盾构施工-毕业设计报告

重庆能源职业学院毕业设计（论文）重庆能源职业学院绪论盾构施工的基本原理就是一个钢制盾构体沿隧洞轴线，边向前推进边对土壤进行挖掘。该盾构体组成的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排水、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。盾构法施工作业均在地下进行，既不影响地面交通，又可减少对附近居民的噪声和震动影响，避免因地上、地下拆迁中断交通所带来的经济损失。同时，它还具备自动化程度高、施工安全、节省人力、工作效率高、施工进度、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响等特点。特备是其不受气候影响、可控制地面沉降等技术优越性，使其在地质条件差、地下水位高、隧洞洞线较长、埋深较大的工程中，质量、安全得到有效的保障。盾构施工在隧道穿越工程中应用最多最广泛的方法。有泥水加压平衡盾构施工和衬砌与特殊盾构施工方法。泥水加压平衡盾构施工是主要方法。泥浆控制是大型泥水盾构施工顺利实施的重要保证之一。1．1盾构施工法定义盾构施工法，即全断面隧道掘进机隧道施工法，是靠旋转并推进刀盘，通过盘形滚刀破碎岩石而使隧洞全断面一次成型的隧道施工方法。自问世以几十年以来，以其高效、安全、环保等优点，已被广泛用在水利交通采矿等领域。盾构施工法施工在国内外已取得了很大的成功，但失败的实例也越来越多地被报道。目前对盾构施工展开的研究多集中在刀具、施工预测及施工技术等方面。在隧道方案选择，特别是长大隧道施工采用常规或是盾构施工法施工的选择上，还是建立在一般的比较上，没有完整的选择方法。隧道工程往往涉及资金投入大、工期长、相关因素多，如何选择合理的施工方案尤为重要。盾构施工法是使用盾构机在地下掘进，在护盾的保护下，在机内安全的进行开挖和衬砌作业，从而构筑成隧道的施工方法。盾构施工法是由稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌三大部分组成。1．2盾构施工的优缺点在管道穿越中盾构施工的优点：安全开挖和衬砌，掘进速度快；盾构的推进、出土、拼装衬砌等全过程可实现自动化作业，施工劳动强度低。不影响地面交通与设施，同时不影响地下管线等设施；穿越河道时不影响航运，施工中不受季节、风雨等气候条件影响，施工中没有噪音和扰动；在松软含水地层中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优越性。盾构施工的缺点：断面尺寸多变的区段适应能力差；新型盾构购置费昂贵，对施工区段短的工程不太经济。1.3注意事项在盾构施工中需注意一些事项：地层的承担能力；盾构机盾尾刷的损坏，引起的漏水现象；刀头的保护；泥浆材料和水泥有效成分的比重、浓度及粘性；泥水输送过程的速度；泥浆输送泵的扬程；盾尾的密闭性；盾构施工过程中的水土压力。1.4盾构施工的条件在松软含水地层，或地下线路等设施埋深达到10m或更深时，可以采用盾构法，即；①线位上允许建造用于盾构进出洞和出碴进料的工作井；②隧道要有足够的埋深，覆土深度宜不小于6m且不小于盾构直径；③相对均质的地质条件；④如果是单洞则要有足够的线间距，洞与洞及洞与其它建（构）筑物之间所夹土（岩）体加固处理的最小厚度为水平方向1.0m,竖直方向1.5m；⑤从经济角度讲，连续的施工长度不小于300m。盾构既是一种施工机具，也是一种强有力的临时支撑结构。盾构机外形上看是一个大的钢管机，较隧道部分略大，它是设计用来抵挡外向水压和地层压力的。它包括三部分：前部的切口环、中部的支撑环以及后部的盾尾。大多数盾构的形状为圆形，也有椭圆形、半圆形、马蹄形及箱形等其他形式。1.5盾构施工的步骤盾构施工方法由以下几个步骤组成：第一，在置放盾构机的地方打一个垂直井，再用混泥土墙进行加固；第二，将盾构机安装到井底，并装配相应的千斤顶；第三，用千斤顶之力驱动井底部的盾构机往水平方向前进，形成隧道；第四，将开挖好的隧道边墙用事先制作好的混泥土衬砌加固，地压较高时可以采用浇铸的钢制衬砌加固来代替混泥土衬砌。盾构法施工中，其隧道一般采用以预制管片拼装的圆形衬砌，也可采用挤压混凝土圆形衬砌，必要时可再浇筑一层内衬砌，形成防水功能好的圆形双层衬砌。2盾构施工中常见的问题及解决方法2.1盾构施工中呈“蛇形”前进由于在盾构机的推进过程中，操作人员在对盾构机中心轴线与隧道中心线出现的偏差进行纠正时，若每次的纠偏量过大，将导致不停地对盾构机进行左右纠偏，造成盾构机呈“蛇形“前进。对于盾构机中心轴线与隧道中心线出现的偏差，操作人员应及时纠正，盾构机一次（一环）的纠偏量以不超过5mm为标准，以减少盾构机在推进过程中对地层的扰动，以及盾尾钢板拉伤了管片，损坏了管片的止水条，影响止水效果；若每次纠偏量过大，还会造成盾尾内管片拼装困难，有时会给完成后的隧道使用带来障碍。2.2螺旋输送机出料口形成大土堆在粘性土层中，由于土体粘性大，由刀盘切削下来的粘土与土仓内的水难以均匀地混和，造成泥水分离。在螺旋输送机出土时，整团泥土从螺旋输送机出土闸门排出至胶带输送机的胶带上。由于泥和水呈分离状态，所以泥和胶带之间的摩擦力较小，而且胶带向上运转，使泥土在胶带上打滑而不能被及时运走。随着螺旋输送机不停地出土，皮带上的泥土越积越多，土堆越来越大，逐渐被胶带两侧的挡上板支撑住。土堆底部的泥土因受土堆重压而被胶带运走，被胶带两侧挡土板支撑住的泥土堆和胶带不接触，不能被胶带运走，滞留在胶带的上方，结果在螺旋输送机出料口形成大土堆。当形成大土堆后，螺旋输送机应停止出土，继续运转胶带输送机，采用人工方法进行清除，并通过胶带运走。禁止操作人员为了减少麻烦试图通过螺旋输送机继续出土，增加土堆土方的泥土重量将其压塌，使土堆塌落在胶带上而被运走。若此时螺旋输送机继续出土，大量泥土将从土堆的上方滑落至胶带输送机前端的支撑架上，结果不但不能将土堆压塌，反而会使支撑架上的泥土越积越多，可能造成整个支撑架被压塌的后果。所以当遇到粘土地层时，在盾构机推进过程中，应使泥和水在泥土仓内尽可能地均匀混和，避免泥水混和不均；同时通过摄像仪观察螺旋输送机的出土情况，当发现有整团泥土在胶带上打滑，滞留在胶带上不能被胶带及时运走时，应减小螺旋输送机出土速度，或停止出土，以防止胶带上的泥土越积越多而形成大土堆，待滞留在胶带上的泥土被运走后，再继续出土。总之，在遇到粘土地层时，只要操作人员谨慎地操作，注意观察，措施及时，就可避免形成大土堆。2.3盾构过程中产生泥饼问题盾构机在粘性土层中施工时，由于粘性土具有内摩擦角小、粘性大和流动困难等特点，使得粘性土体粘附在刀盘上。被刀盘从开挖面上切削下来的粘土，通过刀盘渣槽进入泥土仓后，在泥土仓上压力的作用下容易被压实固结，首先将刀盘支撑臂中心充满填实，并很快地堵死了刀盘中心的渣槽，使刀盘中心正面的土体不能通过中心刀渣槽进入泥土仓，而是在刀盘挤压力的作用下从刀盘四周的渣槽进入泥土仓。逐渐地，整个泥土仓内全部被压实固结的土体充满并堵塞。当刀盘继续旋转切削土体时，固结土体的刀盘和开挖面土体之间产生很大的摩擦力，相互摩擦产生大量的热量，刀盘温度不断升高，使刀盘和泥土仓内的土体不断地被烧结固化，最终在刀盘和整个泥土仓内形成坚硬的“泥饼”。“泥饼”形成后，刀盘扭矩和盾构机推进阻力均迅速增大，螺旋输送机无法出土，盾构机不能往前推进。泥土仓内过高的温度会缩短刀盘主轴承的使用寿命，加速主轴承的损坏，甚至会出现主轴承“烧结、抱死”的严重后果解决方法为；⑴适量增加泡沫的注入量，减小碴土的黏附性，降低泥饼产生的几率。⑵刀盘背面和土仓压力隔板上设搅拌棒，以加强搅拌强度和范围，并通过土仓隔板上搅拌棒的泡沫孔向土仓中注射泡沫，改善渣土和易性，增大渣土流动性。⑶必要时螺旋输送机内也要加入泡沫，以增加碴土的流动性，利于碴土的排出。⑷控制循环睡的温度由于刀盘温度高造成的泥饼问题⑸一旦产生泥饼，可空转刀盘使泥饼在离心力的作用下脱落。确保开挖面稳定的情况下也可采用人工进仓清除。2.4若螺旋输送机被卡解决方法为反复伸、缩螺杆并同时正、反转，如低速正转同时伸、缩螺杆，若超限则反转同时伸、缩螺杆，如此反复，基本上都可以脱困。2.5同步注浆时遇到堵管情况出现堵管的情况，其原因主要是：砂浆配比不好，以致砂浆初凝时间太短、砂浆易沉淀离析、砂浆流动性差。；原材料不好，如砂太粗；盾尾浆管回砂；长时间停注前未注射膨润土液洗管。当遇到同步注浆堵管时有以下几种解决方法：调整浆液配合比，选择合适的胶凝时间。一般为8-10小时；安装管片活或出渣过程中预留部分砂浆，保持管路畅通；改装管路，增加独立的膨润土清洗管路。3衬砌与特殊盾构施工方法3．1压注混凝土衬砌70年代中后期由德国开发了挤压素混凝土整体衬砌。日本、法国在此基础上发展了浇筑钢筋混凝土衬砌法，随着盾构的推进，移动盾尾空隙的时候，通过混凝土加压千斤顶的加压压力及用混凝土浇筑泵的压送力，配合盾构推进量挤压新浇混凝土，修筑与围岩贴紧的牢固衬砌。3．2环片衬砌随着盾构的推进，机体尾部通过拼装机构拼装已在地面预制好的混凝土环片。盾构每推进一环距离，就在盾尾的支护下拼装一环衬砌，并向衬砌外围的空隙压注水泥砂浆，以防止隧道及地面的沉降。盾构推进的反力由衬砌环片承担。随着环片逐环拼装，隧道逐渐建成。3．3扩径盾构施工法扩径盾构施工法是对原有盾构隧道上的部分区间进行直径扩展。先依次撤除原有部分衬砌和挖去部分围岩，修建能够设置扩径盾构机的空间作为其出发基地。随着衬砌的撤除，原有隧道的结构，作用荷载和应力将发生变化，所以必须在原有隧道开孔部及附近采取加固措施。3．4球体盾构施工法又称直角方向连续掘进施工法，根据变换方法可分为纵、横连续掘进和横、横连续掘进施工，均只使用一台盾构机。4泥水加压平衡盾构机工作原理4.1泥水加压平衡盾构机的工作原理在刀盘后侧设置隔板，它与刀盘之间形成泥水压力室（土仓），将已调整适合土质状态的泥水从送泥泵经送泥管压送至泥水压力室形成泥水压力，通过此压力将泥水与土层间形成泥膜来保持开挖面的稳定。盾构机掘进时由旋转刀盘切削下来的土砂经土仓内搅拌装置搅拌后形成高浓度的泥浆，再由排泥泵经排泥管输送至地面的泥水分离设备进行土砂与泥水分离处理，分离后土砂运至弃渣场存放，泥水则送入调整槽进行比重与粘度调整，使其达到要求后再循环至开挖面使用，此一连贯动作称之为泥水环流。在维持开挖面稳定状态下，配合泥水环流进行盾构开挖、推进和环片支撑等循环作业，依次进行至完成隧道施工。4.2泥水加压平衡盾构的特点（1）在不稳定的地段中，当盾构开挖受阻时，采用泥水加压盾构能使开挖面保持稳定。（2）挖土及出土全部机械化，并可在地面上控制，从而改善了隧道内作业条件，提高了工作效率。（3）因采用管路排泥，能使隧道内保持清洁。（4）对于大直径砾石层只需增加破碎装置和取砾石的分离装置便能施工。（5）泥水加压平衡盾构能适应较广的土层条件，可在不同覆土深度及恶劣的地质条件下进行施工，特别适用于地下水位高的不稳定软弱地层及江海底下的隧道施工。（6）需要泥水环流及分离设备，施工费用昂贵，排放水要符合严格环保标准（7）设备复杂，技术要求高，占地面积较大，专业维修人员多。5泥水加压平衡盾构施工5.1施工流程发进台安装→盾构机吊装→反力座安装→镜面试水及出发镜面框安装→镜面破除、发进入洞→初期掘进→设备转换→正式掘进→机头碰壁→镜面破除出洞→盾构机及附属设备解体吊离5.2入坑准备作业（1）发进台安装；利用发进台组装盾构机及试车校正盾构机的方向及高程。发进台安装时要精确控制其高程及方向，各构件之间的螺栓或焊接连接必须牢固可靠。反力座安装；反力座是盾构机初期推进时反力传递的支墩。反力座的拆除须待盾构机全部推进土中，并且环片摩擦力足以承受盾构机最大推力时才可拆除。反力座在安装时垂直方向必须与发进台的水平方向成直角。假隧道及发进止水封圈；在盾构机发进前端,首先安装镜面框圈（按设计的中心及高程），其次用钢筋混凝土浇置一假隧道，第三安装橡胶止水圈防止水砂外涌。盾构机吊装；起重机械作业半径内严禁人员进入；吊挂作业前认真计算荷载和选用钢丝索﹑吊扣，以免发生危险；盾构机吊入时需加强吊车操作与吊挂人员的联系，设专人指挥。（5）环片假组立；假组立是指反力座至镜面的距离，目的在于将盾构机反作用力传递于反力座上。一般采用钢筋混凝土环片进行假组立，因此环片组立后必须保持其真圆度，同时要用三角楔木打入环片与发进台间的间隙垫高环片，以保持环片的高程。镜面破除；检查镜面底盘改良段止封水效果和断面大小，清除镜面前的所有杂物，备齐足够的补强、堵漏材料及抽水机等后，即可由下往上凿除镜面。5.3初期掘进盾构机进洞后，为了放置后续台车等附属设备，需先进行一段距离的掘进，然后再进行设备转换，这段距离的掘进称为初期掘进。初期掘进距离的最终确定取决于以下距离较长的一段：（1）盾构机进洞后，环片摩擦力足以承受盾构机最大推力的距离；（2）能放置后续台车等附属设备的距离。5.4盾构开挖作业开启刀盘驱动液压马达，带动切削刀盘转动。开启送、排泥浆泵、空压机，建立起泥浆循环与泥水平衡系统。将一定浓度的泥浆泵送入泥水室中。此时，开启盾构顶进油缸组，使盾构向前推进。盾构切削刀盘的刀具切入岩土中，切下的岩块和土碴与泥浆经过锥形粉碎腔进入泥水泵送管道。在盾构掘进过程中，必须随时检查泥水平衡系统各项参数，并根据实际情况进行调整。当盾构向前推进到比环片稍宽的宽度，进行环片拼装。整个衬砌环形成后，通过千斤顶提供动力，进行下一次掘进。掘进同时，对已安装的环片进行背填注浆，以填补其后的空隙。5.5出洞准备作业盾构机出洞为盾构施工最后阶段的重要作业，为确保盾构机能顺利出洞，需做好出洞准备工作盾构机在出洞前的准备，原则上与进洞类似，唯镜面框及止水胶圈安装须待盾构机进入井壁一半后才能安装，以确保出洞的安全；当安装完隧道内最后一环环片时，以空推方式将盾构机与环片脱离。6结束语在管道穿越中盾构施工不仅节约了时间，而且节约了财力，人力。更重要的是减少了安全事故发生。盾构施工是管道穿越中医重大性突破，为管道穿越带来了很大的好处。而且盾构施工适用的地质范围较大，从软弱砂质土层到砂砾层都可以适用。对于有丰富的水源和较好泥浆排放条件或泥浆仅需进行沉淀处理排放的工程，使用泥水盾构可降低施工费用。在设计制造盾构机时，要认真研究盾构机掘进过程中的水文、地质条件和工程设计要求，使盾构机既能够满足工程的一般需要，又具有优越的经济性能。施工过程中必须加强质量控制，可根据监测结果调整开挖进度。在此次的毕业论文写作中，让我对盾构施工更加了解了，也让我学到了许多书上没有的知识，让我的知识面又得到了较高的提升。这也让我非常感谢指导老师能给我这么好的一次机会，在写论文中他细心的给我讲解，以及全面性的提供参考质料，让我更加好好的写好这次毕业论文。虽然老师即同学给了我这么大的帮助，但是我总觉得这个毕业论文有着很大缺陷，毕竟太依靠老师或同学也不是一件好的事情，一个人重要学会独立的，所以这次写的又很多缺点，我会在以后有机会好好的锻炼这方面的能力。致谢历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在老师和同学的帮助下度过了。尤其要感谢我的论文指导老师—鞠茂林老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在实习公司里领导们也是尽量满足帮助我们所遇到的困难，实习公司也给我们提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮主和指导过我的各位老师、领导、同学及同事表示最衷心的感谢！

感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。

感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。

由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！参考文献1．何利民、高祁编著《油气储运工程施工》北京：石油工业出版社，2007.3。2．陈允仁、金维昂、李明主编《油气储运建设工程》北京：中国建筑工业出版社，1999。3．高祁主编《长输管道施工作业技术》西安：陕西科学技术出版社，1999。4．严大凡主编《输油管道设计与管理》，北京：石油工业出版社，19865.《机械化盾构隧道掘进》浙江大学出版社，2002.6．曲慎扬主编《原油管道工程》北京：石油工业出版社，1991基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计\t"_blan