盾构始发和到达施工关键技术课件.ppt
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- 盾构 始发 到达 施工 关键技术 课件
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1、盾构始发和到达施工关键技术盾构始发和到达施工关键技术中铁六局集团有限公司中铁六局集团有限公司 二0一三年六月p第一部分第一部分 基本概念基本概念p第二部分第二部分 盾构始发施工技术介绍盾构始发施工技术介绍p第三部分第三部分 盾构到达施工技术介绍盾构到达施工技术介绍p第四部分第四部分 实例分析实例分析p第五部分第五部分 应吸取的经验教训应吸取的经验教训 盾构始发的定义:是指盾构在安装竖井内或过站竖井内,自盾构主机开始定位,刀盘向前推进贯入围岩,沿设计线路向前掘进,直至具备拆除负环条件为止。盾构到达的定义:指盾构机到达过站竖井或拆卸井,要完成到达前的定位测量、接收架的安装、管片连接装置的安装和区间
2、隧道洞口的处理等工作。盾构始发、到达是盾构施工中风险最大的环节之一,非常容易发生工程质量和安全事故。如何对盾构始发、到达的安全和质量风险进行评估,并形成风险对策以付诸实施,是确保盾构施工安全和质量的必不可少的工作。1、始发施工顺序及技术要求、始发施工顺序及技术要求 始发技术包括洞口端头处理(在软土无自稳能力的地层中)、洞门砼凿除(主要针对钢筋砼围护结构)、盾构始发基座的设计加工、定位安装;始发用反力架的设计加工、就位;支撑系统、洞门环的安设、盾构组装、调试;盾构始发方案、其他保证盾构推进用设备、人员、技术准备等,直到始发推进。洞口地层处理洞口地层效果验收洞门密封安装设备验收负环管片的定位、安装
3、负环管片安装盾构始发盾构机及反力架定位、固定洞门破除 始发端头加固始发端头加固 为了盾构机顺利始发有两种方式:一是采用注浆、冻结法等方式使出洞段地层具有一定的自稳性;二是通过设置双层挡土墙或双层竖井的方式使出洞段地层具有一定的自稳性。一般情况下,由于出洞施工场地限制及节约成本的考虑,多采用第一种方式,即通过地质改良使地层具有一定的自稳性,从而确保出洞施工的安全。地层加固应达到以下目的:防止设置竖井时造成的围岩松动影响;保证破除围护结构后的开挖面具有一定的自稳性;防止或减少地层损失从而减少地面沉降。随着盾构适应性越来越广泛,盾构始发到达端头地层越来越复杂,越来越多的盾构端头采用回填水土为主,加固
4、为辅的处理方式。端头加固范围端头加固范围 (1)土体横向加固最小尺寸 (2)土体纵向加固范围(无水,粘土层)始发端头加固长度不小于6m;到达端头在地质条件较差时加固长度不小于3m。(3)土体纵向加固范围(有水,砂砾、粉砂层)L=盾构长度+(23)B其中,B为管片宽度 端头土体加固主要方法端头土体加固主要方法 (1)注浆加固 注浆加固的效果,主要是增强粘聚力,对其它因素影响不大。注浆加固法优缺点:施工性好且经济(从地面、井内均可施工)。但地层加固的可靠性低,加固强度有限,故多用于改善止水特性。注浆加固法注意事项:注浆材料和施工方法多种多样,需根据地下水、地质、施工环境等来确定,同时要考虑所期待的
5、加固效果,包括注浆量过大引起的地层隆起的处理对策等。(2)高压旋喷注浆 高压喷射注浆法所形成的直径,随施工地层的性质和施工深度而变化,一般根据地层的N值进行设定。砂砾地层和粘聚力大的粘土层,有时不能形成满意的加固桩。另外,在施工深度超过40m时,应谨慎设定。(3)冷冻法 冻结法是将自然状态下不均匀的地层通过冻结变成具有均匀力学性质的冻土。考虑到钻孔直径和施工性冻结管直径采用8.9cm或10cm;埋设间距兼顾到施工性和成本因素一般定为80cm。用冻结法进行始发保护,多采用从地面竖直冻结的方式。到达处多采用从竖井水平冻结的方式,加固强度大且稳定。存在流动地下水时,因推进速度不可能达到12m/日,因
6、此要注意地下水状况和竖井内的漏水情况。形成冻土需要的时间,因条件而异,一般需4060日。冻土会产生冻胀和解冻沉降,特别是在粘性土层场合下,对此应采取必要的措施。冻结法是一种不得已的办法,需充分考虑盾构设备本身的要求。始发托架安装始发托架安装 (1)始发及到达托架结构 始发托架一般采用钢结构形式,主要承受盾构机的重力及推进时盾构机产生的摩擦力和扭转力。结构设计考虑盾构前移施工的便捷和结构受力,以满足盾构在组装时对主机进行向前移动的需要。盾构机主机总重达300吨以上,始发托架必须具有足够的强度、刚度和稳定性。(2)始发及到达托架安装 始发托架:基座必须具有足够的刚度、强度。安装前测量放样,准确定位
7、始发基座,轨道上涂抹硬 质润滑油,减少推进阻力 基座坡度(盾构机中心坡度)略小于隧道设计轨道坡度 反力支撑系统 (1)系统组成 反力架及支撑系统由钢反力架、钢支撑及负环管片临时衬砌组成。一般情况下负环管片通缝拼装。(2)反力架及支撑系统安装 反力架安装时,首先测量在反力架位置起始里程断面的中心线,并刻划在始发井侧墙上,以便反力架中心定位,反力架中心随始发托架抬高而同时抬高。定位的关键是反力架紧靠负环管片的定位平面与此处的隧道轴线垂直。反力架与车站结构连接部位的间隙要垫实,以保证反力架脚板有足够的抗压强度。反力架底部的横梁和立柱下端,采用钢支撑支顶在后面底部,位置确定之后,再焊接固定后部斜撑。反
8、力架的设计及加固都需进行力学计算后实施。洞门密封安装 (1)施工步序 在车站结构的施工工程中,做好始发洞门预埋件的埋设工作,在埋设过程中预埋件必须与车站结构钢筋连接在一起;在盾构正式始发之前,先清理完洞口的碴土,再完成洞门密封的安装。(2)洞门密封形式 压板式和折叶式,其中折叶式越来越被人们所认可。在泥水盾构中要采用密封水箱的方式进行洞门密封加强。扇形压板式洞门密封 该种方式洞门密封装置在内衬墙入门洞圈周围安装设有M20螺孔的预埋板A,用螺栓将密封橡胶板、压紧环板B和扇形压板栓连在预埋环板A上。折页式洞门密封 某处过江隧洞泥水盾构洞门密封 此处洞门采用密封水箱的方式进行洞门密封,洞门处安装两道
9、扇形压板式密封,在盾构机通过洞门时,两道帘布间会形成一个空腔,在此空腔内可注入盾尾油脂,有效加强洞门密封性。成都地铁泥水盾构洞门密封 此处洞门密封也是密封水箱的一种方式,洞门密封环最外周为一道折页式密封,而在洞门密封内侧加装两道盾尾刷,加强洞门密封效果。洞门破除 (1)人工破除围护结构 地铁车站维护结构一般采用围护桩或者连续墙等方式施工,盾构机无法直接破除该结构,因此必须破除车站维护结构,使盾构机能顺利始发。在对端头土体进行加固后,同时为了减少洞门破除对端头土体的扰动,把挡土墙分成多个小块,通常将洞门分成12 块和9 块进行施工。若车站或风井维护结构为混凝土维护桩,地层具有较好的自稳性,水位较
10、低,且地层加固效果良好时,可使用截桩法破除洞门,此方法效率快,掌子面暴露时间短,能有效的提高工效。(2)盾构机直接破除围护结构 随着市场上玻璃纤维筋的出现,它具有抗拉强度高,接近混凝土的弹性模量、耐腐蚀、非磁性或非导电等特性。同时还具有易于切割的特点,因此提供了应用玻璃纤维筋替代连续墙中钢筋的可行性,使盾构进出洞时可以直接切割筋材,避免了上述诸多工序和影响人身安全的危险因素。同时也提高了施工效率,节省了工程造价,保证了施工安全,减少了对周围环境的影响,是一种比较有效的施工方法。盾构推进 (1)负环管片安装 负环管片安装准备 在安装负环管片之前,为保证负环管片不破坏尾盾刷、保证负环管片在拼装好以
11、后能顺利向后推进,在盾壳内安设厚度不小于盾尾间隙的方木(或型钢),以使管片在盾壳内的位置得到保证。负环管片后移 第一环负环管片拼装成圆后,用45组油缸完成管片的后移。管片在后移过程中,要严格控制每组推进油缸的行程,保证每组推进油缸的行程差小于10MM。在管片的后移过程中,要注意不要使管片从盾壳内的方木(或型钢)上滑落。负环管片与反力架的连接及加固 负环管片由推进油缸推出与反力架接触后需要与反力架进行固定,根据现场情况一般使用螺栓与反力架连接或者焊接挡块与反力架固定。负环管片的拼装类型 在安装井内的负环管片的拼装类型通常采取通缝拼装可以保证能及时、快速的拆除负环管片。负环管片脱出盾尾后与托架有一
12、定空隙,需要使用木楔子加固,同时使用钢丝绳对负环管片全环加固。(2)盾构的始发空载推进 盾构在空载向前推进时,主要控制盾构的推进油缸行程和限制盾构每一环的推进量。要在盾构向前推进的同时,检查盾构是否与始发台、始发洞发生干涉或是否有其他异常事件或事故的发生,确保盾构安全的向前推进。始发时盾构姿态的控制 主要通过盾构机的推油缸行程来控制姿态。始发时盾构推进参数的控制 在保证盾构正常推进的情况下,稍微降低总推力和刀盘扭矩。(3)洞门圈封堵 当盾构前体进入洞口后及时调整洞口圈密封设备的压板,防止注浆时因注浆压力作用使帘布橡胶板外翻发生漏浆。根据出洞口的深度推算出盾尾进入开挖面的里程,确定盾尾已进入开挖
13、面土体后,开启盾尾油脂系统为盾尾注入足量的盾尾油脂,然后通过管片预留注浆孔对洞口圈压注双液浆进行封堵。待洞口圈封堵完成后开启同步注浆系统进行背衬注浆,进入正常掘进循环。(4)联系条的安装 盾构始发后,在拆除负环管片前,在管片注浆孔(吊装孔)安装螺栓将进洞段10 环管片用高强度的角钢联系起来,防止在负环管片拆除后,出洞处管片之间出现松动,从而导致渗水等事故。联系条必须在洞口混凝土保护圈达到设计强度后才能拆除。反力架、负环管片的拆除反力架、负环管片的拆除 反力架、负环管片的拆除时间根据背衬注浆的砂浆性能参数和盾构的始发掘进推力决定。一般情况下,掘进100M以上(同时前50环完成掘进7日以上),可以
14、根据工序情况和工作整体安排,开始进行反力架、负环管片拆除。2、盾构始发风险分析、盾构始发风险分析(1)加固效果不好 端头土体加固的效果不好是在始发过程中经常遇到的问题。采取的主要措施是必须根据端头土体情况选择合理的加固方法,而且要加强过程控制,特别是要严格控制一些基本参数。对于加固区与始发井间形成的必然间隙要采取其它方式处理。(2)开洞门时失稳 开洞门时失稳主要表现为土体坍塌和水土流失二种,其主要原因也是由端头加固效果不好所致。在小范围的情况下可采用边破除洞门砼,边利用喷素砼的方法对土体临空面进行封闭。如果土体坍塌失稳情况严重时,只有封闭洞门重新加固。(3)始发后盾构机“叩头”始发推进后,在盾
15、构机抵达掌子面及脱离加固区时容易出现盾构机“叩头”的现象,根据地质条件不同有些可能出现超限的情况。为此,通常采用抬高盾构机的始发姿态、合理安装始发导轨以及快速通过的方法尽量避免“叩头”或减少“叩头”的影响。(4)密封效果不好 洞门密封效果不好会出现土体流失。(5)支撑系统失稳 支撑系统在某些情况下由于盾构机推进中的瞬时推力或扭矩较大而产生失稳,这样将导致整个始发工作的失败。对于支撑系统的失稳只能从预防角度进行,同时在始发阶段对支撑系统加强监测。(6)地面沉降较大 由于始发施工的特殊性,始发阶段的地面沉降值均较大,因此在始发阶段需尽早建立盾构机的适合工况并严密注意出土量及土压情况,同时加大监测频
16、率,控制地面沉降值。3、盾构始发重点关注的事项、盾构始发重点关注的事项(1)始发基座定位时,盾构中心坡度与隧道设计轴线坡度保持一致,考虑隧道后期沉降因素,盾构中线可比设计轴线抬高1020mm。(2)在洞口开始注浆时,要在盾构两侧派人严密监测洞口密封是否有异常情况,是否需要封堵,或者采取其他加固措施。(3)在管片的后移过程中,要注意不要使管片从盾壳内的方木(或型钢)上滑落。(4)要在盾构在向前推进的同时,检查盾构是否与始发台、始发洞发生干涉或是否有其他异常事件或事故的发生,确保盾构安全的向前推进。(5)在始发阶段由于推力较小,地层较软,要特别注意防止盾构低头。同时要防止盾构机旋转、上飘。(6)盾
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