越江盾构施工课件PPT讲解

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1、（1）切口环： 切削刀盘 切口环支撑环盾尾 1. 盾构壳体构成 盾构壳体组成示意图 位置：盾构最前端 作用：开挖与挡土部分 密封 隔板 构造：切削刀盘、土（泥）舱、密封隔板（必要时设人闸和压力闸） 土舱 （2）支撑环 ： 切削刀盘 切口环支撑环盾尾 盾构壳体组成示意图 位置：盾构中部 作用：承受盾构荷载的骨架 构造：刀盘驱动装置、千斤顶、排土装置、管片拼装机及部分液压、动力 设备等 （3）盾尾： 切削刀盘 切口环支撑环盾尾 盾构壳体组成示意图 位置：盾构后部 作用：管片拼装空间、防止水土、浆液 流入 构造：举重臂、密封装置 1.盾壳 2.弹簧钢板 3.钢丝刷4.密封油脂 5.压板 6.螺栓 盾

2、构密封示意图 建造盾构工作井始发井盾构安装 盾构掘进与衬砌 前部刀盘切削土体 刀盘后舱器械出土 中部千斤顶推进 后部衬砌拼装接收井盾构接收 盾 构 法 施 工 流 程 示 意 图 2. 盾构隧道工艺 3. 常见盾构机种类 （1）土压平衡式 工作原理：通过掘削泥土建立开挖面前后水土平衡 优点 成本低 无需泥水盾构那样的泥水处理系统，设备少，占地小。 出土效率高 因排出是泥土，故排土效率比泥水盾构高。 适用范围宽 几乎对所有地层适用 缺点 切削扭矩大 切削摩阻力大，故切削扭矩大，致使盾构装备功耗大 地层沉降大 比泥水盾构比较略大 直径不能过大 由于上述缺点，目前直径最大直径达到15米 （2）泥水加

3、压式 工作原理：通过泥水建立开挖面前后平衡 优点 对地层扰动小 泥水与正面水土平衡，泥水渗入地层形成不透水泥膜 适合高地下水压施工 泥水压对抗地下水压，切削稳定性可靠 适合大直径化 泥水浸泡作用，致使切削地层松软，刀盘扭矩减小 盾构摆动小 泥水浸泡作用，致使切削阻力减小 缺点 成本高 需设置泥水管理系统、处置系统，工序、设备复杂 排土效率低 通过泥水运输掘削的土砂，需分离处理 不适合硬性粘土层、松散卵石层 泥水盾构施工简介 泥水平衡式盾构的工艺原理 该型式盾构是在机械式盾构的刀盘的后侧，设置一道封闭隔板，隔板与刀 盘间的空间定名为泥水仓。把水、粘土及其添加剂混合制成的泥水，经输 送管道压入泥水

4、仓，待泥水充满整个泥水仓，并具有一定压力，形成泥水 压力室。 地 层 切削刀盘进浆管 膨润土溶液 压缩空气 气垫室 膨润土液区 排浆管 泥水平衡式盾构的工艺原理 通过泥水的加压作用和压力保持机构，能够维持开挖工作面的稳定。盾构 推进时，旋转刀盘切削下来的土砂经搅拌装置搅拌后形成高浓度泥水，用 流体输送方式送到地面泥水分离系统，将碴土、水分离后重新送回泥水仓 ，这就是泥水加压平衡式盾构法的主要特征。因为是泥水压力使掘削面稳 定平衡的，故得名泥水加压平衡盾构，简称泥水盾构。 地 层 切削刀盘进浆管 膨润土溶液 压缩空气 气垫室 膨润土液区 排浆管 两种泥水盾构的主要区别 日本体系泥水盾构的泥浆压力

5、，在 循环掘进时，通过调整进浆泵的转 速或者调整进浆泵出口节流阀的开 口比值来实现压力控制的。因此掘 进速度、地层变化、掘进深度及其 掘进长度对压力均有影响。调节泵 的压力是通过中心控制室的自动调 节完成。 德国体系的空气室的压力是根据 开挖面需要的支护泥浆压力设定 的，空气压力可通过空气控制阀 使压力保持恒定。同时由于空气 缓冲层的弹性作用，即使液位波 动或出现突然的泄漏，对土仓压 力也无明显影响。 泥水盾构结构 泥水盾构结构主要包括刀盘、前体、中体、盾尾、主轴承、人仓、安 装机轨道梁、管片安装机和吊机、拖车结构以及在拖车上布置的设备 包括控制室、空压机、电器设备、水泵水箱、泥浆管延伸装置等

6、。 主机前体部分为两个仓室， 分别是泥水仓（或称刀盘仓 ）和气垫仓。其中泥水仓掘 进时一般充满泥水，气垫仓 在掘进时一般底部为泥水， 上部为压缩空气。泥水仓主 要功能为切削渣土的携带， 气仓的主要功能为储存足够 体积的压缩空气，以保证压 力稳定的需要。 碎石机结构：在气仓底部设置排浆口，在排浆口布置有专用的碎石结构 即碎石机，对大颗粒的岩石进行破碎，避免大颗粒进入泥浆循环系统损 坏相应部件。 泥浆门结构：泥浆门布置在泥水仓和气仓之间的隔板底部，主要作用是 通过泥浆门的关闭，将气仓和泥水仓隔离，使作业人员能在常压下进入 气仓，在气仓里进行维修或检查等作业。 泥水平衡原理简述 在泥水平衡理论中，泥

7、膜的形成 是至关重要的，当泥水压力大于 地下水压力时，泥水渗入土壤， 与土壤间隙成一定比例的悬浮颗 粒，被捕获并集聚与泥水的接触 表面，泥膜就此形成。随着时间 的推移，泥膜的厚度不断增加， 渗透抵抗力逐渐增强。当泥膜抵 抗力远大于正面土压时，产生泥 水平衡效果。 泥水加压式盾构工作面土体是依靠泥水压力对工作面上的水压力发 挥平衡作用以求得稳定。泥水压力主要是在掘进中起支护作用。工 作面任何一点的泥水压力总是大于地下水压力，从而形成了一个向 外的水力梯度，这是保持工作面稳定的基本条件。 泥水处理系统 泥水盾构掘进，其泥浆质量是控制盾构掘进质量的重 要基础，对于盾构掘进循环回来的污浆，其性能不能

8、满足循环使用要求，为能够保证掘进质量，需要对泥 浆的比重、粘度、颗粒等进行处理，其中泥水分离设 备是对泥浆性能有最直接影响的设备 1、泥水分离设备:主要用于将含有渣土的泥水进行 分离，使渣土被分离脱水后，直接外运，分离后的泥 水经过调整重新回到盾构使用。泥水分离设备流程如 下： 脱水后的碴土 返回盾构循环使用 盾构机携碴浆液 第一步预筛分 第二步（一级旋流） 第三步（二级旋流） 第四步（压滤或离心分离） 盾构机排出的污浆，由排泥泵送入泥浆分离站，经过第一步预筛分器的 粗筛振动筛选后，将粒径在3mm以上的渣料分离出来； 筛余的泥浆由渣浆泵加压，沿输浆软管从旋流除砂器进浆口切向泵入， 经过旋流除砂

9、器分选，74m以上粒径微细的泥砂由下端的沉砂嘴排除落 入细筛.细筛脱水筛选后，干燥的细渣料分离出来； 脱水后的碴土 返回盾构循环使用 盾构机携碴浆液 第一步预筛分 第二步（一级旋流） 第三步（二级旋流） 第四步（压滤或离心分离） 经过筛选的泥浆经渣浆泵泵送，循环再进入二级旋流器，分选30m以上 的颗粒，由细筛脱水分离。 分离后的泥浆进入储浆池，再经过处理后进入盾构机。 分离后浆液，在必要的情况下，可以通过离心机、滤压机或带压机分离 出浆液中的更细的微粒，以确保满足环境要求。 2、浆液调整 比重的调整：盾构持续掘进时，因为地层中含有一 些泥水分离设备分离不了的微细颗粒，该颗粒在浆 液中累积，会导

10、致浆液比重逐渐升高，此时需要对 浆液比重进行处理。或者对浆液进行部分丢弃补充 新浆方式，或者采用更精细的分离设备对浆液中的 微细颗粒进行处理。 粘度调整：为获得高质量浆液，需要对泥浆的粘度 进行调整。粘度的调整通过添加一些辅助材料的方 式实现。 一、工程概况 二、工程重难点分析 三、掘进参数的设定 四、施工关键技术 五、掘进过程中出现的问题和解决措施 六、认识和体会 一、工程概况 n1、工程位置 武汉长江隧道为武汉市重点工程，是武汉市重要的过江交通通道，位 于武汉长江一、二桥之间。起点为汉口大智路与铭新街的交叉口，终点为 武昌友谊大道南侧规划中的沙湖路，线路平面见下图。 n2.工程规模 n 工

11、程范围包括盾构始发井、到达井、盾构隧道、联络通道、明挖暗埋隧 道、A、B、C、D、E、F六条匝道、管理中心大楼、通风井、路面工程及机 电设备安装工程等。 n 主线隧道建筑总长3630m，其中盾构隧道左右线各长2538.6m，过江段长 1310m。 武汉长江隧道总平面图 3.盾构隧道线路平、纵、横断面设计概况 n 盾构段隧道线间距为16m28m，隧道线路平面最小曲线半 径为800m。线路纵坡大致为U形，线路最大下坡坡度为4.35%， 最大上坡坡度为4.4%。隧道覆土厚度在6.8-43m之间。 n 盾构隧道为双洞分离式隧道，衬砌外径11000mm，内径 10000mm，采用通用（楔形量为55mm）

12、钢筋混凝土管片。隧道 断面底部设逃生通道和电缆通道，中部为行车道，上部为专用 排烟道。 n为进一步改善隧道的防灾条件，在两条盾构隧道间设置2条联 络通道。 n4.隧道穿越地层岩性分布 n 本盾构隧道先后穿越淤泥质粘土、粉细砂、中粗砂、砾石 、上软下硬复合地层等，具有地层多变、高承压水等特点。 盾构隧道工程地质纵断面图 n 武汉长江隧道工程是个高风险、高难度、规模大、技术复 杂的涉及多领域的系统工程,技术特点和难点主要体现在长约 2.5km，外径为11m的两条圆隧道的设计、施工和施工组织等方 面，可以用多变、长、大、深、难几个字来概况： n1、地质条件复杂多变。 n 盾构隧道穿越的地层,进出洞段

13、以粉质粘土、粘土、淤泥 质粘土为主，江边及江中段以粉细砂及中粗砂为主，江中段局 部穿过上软下硬的复合地层，地质条件复杂且多变，且隧道穿 越的地层透水性强，最大水压达0.6Mpa。对盾构机性能（适应 性、可靠性、耐久性）要求高。 二、工程重难点分析 n2、高水压。 n 在最大水压0.6 Mpa下盾构推进的施工安全和工程防水是重 点。关键是保证主轴承密封、盾尾密封在高承压状态下的正常 工作、耐久性和管片的拼装防水质量。 n3、长距离掘进。 n 盾构长距离掘进中密和密实粉细砂（石英含量高），并在 江中段掘进上软下硬地层，切削中等风化基岩，对刀具特别是 边刀的磨损很大。盾构正面刀盘刀具耐久性和可靠性是

14、一次过 江成败的关键。 n4、周边环境复杂，保护难度大。 n 进出洞段埋深浅，且下穿众多重要的建筑物，如电教楼、长 江防洪大堤、武大铁路、鲁兹故居等 n5、施工难度大。 n 施工中存在以下技术难题：高承压水砂层联络通道施工 风险大；特殊地段（浅覆土、上软下硬复合地层、小半径曲 线段）盾构掘进质量控制难度大；大体积、深手孔管片预制 裂纹防治难度大。 三、掘进参数的设定 n 详细分析了已完成的3400米掘进过程中泥水压力、同步 注浆与地表沉降的关系，初步有如下体会： n1、泥水压力设置 n 泥水压力采用静止土压力（水土分算）作为控制上限， 主动土压力作为控制下限。穿越密集建筑物时压力设定值靠 近上

15、限。一般根据地层性质，砂土、粉土、粉质粘土等渗透 系数较大的地层，采用水土分算。地面荷载偏压的情况下， 压力设定值宜取超载和无荷载的中间值。 n判断合理性的依据： n（1）压力设定要不断摸索，通过地表沉降及时修正。 n（2）在渗透性大的地层，利用泥浆漏失量作为检验压力设 定是否合理为依据是可行的。 n2、同步注浆压力和注入量 n 浆液采用砂浆类材料，其主要指标为：稠度1718cm、初 凝时间5h。施工时根据使用情况和试验结果对浆液进行优化调 整。 n 同步注浆压力大于泥水压1-1.5bar。同步注浆量应综合考 虑不同地层和周边环境因素。粘土地层注浆填充率160180 ，砂土地层注浆填充率130

16、150基本上是比较合适的。 n3、盾尾油脂的注入压力设定 n 盾尾油脂压力的设定值根据如下原则设置:若底部注浆管 最大压力设定值为N,三道盾尾油脂腔的压力由盾尾向刀盘方向 依次为N+2、N+1、N。当地层压力过高时，盾尾油脂腔的压力 应综合考虑盾尾刷结构承受能力而进行合理调整。 n4、泥水分离系统和泥浆质量控制 n 本工程采用3套500立方处理设备并连；处理流程为筛 分、一级旋流、二级旋流；一级旋流以处理74m以上为 主；二级旋流以处理45m以上为主；分离后的泥浆经沉 淀后与新浆混合循环利用；新浆以聚合物和膨润土为原料 配制. n（1）泥浆体系 n 本工程泥浆采用高分子聚合物泥浆体系，其成膜质量好， 成功应用在带压进仓和处理江底坍塌施工中。但由于成本高， 在一般地段掺量较少，对于其选择性絮凝、抗分散等功效无法 给予评价。 n（2）泥水分离设备 n 本工程采用黑旋风分离设备，