《盾构法隧道施工工艺及控制要点》课件-任务3 特殊工况施工技术

软硬不均地层施工技术《盾构法隧道施工工艺及控制要点》1.复合地层中的盾构掘进策略掌握复合地层的施工难点与应对策略目录CONTENTS01软硬不均地层概述02施工难点分析03刀具配置策略04掘进参数优化控制05施工案例与经验总结软硬不均地层概述01软硬不均地层概述什么是软硬不均地层？在隧道开挖范围内存在两种及以上物理力学性质、岩土特征差异较大的地层。通俗讲就是掌子面上同时存在“软”“硬”两种地层，软的地层不能满足常压开仓，硬的地层需要滚刀破岩。主要组合模式土层+岩层组合：典型的软硬不均，施工难度最大软岩+硬岩组合：岩石强度差异显著破碎+完整岩层：岩体完整性差异大地层硬度对比软土层低强度软岩层中强度硬岩层高强度施工难点分析02施工难点分析受力不均刀盘受力不平衡轴承偏载严重姿态控制困难振动加剧刀具磨损滚刀异常损坏切刀过度磨损更换频繁成本增加掘进困难推进速度缓慢扭矩波动大推力不稳定效率低下风险提示：软硬不均地层是盾构施工的重大挑战，需要采取综合技术措施确保施工安全和工程质量。刀具配置策略03刀具配置策略滚刀配置正面滚刀：破岩主力，高承载能力。边缘滚刀：修边成型，保护刀盘。中心滚刀：中心切削，防泥饼。切刀配置主切刀：切削土体，高效排土。边切刀：清理边缘，减少磨损。刮板：收集渣土，导入螺旋机。配置原则根据地质条件优化刀具类型和数量软硬地层交界处增加刀具密度采用高耐磨材料延长使用寿命设置合理的刀具安装角度关键提示：刀具配置是软硬不均地层施工成功的关键，需要根据具体地质条件进行精细化设计。掘进参数优化控制04掘进参数优化控制刀盘转速软地层：1.0-1.5rpm硬岩层：0.5-1.0rpm交界处：动态调整推进速度软地层：30-50mm/min硬岩层：5-15mm/min交界处：缓慢过渡推力控制软地层：1000-2000t硬岩层：2000-3500t交界处：平稳过渡土压力软地层：0.8-1.2P₀硬岩层：0.6-1.0P₀交界处：实时监控参数控制原则动态调整根据地层变化实时优化参数监控预警建立参数异常预警机制平稳过渡在软硬地层交界处缓慢过渡施工案例与经验总结05施工案例与经验总结成功案例深圳地铁某区间采用复合式盾构机，成功穿越土岩复合地层。广州地铁某标段通过优化刀具配置，提高了施工效率30%。失败教训某工程刀具损坏刀具配置不当，导致频繁停机更换。某项目姿态失控参数控制不当，造成轴线偏差超标。关键经验详细的地质勘察是成功的基础刀具配置必须因地制宜参数控制需要动态调整监测预警系统必不可少技术发展趋势：智能化控制：基于AI的参数自动优化新材料应用：更高性能的刀具材料实时监测：更精准的地层识别技术科学应对

精准施工软硬不均地层施工的技术精髓掌握地质条件精细勘察IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII优化配置IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII动态控制IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII合理匹配参数实时调整优化全断面硬岩地层施工技术《盾构法隧道施工工艺及控制要点》2.硬岩隧道的高效掘进方案掌握硬岩掘进的关键技术与装备要求目录CONTENTS01硬岩地层工程特性02滚刀破岩机理03掘进参数匹配优化04刀具磨损与更换管理05技术发展趋势硬岩地层工程特性01硬岩地层工程特性岩石强度单轴抗压强度：>30MPa典型值：50-150MPa极硬岩：>200MPa岩体完整性完整性系数：>0.75裂隙发育：不发育结构面：少量可掘进性掘进速度：缓慢刀具磨损：严重能耗：高主要岩石类型花岗岩玄武岩石英岩闪长岩片麻岩石灰岩施工挑战破岩困难，掘进效率低刀具磨损严重，更换频繁设备负荷大，故障率高施工成本高，工期延长滚刀破岩机理02滚刀破岩机理01压碎作用滚刀对岩石表面施加集中压力，当压力超过岩石抗压强度时，岩石发生压碎破坏。02剪切作用滚刀在岩石表面滚动时产生剪切力，当剪切应力超过岩石抗剪强度时，岩石发生剪切破坏。03疲劳破坏多次滚压作用下，岩石内部微裂纹扩展，最终导致疲劳破坏。破岩过程示意滚刀接触岩石表面产生压应力集中裂纹扩展形成碎片岩屑剥离排出掘进参数匹配优化03掘进参数匹配优化优化目标：在保证安全的前提下，实现最高的掘进效率和最低的施工成本。关键参数匹配刀盘转速硬岩地层：0.5-1.5rpm，根据地层硬度和刀具磨损情况调整。推进速度硬岩地层：5-20mm/min，避免过快导致刀具异常损坏。推力控制硬岩地层：2000-4000t，确保足够的破岩压力。扭矩匹配根据地层硬度和刀盘直径确定，避免扭矩不足。优化策略渐进式掘进从低参数开始，逐步提升至最优状态，避免设备冲击负荷。动态调整根据地层变化和监测数据，实时调整掘进参数。平衡控制在掘进效率和设备保护之间找到最佳平衡点。刀具磨损与更换管理04刀具磨损与更换管理磨损类型正常磨损：均匀磨损，可预测。异常磨损：局部损坏，需分析。catastrophic磨损：严重损坏，立即更换。影响因素岩石硬度掘进参数冷却润滑石英含量刀具材料操作水平更换策略制定科学的更换标准建立磨损监测系统实施预防性更换优化更换工艺经济效益：成本控制：合理更换可降低成本20-30%效率提升：减少停机时间，提高掘进效率质量保证：保证掘进质量和施工安全技术发展趋势05技术发展趋势实时监测先进的传感技术，实时监测刀具状态和掘进参数新材料应用金刚石复合片、陶瓷材料等高性能刀具材料智能化控制基于机器学习的参数自动优化，实现最佳掘进状态未来展望AI决策智能决策系统自适应控制自适应掘进系统物联网全面感知互联大数据数据驱动优化攻坚克难

开拓创新硬岩地层施工的技术突破高效破碎硬岩破岩技术IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII装备升级IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII精细管理IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII提升设备性能降低施工成本富水地层施工技术对策《盾构法隧道施工工艺及控制要点》3.高压水环境下的安全掘进掌握富水地层的风险识别与应对策略目录CONTENTS01富水地层特征02地下水压力计算03防水支护体系设计04降水与注浆技术05应急处理预案富水地层特征01富水地层特征水文地质特征地下水位高：接近地表渗透性强：透水性好水压大：0.5-2.0MPa水量丰富：持续补给常见地层类型砂层砾石层断层破碎带卵石层裂隙岩层岩溶地层风险特征突泥涌水风险高掌子面稳定性差地面沉降难以控制施工安全风险大事故案例：某地铁隧道：穿越富水砂层时发生突水，淹没施工场地某过江隧道：水压过大导致掌子面失稳，造成严重沉降地下水压力计算02地下水压力计算注意事项：计算结果需考虑安全系数，一般取1.2-1.5。同时要关注季节性水位变化和潮汐影响。基本计算公式静水压力P=γ×hγ:水的重度（10kN/m³）h:水头高度（m）动水压力P=γ×h+ΔPΔP:动水压力增量与渗透流速相关计算实例工程参数隧道埋深：25m地下水位：地表下3m水头高度：22m计算结果P=10×22=220kPa≈2.2个大气压防水支护体系设计03防水支护体系设计01管片防水设计采用双重止水带设计，选用优质橡胶材料，确保长期防水性能。02接缝防水设置多道防水线，包括止水条、密封胶和注浆系统。03壁后注浆及时填充壁后间隙，形成防水屏障，控制地层沉降。防水等级标准一级防水

不允许渗水：P≥1.2MPa二级防水

允许少量渗水：P≥1.0MPa三级防水

允许有渗水点：P≥0.8MPa四级防水

有少量漏水：P≥0.5MPa降水与注浆技术04降水与注浆技术技术选择原则地质条件根据地层类型和渗透性选择合适技术经济成本综合考虑技术效果和经济效益工期要求考虑施工时间和进度要求安全要求确保施工安全和环境保护井点降水适用：砂层、粉土层深度：一般3-6m优点：设备简单，成本低注浆止水材料：水泥浆、化学浆方式：劈裂、渗透注浆效果：形成防水帷幕冻结法原理：人工制冷形成冻土墙适用：各种含水地层特点：止水效果好，成本高降水与注浆技术泥水平衡盾构应用SubmergedWall沉浸墙ExcavationChamber开挖舱RegulationChamber调节舱AirCushion压缩空气泡PressureBulkhead压力舱壁01技术优势通过泥浆压力平衡水压，有效控制掌子面稳定，适应高水压环境。02工作原理在开挖面形成泥膜，阻隔水流，同时泥浆携带渣土排出，保持工作面平衡。03控制要点精确控制泥浆压力和密度，确保泥膜质量，合理选择泥浆材料。应急处理预案05降水与注浆技术突泥涌水应急处理立即停止掘进，关闭螺旋输送机加大泥浆压力，平衡水压力向掌子面注浆，封堵水流通道启动地面应急预案，疏散人员设备故障应急处理立即停止刀盘转动，保压待机检查故障原因，制定修复方案必要时采用气压平衡模式联系专业维修队伍，快速修复预防措施详细勘察掌握水文地质条件预处理提前进行防水处理监测预警实时监控关键参数人员培训提高应急处置能力科学治水

安全施工富水地层施工的安全保障精确计算

有效控制水压力控制IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII防水体系IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII应急处理IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII多重防护

确保安全快速响应

化险为夷特殊地段施工技术《盾构法隧道施工工艺及控制要点》大坡度与地下障碍物施工4.盾构法隧道施工工艺及控制要点目录CONTENTS01大坡度施工技术02地下障碍物处理03安全风险管控04应急预案制定大坡度施工技术01大坡度施工技术大坡度地段施工特点01重力影响显著坡度大于15°时，盾构自重分量对推进产生显著影响，上坡阻力增大，下坡易产生滑移。02牵引系统要求高运输车辆需要更大的牵引力，制动系统要求更可靠，防溜车措施必不可少。03姿态控制困难坡度变化影响盾构姿态，容易出现抬头或扎头现象，控制精度要求高。大坡度施工技术大坡度施工技术措施防溜车措施设置防滑装置，增加轨道摩擦系数，配备应急制动系统。上坡推力调整加大下半部分推力，克服重力分量影响，保持推进平衡。下坡姿态控制加强控制，必要时使用辅助液压油缸，防止下滑过快。牵引机车选择选用大功率牵引机车，配备双重制动系统，确保运输安全。坡度分级标准缓坡：5-15°，中坡：15-25°，陡坡：25-35°，急坡：>35°

地下障碍物类型与特征地下障碍物类型与特征01第一类：既有建筑物基础桩基础，比如灌注桩、预制桩；浅基础，比如条形基础、独立基础；还有地下连续墙、围护结构等。02第二类：地下管线给排水管道，比如铸铁管、钢管；燃气管道，比如钢管、PE管；电力电缆，包括高压和低压电缆；通信光缆，比如光纤、铜缆等。03第三类：地质障碍物孤石，常见的有花岗岩、石灰岩；漂石，通常指直径大于200毫米的；地下暗浜，里面往往是软土、淤泥；还有古墓、古井等人工结构。探测方面有明确要求施工前必须采用地质雷达、超声波等多种手段详细探测地下障碍物，并制定专项处理方案。地下障碍物处理02地下障碍物处理地下障碍物处理技术地面处理法在地面开挖，直接暴露并清除障碍物，然后回填压实。适用条件：障碍物埋深较浅，地面有条件开挖。01洞内处理法在隧道内采用人工或机械方式清除障碍物，适用于小型障碍。适用条件：障碍物尺寸较小，地质条件稳定。02绕行避让法调整隧道线路，绕过障碍物，适用于大型重要设施。适用条件：障碍物规模大，无法清除或保护。03加固保护法对无法清除的障碍物进行加固保护，确保其安全。适用条件：重要建筑物基础或管线。04安全风险管控03安全风险管控安全风险管控体系风险识别全面分析施工过程中可能出现的安全风险，建立风险清单。风险评估对识别出的风险进行等级评定，确定重点关注的风险点。风险控制制定针对性的控制措施，降低风险发生的概率和影响。风险控制流程风险识别1风险评估2控制措施3实施监控4效果评估5应急预案制定04应急预案制定应急预案制定要点24小时应急值班建立应急值班制度，确保突发情况能够第一时间响应和处理。突发事故预案盾构机故障停机地面塌陷管线破损建构筑物损坏人员伤亡应急组织体系应急指挥小组技术支持组抢险救援队医疗救护组后勤保障组应急资源准备抢险设备器材应急物资储备医疗救护设备通信联络设备交通工具准备本讲总结大坡度施工要点合理选择牵引设备，确保运输安全调整推力分配，克服重力影响加强姿态控制，防止滑移现象障碍物处理技术详细探测，制定专项处理方案多种处理方法，因地制宜选择建立完善的安全管控体系特殊地段施工需要科学管理和精细控制确保工程安全顺利进行特殊地段施工技术《盾构法隧道施工工艺及控制要点》5.小净距隧道施工目录CONTENTS01小净距隧道定义与特点02施工相互影响分析03专项施工方案设计04监测与反馈控制小净距隧道定义与特点01小净距隧道定义与特点01定义标准两隧道净距小于1.0倍隧道直径时称为小净距隧道，小于0.5倍直径时为超小净距。02结构特点中间岩柱宽度较小，稳定性差，易受两次施工扰动影响，需要特殊支护措施。03施工难点后行隧道施工对先行隧道影响大，中间岩柱稳定性控制困难，施工风险高。施工相互影响分析02施工相互影响分析先行隧道影响后行隧道施工引起先行隧道变形、开裂、渗漏等问题。主要表现：拱顶下沉、侧壁收敛、管片开裂。01中间岩柱影响两次施工扰动导致中间岩柱承载力降低，稳定性变差。影响因素：岩柱宽度、岩体强度、施工顺序。02地表沉降影响两次沉降叠加，影响范围扩大，沉降量增加。沉降特征：叠加效应明显，影响范围扩大。03关键控制因素净距大小、地质条件、施工顺序、时间间隔等。控制要点：合理选择施工参数和保护措施。04专项施工方案设计03专项施工方案设计时间间隔控制先行隧道衬砌强度达到设计值70%后再施工后行隧道。净距控制合理控制开挖面距离，避免相互扰动。施工顺序优化先深后浅原则先大后小原则间隔施工法跳槽施工法参数控制低速度推进：20-30mm/min小推力控制：降低30-50%土压力精确控制同步注浆加强加固措施中间岩柱加固先行隧道支护地层注浆加固隔离桩设置监测与反馈控制04监测与反馈控制监测项目隧道变形、中间岩柱应力、地表沉降、建筑物变形等多维度监测。监测频率施工期间1-2次/天，关键时段实时监测，施工后持续跟踪。反馈控制根据监测数据及时调整施工参数，优化保护措施。信息化施工流程监测数据采集1数据分析处理2安全状态评估3参数调整决策4施工措施实施5本讲总结技术要点合理选择施工顺序精确控制施工参数加强中间岩柱保护控制关键实时监测反馈信息化施工管理动态调整优化小净距隧道施工技术复杂，风险高需要精细化管理和全过程控制特殊地段施工技术《盾构法隧道施工工艺及控制要点》6.建构筑物保护施工盾构法隧道施工工艺及控制要点目录CONTENTS01建构筑物调查评估02沉降控制标准03保护措施与技术04监测与信息化施工建构筑物调查评估01建构筑物调查评估建构筑物调查与评估01详细调查内容包括建筑物类型、结构形式、基础类型、建造年代、使用功能、现状评估等基本信息。02结构安全评估分析建筑物对沉降的敏感性，确定允许变形值，评估施工风险等级。03影响范围分析根据隧道埋深、地质条件、建筑物基础形式等因素，分析施工影响范围。沉降控制标准02沉降控制标准沉降控制标准与要求一般建筑物总沉降：≤30mm倾斜：≤0.002差异沉降：≤0.002L沉降速率：≤2mm/d沉降控制流程预测分析1标准制定2监测实施3数据分析4反馈调整5重要建筑物总沉降：≤15mm倾斜：≤0.001差异沉降：≤0.001L沉降速率：≤1mm/d保护措施与技术03保护措施与技术技术选择原则根据建筑物重要性、结构形式、基础类型和地质条件，选择经济合理、技术可靠的保护措施。主动保护措施地层加固：注浆、搅拌桩隔离桩：钻孔灌注桩减载措施：卸载、跳槽施工支护结构：支撑、锚杆施工控制措施优化掘进参数：低速度、小推力加强同步注浆：早强、速凝材料分段施工：控制单次掘进长度实时监测：信息化施工管理建筑物加固基础加固：注浆、托换结构加固：钢结构支撑裂缝修复：环氧树脂灌浆整体顶升：千斤顶系统监测与信息化施工04监测与信息化施工监测项目设置沉降监测、倾斜监测、裂缝监测、应力监测等多维度监测体系。监测频率：施工期间1-2次/天，关键时段实时监测。01数据采集分析采用自动化监测系统，实时采集数据，进行统计分析。预警标准：达到控制值的70%时预警，80%时报警。02信息化反馈建立信息反馈机制，及时调整施工参数和保护措施。反馈机制：监测→分析→决策→调整→再监测。03智能预警系统建立智能预警系统，自动识别异常情况，及时报警。预警等级：黄色、橙色、红色三级预警。04典型案例分析成功经验：详细的调查评估、科学的保护措施、严格的监测控制是成功的关键。某历史建筑保护建筑年代：1920年建造，砖木结构基础形式：砖砌条形基础保护措施：隔离桩+注浆加固控制效果：最大沉降8mm，成功保护地铁穿越既有线路穿越距离：垂直距离3.5m既有线路：运营地铁线路保护措施：地层加固+盾构参数优化控制效果：轨道沉降pan>本讲总结保护原则预防为主，防治结合因地制宜，综合治理信息化施工，动态管理技术要点