盾构法开挖隧道工程教学教材.ppt
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1、1盾构法开挖隧道工程2第一节第一节 盾构法基本原理盾构法基本原理F一、基本概念一、基本概念F 1.盾构法是在软土地层中修建隧道的一种施工方盾构法是在软土地层中修建隧道的一种施工方法。它是以盾构设备在地下掘进,边稳定开挖面法。它是以盾构设备在地下掘进,边稳定开挖面边在盾构内安全地进行开挖作业和衬砌作业,从边在盾构内安全地进行开挖作业和衬砌作业,从而构筑隧道的施工方法而构筑隧道的施工方法.F2.它适用于各类软土地层和软岩地层的隧道施工,它适用于各类软土地层和软岩地层的隧道施工,尤其适用于城市地下铁道和水底隧道的施工。尤其适用于城市地下铁道和水底隧道的施工。F3.盾构法施工的三大要素组成:稳定开挖面
2、、盾盾构法施工的三大要素组成:稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌。构机挖掘和衬砌。F4.盾构法施工的要求程序为:盾构竖井的修建盾构法施工的要求程序为:盾构竖井的修建盾构设备的拼装及附属设施的准备盾构设备的拼装及附属设施的准备盾构的开挖盾构的开挖与推进与推进隧道衬砌的拼装隧道衬砌的拼装衬砌壁后压浆。衬砌壁后压浆。3二、盾构机的组成二、盾构机的组成F 一台盾构机的外壳沿纵向从前到后可分为一台盾构机的外壳沿纵向从前到后可分为前、中、后三段,通常又把这三段分别称前、中、后三段,通常又把这三段分别称为切口、支承、盾尾三部分,如图为切口、支承、盾尾三部分,如图5.1.1所所示。示。4二、盾构机的组成二、盾构机的
3、组成1F1切口切口F 该部位装有掘削机械和挡土设备,故又称掘削该部位装有掘削机械和挡土设备,故又称掘削挡土部。挡土部。F2.支承支承F 支承部即盾构的中央部位,是盾构的主体构造部。支承部即盾构的中央部位,是盾构的主体构造部。因为要支承盾构的全部荷载,所以该部位的前方因为要支承盾构的全部荷载,所以该部位的前方和后方均设有环状梁和支柱,由梁和柱支承其全和后方均设有环状梁和支柱,由梁和柱支承其全部荷载。该部位装有推动盾构机体前进的盾构千部荷载。该部位装有推动盾构机体前进的盾构千斤顶或装有刀盘驱动装置、排土装置、盾构千斤斤顶或装有刀盘驱动装置、排土装置、盾构千斤顶、中折机构、举重臂支承机构等等诸多设备
4、顶、中折机构、举重臂支承机构等等诸多设备(封闭式盾构)。(封闭式盾构)。5二、盾构机的组成二、盾构机的组成2F 3盾尾盾尾F 盾尾部即盾构的后部。盾尾部为管片拼盾尾部即盾构的后部。盾尾部为管片拼装空间,该空间内装有拼装管片的举重臂。装空间,该空间内装有拼装管片的举重臂。为了防止周围地层的土砂、地下水及背后为了防止周围地层的土砂、地下水及背后注入的填充浆液窜入该部位,特设置尾封注入的填充浆液窜入该部位,特设置尾封装置。装置。6泥水平衡式盾构泥水平衡式盾构F在机械切削式盾构的前部刀盘后侧,设置隔板,它与刀盘之间形成泥在机械切削式盾构的前部刀盘后侧,设置隔板,它与刀盘之间形成泥水压力室,将加压的泥水
5、送入泥水室,当泥水压力室充满加压的泥水水压力室,将加压的泥水送入泥水室,当泥水压力室充满加压的泥水后,通过加压作用和压力保持机构,来谋求开挖面的稳定。盾构推进后,通过加压作用和压力保持机构,来谋求开挖面的稳定。盾构推进时有旋转刀盘切削下来的土砂经搅拌装置搅拌后形成高浓度泥水,用时有旋转刀盘切削下来的土砂经搅拌装置搅拌后形成高浓度泥水,用流体输送方式送到地面,这就是泥水加压平衡式盾构法的主要特征流体输送方式送到地面,这就是泥水加压平衡式盾构法的主要特征。7盾构的掘进是通过液压油缸顶推,同时前面刀盘边旋转边切削盾构的掘进是通过液压油缸顶推,同时前面刀盘边旋转边切削土体,使盾构向前移动,同时,通过出
6、碴系统(螺旋输送机或土体,使盾构向前移动,同时,通过出碴系统(螺旋输送机或泥水输送系统)将刀盘切削下来的碴土排出,当盾构前进到一泥水输送系统)将刀盘切削下来的碴土排出,当盾构前进到一定距离后,停止推进,将油缸缩回定距离后,停止推进,将油缸缩回,安装一环衬砌管片,然后安装一环衬砌管片,然后再继续推进下一循环。再继续推进下一循环。8泥水输送系统泥水输送系统F泥水输送系统具有两个基本功能,一是稳定掌子面,二是通过排泥泵泥水输送系统具有两个基本功能,一是稳定掌子面,二是通过排泥泵将开挖碴料从泥水仓通过排泥管输送到分离站。掌子面的稳定性靠膨将开挖碴料从泥水仓通过排泥管输送到分离站。掌子面的稳定性靠膨润土
7、泥浆对掌子面的压力以及靠膨润土泥浆的流变特性来确保。泥水润土泥浆对掌子面的压力以及靠膨润土泥浆的流变特性来确保。泥水循环系统由送排泥泵、送排泥管、延伸管线、辅助设备等组成。送泥循环系统由送排泥泵、送排泥管、延伸管线、辅助设备等组成。送泥泵将调制好的泥水通过送泥管输送到泥水仓;而排泥泵则将携带碴土泵将调制好的泥水通过送泥管输送到泥水仓;而排泥泵则将携带碴土的泥水排出,通过排泥管输送到地面的泥水处理设备进行分离。的泥水排出,通过排泥管输送到地面的泥水处理设备进行分离。9出碴系统总体布置示意图出碴系统总体布置示意图出碴系统总体布置示意图出碴系统总体布置示意图10泥水平衡式盾构特点泥水平衡式盾构特点F
8、a.在易发生流沙的地层中能稳定开挖面,可在正在易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;常大气压下施工作业;Fb.泥水传递速度快而且均匀,开挖面平衡土压力泥水传递速度快而且均匀,开挖面平衡土压力 的控制精度高,对开挖面周边土体的干扰少,地的控制精度高,对开挖面周边土体的干扰少,地面沉降量控制精度高;面沉降量控制精度高;Fc.盾构出土,减少了运输车辆,进度快;刀盘、盾构出土,减少了运输车辆,进度快;刀盘、刀具磨损小,适合长距离施工;刀具磨损小,适合长距离施工;Fd.刀盘所受扭矩小,更适合大直径隧道施工;刀盘所受扭矩小,更适合大直径隧道施工;Fe.适用于软弱的淤泥质粘土层、松散的砂
9、土层、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于地层含水量大、上方有水体的越江隧道和海底隧道。隧道。F 随着施工技术的不断进步,泥水平衡式盾构适随着施工技术的不断进步,泥水平衡式盾构适用的范围不断扩大,目前该工法被认为几乎适用用的范围不断扩大,目前该工法被认为几乎适用于所有地层。于所有地层。11盾构施工关键技术盾构施工关键技术盾构到达盾构始发12管片壁后注浆管片壁后注浆同步注浆示意图同步注浆示意图F在盾构掘进过程中采取以下注浆方式:在盾构掘进过程中采取以下注浆方式:F
10、通过盾尾注浆管在掘进的同时进行同步注浆;通过盾尾注浆管在掘进的同时进行同步注浆;F 必要时,在管片脱出盾尾后,通过管片上预留的注必要时,在管片脱出盾尾后,通过管片上预留的注浆孔进行补充的二次注浆。浆孔进行补充的二次注浆。13三、盾构法施工主要程序三、盾构法施工主要程序1:(一)盾构法施工主要施工步骤为:(一)盾构法施工主要施工步骤为:F1在盾构法隧道的起始端和终结端各建一个工作井,在盾构法隧道的起始端和终结端各建一个工作井,城市地铁一般利用车站的端头作为始发或到达的工作井;城市地铁一般利用车站的端头作为始发或到达的工作井;F2盾构在始发工作井内安装就位;盾构在始发工作井内安装就位;F3依靠盾构
11、千斤顶推力依靠盾构千斤顶推力(作用在工作井后壁或新拼装作用在工作井后壁或新拼装好的衬砌上好的衬砌上)将盾构从始发工作井的墙壁开孔处推出;将盾构从始发工作井的墙壁开孔处推出;F4盾构在地层中沿着设计轴线推进,在推进的同时盾构在地层中沿着设计轴线推进,在推进的同时不断出土不断出土(泥泥)和安装衬砌管片;和安装衬砌管片;F5及时向衬砌背后的空隙注浆,防止地层移动和固及时向衬砌背后的空隙注浆,防止地层移动和固定衬砌环位置;定衬砌环位置;F6盾构进入到达工作井并被拆除,如施工需要,也盾构进入到达工作井并被拆除,如施工需要,也可穿越工作井再向前推进。可穿越工作井再向前推进。F14第二节第二节 盾构施工控制
12、要点盾构施工控制要点F一、施工控制要点一、施工控制要点F(1)检查盾构基座的安全性和牢固性检查盾构基座的安全性和牢固性,防止盾构,防止盾构基座发生变形,致使盾构掘进轴线偏离设计轴线。基座发生变形,致使盾构掘进轴线偏离设计轴线。F(2)检查盾构后背支撑体系的稳定性,检查盾构后背支撑体系的稳定性,防止盾构防止盾构后背支撑体系在受盾构推进顶力的作用后发生局后背支撑体系在受盾构推进顶力的作用后发生局部变形或位移。部变形或位移。F(3)洞门凿除施工控制洞门凿除施工控制。当土体加固方案不当或。当土体加固方案不当或加固效果欠佳、地下水丰富、洞门凿除工艺不佳加固效果欠佳、地下水丰富、洞门凿除工艺不佳等情况时,
13、洞门凿除后易产生涌土,会影响地面等情况时,洞门凿除后易产生涌土,会影响地面变形、周边建筑物及管线安全,因此,事先应采变形、周边建筑物及管线安全,因此,事先应采取必要的防护措施。取必要的防护措施。15一、施工控制要点一、施工控制要点F(4)检查洞圈防水橡胶板和铰链板检查洞圈防水橡胶板和铰链板的安装是否得当有效。的安装是否得当有效。F(5)控制负环的拼装质量控制负环的拼装质量。自负环起严格控制环面平整。自负环起严格控制环面平整度,应逐环检查,控制相邻管片块的踏步,以免邻接块接度,应逐环检查,控制相邻管片块的踏步,以免邻接块接缝处管片碎裂。缝处管片碎裂。F(6)对于开口环出洞,则)对于开口环出洞,则
14、应检查支撑的牢固性和安全性应检查支撑的牢固性和安全性。对于整环出洞,则应做好负环管片的支撑工作。对于整环出洞,则应做好负环管片的支撑工作。F(7)加强对盾构出洞段轴线的控制加强对盾构出洞段轴线的控制。盾懂出洞推进极易。盾懂出洞推进极易产生翘头或低头现象,造成隧道轴线偏离设计轴线。产生翘头或低头现象,造成隧道轴线偏离设计轴线。F(8)进洞施工时应防止盾构姿态产生突变进洞施工时应防止盾构姿态产生突变。加强对进洞。加强对进洞基座安放、进洞段管片的连接、注浆等施工的管理。基座安放、进洞段管片的连接、注浆等施工的管理。F(9)盾构进洞后,应)盾构进洞后,应及时封堵管片与车站洞门结构的间及时封堵管片与车站
15、洞门结构的间隙,隙,防止水土流失。防止水土流失。16二、盾构出洞条件二、盾构出洞条件1F盾构由于出洞条件不具备,容易造成渗涌水等问盾构由于出洞条件不具备,容易造成渗涌水等问题,因此要严格盾构出洞条件验收,内容如下:题,因此要严格盾构出洞条件验收,内容如下:F(1)施工现场已完成设计、勘察交底。)施工现场已完成设计、勘察交底。F(2)工作井已通过结构验收。)工作井已通过结构验收。F(3)盾构推进、测量、监测施工组织方案已审批)盾构推进、测量、监测施工组织方案已审批并组织了各方讨论,监理细则已编制审批。并组织了各方讨论,监理细则已编制审批。F(4)洞门维护结构破除方案审批完成,密封措施)洞门维护结
16、构破除方案审批完成,密封措施完成。完成。F(5)设计要求的出洞区地基加固完成。)设计要求的出洞区地基加固完成。F(6)各项加固指标经检测达到设计要求。)各项加固指标经检测达到设计要求。F(7)洞门经探孔未发现异常情况。)洞门经探孔未发现异常情况。17二、盾构出洞条件二、盾构出洞条件2F(8)反力架反力架经验算,强度和刚度满足施工工况。经验算,强度和刚度满足施工工况。F(9)已调查盾构推进沿线的保护构筑物、管线等现有)已调查盾构推进沿线的保护构筑物、管线等现有状况,并已制订切实可行的保护措施。状况,并已制订切实可行的保护措施。F(10)周围环境检测控制点已按监测方案布置完成,且)周围环境检测控制
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