盾构隧道施工课件.ppt

1、2007年9月27日盾构法隧道施工与管理盾构法隧道施工与管理2007年9月27日场地平整、水电场地平整、水电气、临时道路、气、临时道路、材料、设施设备材料、设施设备盾构吊入、盾构吊入、安装、系统安装、系统调试、调试、达到竖井修建、达到竖井修建、设备安装准备、设备安装准备、井接头制作井接头制作管片安装、管片安装、防水、设备防水、设备安装安装凿除洞门、凿除洞门、建立后盾支建立后盾支撑体系撑体系施工准备施工准备修建始发竖井修建始发竖井正常段掘进正常段掘进盾构推进入洞盾构推进入洞掘进准备掘进准备工段结束工段结束盾构出洞盾构出洞盾构施工过程盾构施工过程2007年9月27日其主要施工过程其主要施工过程在盾

2、构隧道的始发端和到达端各修建一个竖井；在盾构隧道的始发端和到达端各修建一个竖井；盾构在始发竖井内安装就位；盾构在始发竖井内安装就位；依靠千斤顶（作用在已拼装好的衬砌环上），将盾构从依靠千斤顶（作用在已拼装好的衬砌环上），将盾构从始发竖井内始发；向预订的方向掘进。始发竖井内始发；向预订的方向掘进。盾构在地层中沿着设计轴线掘进，同时不断出土和安装盾构在地层中沿着设计轴线掘进，同时不断出土和安装衬砌管片环，并及时向盾尾空隙内注浆，防止地层下沉；衬砌管片环，并及时向盾尾空隙内注浆，防止地层下沉；盾构进入到达端竖井后拆除。盾构进入到达端竖井后拆除。2007年9月27日一、盾构的始发和到达一、盾构的始发和

3、到达所谓盾构到达，系指盾构掘进到到达竖井的井壁处，从井内侧把井壁上的到达口挡土墙拆除，随后盾构进入井内台架上的一系列作业。所谓盾构的始发，系指在始发竖井内利用临时组装的管片、反力台架等设备，使台架上的盾构从井壁上的始发口处贯入地层，并沿着规定路线掘进的一系列作业。2007年9月27日1 盾构始发盾构始发 (1)竖井形状竖井形状 形状与其深度、大小、挡土墙形式及支撑方式等因素有关。形状与其深度、大小、挡土墙形式及支撑方式等因素有关。平面形状平面形状优缺点比较优缺点比较圆形圆形内空利用率差，刚性好，适于大深度、大口径内空利用率差，刚性好，适于大深度、大口径正多边行正多边行内空利用率差，刚性好，适于

4、大深度、大口径内空利用率差，刚性好，适于大深度、大口径矩形矩形内空利用率好，成本低，刚性差，适于浅井、小口径内空利用率好，成本低，刚性差，适于浅井、小口径其他多边形其他多边形可以把几个井合并成为一个井，节约用地，降低成本可以把几个井合并成为一个井，节约用地，降低成本2007年9月27日(2)(2)始发竖井工法始发竖井工法 工法有多种，主要有：化学加固、开挖回填、双重钢板桩、直工法有多种，主要有：化学加固、开挖回填、双重钢板桩、直接掘进法等。这些方法既可以单独使用，也可组合使用，选用要接掘进法等。这些方法既可以单独使用，也可组合使用，选用要综合考虑土质、地下水、盾构型式、覆土厚度、作业环境、经济

5、综合考虑土质、地下水、盾构型式、覆土厚度、作业环境、经济性和安全性来决定。性和安全性来决定。2007年9月27日始发竖井平面图示意图始发竖井平面图示意图反力反力设备设备（3 3）始发设备）始发设备 主要包括始发台座、反力设备、入口及主要包括始发台座、反力设备、入口及密封垫圈。密封垫圈。始发台座始发台座 提供组装盾构的场地并支承组装好的盾提供组装盾构的场地并支承组装好的盾构，保证盾构稳定始发。构，保证盾构稳定始发。反力设备反力设备 主要由反力架和临时组装管片构成，主要由反力架和临时组装管片构成，用来支撑盾尾，提供盾构始发时所需要的顶用来支撑盾尾，提供盾构始发时所需要的顶进反力。进反力。入口及密封

6、垫圈入口及密封垫圈 入口是指确保盾构掘进轴线精度，通常入口是指确保盾构掘进轴线精度，通常修建内径略大于盾构外径的环形筒状物，即修建内径略大于盾构外径的环形筒状物，即始发导口。作用是限制盾构机切削摆动。始发导口。作用是限制盾构机切削摆动。密封垫圈是填充在导口与盾构的垫圈，密封垫圈是填充在导口与盾构的垫圈，其作用是止水。其作用是止水。导口导口2007年9月27日（4 4）始发作业）始发作业 主要包括始发准备、拆除临时挡土墙和掘进。主要包括始发准备、拆除临时挡土墙和掘进。始发准备：始发准备：盾构机组装、导口密封垫圈的安装、盾构机组装、导口密封垫圈的安装、反力座的设置、后续设备的设置以及盾构试运转等。

7、反力座的设置、后续设备的设置以及盾构试运转等。拆除临时挡土墙：拆除临时挡土墙：若采用拆除临时挡土墙随后盾若采用拆除临时挡土墙随后盾构掘进的始发方式，有可能地层坍塌、地下水涌入的危构掘进的始发方式，有可能地层坍塌、地下水涌入的危险，则需对地层进行加固。险，则需对地层进行加固。盾构掘进：盾构掘进：盾构机贯人地层后，应低速推进，对盾构机贯人地层后，应低速推进，对切削面加压，缓慢提高压力直到预定压力值。当其通过切削面加压，缓慢提高压力直到预定压力值。当其通过导口后，应立即进行壁后注浆，以稳定洞口。导口后，应立即进行壁后注浆，以稳定洞口。2007年9月27日 盾构拼装盾构拼装 准备掘进准备掘进2007年

8、9月27日 2.2.盾构的到达盾构的到达 盾构完成一个施工段的掘进后，需要进行盾构的到达作业。盾构完成一个施工段的掘进后，需要进行盾构的到达作业。（1 1）到达竖井及工法）到达竖井及工法 到达竖井和工法与始发工法有类似点。到达竖井和工法与始发工法有类似点。2007年9月27日（2 2）盾构到达作业）盾构到达作业 主要包括到达竖井前的作业、盾构到达的判断、主要包括到达竖井前的作业、盾构到达的判断、临时墙的拆除。临时墙的拆除。到达竖井前的作业：到达竖井前的作业：充分进行基线测量，确保盾充分进行基线测量，确保盾构准确到位，保证线形无误。盾构掘进到达竖井段时，构准确到位，保证线形无误。盾构掘进到达竖井

9、段时，挡土墙易发生形变，应事先进行加固。挡土墙易发生形变，应事先进行加固。盾构到达竖井的判断：盾构到达竖井的判断：临时墙钻孔（检查口）和临时墙钻孔（检查口）和测量来确定盾构的位置，再确定是否停止推进和增加其测量来确定盾构的位置，再确定是否停止推进和增加其它工程措施。它工程措施。临时墙的拆除：临时墙的拆除：临时墙的拆除与始发相同，地层临时墙的拆除与始发相同，地层的自稳性可能随着时间而变化，拆除作业必须迅速进行，的自稳性可能随着时间而变化，拆除作业必须迅速进行，力求稳定地层。特别是在拆除了临时墙后将盾构向竖井力求稳定地层。特别是在拆除了临时墙后将盾构向竖井内推进时，应监视地层状况。内推进时，应监视

10、地层状况。2007年9月27日 盾构出洞盾构出洞2007年9月27日3 盾构掘进盾构掘进（1）正确使用千斤顶的配置，确保所需的推力和掘进方向）正确使用千斤顶的配置，确保所需的推力和掘进方向 掘进方向是由推力的大小和施加的位置所决定的。须事先考虑曲线、坡度等来选择千斤顶的个数和位置。在曲线、坡度、蛇行修正等地方，只用单侧的千斤顶掘进。（2）保证开挖面的稳定）保证开挖面的稳定 闭胸式盾构，避免发生过量出土和压力舱内堵塞，要求开挖和掘进速度相匹配。敞开式盾构，开挖后立即推进或开挖与推进同时作业，以免开挖面发生破坏，尽量减少开挖面的暴露时间。（3）不能损坏管片等后方结构物）不能损坏管片等后方结构物 掘

11、进时，尽量使用个多的千斤顶来产生所需的推力。在曲线段、坡度变化段、蛇行修正段等区段，要注意千斤顶的推力控制。2007年9月27日（4 4）尽量防止发生横向偏差、纵向偏差和转动偏差）尽量防止发生横向偏差、纵向偏差和转动偏差 当盾构通过曲线段、坡度变化段和蛇行修正段时，可使用部分千斤顶进行掘进。盾构的横向偏差、纵向偏差和转动偏差是由围岩阻力、千斤顶操作、盾构的运动特性、土质变化、管片刚度、测量误差等许多因素引起的。因此，需根据由测量取得的数据等来提前控制盾构的掘进状态。正常位置正常位置 偏转偏转2007年9月27日（1）管片的分类）管片的分类按材料分：按材料分：大致有铸铁、素混凝土、大致有铸铁、素

12、混凝土、钢纤维混凝土、型钢和钢筋钢纤维混凝土、型钢和钢筋 混凝土。混凝土。钢筋混凝土管片是目前最为常用钢筋混凝土管片是目前最为常用的，其原因是有一定强度；制作容易，的，其原因是有一定强度；制作容易，精度较高（能达到精度较高（能达到0.5mm）；耐腐蚀；）；耐腐蚀；造价低。缺点，较笨重，在运输安装过造价低。缺点，较笨重，在运输安装过程中易损坏等。程中易损坏等。按断面型式分：按断面型式分：大致有箱形、平板大致有箱形、平板形和异型管片。形和异型管片。箱形管片箱形管片是由主肋和接头板或纵是由主肋和接头板或纵向肋构成的凹形管片；向肋构成的凹形管片；平板型管片平板型管片是指具有实心断面的是指具有实心断面的

13、平板状管片。平板状管片。（a）箱形管片；（）箱形管片；（b）平板形管片）平板形管片4 隧道管片的拼装隧道管片的拼装2007年9月27日（2 2）拼装方式）拼装方式 通缝拼装：通缝拼装：管片衬砌结构的整体刚度较小，导致变形较管片衬砌结构的整体刚度较小，导致变形较大、内力较小。大、内力较小。错缝拼装：错缝拼装：管片衬砌结构的整体刚度较大，导致变形较管片衬砌结构的整体刚度较大，导致变形较小、内力较大。错缝拼装要求纵向螺栓的布置能够进行一小、内力较大。错缝拼装要求纵向螺栓的布置能够进行一定角度的错缝拼装。定角度的错缝拼装。2007年9月27日（3 3）拼装方法）拼装方法 常见的拼装机械手有环式、空心轴

14、式和齿条齿轮式三种。（前述）拼装机械手拼装管片 2007年9月27日2007年9月27日（4 4）管片的接头构造）管片的接头构造 分类分类 从联结方式上分：从联结方式上分：环向接头环向接头和和纵向接头纵向接头 从力学特性上分：从力学特性上分：柔性接头柔性接头和和刚性接头刚性接头 柔性接头柔性接头指允许相邻管片间产生微小的转动和压指允许相邻管片间产生微小的转动和压缩，使结构内力发生一定的变化。缩，使结构内力发生一定的变化。刚性接头刚性接头指通过增加螺栓数量等手段，使接头刚指通过增加螺栓数量等手段，使接头刚度与构件的刚度相同。度与构件的刚度相同。从联结型式上分：从联结型式上分：螺栓接头、球铰式接头

15、、插销螺栓接头、球铰式接头、插销式接头和榫槽式接头式接头和榫槽式接头等。等。2007年9月27日 螺栓接头螺栓接头 弯螺栓接头：弯螺栓接头：多用于平板形管多用于平板形管片，所需螺栓孔小，对截面削弱片，所需螺栓孔小，对截面削弱少。但比直螺栓联结方式变形大，少。但比直螺栓联结方式变形大，施工不便。已逐渐被直螺栓取代。施工不便。已逐渐被直螺栓取代。直螺栓接头：直螺栓接头：是最常用的方式，是最常用的方式，广泛用于管片的纵、横向接头联广泛用于管片的纵、横向接头联结。主要注意与管片肋部的匹配，结。主要注意与管片肋部的匹配，不要造成肋部的破坏。不要造成肋部的破坏。弯螺栓联结型式弯螺栓联结型式 直螺栓联结型式

16、直螺栓联结型式2007年9月27日 (a)球铰式接头球铰式接头 (b)球铰式接头球铰式接头 (a)(a)图图:接头面均为曲率很大的接头面均为曲率很大的凸圆弧面，内缘设嵌缝槽，可相凸圆弧面，内缘设嵌缝槽，可相对转动。对转动。(b)图：图：接头面分别为曲率相对接头面分别为曲率相对小的凹凸圆弧面，内缘设嵌缝槽，小的凹凸圆弧面，内缘设嵌缝槽，转动柔度大，定位容易。转动柔度大，定位容易。榫槽式接头榫槽式接头 (a)(a)图图:允许接头处微小转动，防允许接头处微小转动，防止上下错动。止上下错动。(b)图图:允许接头处微小转动和上允许接头处微小转动和上下错动。下错动。(a)榫槽式接头榫槽式接头 (b)200

17、7年9月27日 环向暗插销接头环向暗插销接头插销式接头插销式接头分预埋和现场拼装二种：分预埋和现场拼装二种：作用是加强构件的联结、作用是加强构件的联结、防止接头相对错动、承担防止接头相对错动、承担接头上的剪力。又称为抗接头上的剪力。又称为抗剪销。剪销。暗销暗销 纵、径向插销接头纵、径向插销接头纵向销纵向销径向销径向销2007年9月27日螺栓联结图片螺栓联结图片2007年9月27日（5 5）衬砌（管片）防水）衬砌（管片）防水管片自身的抗渗性和制作精度管片自身的抗渗性和制作精度项目重要性检验内容单位质量标准检查方法重要管片宽度mm1.0钢模控制0.5mm重要弧弦长mm1.0实测纵缝重要管片厚度mm

18、3.0每片测3点重要管片抗渗性和强度符合国家标准和设计要求次要管片蜂窝麻面和查漏%0.5逐片检查 上海地铁管片生产质量标准上海地铁管片生产质量标准2007年9月27日1.1.嵌缝嵌缝2.2.传力衬垫传力衬垫3.3.密封剂注入孔密封剂注入孔4.4.螺栓孔密封垫圈螺栓孔密封垫圈5.5.外防水涂层外防水涂层6.6.橡胶止水带橡胶止水带2007年9月27日 1 1、硫化橡胶类弹性密封垫；、硫化橡胶类弹性密封垫；2 2、混凝土或钢筋混凝土管片、混凝土或钢筋混凝土管片2007年9月27日 掘进管理指从盾构离开“始发竖井”到“到达竖井”为止的修建过程中所有的工序及其环境保护等环节的全面管理。目前盾构技术的发

19、展，施工管理可直接由目视管理转变为靠自动采集数据和计算机处理可视化的软件管理。项项 目目管管 理理 内内 容容质质量量管管理理开挖管理开挖管理切削面泥水、的性能与质量、压力、切削土量、总推力、掘进速切削面泥水、的性能与质量、压力、切削土量、总推力、掘进速度、切削扭矩和千斤顶推力等度、切削扭矩和千斤顶推力等线形管理线形管理盾构姿态控制：纵、横、竖向偏差、中折角和超挖量等盾构姿态控制：纵、横、竖向偏差、中折角和超挖量等衬砌管理衬砌管理管片组装、防水和真圆度；衬砌的混凝土强度、耐久性、抗渗性管片组装、防水和真圆度；衬砌的混凝土强度、耐久性、抗渗性注浆管理注浆管理浆液粘度、相对密度、凝胶时间、强度、注入量和注入压力等浆液粘度、相对密度、凝胶时间、强度、注入量和注入压力等进进 度度 管管 理理施工的进展状况，与计划进度对比，制定保证工程工期的措施施工的进展状况，与计划进度对比，制定保证工程工期的措施安全生产管理安全生产管理生产过程中的操作管理，防止火灾、爆炸等事故的安全急救措施生产过程中的操作管理，防止火灾、爆炸等事故的安全急救措施环境保护管理环境保护管理噪声、振动、地下水的管理和对周围地层变位控制的管理噪声、振动、地下水的管理和对周围地层变位控制的管理2007年9月27日2007年9月27日2007年9月27日2007年9月27日