《盾构施工技术》课件-项目3 盾构施工准备与安装

《盾构施工技术》开局定成败：盾构施工如何“选对伙伴”1.盾构选型目录CONTENT

S01

盾构选型原则02

盾构选型依据03

盾构选型方法04

实战演练盾构选型原则一

、盾构选型原则●左侧展示土压平衡盾构在软土中高效掘进的画面●右侧展示同一台土压平衡盾构在硬岩中刀盘严重磨损的故障画面。●中间是一个巨大的“≠”号。误区：寻找“万能”的盾构一

、盾构选型原则盾构选型三角理论总

则

：●以开挖面稳定为中心，以地质条件和环境条件为基

本点●

以地层粒径、渗透系数、地下水压为基本依据，并综合考虑具体工程实际●

能解决“稳得住、掘得进、排得出、耐得久”四个最根本问题以环境条件

为基本点稳得住(平衡工作面)经济性安全性先进性耐得久以开挖面

稳定为中心排得出(排出渣我国幅员辽阔，地质条件复杂多变，对盾构施工地质区间进行分类，对常见问题进行归纳总结，将刀盘刀具磨损分为4个区域：极易磨损区、易磨损区、中等磨

损区和低磨损区。●刀盘结构与刀具布置应具有地质针对性●刀盘结构设计要合理●刀具选用及空间布置要合理●刀盘刀具系统要能快速有效开挖正面土体一

、盾构选型原则三角理论——四个根本问题掘

得

进●螺旋输送机(土压平衡盾构)或排泥系统

(泥水盾构)的设计要合理。●排渣系统要能确保刀盘刀具开挖下来的岩土

迅速排出。●

出渣方式选择要合理。排

得

出耐得久以开挖面

稳定为中心三角理论——四个根本问题一、盾构选型原则稳得住(平衡工作面)以环境条件

为基本点以地质条件为基本点排得出(排出渣掘

得

进

(●能有效支护正面土体，以确保开挖面稳定。●要想开挖面稳得住，必须具有适宜的渣土改良系统

。●渣土改良系统主要有泡沫注入系统、膨润土注入系统、加泥系统、聚合物注入系统。稳

得

住耐得久以开挖面

稳定为中心三角理论——四个根本问题一

、盾构选型原则稳得住(平衡工作面)以环境条件

为基本点以地质条件为基本点排得出(排出渣●盾构的关键部件要具有高可靠性，以适合长

距离复杂地质及复杂环境隧道施工。●盾构关键部件的高可靠、长寿命刀盘刀具、螺旋输送机、主轴承、主驱动、盾构饺接密封、盾尾密封、破碎机、排泥泵耐

得

久耐得久以开挖面

稳定为中心三角理论——四个根本问题一

、盾构选型原则稳得住(平衡工作面)以地质条件

为基本点以环境条件

为基本点排得出(排出渣盾构选型依据盾构机作为盾构施工的核心设备，选择适合工程项目的盾构

机是工程成败的关键，盾构选

型是一个综合的课题，需要综合

考虑各方面的因素，总体来说主

要包含多种因素。稳定开挖面

盾构机挖掘辅助工法

盾构机选型安全性

可靠性

经济性衬砌形式后配套设备隧道长度、线形周围及工作环境覆盖层厚度施工性地质条件盾构选型的主要

方法地层以各种级配富水的砂层、砂砾层为主时，宜选用泥水盾构；

其他地层宜选用土压平衡盾构。-10-1

泥水盾构-1.0×10-1-1.0×10-²-1.0×10-³-1.0×10-4-1.0×10-⁵

泥水、土压盾构

-1.0×10-⁶-1.0×10-7-1.0×108-1.0×10-⁹-1.0×10-10-1.0×10-2三

、盾构选型的主要方法卵石层粗砂砾层中细砂砾层

粉细砾层粗砂层中砂层细砂层淤泥质黏土

淤泥黏土

一、根据地层的渗透系数选型地层渗透系数土压盾构渗

透

系

数

(

m

/

s

)三

、盾构选型的主要方法

二、根据地层的颗粒级配选型土压平衡盾构不进行渣土改良时土压平衡盾构进行渣土改良时泥水盾构使用添加剂时泥水盾构不用添加剂时盾构类型与地层粒径的关系曲线盾构类型与地层粒径的关系曲线(实际)10砾石粒径(mm)砂质100卵石百分比(%(0.01淤泥2010当地下水水压大于0.3MPa

时，宜采用泥水盾构，若因地质原因需采

用土压平衡盾构，则需要增加螺旋输送机的长度，或采用二级螺旋输送机，

或采用保压泵。一般地，当地下水水压小于0.3MPa

时，宜采用土压平衡盾构，以形成有效的土塞效应，避免发生喷涌；三

、盾构选型的主要方法

三、根据地下水压选型100%地层压力80%70%50%土压平衡压力衰减示意图100%95%90%85%80%螺旋机50%0%工程地质因素工程地质特性的多变性，在一

个盾构施工段中，会出现某部

分的施工环境适合选用土压平

衡盾构，某些又适合选用泥水

盾构。盾构选型时要综合考虑

并对不同选择进行风险分析后

择其优者。安全因素从保持工作面的稳定、控制地面沉降的角度来看，当隧道断

面较大时，使用泥水盾构要比

使用土压平衡盾构的效果好一

些，特别是在河湖等水体下、在密集的建筑物与构筑物下及

上软下硬的地层中施工时。三

、盾构选型的主要方法

四、盾构选型时必须考虑的特殊因素环保因素泥水盾构对于弃土浆液颗粒分离处理问题。实战演练四

、实战演练盾构选型决策流程图第一步，看地质：是硬岩吗?是

选TBM

否

进入下一步第二步，看地下水：水压极高、水量极大吗?是

优先你是平衡盾构

是

优先土压平衡盾构第三步，看环境与成本：场地是否极度狭小?沉降控制要求是否极高?如果是，为土压平衡盾构加分；如果有成本优势，为泥水平衡盾构加分。最终做出综合决策。工程名称江河市地铁3号线越江段地质主要为粉质黏土夹粉细砂层，地下水丰富，水位高。环境隧道下穿江底，两岸为市区，施工场地相对宽敞。四

、实战演练你会怎么选?一个中心，两个基本点四大选型依据地质判断水文判断地质条件：决定性环境要求：限制性经济成本：权衡性安全环保：否决性盾构选型核心理念选型决策

流程小结SUMMA

RY环境与

成本权衡综合决策1.为什么说“地质条件”是盾构选型中决定性甚至是一票

否决的因素?请举例说明。2.某工程需穿越地层上部为回填土，中部为硬塑黏土，下

部为中风化石灰岩(岩溶发育)。请分析该工程选型面

临的主要挑战，并提出你的选型思路。3.“复合式盾构机”的出现，如何改变了传统的选型思维?

它解决了什么痛点，又带来了什么新的挑战?思考T

HINKIN

G《盾构施工技术》洞察地下迷雾2.盾构施工的“地质与环境侦察”线索

一：地下密码——工程地质勘察线索二：战场地图——周边环境调查线索关联：目录CONTENT

S风险拼图与报告生成02工程地质勘察一

、工程地质勘察侦探工具如何探查地下?一

、工程地质勘察主线隧道内桥梁溶洞软黏土关键证据地质剖面图二层溶洞一

、工程地质勘察主线隧道内桥梁Brdsfmdhe

msdm

gransl溶

洞软黏土识别“陷阱”二层溶洞粉细沙不良地质条件周边环境调查方法1卫星地图获取/航拍二

、周边环境调查环境调查报告二

、周边环境调查方法2:实地调查+资料调阅风险拼图与报告

生成三

、风险拼图与报告生成拼图游戏：地质风险+环境风险=?工程地质勘察报告一

、项目概况1.现口名临：林工程地质选部2

痛

目地点3.减目规痛：占地面积方管方果。建挑画积万平方率

端目用途：5.顽目投费：品投资化死人民币二

、勘察目的与任务1.勘察的，为噪日院供可的工程地质资料，为幢的舰息

设计，施工和运曾院供科学依照。2.勘任务：查维目在地的地质条作。岩上工E

的性、地下

本资源及环境地成向题，为项目的和速行概供报师.三

、勘雅方法与技术路线1.勘察方法：采用钻探、收样、试验，测试等手，情合地用施绘、地球物理路据等辆造，全医了解项は所点地的地提集件。2技术路生，避行理场路酷，了解项肆所喜地的地形地黎、跑成构造等基本情况：然后进行钻挥叙样，分析岩土工程特性。连行地下本资源及巧境地城网题的调查。四

、勘察成果与结论1.地质条作：项目所在地地成条件复点.台在多种他屋治性.主

要有岩、宏等，地层分布稳定，梁土工程粉性良好。2.者土工程特性：根据易悟集。谨驻所在地的岩土工程特性如

下：承裁力特证旗ia,施缩模梁航剪强度i

热等。生态环境的调查报告一

、调查背景近年来，裁国政府高度重视生态环境保护工作，出台了一系列政

策和措施，收得了显著成效。然面，生态环境问题俄然产重。空气污染，水污染、土墙污染等问题仍然困批着人相的生活，为了深入了解生态环境问题的现状和成四、我们阳织了这次调查。二

、调查目的1.了解当前夜国生态环境的基本状况，包括空气质量、水质，土

带等方面。2.

分析生态环境问器的成国，找出主要摩因和影响国素。三、调查方法1.文献综述：查闻相关文献资科。了解国内外生态环境问起的研

e

状和发展趋势。2.

实地调查，选择具有代去性的地区进行实地考整，了解当地生

境的实际情况。3.

问卷调查，设计问春，对公众，全业和政府部门进行同春调查

解他们对生态环境问题的认知和态度。4.数据分析：对收集到的数据进行统计分析。得出生态环视问题

的院状和成网.四

、调查结梨1.空气质量：请查发现，我国大部分城布的空气质量不容乐视，

PU2.5,

0

等污染物液度粒高，严重娜响人的健康。三

、风险拼图与报告生成实战演练：如果你是侦探

……小结SUMM

A

RY地质与环境摸查最

终

输

出方法：钻探/物探成果：地址剖面图识别：不良地质内容：建/构/物成果：风险源图评估：敏感度目标：识别风险关联分析手段一：地质勘察手段二：环境调查指导后续设计施工1.地质勘察中的“地质剖面图”揭示了哪些对盾构施工至关

重要的信息?2.如果地质勘察显示隧道将穿越一段松散的回填土，而环境

调查表明该段正上方有一条重要的市政主干道。请问这构

成了什么类型的风险?后续施工中应重点采取什么措施?3.你认为地质与环境摸查工作中，最需要具备的职业精神是

什么?为什么?思考T

HINKI

NG《盾构施工技术》给地层“打针”与“冷冻”3.盾构始发端头加固技术目录CONTENT

S01

加固目的：为何要“固本强基”?02

加固方案一：高压旋喷桩——

“精准注射”03

加固方案二：搅拌桩——

“深层搅拌”

加固方案三：冷冻法——

“地层冷冻”加固目的一

、加固目的防水承重防塌一

、加固目的方案一：高压旋喷桩：“精准注射”3D

动画：详细演示高压旋喷桩施工过程：钻杆钻至设计深度→高压水泥浆液从钻头侧孔水平喷射而出→切割、搅拌周围土体

→钻杆缓慢旋转提升→形成圆柱状水泥土固结体。3D

动画：演示搅拌桩施工过程：带有搅拌叶片的钻头下沉至设计深

度

→

喷出水泥浆

→

钻头旋转搅拌

提升

→

形成连续、均匀的水泥土

墙或格栅状体。一、加固目的方案二：搅拌桩：“深层搅拌”3D

动画：演示冷冻法原理：在加固区域打

入冷冻管→循环输送低

温盐水(如-30℃)

→

地层孔隙水结冰→冰胶

结土颗粒，形成高强度、

高止水性的“冻土墙”。一、加固目的方案三：冷冻法：“地层冷冻”加固方案加固工法核心原理最佳适用地层主要优点主要缺点高压旋喷桩高压喷射搅拌砂层、卵石层灵活、强度高成本较高、有冒浆

风险搅拌桩机械搅拌软土、黏性土成本低、效率高在硬土或砂卵石中

效果差冷冻法低温冻结富水软弱地层止水性极好、适

应性强能耗高、维护复杂二

、加固方案三大加固方案对比加固方案选择三

、加固方案选择绘制决策流程图起点：端头地层条件?判断1:是否富含承压水?是->优先考虑冷冻法判断2:是否为软土、黏性土?是->优先考虑搅拌桩(经济)判断3:是否为砂卵石层或空间受限?是->优先考虑旋喷桩终点：综合决策小结SUMM

A

RY端

头

加

固选型核心目的：放水防塌承重主流工法水文地质条件旋喷桩：精准注射搅拌桩：深层搅拌冷冻法：地层冷冻经济性与可行性思考T

HINKIN

G1.

简述冷冻法进行端头加固的原理。其形成的“冻土墙”在

盾构始发完成后如何处置?2.某越江隧道接收端位于河堤下，主要为粉细砂层，地下水

与江水有水力联系。请问应优先选择哪种端头加固方法?

为什么?3.端头加固施工完成后，需要通过哪些检测手段来验证其加

固效果是否满足设计要求?《盾构施工技术》破壁与封印4.盾构洞门破除与密封关键技术破壁行动：洞门破除技术与安全封印之术：洞门密封原理与安装目录CONTENT

S洞门破除一、洞门破除可能发生的风险：涌水、涌砂、坍塌目标：安全打开“通道”洞门破除洞门中心标高，水平，直径，中心线搭设应符合相关安全规范，确保牢固可靠安全通过探孔检查端头加固效果，以及加固土体的止水性分格进行凿除，从上至下，从中间至两边由下而上切割破除洞门复测脚手架搭设探孔检查外层钢筋混凝土凿除内层钢筋混凝土凿除盾构出洞工艺流程洞门凿除工艺流程图一

、洞门破除一

、洞门破除

一

、准备工作

●检测端头加固效果：检测内容：检测方法：1)加固体无侧限抗压强度

1)竖向抽芯检测2)加固体整体性、均匀性2)水平抽芯检测3)加固体地下水含量情况(即加固体渗透系数)施工人员进行探孔工作探孔位置示意图实际探孔位置一

、洞门破除

二、凿除工艺流程清晰展示凿除顺序划分凿除区块

从上至下凿除(外层凿除)从下至上(内层凿除)

对称作业清除碎块检查洞圈有序、对称、快速图3-20

洞门破除顺序图②⑤⑧①④⑦③⑥一、洞门破除两步进行：先外后内

三、凿除的方法洞门的破除(第三次)

三、凿除的方法第一

步：先凿除外层混凝土并割除钢筋及预埋件，保留最内层钢筋；外层凿除工作先上部后下部，先中间后两边。一、洞门破除②①③⑤④⑥⑧⑦⑨图3-20

洞门破除顺序图图5.8洞门破除

三、凿除的方法第二步：待盾构机始发抵至洞门1~1.5m,

割除内层钢筋，开始掘进。一、洞门破除图6-14

洞门凿除顺序洞门密封●防止泥土、水从盾壳与洞门间隙流出

●防止盾尾衬砌注浆流失目的二

、洞门密封多采用折页式压板帘布橡胶、扇形压板、防翻板、垫片和螺栓等。预埋钢环板帘布橡胶密封板帘布橡胶板

圆环板

垫

圈螺

栓扇形压板密封的形式密封装置组成螺母翻板固定螺栓折叶压板盾构进洞时状态洞门密封A—A洞门密封在结构的施工过程中，做好洞门

预埋件工作，预埋件必须与结构的钢筋连接在一起。施工步骤施工步骤在盾构正式始发或到达前，应先清理完洞口的渣土然后进行洞口密封装置的安装。洞图东部板开始从上200/12

8洞门密封安装密封橡胶安装洞门密封之前，应对帘布橡胶的整体性、硬度、老化程度等进行检查，对圆环板的成圆螺栓孔位等进行检查，并提前把帘布橡胶的螺栓孔加工好。然后将洞门预埋件的螺栓孔

清理干净

，最后按照帘布橡胶板、圆环板、扇形压板、防翻板的顺序进行安装。帘布橡胶板圆

环

板垫

圈螺

栓

帘布橡胶板扇形压板防翻板螺母

压板翻

板

圆环板安装的要求洞门密封二

、洞门密封盾构始发时，为防止盾构进入洞门时刀盘损坏帘布橡胶，可在帘布橡胶板外侧涂抹一定量的油脂。随着盾构向前推进，需根

据情况对洞门密封压板进

行调整，以保证密封效果。预理环板帘布橡胶密封板进洞前状态固定螺栓折叶压板盾构进洞时状态管片

管片管片拼装后的状态固定螺栓折叶压板盾构预埋钢环板注浆浆液固定螺栓折叶压板预埋钢环板泥水盾构始发时，除防止泥水盾构始发掘进时，

泥土、地下水从盾体和洞

门的间隙处流失外，还要

防止循环泥浆的流失。同

时为建立

一

定的泥水压力，

在盾构始发时一般需安装

由两道相同密封组成的洞

门临时密封装置。8厚20翻板φ50注浆管加劲板2箱体翻板洞门密封橡胶板小结SUMM

ARY洞门作业成功关键操作

有序快速安装均匀紧固检验严格破壁行动

洞门凿除封印之术

洞门密封预案周全准备验证加固装置窗帘压板核心

安全核心

可靠操作精细思考T

HINKIN

G1.洞门凿除前，必须进行哪项最关键的安全验证工作?

凿除过程应遵循什么原则?2.洞门密封装置中的“帘布橡胶板”是如何实现动态密

封的?其安装紧固时有何特殊要求?3.如果盾构始发时，洞门密封处出现少量泥水渗漏，可

能是什么原因造成的?应立即采取什么措施?《盾构施工技术》奠定基石5.盾构始发基座与反力架的精密安装角色分配：基座与反力架的功能精度为王：安装精度要求与后果实战流程：测量、安装、校准目录CONTENT

S始发基座与反力架的功能一

、始发基座与反力架的功能●承担盾构设备荷载

●为盾构始发导向始发基座的作用在盾构始发掘进时

，提供盾构向前推进所需的反作用力。一

、始发基座与反力架的功能反力架的作用反力架安装精度要求盾构始发基座一般采用钢结构，预制成榀。始发基座的水平位置按设计

轴线准确进行放样。将基

座与工作井底板预埋钢板

焊接牢固，防止基座在盾

构向前推进时产生位移。二、安装精度要求

一、基座安装精度要求图6-3

盾构始发基座的安装二、安装精度要求

一、基座安装精度要求标高(水平高度)、中线(平面位置)、坡度(仰俯角)基座精度·差之毫厘谬以千里始发基座加固二、安装精度要求

一、基座安装精度要求始发基座安装就位基座精度

：

差之毫厘谬以千里二、安装精度要求

二、反力架安装的精度与刚度要求垂直居中中国中铁五局稳固NANNNNNNANN反力架(提供反力的后背)实战流程：测量、安装、校准三、实战流程：测量、安装、校准中间井顶板盾构机隧道轴线盾构机轴线钢轨盾构机基座中间井底板反力架钢圆环90°

托架第一步：测量放样——

“画线”图

1

盾构机基座安装示意图(单位：mm)图

2

反力架、基座安装示意图盾柳机外径

隧道轴线钢环内经

安装轴线围护结构内衬墙预留孔三、实战流程：测量、安装、校准第二步：吊装与初调——

“粗定位”三、实战流程：测量、安装、校准第三步：精调与固定——

“微米级”校准三、实战流程：测量、安装、校准第三步：精调与固定——“微米级”校准核心理念测量是工程的

眼睛精度是安全的

基石核心要求精度标高/中线/

坡度/垂直度小结SUMM

ARY始发基座

与反力架安装流程测量放样吊装初调精准固定最终验收基座承载/导向反力架提供反力功能1.简述始发基座和反力架在盾构始发过程中分别起到什

么作用?2.如果始发基座在安装时，其中心线相对于隧道设计轴

线向左偏移了2厘米，可能会导致什么后果?3.在基座和反力架的安装流程中，“精调与固定”环节

为何至关重要?如果先固定后测量，会存在什么风险?思考T

HINKIN

G《盾构施工技术》“变形金刚”入地6.盾构机井下吊装与组装全揭秘目录CONTENT

S01

精密筹划：吊装前的“作战方案”02

巨物穿针：核心部件吊装入井03

精准对接：井下的“变形组装”04

神经连接：管线与系统总成吊装方案与现场准备运筹帷幄方案场地机具盾构机下井吊装区域管片陆输区出十池5*30*1约10孙吊机存放区前盾主机及配件存放区挡墙加固一

、吊装方案与现场准备盾构机运输吊装安全专项施工方案程土建施工项目西标段

盾构

区

间昆

程土建施工西标段项目经理部后配套拖车存放区砂料环吊装与安装后配套设备入井中体翻身入井前体翻身入井拼装机下井安装、盾尾翻身入井

刀盘翻身入井二、吊装与安装有序入场：顺序与安全二

、吊装与安装按从后到前(5→4→3→

2

→

1)顺序

下井，并组

装相应设备

及管线。1.后配套拖车下井由汽车吊与履带吊配合着倾斜下井，下井后一端与1号拖车连接，另一端支撑在现场焊接钢结构上。2.设备桥(连接桥)下井二、吊装与安装与号台车连接与钢结构连接设备桥二、吊装与安装3.螺旋输送机(土压)下井●倾斜下井，下井后摆放在矿车底盘上，拖至相应区域。二、吊装与安装4.中盾(及前盾)下井●翻身入井送至始发基座上二

、吊装与安装5.刀盘下井●与前盾密封连接立放下井刀

盘

翻

转二

、吊装与安装●盾构外壳焊接顶推支座，由千斤顶将主机前移至掌子面7.安装管片瓶装机6.主机前移二

、吊装与安装8.

盾尾下井盾尾密封条安装●并与中盾对接盾尾下井二

、吊装与安装●将螺旋输送机前端通过管片安装机插入中盾内部，并与前盾密封连接。9.安装螺旋输送机二、吊装与安装10.

反力架及负环钢管片安装盾构主机与后配套连接前进行反力架的安装，

端面与始发基座水平轴

垂直，使盾构轴线与隧

道设计轴线平行。反力

架与车站结构连接部位

的间隙要垫实，保证反

力架的安全稳定。-2

-7始发基座基础

始发基座

盾构井基座图6-12

反力架及负环钢管片钢管片钢支撑盾构井维护结构盾构井结构洞门

钢环反力架盾构始发掘进前应首先确定钢反力架的形式，并根据盾构推

进时所需的最大推力进行校核，然后根据设计加工盾构钢反力架，

待钢反力架安装完毕后，方可进

行始发掘进。二

、吊装与安装●反力架的作用：在盾构始发掘进时，提供盾构向前推进所需的反作用力。二、吊装与安装反力架的地面组装反力架就位11.

反力架的安装与吊装反力架吊装连接完毕的电路连接完毕的水、气等管路连接完毕的液压油路二

、吊装与安装●从后向前连接后配套与主机各部位液压、电气及水管路。12.

管线连接盾构机调试三

、盾构机调试盾构机调试工厂调试

现场调试井底空载调试试掘进负载调试

施工调试

最终检查：唤醒前的“体检”1.井底空载调试盾构组装完成