盾构施工调研报告x.docx

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1、盾构施工调研报告x盾构施工调研报告 第一章盾构法发展盾构法(Shield)或掩护筒法是在地表以下土层或松软岩层中暗挖隧道的一种施工方法。自 1818 年法国工程师布鲁诺尔(Brunel)独创盾构法以来，经过一百多年的应用与发展，从气压盾构到泥水加压盾构以及更新奇的土压平衡盾构，已使盾构法能适用于任何水文地质条件下的施工。盾构法受启发于蛀虫挖洞，20 世纪初日本引进盾构施工技术，并使其得以较大发展。上世纪 60 年头该技术引入中国。目前，日本及欧洲处于盾构技术的领先地位。随着盾构机制造业的发展和施工工艺的不断改进，逐步形成了比较完善的盾构系列施工工法。近年来随着城市建设的发展，地下空间得到广泛的

2、开发利用，盾构设备的自动化程度越来越高，其适用性得以拓展，能够适用于多种地质条件和困难环境条件。已在城市地铁、市政管道、地下马路、越江隧道等基础设施建设中得到广泛应用。其次章地铁盾构区间施工实例2.1 地铁盾构区间工程概况角门北路-南站区间左线全长 1321.687m（其中盾构法施工1161.488m，矿山法施工 139.199m），右线全长 1382.858m（其中盾构法施工 1231.434m，矿山法施工 130.424m）。南站-陶然亭站区间左线全长 1462.619m（其中盾构法施工 821.05m，矿山法施工 604.569m），右线全长 1481.079m（其中盾构法施工 864.

3、05m，矿山法施工 584.629m）。盾构隧道结构采纳单层预制拼装式管片衬砌，隧道外径 6000mm，衬砌厚度 300mm，管片环宽 1200mm，每环管片分为 6 块，管片间防水采纳预制弹性密封橡胶条。2.2 所用盾构机的主要技术性能参数所用盾构机为日本三菱重工业株式会社生产的土压平衡式盾构机，外径6140mm，机长约 71m，总体重量 400T （含后续台车），总推力 37840kN，开口率 39%。考虑到沿线砂卵石地层对刀具的磨损，特增加了刀具磨损检测装置。本盾构机主体为圆筒状，由前体、后体构成。该机刀盘由 98 把刮刀、40 把先行刀、1 把中心刀、2 把仿形刀、3 个刀具磨损监测刀

4、组成。22 个推动千斤顶匀称的分布在盾构机机身内侧的环梁部位，作为盾构机的推动系统。16 台铰接千斤顶组成的铰接装置可以使盾构机在曲线段中比较简单的进行推动作业。另外设置了 4 套可以从机内进行回填注入的同步回填注入装置。3 道盾尾密封刷设于盾构机体的尾端作为盾尾密封装置，防止地下水、土沙、背填浆液等从环片与主体之间的缝隙渗入机体内部。2.3 盾构掘进施工限制盾构施工是以掘进、碴土排运、管片衬砌为基础进行的。盾构施工限制主要包括三个方面，即开挖限制、填充限制、轴线限制；其中包含 7 个要点，主要为开挖面稳定、掘进出渣、盾构掘进参数、注浆参数、注浆材料、盾构姿态及位置、管片选型。下面重点谈论开挖

5、面稳定限制、盾构掘进参数限制和注浆材料选用:（1）开挖面稳定限制施工参数和开挖面稳定限制的好坏干脆影响地表沉降大小、地下管线和地表建筑物的平安。因此施工中应对开挖面的稳定进行严格限制。为了保证盾构机顺畅排土，需对掘削下来的土砂加泥或加化学泡沫等添加剂以限制土仓内土砂的塑性、流淌性处于适当的范围内，以保证盾构机能够顺畅排土。（2）盾构掘进参数限制盾构施工类似工厂流水线作业，因此施工中要求各环节紧密连接，任何一道工序发生滞后，都将干脆影响施工工效，或导致施工停止。因此应进行信息化施工管理，收集各阶段的施工参数，通过分析、归纳，在施工中不断对各种参数的设定进行优化，将会提高施工的质量、效率。（3）注

6、浆材料选用壁后注浆浆液分为单液砂浆和双液化学浆液，单液砂浆浆液应具备以下性能：具有良好的长时间稳定性及流淌性，并能保证适当的初凝时间，以适应盾构施工以及远距离输送的要求；具有良好的充填性能；在满意注浆施工的前提下，尽可能早地获得高于地层的早期强度；浆液在地下水环境中，不易产生稀释现象；浆液固结后收缩率小，泌水率低；原料来源丰富、经济，施工管理便利，并能满意施工自动化技术要求。第三章施工中遇到的问题及处理3.1 盾构始发时盾构机头扎头（1）产生的缘由始发推动后，在盾构抵达撑子面及脱离加固区时由于盾构下半部土体受到扰动，承载力降低简单出现盾构叩头现象。应抬高盾构始发姿态，盾构机机头在安置时应设置一

7、个仰角。产生缘由：盾构机在推动过程中，由于泥土仓实际土压力值低于理论值，使盾构机头部周期性地下降。造成盾构机磕头。（2）处理方法实际操作中，应使泥土仓土压力值略高于理论值，并在推动时按工况条件和地质状况在盾构机正面加入发泡剂、膨润土和水等改良土体的添加剂，改良开挖面的土体。施工过程中要依据隧道的埋深、所在位置的土层状况和地层变形量等信息的反馈，对土压力设定值、推动速度和注浆量等施工参数刚好地进行调整。3.2 盾构过程中产生泥饼（1）产生的缘由盾构机在粘性土层中施工时，由于粘性土具有内摩擦角小、粘性大和流淌困难等特点，使得粘性土体粘附在刀盘上。被刀盘从开挖面上切削下来的粘土，通过刀盘渣槽进入泥土

8、仓后，在泥土仓上压力的作用下简单被压实固结，首先将刀盘支撑臂中心充溢填实，并很快地堵死了刀盘中心的渣槽，使刀盘中心正面的土体不能通过中心刀渣槽进入泥土仓，而是在刀盘挤压力的作用下从刀盘四周的渣槽进入泥土仓。渐渐地，整个泥土仓内全部被压实固结的土体充溢并堵塞。当刀盘接着旋转切削土体时，固结土体的刀盘和开挖面土体之间产生很大的摩擦力，相互摩擦产生大量的热量，刀盘温度不断上升，使刀盘和泥土仓内的土体不断地被烧结固化，最终在刀盘和整个泥土仓内形成坚硬的泥饼。泥饼形成后，刀盘扭矩和盾构机推动阻力均快速增大，螺旋输送机无法出土，盾构机不能往前推动。泥土仓内过高的温度会缩短刀盘主轴承的运用寿命，加速主轴承的

9、损坏，甚至会出现主轴承烧结、抱死的严峻后果（2）处理方法适量增加泡沫的注入量，减小碴土的黏附性，降低泥饼产生的几率。刀盘背面和土仓压力隔板上设搅拌棒，以加强搅拌强度和范围，并通过土仓隔板上搅拌棒的泡沫孔向土仓中注射泡沫，改善渣土和易性，增大渣土流淌性。必要时螺旋输送机内也要加入泡沫，以增加碴土的流淌性，利于碴土的排出。限制循环睡的温度由于刀盘温度高造成的泥饼问题。一旦产生泥饼，可空转刀盘使泥饼在离心力的作用下脱落。确保开挖面稳定的状况下也可采纳人工进仓清除。3.3 螺旋输送机循环喷涌泥水（1）产生缘由盾构机在高水砂层进行施工时，由于开挖面土体充水裂隙，含水量丰富，而且已成型的盾构隧道同步注浆量

10、没有完全充溢衬背空隙，以致留下流水通道，开挖面土体裂隙的水不断地流入泥土仓，泥土仓内不停地积水。当螺旋输送机工作时，首先吸入泥土仓内的水，然后从其出土闸门快速喷出，形成喷涌。泥土仓内的水被短暂吸干后，螺旋输送机才能出渣排土，很快地泥土仓内又积水较多，螺旋输送机又必需先吸水后出土。造成盾构机无法正常工作，螺旋输送机不停地喷涌停机喷涌，如此恶性循环，盾构机推动缓慢。（2）处理方法当遇到此状况时，关闭螺旋输送机，停止出土，保持盾构机接着往前推动，增加泥土仓内的土压力，让刀盘切削下来的土体将泥土仓内的水不断地挤出，削减泥土仓内的含水量。同时要防止土仓压力过高，造成盾构机前方隆起、冒浆，以及击穿盾尾密封

11、等现象的发生。向泥土仓内加入高浓度泥浆或泡沫，改善泥土仓内土体的和易性，使土体中的颗粒、泥浆成为一整体，使土体具有良好的可塑性、止水性及流淌性，便于螺旋输送机顺当出土。在进入富水砂层前，盾构机提前采纳气压平衡模式进行推动，但要防止发生漏气事务。3.4 螺旋输送机出料口形成大土堆（1）产生缘由在粘性土层中，由于土体粘性大，由刀盘切削下来的粘土与土仓内的水难以匀称地混和，造成泥水分别。在螺旋输送机出土时，整团泥土从螺旋输送机出土闸门排出至胶带输送机的胶带上。由于泥和水呈分别状态，所以泥和胶带之间的摩擦力较小，而且胶带向上运转，使泥土在胶带上打滑而不能被刚好运走。随着螺旋输送机不停地出土，皮带上的泥

12、土越积越多，土堆越来越大，渐渐被胶带两侧的挡上板支撑住。土堆底部的泥土因受土堆重压而被胶带运走，被胶带两侧挡土板支撑住的泥土堆和胶带不接触，不能被胶带运走，滞留在胶带的上方，结果在螺旋输送机出料口形成大土堆。（2）处理方法当形成大土堆后，螺旋输送机应停止出土，接着运转胶带输送机，采纳人工方法进行清除，并通过胶带运走。禁止操作人员为了削减麻烦试图通过螺旋输送机接着出土，增加土堆土方的泥土重量将其压塌，使土堆塌落在胶带上而被运走。若此时螺旋输送机接着出土，大量泥土将从土堆的上方滑落至胶带输送机前端的支撑架上，结果不但不能将土堆压塌，反而会使支撑架上的泥土越积越多，可能造成整个支撑架被压塌的后果。所

13、以当遇到粘土地层时，在盾构机推动过程中，应使泥和水在泥土仓内尽可能地匀称混和，避开泥水混和不均；同时通过摄像仪视察螺旋输送机的出土状况，当发觉有整团泥土在胶带上打滑，滞留在胶带上不能被胶带刚好运走时，应减小螺旋输送机出土速度，或停止出土，以防止胶带上的泥土越积越多而形成大土堆，待滞留在胶带上的泥土被运走后，再接着出土。3.5 泥土仓土压大幅度突降（1）产生缘由这是由于泥土仓内空气和水的含量较多，泥土仓的土压主要是由空气压力组成的。压力空气简单穿过泥水层进入螺旋输送机，从其出土闸门快速地喷出，泥土仓内压力空气瞬时大量释放，造成泥土仓内土压大幅度突降；在较松软的地质中，泥土仓内压力空气有时会通过盾构机外壳的松软土层向盾尾方向移动，击穿尾盾密封向盾构机内部释放压力空气，也会造成泥土仓内土压大幅度突降。（2）处理方法当遇此状况时，马上关闭螺旋输送机及其出土闸门，停止出土。盾构机接着往前推动，使泥土仓土压尽快复原至正常值，以保持开挖面土层的稳定，防止由于泥土仓压力的突降而引起地层发生改变，引起地表面出现较大幅度的沉降。同时，在操作中应依据土质状况和刀盘扭矩的大小，削减注水量，调整泡沫系统中空气的比例，并减小泡沫量，降低泥土仓内水和空气的含量。