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1、,盾构隧道施工技术,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。上海地铁是国内最早采用盾构施工的，且大部分工程都是利用盾构完成的，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高，即使是非常有
2、经验的承包商也常会发生类似事故。,目 录,第二部分：盾构施工准备,第四部分：盾构过程控制,第三部分：盾构始发技术,第一部分：盾构机的主要分类及构造,第五部分：盾构到站技术,目录,一、盾构机的主要分类及构造,迄今为止，盾构主要分为四代盾构机：第一代是手掘式盾构机、第二代是半机械式盾构机、第三代是闭胸式盾构机、第四代大断面、高智能化、断面多样化盾构机。根据工作原理分为土压平衡式盾构、泥水平衡式盾构和复合式盾构 盾构机从前至后依次由刀盘、切口环（前盾）、支撑环（中盾）、盾尾。盾尾后是连接桥，连接桥与1#台车相连，1#台车后依次为2#台车、3#台车、4#台车、5#台车。,盾构机的分类与构造,各主机大件
3、的基本参数如表所示,盾构机的分类与构造,刀盘,刀盘包括焊接结构件和刀架。刀盘表面焊接有耐磨层，圆周区域有耐磨格栅构成的镶边。通过旋转，挖出的渣土被运到刀盘的8个开口。刀盘的后部开口向内倾斜，这样的结构使渣土易于流动而容易流向螺旋输送机。焊接的搅拌臂可以使土质改良添加剂和挖出的渣土在刀盘后面进行搅拌。,盾构机的分类与构造,前盾又称切口环，它里面装有支撑主驱动和螺旋输送机的钢结构。螺旋输送机从盾尾斜向连接着皮带机。前盾前沿呈锲形，以防止渣土粘结和促进渣土流到底部的螺旋输送机。 压力隔板将前盾的开挖舱和主舱分离开来。隔板上面的门可以让人进入开挖舱进行保养和检查工作。此外，隔板有几个开口，可以控制渣土
4、改良的程度和以及作为修理时输电线的接线盒接头。通过安装的隔板上的四个搅拌器，水、膨润土或泡沫被运输至开挖舱。搅拌器均匀分布使土仓内的渣土可以被充分搅拌。,前盾,盾构机的分类与构造,中盾又称支撑环，前盾和中盾是用螺栓上紧并焊接在一起的。 在中盾内布置了推进缸支座和管片安装机架。管片安装机支架通过相应的法兰面和管片安装机梁连接起来。推进缸和连接盾尾的铰接油缸布置在中盾。在中盾的盾壳上焊接了带球阀的超前钻机孔。中盾和盾尾之间使用的是预紧密封。如果密封出现问题，虽然有油脂隔断，水还是能够进入盾壳；所以铰接密封有一个可膨胀的应急气囊用来临时保护，防止水的进入。气囊最大膨胀压力为10bar。注意：如用气囊
5、应急密封时，则不允许掘进。,中盾,盾构机的分类与构造,盾尾通过14个铰接油缸和中盾相连。在盾尾的保护下用管片拼装机安装管片；而在盾尾尾部和已装好的管片之间用盾尾刷密封。,尾盾,盾构机的分类与构造,视频,盾构机的分类与构造,二、盾构机内部主要构造,刀盘和刀盘驱动,刀盘的旋转靠位于盾壳中心的轴承。主轴承分为内齿圈、外圈和中间的三排圆柱滚柱，外圈通过法兰和盾壳联接，内齿圈和刀盘通过螺栓联接。八个液压马达通过行星齿轮驱动小齿轮，八个小齿轮共同驱动内齿圈进行旋转，进而驱动刀盘和刀具转动。,盾构机的分类与构造,推进油缸主要用于推进和安装管片，盾构机的向前的推力靠推进油缸提供，盾构机上一共有30个油缸，单个
6、油缸的最大推力为1140KN，油缸的最大行程为2000mm。,推进油缸,盾构机的分类与构造,管片拼装机用法兰连接安装在盾尾保护下的支架上，管片拼装机由拖架梁、旋转架、移动架、带夹紧系统的十字梁组成。管片拼装机主要用于安装管片，如果需要进行超前钻探时可在管片安装机的适配器板上安装超前钻机设备。 管片拼装机的运动情况是根据现有的条件而特别设计的，它可以对管片进行精确定位。伸缩、旋转和移动等功能都是比例控制的，所有这些移动功能的设定压力可以使其对各元件进行精确定位。,管片拼装机,盾构机的分类与构造,管片拼装机通过安装在拖架梁上的伸缩油，在盾尾和管片输送小车之间移动。在用手将起吊螺杆拧进管片后，管片由
7、管片输送机抓起并运到盾尾。,盾构机的分类与构造,螺旋输送机用于渣土的运输，前盾的底部安装有螺旋输送机，螺旋输送机从隔板到台车沿中心线向上的仰角为230。,螺旋输送机,盾构机的分类与构造,后配套系统总共包括2辆电瓶车和5个独立的台车，每个台车上都装有盾壳前进所需要的辅助装置。 另外，盾构机工作所需的冷却水、新鲜空气、压缩空气和高压电缆都通过台车管线输送进去，而升温后的冷却水和脏水从盾构机的盾壳底部被运送出去。 台车连接在管片安装机的托架梁上，随着盾构机的掘进沿掘进方向运动。拖车在铺设的轨道上行走。 台车的结构可以使电瓶车进入第二台台车，电瓶车运输管片、砂浆、备件和其它油料。,后配套系统,盾构机的
8、分类与构造,目 录,第二部分：盾构施工准备,第四部分：盾构过程控制,第三部分：盾构始发技术,第一部分：盾构机的主要分类及构造,第五部分：盾构到站技术,目录,盾构施工准备阶段,一、地面准备阶段,（1）、出土、管片存放 隧 隧道正式推进前，施工场地先平整、硬化、维护。分别在车站端头井处设置集土坑、管片存放场地、车辆保洁设施和挖掘机的场地等。组织专用运土车辆，按照规定的时间、路线向弃土场地运输渣土。 （2）、浆液制备 每环同步注浆量为6.1m，根据实际需要设两套拌浆系统，供盾构推进时注浆用。为减少砂浆的运输距离，拌浆设备设在井口旁，拌浆设备采用30m/h全自动砂浆搅拌站，为减轻劳动强度及减少灰尘飞扬
9、，采用散装水泥、粉煤灰及膨润土、另外搅拌站旁还设外掺剂仓库、砂堆场，20m贮水箱。,（3）、集土坑 隧道施工时分别在盾构左右始发井旁各设一集土坑，集土坑上设置倒土架；根据实际经验每环出土量为70m左右，假设每班最多可完成9环，集土坑容积要至少需要700m，才能满足施工的连续性。 （4）、垂直运输 如果左右线的工作面间距不超过23m,可以考虑设置一台龙门吊，若工作面间距大于23m，超过龙门吊最大跨度，应考虑用2台龙门吊，主要考虑龙门吊出土方便及垂直运输管片方便。使用2台龙门吊时，在架设龙门吊时，要考虑龙门吊之间的间距，要保证2台龙门吊吊运互不影响，不得出现龙门吊“打架”现象。,盾构施工准备阶段,
10、（5）、始发、到达端头土体加固 为保证盾构安全始发、接收，隧道进、出口土体必须有良好的自立性和密实性，使洞口土体在盾构经过该段时不坍塌，地下水不涌入端头井内，为此必须对洞口土体进行加固。加固方法一般采用旋喷桩加固和冷冻法加固。,盾构施工准备阶段,二、井下准备阶段,（1）、始发架安装 始发架作为台车下井过渡工具以及盾构机的载体，必须先于盾构机和后配套到场安装完毕。 始发架的安装应注意始发段隧道所处的线路平、纵面曲线条件，确保盾构中心轴线的坡度与隧道设计轴线坡度相适应，考虑到隧道后期沉降因素，盾构中心轴线可比设计轴线略抬高1020mm，特别注意在对始发基座固定前应按设计进行准确的定位，严格控制标高
11、及中心轴线等。定好位后对始发架进行支撑加固和固定，防止其移动。盾构始发应具有足够的刚度和强度，导轨必须顺直。,盾构施工准备阶段,始发架详图详图,盾构施工准备阶段,盾构施工准备阶段,（2）、盾构安装与调试 在车站范围内盾构掘进相反方向80米铺设盾构机台车行走钢轨，并将钢轨延伸到始发架上。发射架安装完毕后，在其上方放置路基箱板和轨枕，车站底板和发射架二者之间使用钢轨及连接板连接之后，台车依次吊入始发井，放置在始发托架的钢轨上，拖入车站内。台车下井完毕后，拆除发射架上的钢轨、轨枕以及路基箱板，供盾构机下井。 盾 盾构分段吊入井下，并在井下始发托架上进行正确组装就位，并连接台车，完成后由专业技术人员对
12、整机调试验收。注：盾构下井吊装顺序：组装下井的顺序依次是5#台车4#台车3#台车2#台车1#台车连接轿管片运输车螺旋输送机中盾前盾刀盘管片安装机盾尾。,盾构施工准备阶段,（3）、后盾系统安装 盾构机的后盾系统应满足盾构推进所需要的强度、刚度和平整度。后盾系统由钢立柱、后座基座、天窗式反力架、负环衬砌组成。负环管片根据实际情况，随盾构的推进逐环拼装。为预留出碴口，负环管片一律采用封顶块位于正上方的拼装模式，并且第-8至第-3环负环管片只拼装下部三块。同时，为保证给盾构机提供足够的反力并确保施工的安全，在第-3环负环管片加设144弧形钢环，并以钢支撑将其支撑于负环钢管片上。,盾构施工准备阶段,为保
13、证管片点位的准确，拼装第-8环负环管片时一定要精确控制好底部标准块的位置。另外，半钢环后的钢管支撑必须焊接牢固，确保后盾系统的可靠性。,后盾系统详图,盾构施工准备阶段,后盾基坐,盾构施工准备阶段,（4）、盾构就位姿态的测量复核 在盾构开始掘进前对盾构的姿态进行测量，测量内容包括：纵向坡度、横向旋转角、平面偏离值、高程偏离值、切口里程，盾构姿态的偏差应满足标准要求，并将测量结果报监理工程师审查。,盾构施工准备阶段,（5）、洞门密封装置安装 由于工作井洞圈与盾构壳体存在环形的建筑空隙，为防止盾构始发和施工期间土体从该空隙流失和渗漏水，为保证盾尾通过后能立即进行背衬注浆填充，车站施工时在洞门圈预埋环
14、形钢圈，盾构始发前在洞门圈借助预埋的钢圈安装由帘布橡胶板、圆环板、翻板和连接销等组成的始发密封装置，以起到施工阶段临时的防泥水、防漏浆的作用。,盾构施工准备阶段,盾构施工工艺图,盾构施工准备阶段,目 录,第二部分：盾构施工准备,第四部分：盾构过程控制,第三部分：盾构始发技术,第一部分：盾构机的主要分类及构造,第五部分：盾构到站技术,目录,盾构始发技术,（1）、工作井已按设计要求完成并通过验收，其标高、轴线、结构强度等各项技术参数符合设计和规范要求并能满足盾构施工各阶段受力要求（端头井结构尺寸和洞门中心已复核且符合设计要求）； （2）、盾构推进、始发到达施工方案已通过专家评审，评审意见已予落实或
15、整改，监理细则已编制审批； （3）、测量、监测方案已审批，监测控制点已按监测方案布置好，且已测取初始值；,一、始发的前提条件,（4）、井下控制点已布设且固定； （5）、要求的各项端头措施（端头加固、降水、冷冻等）已经完成，各项指标已经达到设计要求并有检测报告； （6）、洞门探孔已打，未发现异常情况并满足始发到达要求； （7）、始发接收托架已经设计验算，结构强度满足要求； （8）、对盾构隧道沿线的建（构）筑物、管线等设施现有状况及其承受变形的能力已完成调查，并且制订好切实可行的防御措施； （9）、施工现场技术交底（含各施工工艺和步骤）已按要求完成；,盾构始发技术,（10）、人员、机械、材料按要求
16、到位（盾构以及大型起重设备拼装就位，并通过相关部门验收）； （11）、对工程潜在的风险进行辩识和分析，有针对性、可操作性的应急预案编制完成并落实抢险设备、材料、人员、方案等； （12）、已落实设计、专项施工方案及规范规定的其它要求。,盾构始发技术,盾构始发技术,二、始发阶段工作内容 始发技术包括始发端头处理（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，盾构机导向系统的安装与调试以及区间隧道洞口的处理。,三、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、后配套连接盾构机调试刀盘、刀具检查负环管片安装盾构推
