盾构机的种类构造选型及管片拼装技术[详细]

1、1,盾构机的种类、构造、选型及管片拼装技术,1. 盾构机的种类 盾构机是盾构法施工的主要施工机械,按开挖面与作业室之间的隔墙构造可分为全开敞式、半开敞式及密封式三种,种类划分如下所示：,盾构机的种类和构造,全开敞式 全开敞式盾构机是指没有隔墙、开挖面敞露状态的盾构机,根据开挖方式的不同,又分为手掘式、半机械化式及机械式三种,这种盾构机适用于开挖面自稳性好的围岩,在遇到开挖面不能自稳的地层时,则需进行地层超前加固等辅助施工方法,以防止开挖面坍塌,国内外根据各种使用条件的不同,使用的盾构也不同,特别是面板及刀具的形式多种多样,目前,应用最广的是泥水盾构和土压平衡盾构,手掘式盾构 半机械式盾构 网格

2、式盾构,土压平衡式盾构 土压平衡式盾构又称削土密封式或泥土加压式盾构,它的前端有一个全断面切削刀盘,在它后面有一个贮留切削土体的密封舱,在其中心处或下方装有长筒形的螺旋输送机,在密封舱和螺旋输送机,以及在盾壳四周装设的土压传感装置,根据需要还可装设改善切削土体流动性的塑流化材料的注入设备,泥水加压式盾构 泥水加压式盾构的总体构造与土压平衡式盾构相似,仅支护开挖面方法和排碴方式有所不同,在泥水加压式盾构的密封舱内充满特殊配制的压力泥浆,刀盘(花板型)浸没在泥浆中工作,对开挖面支护,通常是由泥浆压力和刀盘面板共同承担,前者主要是在掘进中起支护作用,后者主要是在停止掘进时起支护作用,泥水平衡盾构掘进

3、机与工法,a直接控制型(日本型) 直接控制型(日本型)泥水加压式盾构的泥浆压力控制由一套自动控制泥浆平衡的装置来实现,见图,P1为供泥泵,从泥浆处理厂的泥水调整槽将泥浆压人盾构密封舱,供入泥浆比重在1.051.25之间,在密封舱内与开挖碴土混合后的重泥浆由排泥泵P2、P3、P4排至泥浆处理厂,排出泥浆比重在1.11.4之间,密封舱的泥浆压力是通过调节供浆泵P1的转速或节流阀的开口比值来实现控制的,b间接控制型(德国型) 间接控制型(德国型)泥水加压式盾构的泥浆压力控制由空气和泥水双重系统实现,见图,混合盾构(Mixshield) 混合盾构是在欧洲发展起来的一种新型盾构,这种盾构本机可以构成一台

4、泥水加压式盾构、气压式盾构或土压平衡式盾构,当地层条件变化时,盾构的机形可以随地层变化而相应改变调整,多圆盾构(MultiCircularFaceShield) 多圆盾构是日本开发的新型盾构,其中的双圆盾构可以用来修建区间隧道,一次开挖完成双线区间隧道,可以比两个单独的圆形隧道降低工程成本工10%,减少开挖面积15%,三圆盾构既可用来修建地铁车站隧道,拆下中间盾构后又成为两个单独盾构,可以修建区间隧道,多圆盾构(MultiCircularFaceShield) 多圆盾构是近年日本开发的新型盾构,其中的双圆盾构可以用来修建区间隧道,一次开挖完成双线区间隧道,可以比两个单独的圆形隧道降低工程成本工

5、10%,减少开挖面积15%,三圆盾构既可用来修建地铁车站隧道,拆下中间盾构后又成为两个单独盾构,可以修建区间隧道,盾构选型的基本原则,开挖面稳定 地层的适应性 地下水处理 沉降 施工适宜性 安全性 辅助工法 环境及公害,盾构类型与渗透性的关系,盾构机的分类及选型,盾构工序,始发 掘进 注浆 管片拼装 盾构达到 掉头/拆卸,管片分类,管片宽度为1.2m,厚度为350mm； 隧道拼装形式一般分为以下两种： 1、通缝拼装； 2、错缝拼装；,管片类型： 钢管片 钢筋混凝土管片,管片成环后,防水橡胶膨胀止水带的制作,止水带制作,包角粘子,同步注浆的作用,同步注浆可以对管片的环与环之间的高差进行有效的控制

6、,以免管片推出盾尾后管片下沉或上浮量过大,引起管片碎裂, 如图所示,管片拼装形式,一般分为两种：1、为通缝拼装；2、错缝拼装；,通缝拼装隧道,错缝拼装隧道,管片拼装的特点,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, 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1/21/3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,成环管片,管片拼装成环一共由6块管片组成：1块落底块D块、2块标

7、准块B1、B2块、2块邻接块L1、L2块、1块封顶块F块, 如右图所示 红色为外径； 蓝色为内径；,管片拼装顺序,管片拼装顺序一般为：先下后上的拼装顺序； 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；,成环后管片位置,拼 装 落 底 块,拼 装 邻 接 块,拼 装 标 准 块,拼 装 封 顶 块,管片拼装顺序示意图,第一步,第二步,第四步,第三步,管 片,管片的组装顺序,K管片(封顶块)的嵌入,封顶块F块的拼装,拼装封顶块F块,为纵向插入式； 在其左右两侧涂刷润滑剂,使在插入时不会过紧,使止水带向外逃

8、出,影响下一环管片的拼装；止水带外逃直接影响下一环管片在拼装时管片邻接块L1、L2两角部容易碎裂,并引起管片渗漏水；,管片成环后,技术名词解释 管片端头每块管片的二个纵向端面； 张角两块管片端面接头缝在径向向外张开称外张角,反之称内张角； 喇叭两块管片端面接头缝在纵向向推进方向张开叫前喇叭,反之称后喇叭； 踏步前后两环管片内弧面的不平整度； 纵向螺栓环与环之间的连接螺栓； 环向螺栓同一环管片块与块之间的连接螺栓； 端肋管片中每块管片两端头的肋板； 环肋管片环向的肋板； 纵肋管片在纵向的加劲肋； 椭圆度圆环垂直、水平两直径之差值； 超前指圆环环面与推进设计轴线垂直度的误差,有上、下超前和左、右超

9、前之分,管片环面的状态主要有以下几种：,下超前（右超前）,向下踏步 (右),上超前（左超前）,向上踏步 (左),纵向错缝,环向错缝,纵、环向错缝,环面不平或纵缝前后喇叭,前喇叭,后喇叭,推进方向,千斤顶,封顶块前突,管片环面错位纠偏,对于管片十字缝错位,将采用楔子对其进行环面纠偏； 楔子的厚度一般为3mm、2mm、1mm；,十字缝 错缝,楔子粘贴,判别方法 （1）湿迹 对于湿迹现象,水分蒸发速度快于渗入量,用干手触摸有潮湿感,但无水分浸润感觉,在隧道内常规通风条件下,潮湿现象可能会消失,管片腰部以上区域无法用手触摸,仅能依靠目测判断, （2）渗水 渗水现象在加强人工通风的条件下也不会消失,用干

10、手触摸,明显沾有水分,如用废报纸贴于渗水处,废纸将会被浸湿变色,对于腰部以上区域,可通过灯光照射,有无反光,辅助判断是否为渗水, 某些情况下,病害可能介于湿迹与渗水之间,较难区别,此时应多种检查方法并用,只要一种检查结果为渗水,则应按不利原则考虑归为渗水病害,（3）滴漏 滴水现象与其他渗漏水病害较容易区分,但由于滴漏速度有快慢,当检查速度较快时,容易漏检,在检查过程中,可注意道床表面是否有水迹或小量积水,如存在,极有可能是隧道顶部滴漏的结果, （4）漏泥砂 漏泥现象较易判断,通常漏泥时,渗水量相对较大,且夹带新鲜泥沙,导致渗出物浑浊,椭圆度允拼装许偏差值（mm）（验收） 地铁隧道5D（0.6D

11、） 公路隧道6D（0.8D） 检查频率4点/环（10环） 错台：成型隧道相邻管片接缝处的高差 相邻管片的径向错台（mm） 地铁隧道5（10） 公路隧道6（12） 检查频率4点/环 相邻环面环面错台（mm） 地铁隧道6（15） 公路隧道7（17） 检查频率1点/环,净空与椭圆度,隧道净空：是指隧道内轮廓线所包围的空间,包括隧道建筑限界、通风及其它功能所需的断面积,限界 “限界”是一种规定的轮廓线,这种轮廓线以内的空间是保证地铁列车安全运行所必需的, 地下铁道的限界分为车辆限界、设备限界、建筑限界和受电弓或受流器限界,它们是根据车辆外轮廓尺寸及技术参数、轨道特性、各种误差及变形,并考虑列车在运动中

12、的状态等因素,经科学地分析计算确定,限界基本内容,限界的坐标系,X,OXY,Y,车辆限界 车辆限界是指车辆最外轮廓线的限界尺寸,应根据车辆的轮廓尺寸和技术参数,并考虑其静态和动态情况下所能达到的横向和竖向偏移量,按可能产生的最不利情况进行组合确定,二、限界基本内容,车辆轮廓线 (1)车辆轮廓线的含义 (2)车体外轮廓尺寸 我国地铁车辆采用标准车型和宽体车型两种,将其分为A型及B型,各型车辆基本参数, 标准车型 宽体车型 车长 19000mm 22100mm 宽 2800mm 3000mm 高 3800mm 3800mm,限界基本内容,设备限界 设备限界是指线路上各种设备不得侵入的轮廓线,是在车

13、辆限界的基础上再计入轨道出现最大允许误差时,引起车辆的偏移和倾斜等附加偏移量,以及在设计、施工、运营中难于预计的因素在内的安全预留量,二、限界基本内容,建筑限界 (1)建筑限界的含义 建筑限界是行车隧道和高架桥等结构物的最小横断面有效内轮廓线,在建筑限界以内、设备限界以外的空间,应能满足固定设备和管线安装的需要,还需考虑其他误差、测量误差、结构变形等, (2)盾构施工的圆形隧道和矿山法施工的马蹄形以及拱形隧道,在列车顶部控制点范围内,建筑限界以内,设备限界以外即建筑限界与设备限界之间的空间,宜不小于150mm,以满足电缆管线横穿的需要,(3)圆形隧道建筑限界 (盾构法施工) ,如线路最小平面曲

14、线半径R=300m,圆形隧道建筑限界的直径宜为= 5200mm,(4)马蹄形隧道建筑限界(暗挖法施工),马蹄形隧道内部净空尺寸,应考虑施工误差才能满足建筑限界的要求,一般在建筑限界的两侧及顶部各增加100m,限界考虑参数,断面类型, 车辆规格参数,（长、宽、高、转向架） 最高运行速, 轨道曲率、钢轨类型, 风荷载等,椭圆度 椭圆度是指圆形隧道管片衬砌拼装成环后最大与最小直径的差值, 椭圆度的计算方法如下： T=2*(a-b)/d T隧道椭圆度, a隧道的长半轴, b隧道的短半轴, d隧道的外径,1.在隧道管片边缘处吊多条垂线,通过两侧拉皮尺的方法,找出垂直于各垂线的测线,通过不停的移动尝试,找出最长的测线A,B,即最长轴2a, 2.找到隧道长轴后,取2a的中心点O,移动隧道中间的吊锤,让吊锤刚好通过中心点O,测量该测线的长度得到短轴b,然后按公式计, 其弊端在于：默认了短半轴与吊锤方向平行