浅谈盾构法隧道施工及其易发工程灾害[详细]

1、浅谈盾构法隧道施工及其易发工程灾害,盾构机的分类 目前地铁施工主要以泥水平衡式、土压平衡式两种模式盾构为主。 泥水平衡式盾构介绍 该型式盾构是在机械式盾构的刀盘的后侧设置一道密封隔板，隔板与刀盘间的空间定名为泥水仓，把水、粘土、添加剂混合制成的泥水，经过输送管道压入泥水仓，并具有一定压力，形成泥水压力室，通过泥水的加压作用和压力保持机构，来维持开挖工作面的稳定。,泥水平衡式盾构施工特点 在已发生流沙的地层中能稳定开挖面，可在正常大气压下施工作业； 泥水传递速度快而且均匀，开挖面压力平衡的控制精度高； 盾构不出土，减少运输车辆，进度快；刀盘扭矩小、刀具磨损小，适合长距离施工； 适合大直径隧道施工

2、 适用于软弱的淤泥质粘土层、松散的砂土层、沙砾层、卵石层和硬土的互层等地层。特别适用于地层含水量大、上方有水体的越江隧道和海底隧道施工。 需要较大规模的泥水处理设备及设置泥水处理设备的场地。,土压平衡式盾构施工特点 土压平衡式盾构又称削土密闭式或泥土加压式盾构。其施工方法是保持开挖面的稳定，在切削刀盘后面的密封腔内充满开挖下来的土砂，并保持一定土压力。特点：施工中基本不使用土体加固等辅助施工措施，节省技术措施费，并对环境无污染；根据土压变化调整出土和盾构推进速度，易达到工作面的稳定，减少了地表变形；对掘进土量能形成自动控制管理，机械自动化程度高、施工速度快。原理：土压平衡盾构盾构机是利用安装在

3、盾构最前面的全断面切削刀盘，将正面土体切削下来进入刀盘后面的密封舱内，并使舱内具有适当压力与开挖面水土压力平衡，以减少盾构推进对地层土体的扰动，从而控制地表沉降，在出土时由安装在密封仓下部的螺旋运输机向排土口连续的将土碴排出。,土压平衡盾构的基本原理图片演示,增大 / 减小螺旋输送机排放速度,地下水 压 土压,增大/减小推进速度 压力,土舱压力主要控制因素图片演示,土压平衡盾构的组成,车架4,车架3,车架2,车架1,通风系统,盾尾,中盾,前盾,刀盘,刀盘,前盾,中盾,盾尾,刀盘6.28m，前盾6.25m，中盾6.24m，盾尾6.23m,刀盘,刀盘是一个带有多个进料槽的切削盘体，位于盾构机的最前

4、部，开口率为28，刀盘驱动可以使刀盘在顺时针和逆时针两个方向上实现03.3转/分钟的无级变速。,前盾,前盾的外型像一个圆筒,在其内部安装有用于支撑刀盘主驱动装置和螺旋输送机的钢结构。排土系统中的螺旋输送机的安放位置， 装有土仓保压系统的人行闸，工作人员进入到土舱检察及更换刀具时，要使用人行闸。,进舱通道,连接螺旋输送机,连接中盾螺栓孔,支撑钢结构,主驱动马达,前盾前方（土舱）,被动搅拌棒,连接刀盘螺旋孔,人舱闸门,中盾,中盾设备主要有推进油缸，铰接油缸，人舱，米字支撑梁，走道平台，配电柜，超前注浆孔等,推进油缸,铰接油缸,超前注浆孔,盾尾,盾尾没有钢结构支撑环，只有壳体，盾尾尾部有加强环，厚5

5、0mm，设有3道盾尾刷，4用6备同步注浆孔，管片拼装机安装于壳体内。,盾尾,盾尾下井连接,螺旋输送机下井安装,刀盘安装,前盾与中盾连接,设备桥,在其下部安装有管片运输设备，包括管片输送车、运送管片的电动吊车的连接桥轨道,1#车架,7m储浆罐,注浆泵,手动注浆系统,2#车架,液压油箱,液压泵站,冷却系统,3#台车的泡沫系统、内外循环冷却水系统、低压补偿柜、配电柜及管路等设备,泡沫原液箱,泡沫混合液箱,低压补偿柜,配电柜,4#车架,空压机,储气罐,变压器,5#车架,电缆存放箱,污水箱,6#车架,进水管卷盘,排水管卷盘,始发场地布置,始发井场地标高控制，铺设盾体平移钢板,站内轨道铺设,道岔,始发托架

6、下井,井内场地硬化找平,电瓶车充电站,车架连接方式,车架之间采用铁销连接,盾构施工测量,盾构施工测量的主要内容： 地面测量控制网的交接桩。 地面测量控制网点复核及加密。贯通测量技术方案的制订。联系测量。地下控制测量（地下主控导线测量、施工导线测量 ）。盾构机的导向测量。竣工测量等等。,平面精密导线测量,其中： 多方向水平角观测采用全圆观测法，归零差小于6秒； 导线点只有两个观测方向时，宜采用左、右角观测，左右角平均值之和与360。的较差应小于4“； 如遇长、短边需要调焦时，应采用盘左长边调焦，盘右长边不调焦，盘右短边调焦，盘左短边不调焦的观测顺序进行观测； 观测竖直角不应30； 开始测量前应测

7、量大气温度、大气压等气象参数并输入全站仪，改变其气象参数。每条导线边测距应往返各测三测回，每测回三次读数，读数较差3mm往返平均值较差应小于5mm。边长理论上应作高程归化和投影改化工作； 一般选用TC1800一级全站仪； 高山、楼房顶上测量一般情况下人员分工：测站记录、观测、搬运工共三人，目标站两人。,高程控制网应在城市二等水准点下布设的精密水准网。,其中： 1、车站、隧道洞口或竖井口应设置二个以上水准点 2、观测方法：往测：奇数站上为：后前前后。 偶数站上为：前后后前。 返测：奇数站上为：前后后前。 偶数站上为：后前前后。 3、由往测转向返测时，两根标尺必须互换位置。 4、视距60m，前后视

8、距差1.0m，前后视距累计差3.0m 5、每测站观值限差：基辅分划读数差0.5mm 基辅分划所测高差之差0.7mm 检测间歇点高差1.0mm,主要技术参数应符合以下技术要求：,高程测量,环片姿态测量（极坐标法测量）,1、长水准尺（3m或4m）应在每环前端法线面上置平；,2、用全站仪极坐标法直接测量每环中心（一般是粘贴反射片）坐标(X,Y)；,4、或用三角高程法测量直接测量环片中心三维坐标（X,Y,Z）。,长尺法测量示意图：,5、 计算环片中心与隧道设计中心的偏距，偏距在盾构前进方向左侧为“负”记为“-”， 偏距在盾构前进方向右侧为“正”记为“+” 。底板高大于设计高程垂直偏差为“正”记为“+，

9、反之垂直偏差为“负”记为“-”。,3、用DS3水淮仪直接测量每环前端底部高程；,隧道贯通测量,贯通前的测量,一般在贯通前150米200米再进行一次联系测量与主控测量，测量方法与地下主控测量和联系测量方法相同。不另作介绍。,贯通后的测量,1.主控测量,TCA托架移站必须进行复测，离贯通面50米新移站的托架掘进58环后必须进行复测，确保盾构机姿态测量误差10mm。,2.TCA托架测量（频率、精度控制）,一般至少在贯通前100米测量出洞洞门中心的实际三维坐标，向总工室提供书面资料，由总工室下达盾构机贯通前盾构机姿态控制技术指令。,3 出洞洞门中心三维坐标复测,盾构机破洞后，应及时组织测量盾构机姿态。

10、测量方法一般有两种，测量测点三维坐标一般为全站仪直接坐标法测量法。下面仅介绍两种方法的外业测量方法:,1 破洞后的盾构机姿态测量,演算工房导向系统界面,导向系统安装说明,VMT的姿态显示图形,TBM 远程控制,后视棱镜,连接到 办公室,隧道管片,TBM,ELS 目标,黄色盒子,激光经纬仪,VMT内测量系统主要组成部分形象图,1、支撑与底板连接处 2、3、托架支撑 4、托架底板 5、托架固定螺丝 6、仪器对中制动螺丝,放测量仪器的托架,放后视棱镜的托架,ELS激光标靶,激光标靶在盾构机上的位置,激光标靶,测量仪器正常工作时的情景一,无线信号发射器,隧道设备布置,隧道布置图纸,电瓶车溜车,管片拼装

11、头断裂,管片开裂,广州地铁二号线市二宫江南 西站右线R149环(鞠世健 摄),新加坡某地铁隧道管片开裂 (上海隧道工程股份有限公司 摄),盾尾漏浆,软土地层喷涌，出土量增大,228环掘进至1600mm，推力大于1800t，刀盘扭矩达80%90%（4.6MNm5.2MNm ），速度却仍然难以提升，维持在10mm/min左右。 当229环掘进至1200mm，推力大于1800t，扭矩高达80%100%（4.6MNm5.7MNm），而掘进速度仍为6mm/min左右，此时刀盘密封温度升至50，渣土温度也明显升高。 不断地加水、搅拌、出土，起到了一定效果，随着部分岩块和泥饼的洗出，螺旋输送机开始正常出土，

12、土仓内土压逐渐正常。 229环掘进完成。该环管片共使用泡沫1桶，出渣20车（约300m3）。,四号线大学城专线【大小】盾构区间左线盾构机盾体侧翻,2005年4月29日夜班，左线盾构机后点垂直姿态偏离中心达到180mm，大小项目部决定转动刀盘，以使刀盘前方底部的豆粒石搅动，在推进中纠正盾构机垂直姿态。 2005年4月30日0点50分时开始启动3个刀盘电机，凌晨1点刀盘NO1、2、3电机先后过负跳闸（该现象在平时掘进中出现较多）。 后启用8个电机运转，但刀盘仍然无法转动，出现这些情况时，从设备监控系统中发现故障提示为电机过负 。 最后做出了启动10个电机转动刀盘的决定，同时缩回了顶在管片上的千斤顶，只留下24号一个千斤顶顶在管片上，启动后操作手发现电流上升较大，刀盘扭矩瞬时值高达9720KNm，操作手马上停止操作，几秒钟后盾体突然发生滚动，就产生了顺时针方向转动约29的翻转，一个千斤顶撑靴垫板被损坏，盾构机的双轨梁、皮带机等部位也随之发生扭曲变形。,现场图片,地表冒浆,洞门凿除塌方事故,塌方处,人员伤亡,2004年2月16日，左线盾构始发掘进前的准备工作已经大部分完成，包括端头土体加固，洞门两根人工挖孔桩的破除等作业已经完成，业主、监理和施