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1、城市地下工程施工技术与工程实例,第四讲 盾构法隧道施工技术与工程实例1,盾构法隧道的基本原理是用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。这个钢质组件在初步或最终隧道衬砌建成前，主要起防护开挖出的土体、保证作业人员和机械设备安全的作用，这个钢质组件被简称为盾构。盾构的另一个作用是能够承受来自地层的压力，防止地下水或流沙的入侵。,盾构法隧道基本原理,地下暗挖施工不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等条件的影响，能较经济合理地保证隧道安全施工。 盾构的推进、出土、衬砌拼装等可实行自动化、智能化和施工远程控制信息化，掘进速度较快，施工劳动强度较低。 地面人文自然景观受到良好的保护，周
2、围环境不受盾构施工干扰；在松软地层中开挖埋置深度较大的长距离、大直径隧道，具有经济、技术、安全、军事等方面的优越性。,盾构法隧道优点,盾构机造价较昂贵，隧道的衬砌、运输、拼装、机械安装等工艺较复杂；在饱和含水的松软地层中施工，地表沉陷风险较大。 需要设备制造、气压设备供应、衬砌管片预制、衬砌结构防水及堵漏、施工测量、场地布置、盾构转移等施工技术的配合，系统工程协调复杂。 建造短于750m的隧道经济性差；当隧道曲线半径过小或隧道埋深较浅时，施工难度较大。,盾构法隧道缺点,4 地铁隧道土压平衡盾构施工技术,一、土压平衡盾构施工技术简介 二、工程简介 三、盾构始发准备工作 四、盾构始发掘进 五、质量
3、控制措施 六、安全控制措施,土压平衡式盾构又称削土密闭式或泥土加压式盾构，这种盾构是在局部气压盾构和泥水加压盾构的基础上发展起来的。该种盾构的前端有一个全断面切削刀盘，在盾构中心或下部由长筒形螺旋运输机的进土口，其出口在密封舱外。其施工方法是保持开挖面的稳定，在切削刀盘后面的密封腔内充满开挖下来的土砂，并保持一定土压力。,一、土压平衡盾构施工技术简介,土压平衡式盾构自1974年在日本首次使用以来，以其独特的优势已广泛应用于世界各地的隧道工程中。目前，土压平衡式盾构在全国地铁、市政、能源等工程建设中得到了广泛的应用。实践证明，土压平衡式盾构因其能较好地控制地表沉降、保护环境、适应在市区和建筑密集
4、处施工等优点，在我国正走向普及。,1、设备简介土压平衡式盾构掘进机几乎适应于全部的软弱土层，并能有效地保持开挖面的稳定和减少地面的沉降，施工的安全性及可操作性高，其总体性能在上海、广州、南京及深圳等地铁隧道建设中得到大量工程实践的证明。土压平衡式盾构主要由以下几部分组成：盾构壳体、刀盘及驱动系统、螺旋输送机、管片拼装机、推进系统、皮带输送机、人行闸、液压系统、电气控制系统、集中润滑系统、加泥系统、水冷却系统、盾尾密封系统、衬背注浆系统、车架、双梁吊运机构和单梁吊运机构。,一、土压平衡盾构施工技术简介,一、土压平衡盾构施工技术简介,土压平衡盾构机主机构造图,2、特点 施工中基本不使用土体加固等辅
5、助施工措施，节省技术措施经费，并对环境无污染。 根据土压变化调整出土和盾构推进速度，易达到工作面的稳定，减少了地表变形。 对掘进土量和排土量能形成自动控制管理，机械自动化程度高、施工速度快。,一、土压平衡盾构施工技术简介,3、适用范围 土压平衡盾构掘进机一般不需要辅助技术措施，本身具有改善土体的性能，通过对各种土体的改良，能适应多种环境和地层的要求。可在砂砾、砂、粉砂、粘土等压密程度低、软硬相间的地层以及砾层、砂层等地层中使用。 土压平衡式盾构可分为两类： 一类是在粘性土地层中将开挖下来的土体直接填充在切削腔内，用螺旋输送机调整土压，使土舱内土体与开挖面水土压平衡； 另一类是在砂性土地层中向开
6、挖下来的土砂中加入适量的水或泥浆、添加剂等，通过搅拌以匀质、具有流动性的土体填充土舱和螺旋机，达到工作面的稳定。,一、土压平衡盾构施工技术简介,4、工作原理土压平衡式盾构掘进机是利用安装在盾构最前面的全断面切削刀盘，将正面土体切削下来进入刀盘后面的贮留密封舱内，并使舱内具有适当压力与开挖面水土压力平衡，以减少盾构推进对地层土体的扰动，从而控制地表沉降，在出土时由安装在密封舱下部的螺旋运输机向排土口连续地将土渣排出。螺旋运输机是靠转速控制来掌握出土量，出土量要密切配合刀盘切削速度，以保持密封舱内始终充满泥土而又不致于过于饱满。这种盾构避免了局部气压盾构的主要缺点，也省略了泥水加压盾构投资较大的控
7、制系统、泥水输送系统和泥水处理等设备。,一、土压平衡盾构施工技术简介,杭州市地铁1号线16、17号盾构区间工程包括（九堡东站下沙西站）区间单圆盾构隧道、区间风井以及联络通道、泵站等附属结构；（下沙东站文泽路站）区间单圆盾构隧道、联络通道、泵站等附属结构。,二、工程简介,17、16号盾构机在下沙西站西端头下井组装并始发掘进，掘进至九堡东站东端头，盾构机解体、吊出后运至下沙东站，在下沙东站东端头二次下井组装并始发掘进，掘进至文泽路站西端头，完成掘进，解体吊出。,盾构掘进示意图：,二、工程简介,九堡东站下沙西站区间盾构始发井位于下沙西站西端头，车站为明挖法车站，为地下二层钢筋混凝土结构；始发井西端基
8、坑围护采用连续墙；始发井侧墙、端墙厚度为800mm，底板厚度为1000mm；始发井中板、顶板均设置11.4m7.2m的盾构机下井口，用于盾构机和后配套台车的吊装下井组装。,二、工程简介,下沙东站文泽路站区间盾构始发井位于下沙东站东端头，车站为地下二层钢筋混凝土结构，用明挖顺做法施工。始发井位于车站东端头，围护结构采用直径1000钻孔灌注桩；始发井端墙厚度为750mm，底板厚度为900mm；始发井中板、顶板均设置11.4m7.2m的盾构机下井口，用于盾构机和后配套台车的吊装下井组装。,二、工程简介,盾构机概况采用两台小松 TM634PMX 土压平衡盾构机先后始发掘进。该盾构机适宜在粘质粉土、粉土
9、、局部为粉砂、淤泥质粘土、粉砂、细砂等土层的掘进施工；盾构机掘进最小曲率半径250m，最大坡度30；盾构机设备总重量约为266.2T，盾体长度为8.680m，包括后配套总长66.88m，分为盾构机主机和后配套设备两大部分，后配套设备分别安装在6节后续台车上；盾构机盾尾间隙30mm，最大掘进速度6cm/min，最大推力37730KN；盾构机刀盘直径为6.36m，刀盘的结构为辐条面板型，刀盘开口率为40%。在刀盘上配置安装了66把先行刀及12把周边先行刀，主切削刀配置78把，周边刮刀12把。,2、始发流程图,三、盾构始发准备工作,1、始发线型及参数,3、周边环境核查、监测,4、施工场地布置,5、始
10、发端头土体加固,6、洞门凿除,1、始发线型及参数,九堡东站下沙西站区间盾构始发的线型是直线：盾构机始发洞门中心点坐标为左线（87405.4590，94111.4876）、右线（87390.5596，94109.7535）；下沙西站西端头盾构始发左、右线洞门中心点标高为：-6.6100m。下沙东站文泽路站区间盾构始发的线型是直线：盾构机始发洞门中心点坐标为左线（87338.6492，96458.6289）、右线（87325.6499，96458.7615）； 下沙西站西端头盾构始发左、右线洞门中心点标高为：-6.1700m。,2、始发流程图,盾构始发端头加固,始发托架安装,安装反力架,洞门第一次
11、凿除,洞门第二次凿除,洞门密封,负环管片安装、盾构机负载调试,洞门第三次凿除,盾构掘进、管片拼装,盾尾通过洞门密封后的注浆,盾构机空载调试,盾构机下井组装,3、周边环境核查、监测,盾构始发前一个月对始发段隧道范围内的所有地下管线、地面建构筑物进行核查；,盾构始发前一个月取出监测点初始值，在始发段前100米每隔5米布设监测点。,4、施工场地布置,施工场地布置主要包括场地围蔽、消防通道及消防设备布置、施工临时供电系统、场地排水系统及污水防治、供水系统、生产办公、生活区布置等。,5、始发端头土体加固,于盾构始发前的一个月之前，在每个端头进行不少于三个点的钻芯取样，点位主要选在洞门范围内进行钻芯，测定
12、其强度，芯样的采集率应大于90，其无侧限抗压强度达到1.2Mpa以上为合格。若不达到要求则立即采取补强措施，保证盾构始发的安全；,由于下沙西站端头加固是在基坑开挖之前进行的，基坑开挖后引起围护结构的变形，易导致已加固土体与围护结构、围护结构和车站结构之间形成渗水通道，对始发很不利，故需要在始发前对始发端头采取注浆加固等措施以保证盾构始发安全。,6、洞门凿除,用风钻钻9个观测孔，每孔的流水不超过30L/h（通过观测流水不成线），允许凿除洞门。洞门检测孔位图如图：,6、洞门凿除,洞门采用人工凿除，凿除时按先上后下、先中间两 侧的顺序进行。洞门凿除顺序见图：,6、洞门凿除,盾构机下井的吊装顺序为见图
13、示：,前盾,中盾,刀盘,尾盾（上半部）,尾盾（下半部）,管片拼装机,螺旋输送器,桥架,四、盾构始发掘进,初期掘进长度的确定,本工程初期掘进长度设定为100米。100米的长度考虑了下几个因素：盾构机和后方台车的长度。工作井井口处布置双线道岔的需要。管片与土体之间的摩擦力足以支持盾构机的正常掘进。,四、盾构始发掘进,初期掘进模式的选择,选择土压平衡模式推进。,初期掘进的参数控制管理,初期掘进为盾构施工中技术难度最大的环节之一，不可操之过急，要稳扎稳打。在初始掘进段内，对盾构的推进速度、土仓压力、注浆压力作了相应的调整，建议指标为：推进速度2030mm/min，土仓压力：0.060.18Mpa，注浆
14、压力：0.150.3Mpa(需以地层计算为主)。,通过初始推进，选定了六个施工管理的指标：土仓压力；推进速度；总推力；排土量；刀盘转速和扭矩；注浆压力和注浆量。其中土仓压力是主要的管理指标。,四、盾构始发掘进,为保证盾构始发段的出土，在距离洞门74.5m处，于下沙西站车站中板和顶板左右跨各设置两个临时出土口。渣土用运输列车将渣土运送到临时出土口，龙门吊再吊出到碴坑，并用自卸汽车外运出土。由于本地区所出渣土含水量较大，故在渣坑东西两侧设置集水坑，将渣土中的部分水份流入集水坑中，渣土经晾置后再外运出土，可减少对环境的污染。,渣土运输,四、盾构始发掘进,1)管片选型以满足隧道线型为前提，重点考虑管片
15、安装后盾尾间隙要满足下一掘进循环限值，确保有足够的盾尾间隙，以防盾尾直接接触管片。2)管片安装必须从隧道底部开始，然后依次安装相邻块，最后安装封顶块。安装第一块管片时，用水平尺与上一环管片精确找平。3)安装邻接块时，为保证封顶块的安装净空，安装第五块管片时一定要测量两邻接块前后两端的距离（分别大于F块的宽度，且误差小于+10mm），并保持两相邻块的内表面处在同一圆弧面上。,管片拼装,四、盾构始发掘进,4)封顶块安装前，对止水条进行润滑处理，安装时先径向插入2/3，调整位置后缓慢纵向顶推。5)管片块安装到位后，应及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管片，其顶推力大于稳定管片所需力，达到规定要求，然后方
16、可移开管片安装机。6)管片安装完后要及时对管片连接螺栓进行二次紧固。,四、盾构始发掘进,1)将反力架后座与车站结构分离，采用切割反力架后撑的型钢，并用千斤顶顶开后，将反力架和车站结构分离100mm左右。2)将反力架与负环分离约100mm左右。3)用两条钢丝绳各绕首负环一圈，在横向另加一条钢丝绳作保险绳，整环吊出井口。4)拆除其它负环各连接螺栓，分别吊出井口。5)分块拆除始发托架和反力架并调出井口。,负环管片、始发托架和反力架的拆除,四、盾构始发掘进,九堡东站下沙西站区间右线100米始发掘进，根据车站进度情况，初定于2008年9月20日，10月9日完成，工期为20个工作日,左线于右线始发后一个月开始始发掘进。下沙东站文泽路站区间左线始发掘进，初定于2009年12月17日，右线于左线始发后一个月开始始发掘进。,始发掘进工期控制,五、质量控制措施,1)按顺序及操作规范施工； 2)拼装管片后及时进行同步注浆； 3)加强管片真圆度的测量。测量办法有两种:丈量弦长、间距控制法； 通过测量盾尾间隙，如各个方向的间隙基本一致，则可说明管片的真圆度较好。 4)安装成环后，在纵向螺栓拧紧前，进行衬砌环椭圆度测量。当椭圆度测量，当椭圆度大于31mm时，及时做调整。,
