《盾构施工技术》课件-项目5 盾构掘进关键技术

《盾构施工技术》1.土压平衡盾构掘进技术精要平衡的艺术​​目录CONTENTS01核心理念：土压平衡的原理与目的​​02操作准则：以管理原则驱动标准化施工流程​​03控制核心：土仓压力与排土量的精准调控​​04秘密武器：渣土改良技术​​05模式选择：不同地层的应对策略06航向控制：盾构姿态与方向管理​​核心理念：土压平衡的原理与目的01一、土压平衡的原理与目的​​水压力+土压力=土仓压力目的稳定开挖面防止沉降防止隆起平衡出渣操作准则：以管理原则驱动标准化施工流程​​02准则：精细化管理的基础​二、以管理原则驱动标准化施工流程掘进管理八大原则​​①采用试掘进确定的最佳参数施工。②严格控制盾构姿态，记录油缸行程。③每环测量盾尾间隙，预测管片布置。④全过程严格受控，数据驱动决策。⑤纠偏量小，避免扰动。⑥严格开机顺序。⑦开机前全面系统检查。⑧确保开挖面稳定，调整土压与出渣。二、以管理原则驱动标准化施工流程土压平衡盾构掘进工艺流程土压平衡盾构法施工工艺流程控制核心：土仓压力与排土量的精准调控​​03​​三、土仓压力与排土量的精准调控​​土仓压力控制沉降工作面状态土仓P与基准P0措施下沉超过基准坍塌Pmax＜P0增大P隆起超过基准支撑面压力过大Pmin＞P0减小P可通过监测地表沉降，进行调整​​三、土仓压力与排土量的精准调控​​排土量控制理论上，K≈1，渣土具有低透水性且处于良好的塑流状态渣土干硬，K＜1，排土速度慢，应增大转速渣土流动性好，K＞1，排土速度快，应降低转速流动性非常好，K≈0，排土速度快，应降低转速或者增长螺旋机，避免产生喷涌螺旋输送机理论排土量理论排土量每转理论转速掘进产生的理论渣土量切削断面面积松散系数秘密武器：渣土改良技术​​04四、渣土改良技术常用添加剂泡沫膨润土聚合物刀盘泥饼未改良的渣土干硬、粘结、易堵塞改良后的渣土流塑、均匀、易流动四、渣土改良技术添加剂的选择根据地质条件选择添加剂粘性土/砂土泡沫需润滑/止水膨润土防喷涌聚合物模式选择：不同地层的应对策略​​05五、土压盾构掘进模式掘进模式敞开式局部气压式土压平衡式岩层，滚刀破岩，土仓基本无压土仓部分填满，维持一定压力土仓满仓，精密控制压力航向控制：盾构姿态与方向管理​​06六、盾构掘进方向的控制目的防止盾构轴线轨迹应与隧道设计轴线偏差过大，使隧道衬砌侵限、盾尾管片局部受力恶化，造成地层损失增大而使地表沉降加大。方法采用激光导向来保证掘进方向的准确性和盾构姿态的控制通过分区操作盾构推进油缸控制盾构掘进方向视频播放：6:03——6:55激光导向系统

盾构推进油缸分组图六、盾构掘进方向的控制蛇行与滚动控制蛇行和滚动的主要原因地层不均系统性能监控系统水文条件等蛇行（轨迹偏差）滚动​​（机身旋转）小结SUMMARY成功关键感知精准调节及时系统协同土压平衡掘进核心理念：动态平衡目的：稳面/防水/控沉管理基础：八大原则数据驱动/精细操作控制核心压力控制排土控制技术保障渣土改良模式选择方向控制思考THINKING简述土压平衡盾构掘进的基本原理。为何说它是一个“动态”平衡的过程？在掘进过程中，如果监测发现地表发生持续沉降，可能是哪些核心参数控制不当？应如何调整？某盾构机在富水砂层中掘进时，螺旋输送机出口出现喷涌现象。请分析原因并提出解决措施。《盾构施工技术》2.泥水平衡盾构技术揭秘​泥浆护壁的艺术​​目录CONTENTS01原理与舞台：何以平衡？何处适用？​​02管理准则：掘进操作的“铁律”​​03控制核心：四大关键参数调控​​04系统心脏：泥水压力管理与循环05净化再生：泥水分离与制备​​原理与舞台：何以平衡？何处适用？​​01一、泥水平衡的原理和应用​​基本原理依靠一定浓度泥浆，平衡开挖面的土压和水压。一、泥水平衡的原理和应用​​适用范围软弱的淤泥质土层、松散砂土层、砂砾层、卵砾层、硬土等地层。尤其适用于地层含水量大越江和海底隧道施工。富水软弱地层的“克星”管理准则：掘进操作的“铁律”​​02二、掘进操作管理要点准则：精细化的“操作手册”​①依据地质、埋深、环境制定指令。②严格按规程操作，控制参数与姿态。③优化参数，同步注浆，控制变形（-30~10mm）。④坡度、轴线变化平缓（折角≤0.4%）。⑤全过程受控，微纠偏（水平≤9mm/环，竖直≤5mm/环）。⑥专人监控泥水性能，管路卸压后操作。⑦遇大石块需破碎分离。二、掘进操作管理要点根据隧道地质状况、埋深、地表环境、盾构姿态、施工监测结果制定盾构掘进施工指令与泥浆性能参数设置指令。并准备好壁后注浆工作、管片拼管工作。施工中必须严格按照盾构设备操作规程、安全操作规程以及掘进指令控制盾构掘进参数与盾构姿态。掘进过程中，严格控制好掘进方向，及时调整。设定掘进参数，优化掘进参数。掘进与管片背后注浆同步进行。控制施工后地表最大变形量在-30~10mm之内。盾构掘进过程中，坡度不能突变，隧道轴线和折角变化不能超过0.4%。二、掘进操作管理要点盾构掘进施工全过程须严格受控，根据地质变化、隧道埋深、地面荷载、地表沉降、盾构姿态、刀盘扭矩、推进油缸推力等，即时调整。初始出现的小偏差应及时纠正，尽量避免盾构走“蛇”形，在纠偏过程中，每一循环盾构的纠偏值水平方向不超过9mm，竖直方向不超过5mm，以减少对地层的扰动。施工中必须设专人对泥水性能进行监控，根据泥浆性能参数设置指令进行泥水参数管理。泥水管路延伸、更换，应在泥水管路完全卸压后进行。施工过程出现大粒径石块时，必须釆用破碎机破碎、砾石分离装置分离。控制核心：四大关键参数调控03三、四大关键参数调控​​参数一：压力——“平衡”的支点​

切口泥水压力应介于理论计算值上下限之间，并根据地表建筑物情况和地质条件做适当调整。地下水压力静止或主动土压力变动土压力三、四大关键参数调控​​参数二：速度——“节奏”的控制​盾构启动时，检查推进油缸是否顶实，开始与结束推进之前速度要慢每环正常掘进过程中，速度保持恒定，保证水压稳定和泥浆管畅通推进速度快慢与每环掘进同步注浆量的协调注意与地质和地表建筑条件匹配，避免损坏刀具或造成周围土体扰动过大正常掘进速度：20~40mm/min软硬不均地层：10~20mm/min设定掘进速度需注意三、四大关键参数调控​​参数三：掘削量——“出”与“入”的平衡​实际掘削量排泥流量m³/h送泥流量m³/h掘削时间h注意掘削量突然变大，应检查泥水密度、粘度及切口水压，调查工作面土体坍塌情况，及时调整参数，确保开挖稳定三、四大关键参数调控​​参数四：泥浆——“血液”的品质​​“泥浆品质控制面板”动画​​。面板采用类似飞机驾驶舱的仪表盘设计，清晰罗列核心指标及其安全范围①泥水密度送泥时的密度控制在1.05~1.08g/cm3之间；排泥密度一般控制在1.15~1.30g/cm3②泥水黏度（漏斗黏度）一般控制在25~35s/500ml③析水率一般控制在5%以下④pH值泥水的pH值一般在8~9，呈碱性⑤API失水量Q≤20mL(l00kPa，30min)系统心脏：泥水压力管理与循环​​04四、泥水压力管理与循环​​（一）泥膜——“动态屏障”的形成​泥膜的形成机理：当泥水压力大于地下水压力时，泥水按达西定律渗入土壤，形成与土壤间隙成一定比例的悬浮颗粒，被捕获并积聚于土壤与泥水的接触表面，泥膜就此形成。随着时间的推移，泥膜的厚度不断增加，渗透抵抗力逐渐增强。当泥膜抵抗力远大于正面土压时，产生泥水平衡效果。视频：02:43-03:00微观动画​​。演示泥浆在压力作用下，如何渗入土体孔隙，颗粒被捕获、堆积，最终形成一层致密的泥膜。四、泥水压力管理与循环​​（二）泥水压力管理方式直接控制型间接控制型四、泥水压力管理与循环​​（三）泥水循环系统系统构成送排泥泵、送排泥管、延伸管线、辅助设备等功能一是稳定掌子面二是输送开挖渣料到分离站四、泥水压力管理与循环​​送泥泵中续接力泵通向泥水仓通向泥水仓通向气垫仓排泥泵中续接力泵中续接力泵图6-25开挖模式下的泥水循环四、泥水压力管理与循环​​（三）泥水循环系统控制模式应对不同工况的“战术”​四、泥水压力管理与循环​​（三）泥水循环系统关键设备与控制伽马密度测量仪用以测定送排泥管内的密度的“即时”值。泥浆密度超过预先设定的数值，则产生警报信号，提示司机改变掘进的参数，或通知地面检查泥水分离系统的工作状况。如果密度超出设计的进泥密度和排泥密度过多，司机应当停机通知相关人员检查，找出原因。在一个行程结束时，密度的平均值将在掘进报告中给出，根据这个平均密度，可以进行密度分析，进行泥水改良工作。净化再生：泥水分离与制备​​05五、泥水分离与制备​​开挖土渣与泥浆混合物由排浆泵送到洞外泥浆分离站，分离后进入泥浆调整池进行性状调整，再送回盾构重复使用五、泥水分离与制备​​泥水分离站与盾构推进速度适应，同时应考虑储备能力有效分离泥土泥水处理分三级①振动筛或旋流器处理74μm以上颗粒②处理74μm以下细小颗粒③对需要排放的水经PH处理后排放泥浆制备泥水制备时，使用黏土、膨润土（粉末黏土）提高密度；添加CMC来增大黏度。小结SUMMARY成功关键泥浆品质压力稳定系统协同泥水平衡技术原理：泥浆压力平衡+泥膜支适用：富水软弱地层管理：七大准则精细化操作控制：四大参数压力/速度/掘削量/泥水指标系统：两大关键压力管理循环分离思考THINKING简述泥水平衡盾构中“泥膜”是如何形成的？它在稳定开挖面中起到什么作用？如果泥水盾构在掘进过程中，地表监测点出现持续隆起，可能是哪个核心参数控制不当？应如何调整？泥水循环系统为何需要多种控制模式（如掘进模式、旁通模式、保压模式）？它们分别在什么情况下使用？《盾构施工技术》3.盾构隧道管片拼装技术与质量掌控完美拼图目录CONTENTS01拼图零件：认识管片​​02拼图大师：管片拼装机​​03拼图法则：拼装作业流程04瑕疵鉴定：质量通病与预防​​拼图零件——管片​​01拼图零件——管片​​管片是盾构法隧道施工中使用的预制混凝土构件，主要用于隧道衬砌结构，具有抵抗土层压力、地下水压力等功能。​​隧道的“骨架”拼图零件——管片​​构成：标准块（A）、邻接块（B）、封顶块（K）拼图零件——管片​​拼装顺序：先标准块和邻接块，最后从径向插入封顶块。拼图大师——管片拼装机​​02拼图大师——管片拼装机​​管片拼装机一般安装在盾尾保护下的支架上，由拖架梁、旋转架、移动架、带夹紧系统的十字梁组成。管片拼装机主要用于安装管片。管片拼装机结构及实物图拼图大师——管片拼装机​​管片拼装机具有伸缩、旋转和移动等功能，这些功能通过液压比例阀进行控制，可以使其对各元件进行精确定位。机械抓取式真空吸盘式管片安装机实物图拼图大师——管片拼装机​​​​第一视角模拟动画​​或​​操作实录​​，展示拼装机操作员在控制室内操纵手柄，完成“抓取-平移-旋转-微调-插入”的全过程。操作：抓取、移动、就位、插入​拼图法则——拼装作业流程03拼图法则——拼装作业流程管片进场必须对其进行验收，保证管片质量，对管片的生产日期和养护期进行校对。管片吊卸必须小心轻放，防止管片被撞坏，影响管片的质量。一、拼装准备1.管片进场验收及临时存放拼图法则——拼装作业流程管片堆放时，管片与管片之间必须防撞枕木，防止管片受力不均，使管片产生裂缝。管片的堆放高度不得高于3块管片的高度一、拼装准备1.管片进场验收及临时存放拼图法则——拼装作业流程一、拼装准备2.管片拼装前的二次加工用胶水粘贴防水橡胶膨胀止水带拼图法则——拼装作业流程一、拼装准备2.管片拼装前的二次加工在管片两头粘贴丁腈软木橡胶传力衬垫拼图法则——拼装作业流程一、拼装准备2.管片拼装前的二次加工在管片对角粘贴包角腻子，保护管片的角部，防止拼装时碎裂拼图法则——拼装作业流程二、管片垂直和水平运输1.管片垂直运输管片垂直运输依靠龙门吊进行，吊运至井下，放置在管片运输车上。拼图法则——拼装作业流程二、管片垂直和水平运输2.管片水平运输管片水平运输依靠盾构施工配套水平运输车组的管片运输车进行，管片运输至车架内后，井下施工人员使用车架内的单、双轨梁对管片进行吊运、安放。拼图法则——拼装作业流程三、拼装作业1.管片拼装形式通缝拼装：各环管片的纵缝对齐的拼装方法，这种拼装方法在拼装时定位容易，纵向螺栓容易穿进，拼装施工应力小，但容易产生环面不平，并有较大累计误差，导致环向螺栓很难穿进，环缝压密量不够。一般分为两种：①通缝拼装；②错缝拼装。拼图法则——拼装作业流程三、拼装作业1.管片拼装形式错缝拼装：错缝拼装即前后环管片的纵缝错开拼装，一般错开1/2~1/3块管片弧长，用此法建造的隧道整体性好，拼装施工应力大，纵向穿螺栓困难，纵缝压密差。但环面较平正，穿环向螺栓比较容易。一般分为两种：①通缝拼装；②错缝拼装。拼图法则——拼装作业流程三、拼装作业2.管片拼装整体工艺流程拼图法则——拼装作业流程三、拼装作业3.管片拼装顺序先下后上进行拼装第一步：拼装落底块D块；第二步：拼装标准块B1、B2，左右交叉；第三步：拼装邻接块L1、L2，左右交叉；第四步∶拼装封顶块F，纵向插入。拼图法则——拼装作业流程三、拼装作业4.拼装作业要点按拼装工艺逐块进行，从底部开始，相邻块，最后封顶。安装同时紧固连接螺栓。拼图法则——拼装作业流程三、拼装作业4.拼装作业要点封顶块安装前，对止水条润滑处理，先径向插入2/3管片宽度，调整位置后纵向顶推。拼图法则——拼装作业流程三、拼装作业4.拼装作业要点严格控制推进油缸压力及伸缩量，保持盾构位置不变，拼装到位后，及时顶紧管片拼图法则——拼装作业流程三、拼装作业4.拼装作业要点连接螺栓紧固质量符合设计要求拼装时防止管片及防水密封条损坏管片，拼装后及时顶紧管片，紧固螺栓，保证防水效果抽查已拼装成环管片，确保拼装精度曲线段拼装，注意管片环向准确定位。控制同步注浆压力不超限值瑕疵鉴定——质量通病与预防​​04瑕疵鉴定——质量通病与预防​​一、质量通病错台管片破碎渗漏水轴线：高程±50mm，平面±50mm管片错台＜3mm，接缝开口＜3mm管片拼装无贯穿裂缝，无大于0.3mm的裂缝及剥落现象直径偏差：水平与径向偏差＜50mm瑕疵鉴定——质量通病与预防​​二、拼装控制标准小结SUMMARY管片拼装管片是隧道的骨架类型：标准/邻接/封顶拼装机是精密机械手抓取-平移-旋转-微调-插入质量目标内实外光不渗不漏线形圆顺拼装法则顺序：从下至上对称核心：精度控制错台/防水思考THINKING流程复述：​​请简述一环管片拼装的标准流程顺序。因果分析：​​管片拼装中出现的“错台”缺陷，主要是由哪些因素引起的？它会对隧道造成什么危害？质量意识：​​“管片拼装质量是盾构隧道生命线”，你如何理解这句话？《盾构施工技术》​4.盾构壁后注浆关键技术​筑牢地下长城​​目录CONTENTS01注浆目的与重要性​​02注浆分类与流程​​03注浆材料与配比​​04压力与注浆量控制05特殊地层应对​​注浆目的与重要性01​​一、注浆目的注浆体充填管片外侧空隙，防止坍塌，控制地面沉降01​​一、注浆目的注浆体固结能确保管片衬砌的早期稳定，防止管片衬砌变形02​​一、注浆目的避免管片外侧水、土对管片侵蚀，提高管片耐久性。03​​一、注浆目的通过对注浆量的调整，有利于盾构纠偏04注浆分类与流程​​02二、注浆分类与流程​​（一）注浆分类同步注浆紧随掘进二次补强注浆补充加固堵水注浆应急封堵二、注浆分类与流程​​1.同步注浆随着盾构的推进，在管片和土体之间会出现建筑间隙。为了填充这些间隙，就要在盾构机推进过程中，保持一定压力不间断地从盾尾直接向壁后注浆，当盾构机推进结宋时，停止注浆。这个过程称为同步注浆。视频盾构同步单液注浆作业二、注浆分类与流程​​2.二次注浆同步注浆后，管片外侧空隙充填密实性差，地表沉降不能有效控制时，实施二次注浆。根据地表沉降监测，结合洞内超声波探测衬砌背后空洞，决定是否进行二、注浆分类与流程​​2.二次注浆③二次注浆通过管片上的注浆孔注浆二、注浆分类与流程​​3.堵水注浆富水地区。二次注浆后，前期注浆受地下水影响浆液固结，或有渗水发生，可采用堵水注浆。二、注浆分类与流程​​（二）同步注浆的流程

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||事先浆液拌制

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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||事先同步注浆二、注浆分类与流程​​1.浆液拌制二、注浆分类与流程​​2.浆液运输二、注浆分类与流程​​3.同步注浆二、注浆分类与流程​​3.同步注浆注浆点位选择一般配置4个或8个（4个备用），均匀分布，上部2个为自动注浆点，下部2个为手动注浆点。注浆控制方式注浆可根据需要采用不同的控制方式，自动控制即预先设定注浆压力，由控制程序自动调整注浆速度，当注浆压力达到设定值时，自行停止注浆。手动控制则由人工根据掘进情况随时调整注浆流量，以防注浆速度过快，而影响注浆效果。同步注浆参数的控制注浆时间根据盾构机推进速度，同步注浆以每循环达到总注浆量而均匀对称注入，盾构机推进开始注浆开始，推进完毕注浆结束。注浆材料与配比​​03三、注浆材料注浆材料应具有的性质：①不发生材料离析②不丧失流动性③注浆后体积减少小④强度增长快⑤水密性好注浆材料单液双液三、注浆材料黄沙浆体中的填充料水泥胶结剂，提供浆液固结强度和调节浆液凝结时间膨润土减缓浆液的材料分离，降低泌水率还具有一定的防渗作用粉煤灰改善浆液的和易性（流动性）水玻璃凝结剂，使浆液迅速固结三、注浆材料（一）单液一般采用水泥、砂子、粉煤灰、膨润土及一些外加剂特点：凝固缓慢，不易黏结盾体，造价较低同步注浆示意图单液配比水泥(kg)粉煤灰(kg)膨润土(kg)砂

(kg)水

(kg)外加剂(kg)210315841180294按需要根据试验加入11.50.45.621.4::::三、注浆材料（二）双液①材料：水泥+水玻璃及一些外加剂②特点：水玻璃主要起到缩短凝胶时间的作用，止水性好，造价较高③适用：不稳定黏土层及砂层，以及二次注浆压力与注浆量控制​​04四、同步注浆参数控制（一）注浆压力注浆压力＞静止水压+土压，