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1、,盾构法施工技术与管理,1,盾构施工管理 盾构管理部- 2015年7月21日,1,.,主 要 内 容,一、盾构技术的发展历史及分类,二、盾构法施工原理 三、盾构施工管理 四、盾构主要施工技术与管理,五、盾构隧道的缺陷处理 六、盾构法隧道施工与验收规范,2,.,一、盾构技术的发展历史及分类,1,盾构技术的发展历史,盾构作为一种安全、快速的隧道掘进技术，归纳起来可以 说经历了四个发展阶段： 以布鲁诺尔（B （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
2、构。,3,.,第一代盾构: 伦敦Blackwall盾构隧道,Brunel盾构,伦敦Blackwall盾构隧道,4,.,第二代盾构:,网格式盾构,插刀盾构,5,.,第三代盾构:,土压平衡盾构,泥水平衡盾构,6,.,第四代盾构:,7,.,2 我国盾构发展情况,从20世纪80年代开始，我国开始引进国外盾构技术和设备修建城市地铁隧道。20多年来，盾构法作为一种先进的施工技术在我国各类工程中已被广泛应用。 我国目前是盾构发展最快的国家，由于我国地域辽阔、地质及水文地质条件复杂，使我国盾构施工技术发展较快。我国广州采用了世界上最先进的盾构和施工技术，代表了当代的国际先进水平。 1995年，上海地铁2号线2
3、4km区间隧道开始掘进施工，地铁1号线工程所用的七台6.34m土压盾构经维修以后，继续用于2号线区间隧道掘进。 1996年广州地铁一号线由日本清木公司承包施工,使用三台日本住友、川琦制造的复合盾构进行施工。 1999年北京引进德国海瑞克公司的盾构,进行北京地铁5号线盾构试验工程获得成功,证明盾构法具有安全、快速、经济、质量好的优势。,8,.,截止到2014年底，已有20个城市的地铁开通运营，总长2438km。 未来3年轨道交通项目将达3000km。,2 我国盾构发展情况,9,.,3 盾构的分类 全开敞式盾构：手掘式盾构、半机械式盾构、机械 式盾构 半开敞式盾构：挤压式盾构 闭胸式盾构：土压平衡
4、盾构、泥水加压平衡盾构,网格式盾构,插刀盾构,面板式盾构,辐条式盾构,复合式盾构,复合式盾构,10,.,4 盾构选型依据,盾构是一种特殊的施工装备，它与地质的适应性息息相关。,11,.,4 盾构选型依据,1、 工程地质因素：地层颗粒级配是盾构选型的依据一,左边白颜色区域为卵石砾石粗砂区，为 泥水平衡盾构机适用的颗粒级配范围。右边 蓝颜色区域为细砂淤泥粘土区，为土压平衡 盾构机适用的颗粒级配范围。,细颗粒含量多则碴土能形成不透水的流 塑体，能够充满土仓的每个部位，以便建立 压力并传递到切削面支撑土体，压力平衡可 以实现。,粗颗粒含量高的碴土不能形成具备这种,功能的碴土，因而不能实现土压平衡,只能
5、借,助于泥水平衡盾构大比重的泥浆悬浮液，形 成泥膜并传递压力。,从掘进的角度，泥水平衡盾构机也适用 于细颗粒土层，但细颗粒浆液的泥水分离难 度大，投入大，场地要求高。,因此，图中的区域划分考虑了综合因素。,12,.,4 盾构选型依据,2、水文地质因素：地层渗透性是盾构选型的依据之二,地层渗透性与盾构选型图既说明 了地层颗粒与渗透率的一般关系,细颗粒含量多的地层渗透,率小，粗颗粒含量多的地层渗透 率大，又反映了渗透率与盾构选 型的关系：颗粒粗渗透率大水量 充足，碴土为流体状，螺旋机不 能形成土塞，土仓建立不了压力。 因此，图中土压平衡盾构机对应,的指标是粗砂以下、渗透率10- 4m/s以下。泥水
6、平衡盾构机对应 的指标是细砂以上、渗透率10- 7m/s以上。,13,.,5 刀盘面板的分类,面板式刀盘,辐条式刀盘,14,.,刀盘型式的选择： 刀盘特性比较 刀盘形式,比较项目,面,板,式,幅,条,式,砂、土适应性 （粒径15 cm）,由于开挖面土体受面板开口 仅有几根幅条，同时幅条后均 影响，进入密封舱内不顺畅， 设有搅拌叶片，土、砂流动顺 易粘结，易堵塞。 畅，不易堵塞。,砂卵石适应性 （粒径15cm） 刀盘扭矩 隧道内刀头更换 安全性,适应性强，必要时可加滚刀。 刀盘扭矩阻力大，需增加设 备能力，造价高。 由于有面板，在隧道内更换 刀头时安全可靠。,不能加滚刀，刀头形式及数量 较少。
7、刀盘扭矩阻力小，设备造价低 在隧道内更换刀头时安全性差， 加固土体费用高。,15,.,二、盾构法施工原理,明挖法 矿山法,常 用 隧 道 施,掘进机,工 方 法,TBM硬岩掘 进机,（Tunnel Boring g Machine） 盾构,16,.,二、盾构法施工原理,盾构工法的概念,盾构实际上是盾构机的简称。它是一个横断面外形 与隧道横断面外形相同、尺寸稍大，内藏挖土、排土机 具，自身设有保护外壳的用于暗挖隧道的机械。以盾构 为核心的一整套完整的隧道施工方法称为盾构工法。,17,.,二、盾构法施工原理,盾构工法的概念,盾构实际上是盾构机的简称。它是一个横断面外形 与隧道横断面外形相同、尺寸稍
8、大，内藏挖土、排土机 具，自身设有保护外壳的用于暗挖隧道的机械。以盾构 为核心的一整套完整的隧道施工方法称为盾构工法。,18,.,二、盾构法施工原理,目前地铁常用盾构机的类型,就其稳定掌子面介质的不同，分为土压平衡盾构、泥水平衡盾构。其中土压平衡盾 构根据地层条件可采用敞开式（大气压力）、气压平衡式（压缩空气）、土压平衡 式（改良后的碴土）三种模式掘进。,土压平衡盾构,泥水平衡盾构,19,.,二、盾构法施工原理 土压平衡盾构简介,切口环,支撑环,尾盾,尾刷密封,管片密封,刀盘 土仓 螺旋机,主驱动,推进缸,人员仓,管片拼装机,20,.,二、盾构法施工原理,土压平衡盾构的基本原理,利用盾构施加于
9、开挖舱内渣土的压力平衡开挖面水土压力,刀盘切削下来的渣土通 过刀盘上的开口进入土 仓，渣土在土仓内经过 搅拌和渣土改良成为流 塑状，盾构推进油缸的 推力通过承压隔板传递 给土仓内的渣土，继而 传递给开挖面，以平衡 开挖面处的地下水压和 土压，从而保持开挖面 的稳定。螺旋输送机从 承压隔板的开孔伸入土 仓进行排土.,21,.,二、盾构法施工原理 土仓压力控制因素图 增大/减小推进速度 增大 / 减小螺旋输送机排放速度,地下水 压,土压,22,.,二、盾构法施工原理 泥水平衡盾构简介 典型泥水平衡盾构的基本结构 气垫仓 泥水仓,主机排浆泵,刀盘 主驱动 冲刷管,排浆管吸口,破碎机位置,管片拼装机,
10、23,.,二、盾构法施工原理,泥膜,泥水平衡盾构的基本原理 泥水仓 气垫仓,冲刷管,排浆管,泥水盾构采用膨润土 悬浮液（俗称泥浆） 作为支护材料。将泥 浆送入泥水室，在开 挖面上形成不透水的 泥膜，通过该泥膜平 衡作用于开挖面的水 土压力。开挖的土砂 以泥浆形式输送到地 面，通过泥浆处理设 备进行分离，分离后 的泥水进行重新调浆， 再输送到开挖面。泥 水盾构适用的地质范 围较大，从软弱砂质 土层到砂砾层都可以,使用。 利用泥浆在由泥浆形成的泥膜面上的压力平衡开挖面水土压力,24,.,二、盾构法施工原理,在泥水平衡的理论中，泥膜的形成是至关重要的，当泥水 压力大于地下水压力时，泥水按达西定律渗入
11、土壤，形成 与土壤间隙成一定比例的悬浮颗粒，被捕获并积聚于土壤 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 大于正面土压时，产生泥水平衡效果。,25,.,二、盾构法施工原理,泥水平衡盾构的基本原理开挖面上的泥膜,26,.,二、盾构法施工原理,泥水平衡盾构的基本原理-开挖面上的泥膜,27,.,二、盾构法施工原理,泥水盾构泥浆环流输送系统,DRYING SEPARATION,地面泥水分离站 PREPARATION PUMP P1 BENTONITIC MUD TANK 进浆泵,进浆管路,隧道中继泵,主机排浆泵,排浆管路,BACK UP,P
12、UMPP3,PUMPP2,泥浆管延伸装置,28,.,二、盾构法施工原理 盾构法施工的特点 近年来，随着我国经济的高速发展，盾构法作为一种安全、高效的 施工方法，已经在城市地铁及其它基础设施建设领域得到了越来越多的 应用，与传统的工法相比，盾构法具有如下特点： （1）安全可靠 盾构法施工，所有的工序都在盾壳及衬砌好的隧道内进行，作业安全。 （2）工程质量好 盾构隧道衬砌采用预制砼管片及背衬注浆，衬砌质量可控，防水质量好。 （3）施工速度快 盾构法施工工效高，是传统施工方法的210倍。 （4）地面沉降小 盾构法施工通过土压或泥浆来平衡掌子面的水土压力，避免掌子面水土 流失，从而有效的控制地表沉降。
13、 目前盾构工法在城市隧道施工技术中已确立了稳固的统,治地位，且已成为一种必不可少的通用隧道施工技术。,29,.,三、盾构施工管理,1 土压平衡盾构法施工管理技术特点,1盾构机是集机、电、液、光于一体的技术含量高的大型 隧道施工设备，性能先进、结构复杂，施工机械化、自动化程度高。 2施工系统性强，往往牵一发而动全身。 3需要土建技术与机电技术的有机结合。 4技术密集、管理要求高。,30,.,三、盾构施工管理,2 土压平衡盾构法施工管理的重心,在于四个方面：以机器为本、以地质为本、以人为本、实施信息化管理。 21 机器因素 1选好盾构机； 2后配套力量强大，能与盾构机施工能力相匹配； 3操作规范；
14、 4对盾构机及后配套设备了解透彻，保养维修、故障排除能力强大；设备完好率及使用率高。 22 地质因素 1清楚施工地层的分布、地层状态，地层参数充足、真实、可靠； 2方案制定、掘进参数的设定一切以地层情况为依据； 3紧跟掘进不断对前方地层进行准确判断分析，并依之及时正确调整掘进参数； 4根据地层情况，提前预测后序掘进可能发生的情况，提前做好预案准备。,31,.,三、盾构施工管理,23 人的因素 1施工人员既要了解土建技术，又要了解机电技术； 2操作及管理人员的技术素养要高、责任心要强，人员要配足。项目部施工自始自终需要团队、沟通、协作的工作态度及风貌，正常的推进需要各部门、各专业、各操作层都动起
15、来，一切以推进为重、以集体利益为重。 3有与盾构法施工相匹配的先进的项目管理制度并严格执行； 4不断在实践中学习，不断总结提高。 24 信息化施工 1建立监测小组盾构机操作室地面监控分析室三方合而为一的封闭的信息环； 2监测小组全天候对地面、地面建筑物及洞内管片实施动态监测，并将结果及时通报； 3地面监控分析室全天候对掘进参数及监测资料进行分析研究，向盾构机操作室及时输出各项操作指令； 4其余施工信息融入以上信息环，与盾构掘进彼此相互作用。,32,.,三、盾构施工管理,3 进度管理,重在以下5 个方面的管理： （1）掘进前期准备工作 此阶段在于完善对工程施工条件的了解及相关设计、方案的准备，主要需要按时完成： 1补充地质勘探； 2对地面建筑物、地下管线的详细调查； 3施工图纸设计； 4水管、轨枕、走道板等加工制作； 5端头加固施工； 6后配套设备的选型、采购； 7施工平面布置设计； 8始发掘进的各项技术准备工作； 9管理人员与作业层的技术培训等。 此阶段准备往往在接受场地前进行，需要周
