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1、盾构始发及盾构推进施工技术,中铁四局城市轨道交通工程分公司 李旭杰,一、前言,城市地铁盾构施工具有快速、安全、对地面建筑物影响小等诸多优点，已经被越来越多的人们所认可。我国地铁隧道施工已开始使用盾构法。随着技术进步、认识提高、综合国力的增强，特别是随着该施工技术所显现的优势，盾构法越来越多地被国内地铁界所接受，上海、广州、南京、北京、深圳、天津、西安、成都、沈阳、杭州等城市都使用这种方法。虽然盾构有许多成功的工程实例，但是使用这种方法也有较大的风险。如盾构在隧道内只能前进，不可后退，一旦盾构本身出现致命的故障，可能就会产生灾难性的后果。而且使用盾构在对洞口进行加固处理的始发时阶段出问题的概率很
2、高，即使是非常有经验的承包商也常会发生类似事故。 在城市地铁施工中，盾构始发作为盾构施工的一个必经阶段。盾构机始发是指盾构机在施工竖井内或车站结构内，自盾构机主机开始定位，刀盘向前推进贯入围岩，沿设计线路向前掘进，直至盾构机完全进入区间隧道，洞口反力架与负环管片拆除为止。（地铁定额中规定盾构始发后40m为盾构始发段，盾构到达5倍盾构刀盘直径为到达段）。,1. 盾构法的基本含义 盾构施工法是“使用盾构机在地下掘进，在护盾的保护下，在机内安全的进行开挖和衬砌作业，从而构筑成隧道的施工方法”。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部分组成。,二、盾构法施工的原理及方法,盾构法施
3、工的概貌如图1所示。在隧道的一端建造竖井或基坑，将盾构安装就位，盾构从竖井或基坑的墙壁开孔出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的孔壁推进。,盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已经拼装好的衬砌管片上。盾构机是这种施工方法中主要的施工机具。,2. 盾构法施工的原理和过程,3. 密封式(平衡)盾构机的组成,盾构机组成,管 片,管片的组装顺序,K管片(封顶块)的嵌入,盾构机是根据每一施工区段设计的专用设备,盾构施工不可退后,对施工的要求精度高,占用的施工场地小,对邻近建筑物的影响小,对周围环境的影响较小,4.盾构施工的特点,1、场地作业少，隐蔽性好，因噪音、振动引起的环境影
4、响小； 2、隧道施工的费用和技术难度基本不受覆土深浅的影响，适宜于 建造覆土深的隧道； 3、穿越河底或海底时，隧道施工不影响航道，也完全不受气候的 影响； 4、穿越地面建筑群和地下管线密集区时，周围可不受施工影响； 5、自动化程度高、劳动强度低、施工速度较快。,盾构法施工的优点,1、施工设备费用较高； 2、覆土较浅时，地表沉降较难控制； 3、用于施工小曲率半径隧道时，掘进较困难。,盾构法施工的缺点,三、盾构法主要施工程序,7、接收井洞口土体加固,8、盾构进入接收 井，并运出地面,四、盾构掘进施工的竖井,始发工作井: 满足盾构掘进机安装和出洞施工的要求接收工作井: 盾构隧道掘进完成后进入接收井,
5、满足盾构拆卸或转场吊装移位的工作空间要求 竖井施工方法: 沉井法、地下连续墙围护、钢板桩围护,常见的洞口封门形式主要有： 外封门形式 内封门形式 特殊封门（井内外封门） SMW工法施工洞口封门 地下连续墙施工洞口封门 钻孔灌注桩施工洞口封门,常见的洞门结构形式,在井内或洞门口采取措施使之洞口外土体保持稳定 1、出洞时，洞口用外封门的技术 封门一般采用钢板桩，常用槽钢组合，封门的实施有两种方法：其一是在沉井下沉施工时将封门安装在洞口，然后与沉井一起下沉到位，另一种方法是待沉井下沉到位后再紧贴井外壁打入封门板桩。（见图） 这外封门形式一般用于出洞施工，因受到拔出板桩的难度及钢板桩接长接头的构造和接
6、头牢固等原因，当工程洞口埋深较深时不宜采用。,2、内封门措施 进洞的封门一般采用内封门的技术较为妥当（见图）。封门可用型钢组合其有竖封门及横封门两种形式。,封门进洞示意图,3、井内外封门形成（见图） 当工程埋深深，井外是砂性土渗透系数大、地下水位高，要平衡地下水压力较为困难，则可采用井内外封门形式作为出、进洞技术措施。,井内外封门示意图,4、用SMW工法作洞口封门（见图） 当工程工作井用围护开挖施工工艺时，可在工作井出、进洞口处用SMW工法作结构施工围护，出进洞施工时当掘进设备靠出SMW桩拔除桩内H型钢，利用掘进设备刀盘切削SMW的水泥土逐渐完成出、进洞施工。,SMW封门示意图,盾构选型,各工
7、程在前期准备工作时最重要的是做本工程所用盾构的选型及设计，而盾构选型必须根据工程所穿越的地层土质条件进行，选中的盾构性能必须解决三个技术问题： 1、支 护：用什么方法支护正面土体，在盾构推进施工中不 产生正面土体的流失，保持平衡。 2、开挖掘进：采用什么方法开挖正面土体； 3、排 土：开挖下来的土渣如何迅速的排除使正面土仓内土 渣排除速度与开挖速度相符。,五、盾构始发准备,1、施工现场平面布置 根据业主提供的施工场地范围，参照车站的现场情况，我们对施工场地和生活场地进行布置，眠山站盾构施工场地平面布置图。,现场生产区临建,在生产区域内，需要布置隧道工程的各项临建设施，包括：电力系统、给排水系统
8、、拌浆系统、渣土转驳系统、运输系统等。 场地硬化 生产区内全部采用混凝土硬化地面，普通段硬化采用C25素混凝土，厚15cm；管片以及出土车形式通道以及挖掘机形式通道采用C25钢筋混凝土，厚15cm，钢筋采用14mm300mm。,现场临时用电 盾构电源由箱变经MYP325310高压橡胶电缆将10kV高压送至盾构机上高压开关柜，再由盾构机上变压器变压后供盾构机用电。其它施工用电经两台630kVA变压站三路供电。施工场地内的用电设备、隧道内照明及小型机具用电由箱变提供的8个380V/400A电源接口供电，供电方式为三相五线制，采用三级配电，两级漏电保护。隧道内供电采用分段箱控制，每100米设置一个分
9、段控制箱，照明采用低压36V/55W节能灯，灯距为8环，安装在隧道推进方向的外侧。隧道内线路采用架设，架线的支架同时作为灯具的支架。 现场临时用电采用电缆线供电，电缆线埋入地下，深度不小于600mm。,现场临时用水 生产用水由业主提供的自来水口径250mm进水管道供给并分流，分流后接入拌浆房、井下。现场供水水管埋入地下，深度不小于300mm，施工排水经三级沉淀后，排入市政排水管道。 集土坑 集土坑施工1处，左右线共用，设置在东侧端头井的维护结构外。每个集土坑入土5m，地上0.5m，长宽分别为24m和9m，为钢筋混凝土结构。考虑到倒土架占用的空间，单个集土坑地下段有效容积为1080m3，约27环
10、的出土量。为方便倒土，集土坑设置倒土架2个，集土坑的出土方式见图6.3-1，出土车辆从车站东大门进出。,集土坑出土示意图,拌浆系统 现场设置2套拌浆系统（2台拌浆机，共用1个拌浆房），供盾构推进时同步注浆使用。拌浆系统由拌浆房、膨润土仓库、水泥罐、粉煤灰罐和砂堆场组成；2套拌浆系统均设置在车站的顶板上，详见图6.3-2。,拌浆系统示意图,垂直运输系统 在东端头井设置2台门式行车，型号为32/5t负责洞内出土及管片垂直吊运，门吊基础采用钢筋混凝土现浇梁以及钢箱梁相结合的方式，门吊轨道并设置接地装置，与车站连续墙深层钢筋连通。 管片堆场 管片堆场设置生活区外，管片防水材料的粘贴在管片堆场处进行，因
11、堆场下方是车站顶板，故管片堆高3层，堆场共能存放31环管片。管片运输车从车站西大门进出，管片堆场与门吊吊装区间使用1台12t叉车负责运输。,沉淀池与洗车槽 洗车槽设置在大门处，尺寸为3.9m5.12m，沉淀池设置在东门洗车槽北侧，从地面直接开挖，尺寸为：长宽=2m2m，阶梯状砖砌结构外抹水泥，共3个池子，三级沉淀，池子深度分别为1m、1.5m、2m。 车站底板情况 车站长度满足车架全部下井条件，并且左右线均有临时出土口，尺寸为3.5m5.0m，满足渣土斗和管片的上下吊运，故盾构机无需进行转接，可以正常始发掘进。,现场通讯及信息化 项目部设立内部电话，将盾构操作室、洞口、拌浆房、管片场和办公室联
12、系起来，方便施工时的工作协调和控制。项目部通过外部电话和网络进行外部联系。 物资供应 物资部负责在甲方合格物资供应厂商名录中进行价格比选后，经抽检合格的供应厂商，经理部方可与之签订物资供应合同。所购物资的质量必须符合设计要求。,技术准备,施工调查 盾构施工前须完成施工调查工作，主要内容包括： 工程概况、地质水文、气象、交通、工程设计等方面的资料。 区间沿线地面地表建构筑物、管线的分布情况，同时对建构筑物的初始状态应做好详细的图像记录。 施工临水临电、工程造价、工期要求、工程重难点、施工文明建设标准等。 各材料、机具供应方的考察与合同签订。 地方风俗民情、环保要求的考察等。,测量与监测 盾构施工
13、前须完成GPS点的联测、盾构施工控制点的布设与复测，同时需完成区间前200m的地面沉降监测点的布设与初始值的测定。,六、盾构始发技术,始发技术的重要性及关键技术,由于在始发阶段存在以下几种特殊情况： （1）始发推进前需凿除车站的围护结构（主要是处理钢筋砼结构），凿除围护结构后的土体在一定的时间段内必须保持自稳，不能有水土流失； （2）始发阶段盾构机主体在始发导轨上不能进行调向； （3）始发阶段的姿态及地面沉降控制比正常推进阶段更困难； （4）始发期间一些设备如管片小车、管片吊机，包括出渣都不能正常使用。有时也会存在盾构机因为车站结构的原因而不能整机始发。 综上所述，盾构在初始阶段的施工难度很大
14、。因此，盾构隧道始发技术是盾构法施工技术的关键，也是盾构施工成败的一个标志，必须要全力做好。同时还应确保盾构连续正常地从非土压平衡工况过渡到土压平衡工况，以达到控制地面沉降，保证工程质量等目的。,始发施工技术,（一）始发阶段工作内容 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、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。 在盾构机始发阶段，要完成盾构机设备的安装与调试；始发辅助设备的安装与定位，盾构机初始定位与掘进控制，盾构
15、机导向系统的安装与调试以及区间隧道洞口的处理。 （二）始发顺序 洞口地层处理洞口始发准备盾构主机定位、固定反力架定位、固定负环钢管片的定位、安装主机、后配套连接盾构调试刀盘、刀具检查负环管片安装盾构推进下一循环拆除反力架、负环管片始发掘进总结正式掘进。,盾构机始发基座,六、始发施工技术 盾构机始发反力支撑系统,六、始发施工技术,（三）始发洞口准备 1、始发洞口的地层处理 在盾构始发之前，一般要根据洞口地层的稳定情况评价地层，并采取有针对性的处理措施。地层处理一般采取如“固结灌浆”、“冷冻法”、“插板法”等措施进行地层加固处理。选择加固措施的基本条件为加固后的地层要具备最少一周的侧向自稳能力，且
16、不能有地下水的损失。常用的具体处理方法有搅拌桩、旋喷桩、注浆法，SMW工法、冷冻法等。选择哪一种方法要根据地层具体情况而定，并且严格控制整个过程。 2、始发洞口维护结构的切除 根据经验，一般在始发前至少一个月开始洞口维护结构的切除。整个施工一般分两次进行，第一次先将围护结构主体凿除，只保留维护结构的钢筋保护层，在盾构始发前将保护层混凝土凿除。 在凿除完最后一层混凝土之后，要及时检查始发洞口的净空尺寸，确保没有钢筋、混凝土侵入设计轮廓范围之内。,六、始发施工技术,盾构始发土体加固 加固土柱的径向范围和土体强度。常规的做法为径向为盾构外3.0米，强度在1MPa左右。从目前的施工的技术和设备能力，强度非常容易达到，且同时要满足强度和渗透性的要求，也是最低的投入。,六、始发施工技术,取芯样，芯样的连续性，芯样的强度测试。取芯孔的观察等，建议取样孔的位置在桩与桩的搭接处。,六、始发施工技术,3、洞口密封 洞口密封是为盾构在始发
