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1、华东交通大学毕业论文中文题目： 城市地铁隧道盾构施工技术探讨 英文题目： The investigate of shield construction technology on subway tunnel 学 院： 华东交通大学成人继续教育学院 专业: 铁道工程技术 班级 08级大专班 学生姓名： 丁科 学号 指导教师： 杨爱武 完成日期： 2011-7-26 毕业论文诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。就我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位
2、或证书所使用过的材料。打印出来后手签如在文中涉及抄袭或剽窃行为，本人愿承担由此而造成的一切后果及责任。本人签名 导师签名 年 月 日华东交通大学毕业论文任务书姓名丁科学号毕业届别08级？专业铁道工程技术毕业论文题目城市地铁隧道盾构施工技术探讨指导教师杨爱武学 历大学本科职 称副教授一、论文内容1国内外盾构技术的发展历史和现状2盾构的选型与相应的配置3盾构隧道的施工技术4结语二、基本要求1.选题新颖合理，突出专业特点，要尽量结合工作实践，以保证内容充实。2.论点明确，论据充分，论证过程严谨，理论联系实际。3.写作规范，文章必须符合毕业论文格式要求。4.字数不少于8000字。5.尽量多的阅读相关文
3、献，不少于10篇。论文中引用文献的部分必须注明相应序号。三、主要技术指标（或研究方向）1.盾构机的构造与分类2.盾构机选型的分析3.盾构施工的具体过程4.特殊地段施工四、应收集的资料及参考文献1侯志奎,张智博.盾构隧道施工位移控制技术J.安徽建筑,2006(02)2袁丰田.软弱围岩富水地段连拱隧道关键施工技术J.安徽建筑,2006(03)3丁常国.特大跨超浅埋隧道施工技术J.地下空间,2002(03)4孙秀英,邢金兰.浅谈盾构机选型及基本配置J.天津市政工程,2006(6)5高新强,汪海滨,仇文革.引水隧洞塌拱影响因素及其防治措施研究J.地下空间,2005(01)6唐经世.成都地铁一号线盾构机
4、的优选J.盾构工程,2007(1)7乐贵平.土压干衡式盾构机简介J.建筑机械,2000(6)8乐贵平等.穿越全断面砾石层的盾构施工J.现代隧道技术,2001(1)9胡胜利,乔世珊.泥水式盾构机J.建筑机械,2000(4)10王瑞斌.泥水平衡盾构进排浆系统技术J.隧道建设,2004(6)五、进度计划2011年5月初 完成开题报告及任务书2011年6月 收集、阅读文献资料2011年7月 撰写论文初稿2011年8月 论文终稿并提交指导老师审阅2011年9月 论文按照指导老师及评阅老师意见修改完善，最终定稿打印2011年10月初 毕业答辩 指导教师签字： 年 月 日 华东交通大学毕业论文开题报告书课题
5、名称城市地铁隧道盾构施工技术探讨课题来源B课题类型Y导 师杨爱武学生姓名丁科学 号专 业铁道工程技术开题报告内容： 一、选题意义20世纪下半叶以来，伴随着世界范围内的城市化进程，伴随着我国城市化进程的加快，城市建设快速发展，城市规模不断扩大，城市人口急剧膨胀，许多城市不同程度上出现了用地紧张，生存空间拥挤，交通堵塞，给城市生活带来了很大的影响，也制约着经济和社会的进一步发展，充分开发地下空间成为现代城市可持续发展的必要手段。盾构隧道开挖是城市地下施工的主要手段，盾构施工是在一个能支撑地层压力而又能在地层中推进的圆形或矩形或马蹄形等特殊形状钢筒结构，在它的掩护下，完成挖掘、出土、隧道支护等工作，
6、它的最大的特点就是整个隧道掘进过程都是在这个被称做护盾的钢结构的掩护下完成的，可以最大限度地避免坍塌和地面塌陷。二、文献综述城市地铁具有运量大、速度快、噪音小、污染轻、能耗低等优点。大城市逐步形成了目前以地下铁道为主体，多种轨道交通类型并存的现代城市轨道交通新格局。盾构法施工具有安全可靠、机械化程度高、工作环境好、土方量少、进度快、施工成本低等优点，尤其在地质条件复杂、地下水位高而隧道埋深较大时，只能依赖盾构法施工。三、研究主要内容及重点研究主要内容：1.国内外盾构技术的发展概况2.盾构的选型与相应配置3.盾构隧道的施工技术研究研究重点：盾构隧道的施工技术研究四、研究方法及预期目的通过介绍国内
7、外盾构技术的发展历史和现状，以及在城市地铁隧道中盾构的选型与相应的配置来探讨城市地铁隧道盾构施工技术的要点，主要包括盾构施工过程和特殊地段的施工技术。验证了盾构施工技术对城市地下空间的发展有着至关重要的作用，也为继续探讨和研究其他类型的地下施工技术提供了一定的参考。指导教师签名： 日期：课题来源：（1）A真实课题（应列明课题的来源与级别）；B自选课题；课题类型：（2）X理论研究；Y应用研究。 摘 要地下铁道具有运量大、速度快、噪音小、污染轻、能耗低等优点。大城市逐步形成了目前以地下铁道为主体，多种轨道交通类型并存的现代城市轨道交通新格局。盾构法施工具有安全可靠、机械化程度高、工作环境好、土方量
8、少、进度快、施工成本低等优点，尤其在地质条件复杂、地下水位高而隧道埋深较大时，只能依赖盾构。盾构施工的关键之一是确定盾构的类型及其配置。盾构的选型是一项综合性的工作，应根据地质水文情况、工期、经济性、环境保护、安全、可靠等各种因数综合考虑。选择合适的盾构类型，配置合理的辅助设备，才能确保隧道工程施工的顺利完成。本文根据某地铁区间隧道的工程条件、地质情况、进度要求等提出了盾构选型的方法及步骤，并比照类似的工程实例，研究确定某地铁某盾构区间的盾构类型、刀具的型式、刀盘的布局，并阐述泥水盾构的不同工作模式，以及盾构的厂家的确定。盾构机的类型和厂家确定后，为了确保所选盾构机的性能满足工程施工的要求，对
9、所选盾构机的关键参数进行了复核计算，保证盾构性能可靠地满足施工要求。对本工程的盾构施工技术进行了具体研究，就盾构在砂砾层中的掘进、在曲线地段的推进、在推进过程中的蛇形和滚动等特殊问题提出了解决方法。本课题不仅对某市地铁某盾构区段的盾构施工具有实际指导意义，而且对同类工程盾构施工具有很好的指导意义。关键词：盾构 盾构选型 施工技术目 录第1章 绪 论11.1课题研究背景与意义11.2盾构技术的发展历史与现状11.3本文研究的思路及主要内容2第2章 盾构的选型与相应的配置32.1盾构机的构造32.1.1盾构壳体32.1.2推进机构42.1.3管片拼装机42.1.4真圆保持器52.2盾构机的分类52
10、.3盾构机的选型7第3章 城市地铁盾构隧道的施工技术93.1盾构施工过程93.1.1盾构机的组装与调试93.1.2盾构始发113.1.3盾构掘进143.1.4泥水平衡盾构机掘进153.1.5盾构掘进方向的控制与调整163.1.5掘进过程中的刀具管理和换刀方案163.1.6管片安装163.1.7同步注浆与二次注浆补偿173.1.8盾构到达173.1.9泥水平衡盾构机掘进183.2特殊地段的施工183.2.1盾构穿过含水砂层时的注意事项183.2.2盾构在砂砾层中的掘进施工技术183.2.3盾构在曲线地段的推进193.2.4盾构在推进过程中的蛇形和滚动19第4章 结论与展望20参考文献21致 谢2
11、2第1章 绪 论1.1 课题研究背景与意义20世纪下半叶以来，伴随着世界范围内的城市化进程，伴随着我国城市化进程的加快，城市建设快速发展，城市规模不断扩大，城市人口急剧膨胀，许多城市不同程度上出现了用地紧张，生存空间拥挤，交通堵塞，给城市生活带来了很大的影响，也制约着经济和社会的进一步发展，充分开发地下空间成为现代城市可持续发展的必要手段。盾构隧道开挖是城市地下施工的主要手段，盾构施工是在一个能支撑地层压力而又能在地层中推进的圆形或矩形或马蹄形等特殊形状钢筒结构，在它的掩护下，完成挖掘、出土、隧道支护等工作，它的最大的特点就是整个隧道掘进过程都是在这个被称作护盾的钢结构的掩护下完成的，可以最大
12、限度地避免坍塌和地面塌陷。与传统的隧道掘进技术相比，盾构法施工具有安全可靠、机械化程度高、工作环境好、土方量少、进度快、施工成本低等优点，尤其在地质条件复杂、地下水位高而隧道埋深较大时，只能依赖盾构。随着隧道工程对施工质量和环保要求的逐步提高，现代盾构己演变成为一种高度智能化，集机、电、液、光、计算机技术为一体的大型工程机械装备。在发达国家盾构法施工的隧道已占隧道总量的90%以上。我国在盾构施工隧道的关键设备和施工技术方面与发达国家相比存在着较大的差距，为尽快提高我国盾构掘进水平使我国在先进隧道施工技术方面占世界一席之地，那么对于盾构技术在城市地铁施工中的应用研究就显得尤为重要。1.2 盾构技
13、术的发展历史与现状从盾构施工法的定义:使用盾构机在地下掘进，边防止开挖面土砂崩塌，边在机内安全的进行开挖作业和衬砌作业，从而构筑成隧道的施工法。按照这个定义，盾构施工法是由稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌三大要素组成。那么纵观盾构隧道掘进190来年的发展史看，盾构隧道施工法和盾构掘进机的改进都是在围绕着:地层稳定和地面沉降控制;机械化、自动化掘进和掘进速度;衬砌和隧道质量，这三个要素进行盾构掘进机的改进和施工方法的革命。传统的盾构法是把这三个要素分别独立考虑的，把地层稳定处理作为盾构的辅助方法，主要有降低地下水位法、改良地基法、冻结法及气压法等。在盾构掘进机本身结构上没有考虑对地层稳定的影响或减少
14、和防止地面沉降，盾构一般为敞胸式结构。但是，这样的盾构很难满足在城市内施工时的各种要求，特别是关系到地面建筑安全的地面沉降问题，所以，下一代盾构闭胸式盾构就应运而生了。现代盾构的一个最为显著的特点就是统筹考虑盾构法的这三个要素，用盾构掘进机设备本身解决工作面稳定的问题。现代盾构掘进机采用了类似机器人的技术，如控制、遥控、传感器、导向、测量、探测、通讯技术等，集机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等多种功能。在许多情况下盾构施工的综合施工成本比人工开挖施工低得多，而掘进速度高得多。可以说，盾构掘进机是目前世界上最先进的隧道掘进设备，适用于软土、砾
15、石、硬岩等不同地质构造的隧道暗挖;盾构法施工己是一门很成熟的地下工程施工技术，已成为大多数地下隧道工程施工首选的常规技术。1.3 本文研究的思路及主要内容面对21世纪我国城市地下空间的大量开发利用，城市地铁的大规模建设，盾构法施工与传统隧道开挖方法比较，因其具有开挖快、优质、安全、经济、有利于环境保护和降低劳动强度的优点，那么地铁区间隧道施工越越多的采用盾构法无疑是最好的选择。面对近年来我国的盾构隧道工程的社会需求量极大，从业新军(单位、人员)的数量猛增，所以，无论是使我国的盾构技术赶上国际水平还是新军提高业务素质，都表明对于盾构技术在工程实践中的应用的研究很有必要。本文研究的内容是盾构技术在
16、城市地铁隧道施工中的应用。包括:1.盾构的选型与相应的配置:介绍盾构的构造和分类的基础上，探讨盾构选型的依据和选型的原则，并在此基础上确定盾构的相应配置。2.盾构隧道的施工技术:(1)盾构施工过程；(2)特殊地段的施工。第2章 盾构的选型与相应的配置2.1 盾构机的构造盾构的基本构造主要分为盾构壳体、推进系统、拼装系统三大部分，见简单的手掘式盾构的基本构造图2.1。图最好重画，标注文字重新写。图号从1开始，依次编写。图2.1 盾构基本构造示意图2.1.1盾构壳体从工作面开始可分为切口环、支承环和盾尾三部分。(1)切口环切口环位于盾构的最前端，起开挖和挡土作用，施工时最先切入地层并掩护开挖作业，
17、部分盾构切口环前端还设有刃口以减少切入地层的扰动。切口环保持工作面的稳定，并作为把开挖下来的土砂向后方运输，因此，采用机械化开挖、土压式、泥水加压式盾构时，应根据开挖下来土砂的状态，确定切口环的形状、尺寸。(2)支承环支承环紧接于切口环，是一个刚性很好的圆形结构。地层压力、千斤顶的反作用力，以及切口入土正面阻力、衬砌拼装时的施工载荷等承受作用于盾构上的全部载荷。在支承环外沿布置有盾构千斤顶，中间布置拼装机及部分液压设备、动力设备、操纵控制台。当切口环压力高于常压时，在支承环内要布置人行加、减压舱。支承环的长度应不小于固定盾构千斤顶所需的长度，对于有刀盘的盾构还要考虑安装切削刀盘的轴承装置、驱动
18、装置和排土装置的空间。(3)盾尾盾尾主要用于掩护管片的安装工作。盾尾末端设有密封装置，以防止水、土及压注材料从盾尾与衬砌间隙进入盾构内。盾尾密封装置损坏、失效时，在施工中途必须进行修理更换，盾尾长度要满足上述各项工作的进行。2.1.2推进机构盾构掘进的动力是靠液压系统带动千斤顶的推进机构，它是盾构重要的基本构造之一。(l)盾构千斤顶的选择和配置盾构千斤顶的选择和配置应根据盾构的灵活性、管片的构造、拼装管片的作业条件等来决定。(2)千斤顶数量千斤顶的数量根据盾构直径、千斤顶推力、管片的结构、隧道轴线的情况综合考虑。一般情况下，中小型盾构每只千斤顶的推力为6001500kN，在大型盾构中每只千斤顶
19、的推力多为20002500kN。(3)千斤顶的行程盾构千斤顶的行程应考虑到盾尾管片拼装及曲线施工等因素，通常取管片宽度加上100mm200mm的余量。另外，成环管片有一块封顶块，若采用纵向全插入封顶时，在相应的封顶块位置应布置双节千斤顶，其行程约为其它千斤顶的一倍，以满足拼装成环所需。(4)千斤顶的速度盾构千斤顶的速度必须根据地质条件和盾构形式决定，一般取50mm/min左右，且可无级调速。为了提高工作效率，千斤顶的回缩速度要求越快越好。(5)千斤顶块盾构千斤顶活塞的前端必须安装顶块，顶块必须采用球面接头，以便将推力均匀、分布在管片的环面。其次，还必须在顶块与管片的接触面上安装橡胶或柔性材料的
20、垫板，对管片环面起到保护作用。2.1.3管片拼装机管片拼装机俗称举重臂，是盾构的主要设备之一，常以液压为动力。为了能将管片按照设计所需要的位置，安全、迅速地进行拼装，拼装机在钳捏住管片后，还必须具备沿径向伸缩、前后平移和3600(左右叠加)旋转等功能。拼装机的形式有环形、中空轴形、齿轮齿条形等，一般常用环型拼装机。这种拼装机安装在支承环后部，或者盾构千斤顶撑板附近的盾尾部，它如同一个可自由伸缩的支架，安装在具有支承滚轮的、能够转动的中空圆环上的机械手。该形式中间空间大，便于安装出土设备。2.1.4真圆保持器盾构向前推进时管片就从盾尾部脱出，管片受到自重和土压的作用会产生变形，当该变形量很大时，
21、己成环管片与拼装环在拼装时就会产生高低不平，给安装纵向螺栓带来困难，为了避免管片产生高低不平的现象，就有必要让管片保持真圆，该装置就是真圆保持器。真圆保持器支柱上装有上、下可伸缩的千斤顶和圆弧形的支架，它在动力车架挑出的梁上是可以滑动的。当一环管片拼装成环后，就将真圆保持器移到该管片环内，支柱的千斤顶使支架圆弧面密贴管片后，盾构就可进行下一环的推进。盾构推进后圆环不易产生变形而保持着真圆状态。2.2 盾构机的分类盾构是修建隧道的正面支护掘进和衬砌拼装的专用机具，盾构类型可以有不同的分类方法：根据开挖面的挖掘方式可分为手掘式、半机械挖掘式和机械挖掘式；根据切削面上的挡土方式可分为敞开性方式和封闭
22、性方式；根据向开挖面施加压力的方式，可分为气压平衡式、泥水加压平衡式和土压平衡式盾构。现在介绍三种常用的机械式盾构：(1)局部气压式盾构(见图2.2)图2.2 局部气压式盾构示意图这种盾构系在开胸机械式盾构的切口环和支承环之间装上隔板，使切口环部分形成一个密封舱，舱中输入压缩空气，以平衡开挖面的土压力，保证正面土体自立而不坍塌。气压是为了疏干地下水，改变土体的物理性能有利于施工，用盾构法进行隧道施工，首先是要解决切口前开挖面的稳定，加局部气压是使正面土体稳定的方法，从而代替了在隧道内加气压的全气压施工方法。这样，衬砌拼装和隧道内其他施工人员，就可不在气压条件下工作，这无疑有很大的优越性。(2)
23、泥水式盾构图2.3 泥水式盾构若在上述局部气压的密(如图2.3为泥水式盾构，泥水加压平衡式盾构)封舱内用泥水或泥浆来代替压缩空气，这样既可利用泥水压力来支撑开挖面土体，又可大大减少泄漏。刀盘切削下来的土在泥水中经过搅拌机搅拌，用杂质泵将泥浆通过管道输送到地面集中处理，这样就解决了连续出土的技术难题，泥水盾构的优点是显而易见的。但泥水盾构的辅助配套设备多，首先要有一套自动控制和泥水输送系统，其次还要有一套泥水处理系统，所以泥水盾构的设备费用较大。这是它的主要缺点，但反而言之，象泥水处理系统这样的辅助设备可重复利用，经济上还是可行的。(3)土压平衡式盾构(见图2.4)这种盾构又称削土密封式或泥土加
24、压式盾构，是在上述两种机械式盾构的基础上发展起来的适用于含水饱和软弱地层中施工的新型盾构。该盾构的前端也是一个全断面切削刀盘，在盾构中心或下部有一个长筒形螺旋输送机的进土口，其出口在密封舱外。所谓土压平衡，就是盾构密封舱内始终充满了用刀盘切削下来的土，并保持一定压力平衡开挖面的土压力。图2.4 土压平衡盾构示意图螺旋输送机靠转速来控制出土量，出土量要密切配合刀盘的切削速度，以保持密封舱内充满泥土而又不致过于饱和。这种盾构避免了局部气压盾构的主要缺点，也省略了泥水加压盾构投资较大的缺点，至今，土压平衡盾构与泥水加压平衡盾构，已成为比较成熟、可靠的新型设备，广泛地在隧道施工中予以应用。2.3 盾构
25、机的选型盾构机的选型直接决定盾构法施工工程是事半功倍还是事倍功半，不宜凑合使用。从上述介绍可知，盾构的类型很多，不同的类型、不同的工法，地质不同所以在盾构选型也不同。在城市地铁施工中主要采用泥水盾构和土压平衡盾构。针对某城市的工程条件及工程地质特点、难点，盾构机应该具备以下功能特点才能满足施工的需要：(l)基本功能要求要求盾构具有开挖系统、出碴系统、管片安装系统、注浆系统、动力系统、控制系统、测量导向系统等基本功能。根据该盾构区间地质特点，盾构机需适应饱水砂层，又能适应局部夹卵石的砾砂层。(2)对地质的适应性要求盾构在饱水砂层、局部夹杂卵石砾砂层中施工及江底隧道施工时应重点考虑以下功能：主轴承
26、密封要求有足够的抗水压能力，同时要求盾尾密封有足够的抗渗性，能够满足下穿某河施工要求；足够的刀盘驱动扭矩和盾构推力；合理的刀盘及刀具设计，刀盘开口率足够，开口位置合理；盾构机具备超前注浆能力，以保证加固刀盘前面地层；盾构本体在压力状态下的防水密封性能；(3)特殊地段的通过能力在该区段所指的特殊地段，指的是以下几种：隧道穿越很大比例饱水砾砂地层该标段将穿越很大比例饱水砾砂层。这种地层对刀盘的磨损影响比较严重，要求刀盘具备良好的耐磨性，将对刀盘堆焊耐磨网格，同时夹杂的圆砾对刀具布置要求更严格。下穿越某河大埋深富水地段要求盾构机能灵活地调整刀盘的扭矩和盾构的推力、防喷涌的能力以及刀具的适应能力。另一
27、方面对盾构机主轴承密封和盾尾密封要求有较高的抗水压能力。(4)精确的方向控制该区间盾构施工区间里程较长，要求盾构的导向系统具有很高的精度，以保证线路方向的正确性。盾构方向的控制包括两个方面:一是盾构本身能进行纠偏、转向;二是采用先进的激光导向技术，保证盾构掘进方向的正确。(5)环境保护盾构法施工的环境保护包括两个方面:首先是盾构施工时对周围自然环境的保护，即地面沉降满足设计要求，无大的噪声、震动等;再者要求盾构施工时使用的辅助材料不能对环境造成污染。(6)掘进速度满足计划工期要求根据工期安排，要求盾构机有完善的性能，确保施工顺利进行，同时盾构机速度性能要求较高。拟投入该区段的盾构机设计最大速度
28、V max=80mm/min。(7)设备可靠性、技术先进性与经济性的统一盾构的可靠性是工程施工的重要保障，盾构的关键部件必须在施工过程中万无一失，做到百分之百的可靠。盾构机的可靠性表现在以下方面：整体设计的可靠性，即地质的适应性；设备本身的性能、质量、使用寿命等的可靠性。第3章 城市地铁盾构隧道的施工技术3.1盾构施工过程以某市某盾构区间为例来说明。该盾构区间为单线双洞隧道，全长2846.9单线延长米，采用盾构法施工。根据本区段工程地质和水文地质情况，该区间采用一台泥水平衡式盾构机，完成区间隧道掘进任务。此区间将东站盾构始发井作为盾构机的始发地，从右线始发向西站掘进，到达西站后，将盾构机转场回
29、东站，再从东站左线始发向西站掘进，最后到达西站;盾构掘进线路示意图见图3.1。图3.1 盾构掘进线路示意图3.1.1盾构机的组装与调试1. 盾构机的组装与调试盾构机组装调试程序见图3.2。2. 盾构机组装顺序本工程盾构机组装采用整机一次组装完成后再调试始发的方式进行。在始发盾构组装时，直接将盾构分段吊放置始发井底的始发台上组装调试，为：拖车下井后移连结桥下井后移主机下井组装与连结桥、拖车连结一连结其它部件。3.盾构组装技术措施(l)盾构组装前必须制定详细的组装方案与计划，同时组织有经验的经过技术培训的人员组成组装班组。(2)组装前应对始发基座进行精确定位，带吊机工作区应铺设钢板，防止地层不均匀
30、沉陷。(3)大件组装时应对始发井端头墙进行严密的观测，掌握其变形与受力状态。(4)大件吊装时必须有9吨以上的吊车辅助翻转。框图重画。图3.2 盾构组装、调试程序框图4.盾构机调试(1)空载调试盾构机组装和连接完毕后，即可进行空载调试，空载调试的目的主要是检查设备是否能正常运转。主要调试内容为:液压系统、润滑系统、冷却系统、配电系统、注浆系统，泥浆系统，以及各种仪表的校正。电气部分运行调试：检查送电检查电机分系统参数设置与试运行整机试运行再次调试。液压部分运行调试：推进和铰接系统管片安装机管片吊机和拖拉小车泡沫、膨润土系统和刀盘加水注浆系统泥浆系统等。(2)负载调试空载调试证明盾构机具有工作能力
31、后即可进行负载调试。负载调试的主要目的是检查各种管线及密封的负载能力;对空载调试不能完成的工作进一步完善，以使盾构机的各个工作系统和辅助系统达到满足正常生产要求的工作状态。通常试掘进时间即为对设备负载调试时间。负载调试时将采取严格的技术和管理措施保证工程安全、工程质量和线型精度。3.1.2盾构始发1.盾构始发流程图盾构始发按图3.3流程进行。图3.3 始发流程框图2.盾构始发总体方案盾构采用整机始发。在盾构完成试掘进后，进入正常掘进阶段。拆除盾构井内的负环管片、反力架等。在盾构始发时，管片、管线、砂浆等材料从预留出土口吊入隧道内，然后由电瓶车牵引编组列车将管片、管线、砂浆运抵工作面。泥浆管路及
32、电缆线路均从预留口接入隧道内盾构工作面。在拆除负环管片后，盾构隧道进排泥管线均移至盾构工作井，轨线管片等材料从盾构工作井吊入，砂浆从盾构工作井放入编组列车的砂浆车内。盾构在切入土体时，为确保利用上部千斤顶，整体向前推进，负环管片设置为全环闭口环，错缝拼装。拼装负环管片前先安装反力架和负环钢环。盾构整机始发方案示意如图3.4。为防止盾构始发时侧翻失稳，在盾构机左右两侧设置防翻支撑，支撑底部与始发基座相连，上部支撑在盾构机上。为防止负环管片失圆，造成盾构始发时管片与洞门圈间隙不均，在防翻支撑上设置纵向工字钢，在工字钢上设置钢楔块支撑管片，防止负环管片失圆。3.始发设施的安装(l)始发基座安装在洞门
33、凿除完成之后，依据隧道设计线定出盾构始发姿态空间位置，然后反推出始发基座的空间位置。由于基座在盾构始发时要承受纵向、横向的推力以及抵抗盾构旋转的扭矩。所以在盾构始发之前，必须对始发基座两侧进行必要的加固。加固的方式见图3.5。始发基座的安装高程根据端头地质情况进行适当抬高。图不清楚，重画。图3.4 盾构整机始发方案示意图图3.5 盾构始发基座示意图(2)接长导向轨道的安装在始发基座安装后，由于始发基座的基准导轨前端与前方土体之间有约1.5m的距离(即盾构工作井端墙厚度和为方便洞门临时密封装置安装而留的空隙)，为保证盾构安全及准确始发，在洞圈内与始发基座导向轨道相应位置安装二根接长导向轨道，安装
34、倾角位置与基准导向轨道一致，并采用膨胀螺栓牢固地固定导轨。(3)洞门临时密封装置盾构在始发过程中，为防止泥水或地下水从洞门圈与盾构壳体间的空隙窜入盾构工作井内，影响盾构机开挖面土仓压力(泥水压力)、开挖面土体的稳定，盾构始发前必须在洞门处设置性能良好的密封装置。经施工实践证明，折叶式密封压板有受力好、密封好、操作简单、刚度好、安全可靠的优点。(4)反力设施安装在盾构主机与后配套连接之前，开始进行反力架的安装。由于反力架为盾构机始发时提供反推力，在安装反力架时，反力架端面应与始发基座水平轴垂直，以便盾构轴线与隧道设计轴线保持平行。对反力架固定前应按设计对其进行精确的定位。反力架与工作井结构连接部
35、位的间隙用高强素硅垫实，以保证反力架脚板有足够的受力面，负环硅管片紧靠在反力架上。以保证混凝土负环管片受力均匀。4.始发掘进技术要点(1)在盾尾壳体内安装管片支撑垫块，为管片在盾尾内的定位做好准备。管片安装见图3. 6。图3.6 管片安装示意图(2)安装前，在盾尾内侧标出第一环管片的位置和封顶块的位置，然后从下至上安装第一环管片，安装时要注意使管片的位置与标出位置相对应转动角度一定要符合设计，换算位置误差不能超过10mm。(3)安装拱部的管片时，由于管片支撑不足，要及时加固。(4)八环负环管片拼装完成后，用推进油缸把管片推出盾尾，并施加一定的推力把管片压紧在反力架上，即可开始下一环管片的安装。
36、(5)管片在被推出盾尾时，要及时进行支撑加固，防止管片下沉或失圆。同时也要考虑到盾构推进时可能产生的偏心力，因此支撑应尽可能的稳固。(6)当刀盘抵拢掌子面时，推进油缸已经可以产生足够的推力稳定管片后，再把管片定位块取掉。(7)在始发阶段要注意推力、扭矩的控制，同时也要注意各部位油脂的有效使用。掘进总推力应控制在反力架承受能力以下，同时确保在此推力下刀具切入地层所产生的扭矩小于始发台提供的反扭矩。泥水压力的设定是泥水平衡盾构施工的关键，维持和调整压力值又是盾构推进操作中的重要环节，其中包括推力、推进速度和排泥量三者的相互关系，以及对盾构施工轴线和地层变形量的控制也比较重要。盾构试掘进过程中，要根
37、据不同地质条件、覆土厚度、地面情况设定泥水压力，选定泥水性能指标，并根据地表隆陷监测结果及时调整泥水压力和性能。3.1.3盾构掘进1.盾构试掘进盾构开始掘进的45m称为试掘进段。掘进完成90米后开始拆除负环管片，通过试掘进段拟达到以下目的：(1)用最短的时间对盾构机进行调试。(2)了解和认识本工程的地质条件，掌握该地质条件下泥水平衡盾构的施工方法。(3)收集、整理、分析及归纳总结各地层的掘进参数，制定正常掘进各地层操作规程，推力、推进速度和排泥量三者的相互关系，实现快速、连续、高效的正常掘进。(4)熟悉管片拼装的操作工序，提高拼装质量，加快施工进度。(5)通过本段施工，加强对地面变形情况的监测
38、分析，反映盾构机出洞时以及推进时对周围环境的影响，掌握盾构推进参数及同步注浆量。(6)通过对地层推进施工，摸索出在盾构断面处于各地层中，盾构推进轴线的控制规律。2.盾构正常掘进盾构机在完成前45m的试掘进后，将对掘进参数进行必要的调整，为后续的正常掘进提供条件。主要内容包括： (1)根据地质条件和试掘进过程中的监测结果进一步优化掘进参数。(2)正常推进阶段采用45m试掘进阶段掌握的最佳施工参数。通过加强施工监测，不断地完善施工工艺，控制地面沉降。施工进度应采用均衡生产法。(3)推进过程中，严格控制好推进里程，将施工测量结果不断地与计算的三维坐标相校核，及时调整。(4)盾构应根据当班指令设定的参
39、数推进，推进出土和泥水流量与衬砌背后注浆同步进行。不断完善施工工艺，控制施工后地表最大变形量在+10，-30mm之内。(5)盾构掘进过程中，坡度不能突变，隧道轴线和折角变化不能超过 0.4%。(6)盾构掘进施工全过程须严格受控，工程技术人员根据地质变化、隧道埋深、地面荷载、地表沉降、盾构机姿态、刀盘扭矩、千斤顶推力等各种勘探、测量数据信息，正确下达每班掘进指令，并即时跟踪调整。(7)盾构机操作人员须严格执行指令，谨慎操作，对初始出现的小偏差应及时纠正，应尽量避免盾构机走“蛇”形，盾构机一次纠偏量不宜过大，以减少对地层的扰动。3.1.4泥水平衡盾构机掘进泥水管理流程如图3.7所示。图3.7 泥浆
40、管理流程图根据不同的土体，泥水管理的要求和方法也不同。根据需要调节比重、粘度等参数，使其成为一种可塑流体，泥水平衡盾构使用泥水的目的也就是用泥水来谋求开挖面稳定，在防止塌方的同时，将切削下来的泥膜形成泥水并被输送到地面。3.1.5盾构掘进方向的控制与调整由于地层软硬不均、隧道曲线和坡度变化以及操作等因素的影响，盾构推进不可能完全按照设计的隧道轴线前进，而会产生一定的偏差。当这种偏差超过一定限界时就会使隧道衬砌侵限、盾尾间隙变小使管片局部受力恶化，并造成地层损失增大而使地表沉降加大，因此盾构施工中必须采取有效技术措施控制掘进方向，及时有效纠正掘进偏差。3.1.5掘进过程中的刀具管理和换刀方案盾构
41、在试掘进阶段，有计划地进行一次带压进仓检查刀盘、刀具，评估刀盘、刀具的耐磨性，总结刀盘、刀具的磨损规律，并根据实际施工情况对计划进行调整，及时掌握刀盘、刀具磨损情况;有必要换刀时，提前对计划换刀位置地层处进行有效的加固处理，确保施工安全和设备完好率，减少规避刀盘、刀具的意外磨损和被动停机，提高施工效率。3.1.6管片安装管片安装程序见图3.8。图3.8 管片安装程序3.1.7同步注浆与二次注浆补偿盾构施工引起的地层损失和盾构隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结以及地下水的渗透，是导致地表、建筑物以及管线沉降的重要原因。为了减少和防止沉降，在盾构掘进过程中，要尽快在脱出盾尾的衬砌管片背后同
42、步注入足量的浆液材料充填盾尾环形建筑空隙。同步注浆后使管片背后环形空隙得到填充，多数地段的地层变形沉降得到控制。在局部地段，同步浆液凝固过程中，可能存在局部不均匀、浆液的凝固收缩和浆液的稀释流失，为提高背衬注浆层的防水性及密实度，并有效填充管片后的环形间隙，根据检测结果，必要时进行二次补强注浆。3.1.8盾构到达盾构到达施工流程见图3.9。图3.9 盾构机到达工艺流程图3.1.9泥水平衡盾构机掘进盾构机拆卸程序见图3.10。图3.10 盾构机拆卸程序框图3.2特殊地段的施工3.2.1盾构穿过含水砂层时的注意事项根据地质勘察报告，本盾构区间隧道地质主要为砾砂。由于其结构较松散，且颗粒较细，在盾构
43、掘进通过此段时，容易发生掌子面砂层坍塌，引起地表沉降。为保证盾构机能顺利的穿过，在通过对该地段进行详细探测后，拟采取以下处理措施:选择合适的推进速度，加强出渣量的监测和管理，加强盾构回填注浆质量控制。3.2.2盾构在砂砾层中的掘进施工技术本盾构区间穿越的地层绝大部分为砂砾层，该层卵石直径较大。地下水位基本在隧道顶部以上。施工时，受卵石层的影响，刀盘、刀具由于不均匀的受力或外力的冲击，容易产生异常损坏。盾构在该类地层掘进时，刀盘、刀具的磨损严重，盾构姿态调整与控制难度较大，对此，采取如下措施:(l)进行合理的盾构选型 (2)有计划的刀具检查、维修与更换3.2.3盾构在曲线地段的推进本区间隧道平面
44、曲线类型较多，最小曲线半径为450m。盾构在小曲线段进行掘进施工时，盾构机轴线拟合难度较大，容易发生管片错台、开裂、偏移以及开挖超挖等情况。在曲线段施工时，总结广州、南京地铁、北京地铁，城陵矶过江隧道小半径曲线段施工的实例，并结合本工程的实际情况制定专门的措施。3.2.4盾构在推进过程中的蛇形和滚动由于隧道主要位于砾砂层中、隧道曲线和坡度变化以及操作等因素的影响，盾构推进时可能会产生方向上的偏差，使盾构机偏离设计轴线，发生蛇行和滚动现象。施工中必须采取有效技术措施控制掘进方向，并及时有效地纠正掘进偏差。第4章 结论与展望 “21世纪是地下空间开发利用的世纪”，盾构法因其具有施工进度快，噪音小，管径精度高，衬砌质量可靠，防水性能好，地表沉降小，占用场地少，作业安全等特点，在城市地铁施工中占有绝对统治地位。我国的盾构技术与国际上先进国家相比还存在着一定差距，那么对于盾构在城市地铁中的应用研究就显得十分必要。本文通过对盾构的历史、现状和发展趋势及应用状况的分析，探讨了盾构技术在城市地铁施工中应用的相关问题，结合工程实例进行了具体分析，通过三个阶段的研究，得出如下结论:1、盾构的选型及其配置是隧道盾构施工中的关键环节之一。选择盾构机型时，必须针对具体工程项目进行工程条件、地质条件、水文地质条件、工程及施工特点方面的调研和分析，综合考虑，以获得经济、安全、可靠的施工方法。
