马蹄形盾构隧道设计施工及管片预制

马蹄形盾构隧道设计、施工及管片预制主讲人：申志军（教高）

蒙西华中铁路股份有限公司2016年12月内容提纲一、问题的提出二、马蹄形盾构比选三、盾构管片设计与预制四、隧道施工五、关键技术和需研究的问题预留核心土法三台阶开挖法一、问题的提出1.土质山岭隧道施工方法一、问题的提出1.土质山岭隧道施工方法-超前加固一、问题的提出1.土质山岭隧道施工方法-施工机械2、存在的风险安全风险大施工质量差施工进度慢作业环境差机械化程度低隧道塌方软岩大变形拱顶开裂大量施工粉尘洞壁开裂一、问题的提出一、问题的提出3、盾构工法-分类一、问题的提出3、盾构工法-单圆盾构一、问题的提出双圆盾构三圆盾构3、盾构工法-多圆盾构一、问题的提出3、盾构工法-非圆盾构相比于单圆盾构隧道，异形盾构隧道（多圆盾构隧道和非圆盾构隧道）具有断面利用率高、工程造价低的优点。矩形盾构马蹄形盾构椭圆形盾构二、马蹄形盾构方案比选1、依托工程-白城隧道

白城隧道位于陕西省靖边县内，隧道全长3345m，为时速120km单洞双线电气化重载煤运铁路隧道，隧道最大埋深为81m。1、依托工程-白城隧道

二、马蹄形盾构方案比选白城隧道主要穿越地层以粉砂、细砂、砂质新黄土为主，细颗粒含量足够，天然含水量较低，弱透水。2、工程特点二、马蹄形盾构方案比选（1）隧道进出口浅埋段较长，浅埋段为松散的粉细沙地层，不能自稳，容易发生流砂及坍塌。（2）隧道穿越的第四系上更新统砂质新黄土具湿陷性，隧道洞身部分地段位湿陷深度以内，需进行基底处理。二、马蹄形盾构方案比选（3）白城隧道下穿包茂高速、天然气管及供水管段，沉降控制要求高，盾构穿越施工风险存在。二、马蹄形盾构方案比选对比指标矿山法盾构法对比结果安全1、隧道进出口浅埋段为松散的粉细沙地层，不能自稳，容易发生流砂及坍塌。2、洞身砂质新黄土，地层松散，掌子面不易稳定，易坍塌。3.下穿包茂高速、天然气管及供水管段地表沉降不易控制，易导致地表开裂，气管水管开裂等不利影响。且地方交通厅对于穿越包茂高速要求地表设置桥梁跨越。盾构施工具有保压系统和注浆系统，不会出现无支护状态，下穿高速公路、天然气管及供水管可能造成管线及路面变形，出现管线或路面破裂概率很小。盾构法更安全质量1、隧道施工中可能产生超欠挖，二衬混凝土振捣不密实、拱顶填充不密实等质量通病。2、防水板铺设不规范及施工缝处理不到位，易造成隧道渗漏。1、盾构施工采用专业的装备和专业化队伍，盾构管片采用工厂预制法生产，作业更规范、监管更容易，但管片拼装过程可能局部出现错台和破损现象。2、管片接缝采用成熟的防水橡胶，根据地铁隧道对比管片砌块式衬砌防渗效果明显优于复合衬砌。盾构法质量更高环保需要进行土方开挖及喷射混凝土作业，内燃机械洞内作业，粉尘、废气大，施工环境差。采用电动机械密闭施工，基本无粉尘、废气产生。盾构法环保更好工期能满足工期要求。能满足工期要求。均等投资掌子面施工稳定时，投资较低。投资较高，采用成本利润法，总投资较矿山法约高出15%。盾构法投资稍高二、马蹄形盾构方案比选3、施工工法对比4、盾构选型白城隧道主要穿越地层以粉砂、细砂、砂质新黄土为主，细颗粒含量足够，天然含水量较低，弱透水。隧道黄土地基承载力为180kPa，盾构机主机重量与盾体投影面积比值（40kPa）小于该数值，能够保证主机掘进过程中不会下沉。采用土压平衡盾构机掘进时，易于获得流塑性良好的渣土，建立土仓的平衡压力，掘进时能够有效控制地表沉降。并且黄土地层土压平衡盾构施工已经有成功经验，投资要低于泥水平衡盾构。综上所述，本隧道工程应采用土压平衡盾构。二、马蹄形盾构方案比选项目轨面以上有效净空面积轨面以下有效净空面积全部净空面积无砟马蹄形盾构66.115.181.2圆形盾构6919.388.3二、马蹄形盾构方案比选采用马蹄形断面较圆形断面内轮廓可减少约7.1m³，减少部位为圆形断面仰拱底部混凝土仰拱填充，马蹄形断面可显著减少传统盾构的仰拱底部混凝土圬工方，节省工程投资，推荐采用马蹄形盾构断面形式。4、盾构选型二、马蹄形盾构方案比选4、盾构选型世界首台马蹄形盾构工厂组装整机图2016年7月17日，马蹄形盾构在中铁装备国家TBM产业化基地成功下线。二、马蹄形盾构方案比选盾构外啄轮廓高109征50m界m、宽11息90展0m语m；最大摇推进馒速度60m晶m/m盛in；最大推缴力139某48t；采用痰液压协驱动按；开挖授面设拳置刀舒盘9个；单个稳刀盘狗最大蚁驱动王扭矩30扑44陈kn/m；装机总递功率372票6kw。二、马花蹄形盾虏构方案雷比选5、马山蹄形住盾构并基本相设计诊参数①整机熟长度118吧m，整纯机重鞋量16绑00浅t。②采用锯双螺旋弟输送机搁出土，傅连续皮抖带机运橡渣，仰千拱栈桥著同步进静行仰供抱填充。③马蹄挂形盾构役体现的制不仅仅港是断面波、外观素上的变港化，更子反映工粗法、技米术上的厌革新，文它能够薯最大程是度增加绵空间利朗用率。开启公了黄滋土隧址道开斧挖新家模式伞。二、马全蹄形盾牢构方案稍比选6、马兴蹄形唇盾构庙设计烧概况世界首名台马蹄营形盾构专现场组育装图二、暂马蹄挽形盾韵构方仿案比搭选世界怕首台抢马蹄芽形盾鞠构现楚场组哑装图二、赤马蹄季形盾柜构方吵案比雷选世界忧首台山马蹄候形盾鸦构组要装完律成内复部图二、马钞蹄形盾野构方案舞比选三、隧盟道盾构淋管片设侨计与预贝制1.管片设瓣计情况白城隧内道断面夹为3种半径4个圆形寺，管片陶设计为敲马蹄形叼断面，剖设计宽乒度16捆00芽mm，厚此度500林mm，整牙环管妻片分露为7片+1片=8片，成哲环尺寸祖高度105命90m太m、宽度11堆54唇0m照m，管薯片设弦置奇朋偶环律，无遵楔形死量，荒采取材错缝镜拼装拌，单病片管馋片最呜重10脾t，管片疯混凝土贫等级C50，抗渗少等级P1分0。1.管片设识计情况管片连枕接采用袍螺栓连哄接，环告向44颗RD3惧0螺栓，灿纵向16颗RD丸36螺栓繁，机竟械性川能等偏级8.8级。根据隧象道埋深喘管片分药为浅埋虽、中埋小、深埋头管片。管片叠生产引共使查用模询具4套，8环/天产舍量。勾管片边采取欧固定推生产百方式疏，养南护模聋式采陪取蒸晴汽养填护及欺水池协养护纺。白舍城隧余道共晶计需体要190绑2环。三、啄隧道雹盾构济管片能设计躬与预号制1.管片设灾计情况断面位置最大弯矩（kN·m）最大弯矩处轴力（kN）配筋（每环）裂缝（mm）超浅埋管片内侧594.01998.48Φ22+4Φ20+2Φ180.16管片外侧673.52617.614Φ200.185浅埋管片内侧647.22816.08Φ22+6Φ200.13管片外侧842.53504.08Φ25+6Φ220.182中埋管片内侧922.94094.48Φ28+4Φ25+2Φ220.164管片外侧1133.05092.814Φ280.189深埋管片内侧622.82628.88Φ22+2Φ20+4Φ180.147管片外侧803.33289.66Φ25+8Φ220.190三、隧仇道盾构运管片设虹计与预沃制2.管片预腐制5月8日开始扩预制，蚁受天气稻及场地若条件限兆制管片由预制于11月13日停警止本搬年生庄产，俩截至牢目前璃已经咽生产崭管片96疮6环，泰管片似剩余93垄6环。现场些贮备愚量满畏足明垫年管损片预协制复慈工前链掘进也使用吃量。三、隧徐道盾构叠管片设赤计与预隐制管片钢秃筋笼制占作三、隧雾道盾构判管片设茧计与预叶制管片混惯凝土浇悦筑三、隧巷道盾构缴管片设耐计与预占制管片桐水池滚养护三、隧长道盾构缝管片设才计与预匹制四、隧挺道施工1.盾构掘袭进白城隧锋道马蹄捕形盾构坏于20负16年7月17日在国家TBM产业险化中老心下管线，201导6年10月20日首环年负环拼扎装，20恼16年11月11日举行柔始发肢仪式森，目怖前已疲经掘朱进51环，合陶计81.绝6m。本项朱目前10俊0环定为矩始发段卸，始发挡段主要饮是设备塑、人员兄磨合、铅掘进参栏数及工约序组织遥优化阶贷段，目竖前已经墓初步掌狂握地层话特点及弃适合地颗层的掘隐进参数致，单日蹲最高进依度4环（6.画4m），后词期进度烟基本能汽保证日睬均6环（9.舰6m）。马蹄范形盾驾构首饲环成街功拼许装四、耳隧道贼施工掘进兄参数管控制四、根隧道惧施工马蹄形武盾构掘挠进出土建情况四、隧恨道施工隧道内萝碴土运具输连续普皮带机四、隧斜道施工洞外并碴土饮运输损系统转载痒皮带续机弃土傅场连续皮晴带机四、溉隧道辩施工管片拼唇装完成减后成型图隧道四、浪隧道辛施工2.进度氧计划（1）20厚16年11月1日～30日，锋月掘进64米；（2）20旗16年12月～20昏17年1月，有月掘发进24戒0米；（3）20翅17年2月～201结7年9月，炭月掘忠进300米；（4）20书17年10月，月泥掘进16板0米；（5）20蒸17年11月，葬接收瓦准备视、隧吃道贯愤通。在盾童构掘科进期猴间可雷进行貌仰拱圾可填遥充、捏电缆向沟槽榴施工纠、部叨分附女属工馒程施伏工，两沉降厨观测案期内帐施工云完成放出口希明洞葱。四、统隧道银施工五、色关芳键技占术与恩研究吸的问似题1、关键技顺术①大断面垃马蹄形荡盾构多错刀盘联婶合分步筑开挖技看术②多马达僚平衡负谦载协同筝驱动技朴术③大断面瞧马蹄形夹盾构管刘片拼装孔技术④黄土地右层大断腿面马蹄尸形盾构错复合式狐渣土改钓良技术⑥大断鹊面马杏蹄形姐盾构糕管片演分块休与接铺头设估计技正术⑦大断面帮马蹄形堪盾构防盆滚纠偏佩技术⑧大断面猎马蹄形吩盾构机昨在线监娃测与施冠工控制青技术2、进一撕步研究股的问题1.