油气储运工程施工盾构课件

《油气储运工程施工》油气储运工程系鞠茂林

leonju@项目盾构法施工西气东输三江口越江隧道施工

工程项目概况13项目任务分解2项目能力目标一、工程项目概况西气东输三江口越江隧道工程位于南京长江三江口，北岸为江苏省仪征市青山镇，南岸为南京市栖霞区靖安镇。地层状况施工条件纵断面曲径1500m，最大上坡坡度为5.5％、最大下坡坡度为6.0％，隧道全长1992m最大埋深36m、最小埋深8.33m，最大水压力0.625MPa，最小水压为0.1MPa卵石地层为石英岩、砂岩卵石粒径在20mm，少量达80mm粉砂、粉细砂卵石、全风化钙质粉砂岩淤泥质粉质粘土、粉质粘土

三江口越江隧道采用盾构法施工轴线施工误差为100mm，允许地表沉降值为+10mm到-30mm。3.内径3.8m越江隧道4.永久性隧道通风、排水、照明设施2.长江北岸到达井1.长江南岸出发井5.防洪大堤保护工程施工内容工程总工期：

544天能力目标二、项目的能力目标1、盾构机结构识图能力；2、盾构机选择能力与工作原理；3、盾构机操作能力；4、管片拼装、注浆和防水的能力；5、盾构机隧道施工的能力；6、盾构机姿态控制能力；7、防洪大堤防护能力；8、与人沟通和团队协作的能力。探讨问题1（盾构机认识）盾构机的构成及各部分的功能；2（如何选择盾构机）盾构机的类型以及每种类型适用地层条件3（盾构机施工工艺及施工操作）盾构机的施工工艺、施工工艺流程、操作流程、预见性事故4（盾构机工作原理）工作原理、主要参数的确定、管片制作与安装、进排泥管安装等5（盾构机施工技术）不同地层施工的关键工序、盾构姿态控制、隧道防水、防洪大堤防护工作任务分解

盾构施工任务4案例任务1任务3盾构施工始发到达任务2盾构施工技术盾构施工方法任务一盾构施工方法

….能力目标理解盾构施工方法和盾构机的工作原理熟悉盾构机的构造掌握盾构机工作过程知识目标识别盾构机的种类和构造组成的能力任务分解子任务二：盾构机工作过程演示

子任务三：盾构机的构造、工作原理子任务一：盾构施工方法任务一：

盾构施工方法

子任务一

了解盾构施工方法1、国内盾构隧道走过的历程1952年1966年1984年1994年手掘式盾构网格式式盾构土压平衡式盾构泥水平衡式盾构路南线隧道上海延安东一号线上海地铁路隧道上海打浦盾构输水巷道阜新Φ2.6m2003年杨浦线上海地铁双圆盾构

2、盾构机的类型

1)按照平衡开挖面的方式

2)按照机械化程度

3)按照掌子面敞开程度

4)按断面形式半封闭的网格挤压盾构机全封闭盾构机3.衬砌与特殊盾构施工方法

（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。

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。（2）环片衬砌

（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（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。

（5）特殊断面盾构施工法

分为复圆形盾构和非圆形盾构两大类

子任务二

盾构机工作过程演示子任务三

盾构机的构造、工作原理刀盘前盾

中盾盾尾盾构机构造

连接桥架

1#台车

2#台车

3#台车

4#台车

5#台车

切削刀盘刀盘驱动马达排浆泵操作控制台推进油缸环片拼装机

1、泥水加压平衡盾构机的工作原理地层切削刀盘供浆管排浆管压缩空气连通管气锁室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。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。3．泥水加压平衡盾构机组成单元

（1）盾构机主要构件1）盾构机主体主体圆形断面，由切口环、支承环、盾尾环三部份组成，切口环、支承环盾尾环切口环盾构推进千斤顶安装在盾构机主体的环梁部、外板的内侧，沿圆周均匀排列

盾构推进千斤顶盾尾刷密封件安装于盾构机主体的最后端，其作用是防止地下水、砂土、壁后注浆等从环片与主体外板的缝隙间进入。

盾尾刷刀盘装置由掘进装置（切削刀头）、超挖装置（外刀盘）、驱动盘装置（带减速机的驱动马达、轴承、密封件类）组成。超挖装置安装在刀头内。

①掘进装置a圆盘切刀：用于破碎砾石的切削园盘，还对以下所述的刀头起到保护作用。b刀盘切削刀：切削刀用销子安装在刀盘面切口的前面，从而使挖掘下来的土流动十分顺畅。c先行刀：设置在切削刀的背部从而改善切削性能和切削持久性。d辅助切削刀、堆焊：辅助切削刀通过焊接安装在刀盘的外围前方，为了提高刀盘面的切屑性能，在刀盘面的外围前方、侧面和切口实施堆焊。②驱动装置

刀盘装置是通过带减速机的驱动马达、小齿轮、带齿轮的轴承、切刀圆筒、切削刀头的顺序来传送旋转力③超挖装置（超挖刀）

在切削头第一根（No1）辐条向右33.75度的位置处，装有油压式超挖刀，操作时先用油压千斤顶伸出至设定位置，然后将超挖刀伸出至盾构机外径以外，旋转切削刀盘进行挖掘，左右双向旋转都可以进行挖掘。5）搅拌装置

在切削头背面最外围附近装有T字型断面的搅拌棒，在稍微内侧一点的位置装有圆形断面的搅拌棒，这些搅拌棒利用切削刀头的旋转力进行搅拌。环片拼装机安装在盾尾部，为环形齿轮门形式，由滚柱支承，透过油压马达驱动旋转，环片拼装机升降千斤顶进行环片吊入及贴压，环片拼装机滑动千斤顶用来进行轴向（盾构机的推进方向）移动，支护千斤顶有两组，一组用来防止环片的偏移并进行压平修正，另一组用在拼装K片时对已拼装的B片的倾斜加以修正，以使K片能够顺利拼装。7）送泥、排泥管送泥、排泥管配置如下：送泥管、排泥管、排泥备用管、旁通管、排气管、注水管（外圈下部）、注水管（排泥管内）、注水管（内圈）、开挖面水压计。

后方伸出台作为拼装上部环片人员的站立台，是从盾构机主体的竖梁向后方伸出的台架，考虑拼装上部环片的