地铁盾构隧道施工技术简介课件.ppt
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1、1、1 盾构掘进机的特点盾构掘进机的特点1、2 盾构技术的发展盾构技术的发展 主要内容主要内容 1、概述、概述 2、盾构机选型盾构机选型 2.1盾构分类盾构分类 3、盾构施工组织盾构施工组织2.2适用范围适用范围4、组装、调试;进出洞、组装、调试;进出洞2.3选型特点选型特点2.4 盾构机选型及定购依据盾构机选型及定购依据2.5刀盘面板分类刀盘面板分类3.1 场地与交通疏解场地与交通疏解 3.2 掘进速度与施工长度掘进速度与施工长度3.3 盾构与车站施工干扰盾构与车站施工干扰 3.4 盾构管片供应盾构管片供应3.5 盾构通过特殊地段盾构通过特殊地段3.6 盾构铺轨基地盾构铺轨基地4.1组装及调
2、试流程组装及调试流程4.2 盾构进、出洞盾构进、出洞5、盾构掘进技术、盾构掘进技术5.1泥水平衡盾构掘进泥水平衡盾构掘进5.2 土压平衡盾构掘进土压平衡盾构掘进6、盾构管片制作应用举例、盾构管片制作应用举例1.1盾构掘进机的特点盾构掘进机的特点 1、概述、概述 盾构掘进机盾构掘进机(简称盾构)是地面下(简称盾构)是地面下暗挖施工隧道暗挖施工隧道的的专用工程机械专用工程机械,具有一个可以移动的钢结构外壳,具有一个可以移动的钢结构外壳(盾盾壳壳),内装有开挖、排土、拼装和推进等机械装置,内装有开挖、排土、拼装和推进等机械装置,可以进行可以进行开挖、支护、衬砌开挖、支护、衬砌等多种作业等多种作业一体
3、化施工一体化施工,广泛应用广泛应用于于地铁、铁路、公路、市政、水电隧道地铁、铁路、公路、市政、水电隧道工工程建设。目前,在欧美等工业发达国家使用盾构机程建设。目前,在欧美等工业发达国家使用盾构机进行施工的城市隧道进行施工的城市隧道占占90%90%以上以上。1.1盾构掘进机的特点盾构掘进机的特点 1、概述、概述 现代盾构掘进机集液压、机电控制、测控、计算机、材料等各类技术于一体,属于技术密集型产品,其生产主要集中在日本、德国、英国、美国、加拿大等少数发达国家,其中又以德国、美国、日本技术最为先进。盾构施工法与矿山法相比具有的特点是地层掘进、出土运输、衬砌拼装、接缝防水和盾尾间隙注浆充填等主要作业
4、都在盾构保护下进行,工艺技术要求高、综合性强(土建、机械)。1.2 盾构技术的发展盾构技术的发展 1、概述、概述 盾构作为一种安全、快速的隧道掘进技术,经历了四个发展阶段:以布鲁诺尔(Brunel,1818)盾构为代表的初期盾构;以机械式、气压式、网格式盾构代表的第二代盾构;以闭胸式盾构为代表(泥水式、土压式)的第三代盾构;以异型化、多功能、综合化为各自特色的第四代盾构。1.2 盾构技术的发展盾构技术的发展 1、概述、概述 第一代盾构第一代盾构:BrunelBrunel盾构盾构伦敦伦敦BlackwallBlackwall盾构隧道盾构隧道1.2 盾构技术的发展盾构技术的发展 1、概述、概述 第二
5、代盾构第二代盾构:网格式盾构网格式盾构插刀盾构插刀盾构1.2 盾构技术的发展盾构技术的发展 1、概述、概述 第二代盾构第二代盾构:网格式盾构可分为干出土与水力出土两种类型,结构简单、操作方便,便于排除正面障碍物。基本构造分为:盾构壳体、推进系统、拼装系统及出土系统、控制系统等。水力出土特点:网 格:适合水力冲刷的网格和封板组成切口支承形式。泥水舱:盾构切口后部的隔墙板与网格间为泥水舱,该舱可供土体冲刷成泥水,舱底设置泥水排出管口。冲刷水枪:用于冲刷土体的旋转水枪。水力输送机具:舱内的泥水通过管路进行输送排放。1.2 盾构技术的发展盾构技术的发展 1、概述、概述 第三代盾构第三代盾构:土压平衡盾
6、构土压平衡盾构泥水平衡盾构泥水平衡盾构1.2 盾构技术的发展盾构技术的发展 1、概述、概述 第四代盾构第四代盾构:复合式盾构复合式盾构任意截面盾构任意截面盾构 2.1 盾构分类盾构分类 2、盾构机选型、盾构机选型 盾构机的机型种类很多。根据地层条件和具体施工方法的不同,隧道盾构机可分为硬岩隧道掘进机(即TMB)、软岩隧道盾构机。而按开挖面的闭合程度,可分为开敞式、半开敞式和封闭式。2.1 盾构分类盾构分类 2、盾构机选型、盾构机选型 开敞式开敞式又可细分为又可细分为人工开挖人工开挖盾构、盾构、半机械开挖半机械开挖盾构、盾构、机械开挖机械开挖盾构;盾构;半开敞式半开敞式有有挤压盾构挤压盾构和和网
7、格盾构网格盾构之分,而之分,而封闭式封闭式则可进一步分为则可进一步分为泥水加泥水加压平衡盾构压平衡盾构(含含直接控制型直接控制型、间接控制型间接控制型两种两种)、土压平衡盾构土压平衡盾构(包括包括普通普通型型、加泥型加泥型、加水型加水型、泥浆型泥浆型等种类等种类)。还有将两种类型复合在一起的。还有将两种类型复合在一起的复复合型合型,也包括,也包括泥水型泥水型、土压型土压型、敞开型敞开型等多种,此外,还有适用于城市等多种,此外,还有适用于城市地下工程,如地下工程,如市政供排水市政供排水、电缆管道电缆管道建设的建设的微型盾构微型盾构。而目前作为。而目前作为主流主流技术技术的,主要有的,主要有泥水加
8、压平衡盾构机泥水加压平衡盾构机、土压平衡盾构机土压平衡盾构机、复合型盾构机复合型盾构机、TMBTMB掘进机掘进机和和微型盾构机微型盾构机五种。五种。2.2 盾构机的适用范围盾构机的适用范围 2、盾构机选型、盾构机选型 泥水加压平衡盾构机 泥水加压平衡盾构由盾壳、开挖机构、推进机构、送排泥浆机构、拼装机构及附属装置组成。是目前各种盾构中最复杂、价格最贵的一种。适用范围较大,多用于含水率高的软弱土质中,是一种低沉降、较安全的施工机械,对稳定的地层优点尤为明显,其工作效率要高于土压平衡盾构机,但随着土砂百分比的增加,会出现泥水分离难度增大的不足。泥水平衡盾构机的主要生产厂商有:日本川崎重工、三菱重工
9、、小松盾构以及德国的海瑞克公司等。2.2 盾构机的适用范围盾构机的适用范围 2、盾构机选型、盾构机选型 土压平衡盾构机土压平衡盾构机 土压平衡盾构是在泥水加压盾构基础上开发的一种新型盾构。主要由盾壳、开挖机构、推进机构、排土机构、拼装机构及附属装置组成。土压平衡盾构通过对压管理,保持土压或土碴量的相对平衡与稳定来进行工作。广泛适用于对冲积粘土、洪积粘土砂质土、砂、砂砾、卵石等地质的施工,不需分离装置,占地面积少,施工时的覆土层可相对较浅。主要生产厂商有:日本川崎重工、德国海瑞克公司、加拿大罗浮特(lovat)公司等。2.2 盾构机的适用范围盾构机的适用范围 2、盾构机选型、盾构机选型 组合式盾
10、构机:组合式盾构机开挖面稳定,施工方法可视土质情况的变化而转换,因此适应范围较广,根据需要可以从土压平衡转换为泥水加压方式,土料输送可由螺旋输料器转为泥浆及管道输送。有一定知名度的产品有川崎重工推出的直径为10.2m组合式盾构机产品;德国的海瑞克出品的直径为14.2m的盾构机。全断面硬岩掘进机(TBM掘进机):全断面硬岩掘进机是由盾构技术发展而来。通常适用于硬基地层。特点是稳定性良好、施工速度快、隧道成型好、对周围环境影响小。微型盾构机:行业内通常把直径小于3m的盾构称为微型盾构。主要用于市政供排水管道,电缆管道等的建造。2.3盾构选型的特点盾构选型的特点 2、盾构机选型、盾构机选型 1 1、
11、与其它隧道施工方法不同,、与其它隧道施工方法不同,盾构机盾构机是根是根据每一个施工区段的据每一个施工区段的地质地质条件、条件、地下水地下水条件、条件、隧道隧道断面大小断面大小、区间线路区间线路条件、条件、周围建筑物环周围建筑物环境境等条件进行等条件进行设计制作设计制作。所以,盾构机。所以,盾构机不是不是通通用机械用机械,而是针对于某种,而是针对于某种特定地质特定地质条件的条件的专用专用机械机械。也就是说一般。也就是说一般很难很难将盾构机转用到设计将盾构机转用到设计隧道以外的工程中加以隧道以外的工程中加以利用利用。2.3 盾构选型的特点盾构选型的特点 2、盾构机选型、盾构机选型 2 2、盾构机盾
12、构机在地下的施工是在地下的施工是不可后退不可后退的。当盾构的。当盾构机在地下开始掘进施工后,就机在地下开始掘进施工后,就很难很难对盾构机的结对盾构机的结构组成进行构组成进行修改修改。除。除刀头刀头等部位可以通过特殊的等部位可以通过特殊的设计得到设计得到更换更换以外,盾构刀盘、压力舱、排土器、以外,盾构刀盘、压力舱、排土器、推进系统等很难在施工过程中进行修改。推进系统等很难在施工过程中进行修改。由此可见,由此可见,盾构机盾构机的的设计、制作设计、制作从根本上决定了隧道施从根本上决定了隧道施工的工的成功与否成功与否,是盾构隧道施工的关键环节。为了设计最,是盾构隧道施工的关键环节。为了设计最为合理的
13、盾构机械就必须进行周密的盾构选型工作。为合理的盾构机械就必须进行周密的盾构选型工作。2.4 盾构机选型及定购的依据盾构机选型及定购的依据 2、盾构机选型、盾构机选型 土质土质条件、岩性条件、岩性开挖面开挖面稳定稳定隧道隧道埋深、地下水位埋深、地下水位设计隧道的设计隧道的断面断面环境条件、沿线场地环境条件、沿线场地衬砌衬砌类型类型工期;造价工期;造价辅助辅助工法工法设计设计路线、线形、坡度路线、线形、坡度电气电气等其他等其他设备条件设备条件 地上、地下建筑物 埋设物 水井、废井 旧建筑物、临时建筑 其它计 划环境条件障碍物 噪声、振动 地基变形 地下水利用 施工垃圾处理 住房、文物等调查项目周围
14、条件 土地利用状况 将来计划 道路种类、交通状况 施工用地状况 河川、湖沼等的状况地质条件 地层构成 地下水位(头)分布 缺氧气体、有害气体的有无 各层的工程性质(强度特性、变形特性、透水性)设计条件整理断面形状尺寸延长覆土线路工期盾构机选型流程图盾构机选型流程图 2、盾构机选型、盾构机选型 2.4 盾构机选型及定购的依据盾构机选型及定购的依据盾构机选型流程图盾构机选型流程图 地下水污染、地下水枯竭 振动、噪声 日照、景观 交通 障碍物处理 开挖土的处理 开挖土的搬运 施工用地论证项目开挖面稳定性自立性地层构成支护方式地基条件 影响范围 水平、铅直变形 临近建筑物变形环境保护其 他可能适用的方
15、式选择土压平衡式泥土压式土 压 式泥水加压式手 掘 式半 机 械 式机 械 式闭胸式敞胸式续上图 2、盾构机选型、盾构机选型 2.4 盾构机选型及定购的依据盾构机选型及定购的依据续上图方法的选择比较论证安 全 开挖面稳定 地基变形 环境保护 操作环境经 济 推进 衬砌 盾构 相关措施工 期 推进 衬砌 相关措施综合评价施工措施的论证 长距离施工 急曲线施工 障碍物注:选择开挖方式时请参照解说表盾构形式与土质 开挖面的稳定 地基变形 出发到达部的保护 周围建筑物的保护 2、盾构机选型、盾构机选型 2.4 盾构机选型及定购的依据盾构机选型及定购的依据盾构机选型流程图盾构机选型流程图2.4 盾构机选
16、型及定购的依据盾构机选型及定购的依据 2、盾构机选型、盾构机选型 盾构选型与地层关系盾构选型与地层关系刀具磨损严重刀具磨损严重2.4 盾构机选型及定购的依据盾构机选型及定购的依据 2、盾构机选型、盾构机选型 盾构选型与地层关系盾构选型与地层关系(2)渗透系数与岩性、粒径)渗透系数与岩性、粒径 2、盾构机选型、盾构机选型 2.5刀盘面板分类刀盘面板分类 刀盘形式刀盘形式 比较项目比较项目面面 板板 式式幅幅 条条 式式砂、土适应性砂、土适应性(粒径(粒径15 cm15 cm)由于开挖面土体受面板开由于开挖面土体受面板开口影响,进入密封舱内不口影响,进入密封舱内不顺畅,易粘结,易堵塞。顺畅,易粘结
17、,易堵塞。仅有几根幅条,同时幅条后仅有几根幅条,同时幅条后均设有搅拌叶片,土、砂流均设有搅拌叶片,土、砂流动顺畅,不易堵塞。动顺畅,不易堵塞。砂卵石适应性砂卵石适应性(粒径(粒径15cm15cm)适应性强,必要时可加滚适应性强,必要时可加滚刀。刀。不能加滚刀,刀头形式及数不能加滚刀,刀头形式及数量较少。量较少。刀盘扭矩刀盘扭矩刀盘扭矩阻力大,需增加刀盘扭矩阻力大,需增加设备能力,造价高。设备能力,造价高。刀盘扭矩阻力小,设备造价刀盘扭矩阻力小,设备造价低低隧道内刀头更换隧道内刀头更换安全性安全性由于有面板,在隧道内更由于有面板,在隧道内更换刀头时安全可靠。换刀头时安全可靠。在隧道内更换刀头时安
18、全性在隧道内更换刀头时安全性差,加固土体费用高。差,加固土体费用高。刀盘特性比较刀盘特性比较刀盘型式的选择刀盘型式的选择 2、盾构机选型、盾构机选型 2.5刀盘面板分类刀盘面板分类3.1 盾构盾构施工场地与交通疏解施工场地与交通疏解 3、盾构施工组织、盾构施工组织 一台一台盾构盾构始发场地始发场地面积约面积约25003000 m2,两台两台盾构始盾构始发场地面积发场地面积40005000 m2,接收场地接收场地8001000 m2 左右。左右。看似合理的施工组织看似合理的施工组织方案方案,有时因没有合适的,有时因没有合适的施工场地施工场地而而改变改变。盾构井一般是沿线路中线设置的,在城市中心区
19、因。盾构井一般是沿线路中线设置的,在城市中心区因交通疏解要求往往导致交通疏解要求往往导致场地较小场地较小,过小时,过小时影响影响施工场地施工场地的的合合理布置理布置如弃土场、注桨材料储存、管片堆场、施工人员的生如弃土场、注桨材料储存、管片堆场、施工人员的生产生活安排等,产生活安排等,降低劳动生产率降低劳动生产率。因交通疏解、管线等条件。因交通疏解、管线等条件限制盾构井设置在线路中线一侧时,盾构机限制盾构井设置在线路中线一侧时,盾构机始发周期延长始发周期延长,弃土、管片等洞内运输作业弃土、管片等洞内运输作业效率下降效率下降。3.2 盾构掘进速度与施工长度盾构掘进速度与施工长度 3、盾构施工组织、
20、盾构施工组织 盾构掘进速度与工程地质条件、盾构机选型、掘进管理水平、地面建(构)筑物保护要求等因素密切相关。地铁区间隧道多采用(加泥)土压平衡盾构机,在目前的施工技术水平条件下,正常的平均掘进速度已达到每天79环,按1.2m或1.5m管片环宽计可达每天812m,综合考虑始发和到达掘进、通过建筑物保护段的沉降控制、地层性质与均质性、弃土与材料运输时间限制等因素的影响,施工组织的平均指标一般按68m控制,当地层适于盾构施工且均质性好,环境限制条件少,一次掘进距离长时,掘进指标可按810m。3.2 盾构掘进速度与施工长度盾构掘进速度与施工长度 3、盾构施工组织、盾构施工组织 以下情形采用实际指标或偏
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