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1、,盾构施工工艺,杨钊 中交二航局技术中心 2014年9月17日,一、概述二、盾构施工工艺流程三、盾构施工重大工艺简介,汇报内容,一、概述,盾构法是使用所谓的“盾构”机械，在围岩中推进，一边防止土砂的崩坍，一边在其内部进行开挖、衬砌作业修建隧道的方法。,盾构施工工艺流程图,二、盾构施工工艺流程,盾构选型,盾构选型，即选择区间隧道合适的盾构机和配套设备。,有较强的地质适应性在安全可靠的情况下，考虑技术先进性和经济合理性满足周围环境等要求满足工期、造价及环保要求后配套设备的能力与主机配套,选型原则,盾构选型,工程地质与水文地质条件隧道长度，隧道平纵断面及横断面尺寸等设计参数周围环境隧道施工节点工期宜
2、用的辅助工法技术经济比较,选型依据,盾构选型,复合盾构与软土盾构选择土压盾构与泥水盾构选择主要功能部件进行选择和设计后配套施工设备,选型步骤,盾构设计与制造,监 造,无工厂组装技术,端头加固,端头加固方法需结合地质情况及地下水位综合考虑，常用的加固形式有：高压旋喷加固、搅拌桩加固、注浆加固、冻结加固、素混凝土墙与井点降水等。,高压旋喷加固,冻结加固,端头加固,目的：确保盾构进（出）洞的安全。凿除后洞门的稳定性 流砂（土）不沿着建筑间隙进入工作,盾构组装调试,盾构组装包括：始发架下井定位、安装，台车下井、连接，主机下井、连接，反力架定位、安装；调试包括：空载调试、负载调试。,主机下井、连接,台车
3、下井、连接,盾构组装调试,盾构始发架,盾构组装调试,盾构反力架,盾构始发,盾构始发有整体始发、分体始发两种形式。整体始发成本、工期较分体始发有明显优势，但盾构井台车下井空间不够需采用分体始发，即台车放在地面，通过延伸管路连接台车和主机。,整体始发,分体始发,盾构掘进,始发完成后，进入正常段掘进。盾构掘进前要制订合理的掘进参数，掘进过程中要根据盾构机姿态、开挖面前方监测数据等动态调整掘进参数。,负环管片拆除,当周边地层对管片的摩擦力足以提供盾构推力千斤顶反力时，可对负环进行拆除。在实际施工过程中，一般取盾构机掘进100m后，拆除负环，使得工作井井口具备下料条件，同时将道岔搬移至隧道内。,盾构到达
4、,盾构机到达施工是指从盾构机到达下一站接收井之前50m到盾构机贯通区间隧道进入车站（盾构井）接收托架的整个施工过程。,联络通道施工,冻结孔施工,开挖施工,冻结施工,洞门施工,盾构隧道洞门是隧道与盾构井接口永久防水结构。,盾构到达,常用的接收方式有水下到达、水平冻结、端头加固+降水、钢套筒等。水下到达：风险可控。水平冻结：风险可控，但是对各个工序之间衔接要求较高。端头加固+降水：风险可控，接收井端头需较大面积场地。钢套筒：风险可控，钢套筒加工成本高，拆装工期长。盾构到达方式多样，需结合接收端头地质情况和场地情况综合考虑。,三、盾构施工重大工艺简介,始发井修建与场地布置,一般在盾构车站两端设置工作
5、井，用于始发井或接收井。地铁施工中，盾构掘进为控制性工程。为了尽快提供始发条件，在车站施工中，先做始发井。盾构始发空间为100120m。工作井井口尺寸：11.5*7.5 渣土井尺寸：7.0*5.0，渣土井一般距工作井井口7090m,始发井修建与场地布置,土压盾构始发场地,始发井修建与场地布置,泥水盾构始发场地,始发井修建与场地布置,地铁盾构隧道施工以土压平衡盾构、泥水盾构为主，其中泥水平衡盾构需较大场地施作泥水站，泥水站布置是否合理直接影响盾构施工效率。,泥水站临建布置图,盾构始发,盾构始发,盾构始发、到达是盾构施工过程中的事故多发地带，其中端头加固效果直接关系到盾构能否安全始发、到达。选择合
6、适的加固工法和必要的加固检测手段，是保证盾构法隧道顺利施工的重要环节。,1）冻结法加固：加固止水效果良好，但造价高，解冻融沉沉降大；2）深层搅拌加固：加固体与连续墙之间间隙无法直接加固，需旋喷桩配合施工；,3）旋喷桩加固：在砂卵石地层加固效果良好，造价高于深层搅拌加固。,加固范围：一般为隧道衬砌轮廓线外上下左右各3m，加固长度根据地质条件而定，富水地层加固长度必须大于盾构主机长度（刀盘+盾壳）。,盾构始发,盾构始发,始发架安装示意图,始发架安装需精确定位，让盾构以良好姿态进入洞门，采用钢结构。,盾构始发,盾构机机头到达加固区边缘时与设计位置相重合盾构机方位角与设计方向角偏差较小实际掘进直线段与
7、曲线段偏差不超过5cm垂直轴线预提高，预防盾构机磕头，车站底板调节,盾构始发,盾构始发,1）盾构下井组装调试前必须制定详细的方案，需专家评审之后方可实施；2）盾构进场运输必须由具有资质的大件运输公司实施；3）盾构吊装由具有资质的专业队伍负责起吊；4）作业前需对吊机工作区域进行加固提高地基承载力。,盾构始发,盾构吊装场地布置图,盾构始发,主机大件翻身,台车下井示意图,盾构始发,台车下井示意图,盾构始发,盾构下井,盾构始发,盾构下井组装调试,主机下井示意图,刀盘,中盾,前盾,盾构下井组装调试,主机与台车连接示意图,盾构始发,反力架安装示意图,反力架是盾构始发发力的支撑系统，结构形式宜采用钢结构。,
8、盾构始发,负环拼装分两次进行，盾构组装调试完成之后拼装第一次（反力架至主推进油缸之间），盾构始发之后第二次拼装剩余负环管片。,盾构始发,第一次负环拼装,第二次负环拼装,负环管片拼装示意图,在拼装第一环负环管片前，在盾尾管片拼装区180度范围内均匀安设6根长1.5m、厚盾尾间隙的定位垫块，负环管片在脱出过程中及时加支撑固定，防止管片失圆引起管片拼装困难。,盾构始发,负环管片拼装加固,盾构始发,盾构始发,洞门凿除是指凿除盾构井围护结构。盾构组装调试、洞门探孔完成之后，开始凿除洞门，洞门凿除过程中各项工序紧密衔接，防止掌子面暴露时间过长引发险情。,洞门钢筋混凝土凿除前，端头加固土体须达到设计所要求的
9、强度、渗透性等技术指标。分两次凿除，减少第二次凿除工作量，第一次凿除至内层钢筋位置处；第二步，当盾构组装调试完成之后，并推进距离洞门约1-1.5m时，快速凿除剩余厚度。第一次凿除从上而下，第二次凿除从下而上。,盾构始发,第一次凿除洞门,第二次凿除洞门,盾构推进,盾构始发,同步注浆示意图,当盾尾通过密封箱体后开始实施同步注浆。注浆浆液选择水泥砂浆，水泥砂浆的凝结时间在6小时左右，浆液的强度不小于2MPa。始发阶段同步浆液配合比见下表。,盾构始发,盾构始发,惰性浆 硬性浆 单液浆 双液浆 同步注浆 二次注浆,穿越时空隧道，沟通美好未来。,同步注浆,砂浆输送,砂浆柱塞泵,穿越时空隧道，沟通美好未来。
10、,二次注浆,盾构掘进,盾构掘进,管片拼装,电瓶车出运,电瓶车运料,轨道、管线等延长,盾构掘进,出渣：45t龙门吊下料：16t龙门吊,盾构掘进,盾构隧道管片拼装分通缝拼装和错缝拼装，通缝拼装施工难度低，但管片接缝防水效果差，国内现在盾构隧道管片拼装已错缝拼装为主。,盾构掘进,普通型 标准环+左转弯环+右转弯环通用型 带有一定楔形量的衬砌圆环,封顶块为楔形块，搭接2/3后插入,盾构掘进,环缝 纵向螺栓纵缝 环向螺栓,盾构掘进,抓举头,盾构掘进,缓膨剂,盾构掘进,盾构掘进,环缝,纵缝,盾构掘进,直接调整参数被动调整参数,盾构掘进,推力千斤顶分区压力切口压力刀盘转速刀盘扭矩注浆流量辅助材料流量螺旋机转
11、速掘进速度铰接角度,直接调整参数被动调整参数,盾构掘进,推力千斤顶分区压力切口压力刀盘转速刀盘扭矩注浆流量送泥流量排泥流量掘进速度铰接角度,盾构掘进,被动铰接,主动铰接,主动铰接，推进油缸推着盾尾走，铰接油缸推着盾体走。被动铰接，推进油缸推着盾体走，铰接油缸拉着盾尾走。,盾构掘进,设置铰接，可使盾构机适用于更小转弯半径。主动铰接姿态调整优于被动铰接。转弯半径大时，可以不开铰接（主动）。收敛性不好地层，取500m，收敛性好地层，取600m。转弯半径小时，必须开铰接。急纠偏时，需超挖刀配合。,盾构掘进,控制贯入度，刀盘掘进速度与转速之比硬岩低贯入度，软岩高贯入度关注掘进参数变化，特别是扭矩红层掘进
12、关注土舱温度和渣土温度勤查刀,特殊地层掘进上软下硬地层,盾构掘进,特殊地层掘进 孤石,施工前应进行物探补充勘探，探明孤石分布情况,盾构掘进,特殊地层掘进 孤石,当地面条件允许时，采取深孔爆破预破碎、冲孔预处理技术进行破除,盾构掘进,特殊地层掘进 孤石,盾构机接触到孤石时，扭矩波动大，慢转速，小推力进入土舱，采用液压岩石破碎机或静态炸药分裂岩石,盾构掘进,特殊地层掘进 全岩地层,矿山法隧道内施工砂浆导台,盾构机空推过矿山法隧道,盾构掘进,特殊地层掘进 全岩地层,盾构机空推过矿山法隧道,盾构机空推，回填豆砾石,盾构掘进,换刀,常压换刀,开挖面稳定开挖面不稳定，加固手段,盾构掘进,换刀,带压换刀,开
13、挖面不稳定，加气压稳定开挖面土体不闭气，需在开挖面表面形成闭气泥膜,盾构到达,到达前100m进行贯通测量,到达前10环，采用管片拉紧,盾构到达,水平冻结,水中进洞加固体+降水到达,在盾构到达前首先施工端头加固（根据端头施工条件进行一定范围内的水泥土加固），在水泥土加固完成后开始实施垂直冻结，冻结达到设计强度后开始凿除洞门，冻结加固主要保证洞门凿除过程中的土体稳定和封水效果，洞门凿除完成后，在盾构接收井或待穿越基 坑内回填塑性混凝土至洞门上部一定高度，然后上部灌水至地下水位高度，以平衡竖井内外的水土压力，避免盾构到达（穿越）过程中洞门圈由于未注浆封闭出现涌水、涌砂等事故，从而安全的完成盾构到达（
14、过站）。,盾构水下达到施工工序,盾构到达,冷冻加固,破除洞门,砼回填,灌水加压,回填,盾构水下达到工艺流程图,盾构到达,根据冻结监测效果，冻结达到设计条件进行探孔后，分段自下而上凿除洞门。凿除完成一段，迅速回填一段，避免凿除后的洞门暴露时间过程，影响冻结效果，造成安全隐患。,盾构到达,洞门凿除完成后，使用预先配置好的塑性混凝土对基坑进行回填，回填高度以超过洞门顶2m为标准。回填塑性混凝土达到一定强度后，基坑内即可回灌水至地下水位标高处，至此盾构机到达（过站）前准备工作全部完成。,盾构到达,待盾构机到达后，洞内进行二次注浆(必要时压注聚氨酯并进行环向冷冻)，进行封堵管片与车站（风井）结构之间的空
15、隙。待二次注浆完全封堵注管片与结构之间的空隙，开始后续施工（二次开挖回填物、进行盾构拆机、施工洞门等）。,盾构到达,盾构到达,穿越时空隧道，沟通美好未来。,盾构到达主要内容包括：端头旋喷加固、端头水平冷冻、接收架安装、帘布橡胶止水帷幕安装、盾构机抵拢连续墙、隧道内二次注浆、洞门探孔、洞门凿除、盾构空推、收紧帘布橡胶板及二次注浆、盾构到达。,水平冻结到达工艺流程,盾构到达,穿越时空隧道，沟通美好未来。,盾构到达,复兴路端头旋喷加固采用800500mm三重管法高压旋喷桩加固，加固范围为隧道结构外左右3m，隧道顶底板上3m，下4m，宽度4.5m。,盾构到达,冻结孔及测温孔布置图,盾构到达,穿越时空隧
16、道，沟通美好未来。,折页板采用始发防水装置，在翻板底端加焊钢筋圆环，用于固定钢丝绳。,盾构到达,盾构机抵拢地下连续墙后，对盾尾后2环进行二次注浆，盾构机出洞后对后续7环再次进行二次注浆，其中前两环及最后两环为施工重点，其中每环注浆至少5m3双液浆。,盾构到达,穿越时空隧道，沟通美好未来。,帘布橡胶板收紧示意图,盾构到达,水平冻结：施工过程中工序衔接要求高，风险高，盾构机不能长时间在冻结体中待机，与车站交叉施工便利，特殊情况下考虑使用。水下到达：盾构到达过程中风险可控，盾构掘进回填体和后期凿除耗时交多，盾构到达之后，后续基坑二次开挖较高，稍有不慎，容易造成洞门涌水涌砂事故。,盾构到达,盾构穿越风
17、井,地铁线路一般位于地下，为满足通风、防灾需要，需在长距离区间中间设置风井，风井是用于区间内部空间的空气对流，紧急情况下也是救援、逃生通道。,总体工艺流程为：风井端头采取高压旋喷加固+垂直冻结止水人工凿除洞门围护结构，砂浆回填盾构穿越区域，上部灌水加压，盾构直接掘进穿越风井。,盾构穿越风井工序图,泥水盾构穿越风井,常规做法,泥水盾构穿越风井,常规做法,高压旋喷加固,冻结加固,洞门凿除,预埋液氮冻结环管,M5砂浆回填,灌水加压,泥水盾构穿越风井,非常规做法,1、风井基坑长24.2m，宽16m，深40.8m2、围护结构采用1400mm厚地下连续墙结构，嵌固深度为14m3、地连墙槽壁加固：坑内为一排
18、850600三轴水泥搅拌桩；坑外为三排850600三轴水泥搅拌桩4、支撑系统：共采用4道混凝土撑（截面1000*1200）5、基坑采用降水开挖+水下开挖的方式 18.5m以上采用降水开挖方式；18.5m以下采用水下开挖方式。,泥水盾构穿越风井,非常规做法,围护结构剖面图,泥水盾构穿越风井,非常规做法,泥水盾构穿越风井,非常规做法,泥水盾构穿越风井,非常规做法,泥水盾构穿越风井,非常规做法,联络通道施工,所谓“联络通道”，就是设置在两个隧道之间的一条通道，若一条隧道出现问题，行人可通过连接通道转移到另外一条隧道，因此有“逃生通道”之称，最低点联络通道一般兼作废水泵房。,联络通道施工,开挖宽度3.
19、8m高度7.62m,线间距13.0m,位于24含砾中粗砂层、20e2中风化泥质粉砂岩,隧道中心标高23.486m,冻结壁厚度3.1m,冻结壁厚度3.1m,联络通道施工,开孔深度250mm后，取出管片岩芯，打入加工好的孔口管，并用不少于4个固定点固定在管片上，然后安装孔口密封装置，每个钻孔完成后，在孔口法兰与冻结管之间间隙用钢板焊接密封。,联络通道施工,供液管选用483.5钢管，焊接连接。盐水干管和集、配液圈选用1594.5mm钢管。冷却水管选用1274.5mm无缝钢管。制冷剂选用氟立昂R22。冷媒剂选用氯化钙(Cacl2)溶液。设备安装完毕后进行调试和试运转，系统运转正常后开始积极冻结。在积极
20、冻结过程中，要根据实测温度资料判断冻结帷幕是否交圈和达到设计厚度，同时监测冻结帷幕与隧道的胶结情况，测温判断冻结帷幕交圈并达到设计厚度且与隧道完全胶结后，可进行下一步工序。,联络通道施工,为保证钢管片拆卸时安全，在左右线隧道分别设置4榀预应力支撑，在冻结壁交圈前完成。支撑安装于偏离隧道管片环缝处截面不大于20mm。,联络通道施工,联络通道施工,联络通道开挖前，钢管片开孔处安装应急门，以保证开挖构筑期间，帷幕发生涌水涌砂情况下隧道的安全。,联络通道施工,应急门安装完成后进行水密性试验，应急门应根据地下水位确定，检验合格后进入下一道工序。,冻结达到强度要求，开挖通道土层，及时施工初支工字钢架，做到“短进尺、少扰动、早闭合、勤量测”。,联络通道施工,联络通道施工,联络通道施工,预埋融沉注浆接头,联络通道施工,待集水井二衬达到强度后，拆除临时混凝土支撑，施做泵房中板及开孔，整个结构完成后，后续跟进融沉注浆。,联络通道施工,盾构空推过站,盾构空推过站,本体过站轨道铺设,盾构空推过站,本体过站滑轮焊接,盾构空推过站,盾构机本体推进系统,盾构空推过站,后配套台车过站轨道延伸,盾构空推过站,二次始发,
