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1、盾构施工相关知识1、盾构施工概念、发展历史及现状盾构：是主要用来开挖土砂围岩的隧道机械，由切口环、支承环、及盾尾三 部分组成。盾构法：用盾构一边防止土砂的坍塌，一边进行开挖推进，通过盾构外壳和 管片支承四周围岩防止土砂崩溃进行隧道施工，并在盾尾进行衬砌作业从而修建 隧道的方法。发展历史：18 世纪末，英国人提出在化敦地下修建横贯泰晤士河隧道的构 想，并对具体的掘削工法和使用机械等问题做了讨论。1818 年 Brunel 观察小虫 腐蚀木船底板成洞的经过，从而得到启示，在此基础上提出的盾构工法。采用此 工法横穿泰晤士河的隧道工程于1825动工，隧道长458m，断面为ll.4mX6.8m 的方型。
2、隧道于1841年贯通。而圆型断面隧道盾构出现在1869年建造横穿泰晤 士河的第二条隧道。19世纪末到 20 世纪中叶，盾构工法传到许多国家，并得到不同程度的发展。 20世纪 6080年代，盾构工法继续发展完善，成绩显著。19902003年这一段时间里盾构工法的技术进步极为显著，并有以下特点： 盾构隧道长距离化、大直径化：日本东京湾隧道直径为14.14m，长度15.1Km 盾构断面的多样化：方型、圆型、双圆型、马蹄型 施工自动化：自动导向系统、 PLC 控制系统、远程信息传输系统 技术现状：完善近年推出的新工法、新工艺的技术细节，使之提高并达到成熟，加速盾 构工法的自动化进程。为适应大深度、高地
3、下水压、大口径化、长距离化、施工自动化、施工高速 化、断面多样化等需求，开发新概念的工法、工艺、材料、管理系统。盾构机的类型：根据不同的地质条件，盾构分为以下类型： 闭胸式盾构：是用泥土加压或泥水加压来抵抗开挖面的土压力和水压力以维持开 挖面的稳定性，通常包括： 泥水式平衡盾构：适合于在河底、海底等高压水压力条件隧道的施工。 土压平衡盾构：适用于含水量与粒度适中的土层，适用范围广泛。 敞开式盾构：以开挖面自立为前提，通常包括：手掘式盾构：开挖面暴露，可以自立稳定，以盾壳为支护条件，采用人工开 挖。半机械掘进盾构：开挖面暴露，可以自立稳定，以盾壳为支护条件，采用人 工配合机械开挖。机械掘削式盾构
4、：开挖面暴露，开挖面自稳定，以盾壳为支护条件，采用机 械开挖。网格式盾构：挤入掘进方式，适用于冲积形成的粉质砂土层。2、盾构施工中的主要施工参数 盾构施工中，主要涉及的施工参数为：推力、刀盘扭矩、土仓压力、推进速 度、注浆量及压力、盾尾密封、发泡济用量等推力：F=0.25n D2Pj D-盾构机外径Pj-单位面积上的经验推力，取值为7001300Mpa刀盘扭矩：T =a D3确良D-盾构机外径 a -扭矩系数，（土压式：ae=1423KN/m2；泥水式：a =918KN/m2；敞开式：a =815KN/m2土仓压力：受地下土压力、地下水压力、调整压力影响即：o =a+o+o土仓 土压力 水压力
5、 调整深埋隧道土压力（12m）：静止土压力：o =k0rzz0主动土压力：o =kjz-2cjkaa 0被动土压力：o p=k0rz+2c /kpc-土的粘聚力；申-土的内摩擦角；ka=tan2（45-&） r-土体比重2水压力：o =qrhq水压力系数，砂性土取0.81.0,粘性土中取0.30.5w 刀盘前（盾尾水压力：a =q rh,砂浆的渗透系数q 取值为0.51.0w 盾尾后 砂浆砂浆施工调整压力： a 为 1020Kpa 。调整注浆压力控制： 背后注浆的最佳期注入时期，应在盾构推进的的是时时行注入 或者推进后立即光洁度入，注入的宗旨是必须保证尾隙完全填充。地层的土质条 件是确定注入工
6、法的先决条件，对易坍塌的砂质土，含粘性土少的帮派，必须在 尾隙产生的同进对其进行背后注浆。在地层土质坚固、尾隙维持时间较长的情况 下，可以短时滞后。注浆的几种形式：同步注浆、后方注入式（管片注浆） 注浆压力：通常先用的值为地层压力强度与光洁度注入条件（浆液的性质、 喷出量及注入工法等）决定的附加项的和、一般为0.20.4Mpa，注浆压力较高 时，应谨慎，砼管片，当浆压力大于0.4Mpa时，K块管片的螺栓易剪断。n注入量：Q= Dd-Dma4 1 2m盾构机推进长度存a充填系数，通常为1.352.15 D1、D2分别为管片内外径发泡剂使用：为解决砂性土的塑流，在开挖土仓中注入泡沫并充分搅拌，改变
7、土的成分， 以保证土的流动性和减少土的透水性，使开挖面保持稳定。同时加注泡沫还可减 少刀盘与土体的摩擦，降低扭矩，减少壳体与刀盘上粘土的粘着力，有利于排土 机构出土，所需的驱动功率就可减少。泡沫的发泡原理和工艺流程：发泡原理：发泡系统由泡沫发生器、空压机、储料罐和各种管道泵组成，将 发泡剂、聚合物与水混合后，人压缩空气将液体膨胀产生泡沫，通过刀盘上的 4 个性人口注人开挖仓内。泡沫制造工艺流程见下图：泡沫的膨胀率和注入比：（1）泡沫的膨胀率（FER）： FER=（液体的流速1 / mm）：（空气的流速1 / mm）；FER越大说明泡沫越“稀”或越“湿”，一般取值在1： 61： 15之间。（2）
8、泡沫的注入比（FIR）： FIR=（泡沫加注速率）/（土壤的开挖速率）x100%；般 取值在40%100%之间。泡沫剂用量、FER、FIR是泡沫系统的三个重要参数。盾尾密封：盾尾密封是为了防止地层的土砂、地下水、背后注入浆液、开挖面上的泥水 从盾尾间隙流入的装置，通常采用钢丝刷、或尿烷橡胶。尾刷一般为三道，高压地下水时，设为四道。为使盾尾有较好的密封效果， 始发阶段，采用人工涂抹粘度较高的密封油脂，施工阶段，采用油脂泵分四个点 位注入。注意事项：盾尾的密封受盾尾油脂的注入量影响外，还与盾构机的姿态、管 片背面注浆填充程度也有一定的关系。施工中，通常会因以下原因而导致盾尾渗漏。管片变形：管片拼装
9、后要求形成一个标准的圆,管片之间采用错缝拼装,但由 于操作不熟练而往往拼装成椭圆形,实际施工中由于自重等因素影响,横向椭圆较 为多见，这就增大了管片之间止水条外缘纵缝的宽度（理论设计值为6mm）,实际在 管片拼装过程中将出现两腰的管环之间的外缘纵缝开口度d6mm,上下部纵缝 d6mm。管片错台：由于管片拼装操作不熟练,造成管片错台严重,特别是在纵缝错台 产生后,使得盾尾刷无法紧密包裹整环管片 ,很易形成渗水通道 ,虽然盾构推进时 盾尾仓内有盾尾油脂填充纵缝,但在较高的注浆压力和泥水压力等作用下,极有可 能将油脂冲脱而击穿盾尾刷,造成管片渗漏。管片碎裂：在轴心线未产生较大偏差的状态下,组装工艺不
10、合理或野蛮 施工,K块管片安装时没有足够的空间，采用盾构千斤顶强行顶进，造成相邻管片外 壁处（尤其螺栓孔、角根部）在千斤顶高压状态下顶裂或破碎,而带进盾尾舱,损坏 盾尾刷,形成渗水通道而造成漏浆。防治措施： 加强拼装施工培训，提高拼装人员的技术水平，要求管片不拼成椭 圆形,且一环管片安装后必须使用整圆器进行整圆,以减少椭圆和纵缝、环缝错台 的现象。 在每次管片安装前， 应清除盾体内的渣土， 避免安装管片时难以对 位， 造成错台现象。 封顶K块拼装前,必须调整好开口尺寸，使封顶块能顺利插入到 位。 管片构造可减小管环纵缝沿止水条外缘的构造缝宽度和高度（原 设计分别为33.2mm和6mm）,建议高
11、度20mm,以减少渗漏水力通道。注浆压力局部升高：盾构机在掘进过程中, 由于操作人员技术不熟练或双液浆配比不合 理,使浆液凝固时间过短, 造成浆液不能充分填充管片后空隙,而是堆积在注浆口 附近，造成注浆通道受限制,后续浆液压力（一般控制在切口压力+（0.61.0）kg） 必然剧增,当浆液压力高于盾尾刷和油脂的抗压力时, 就会击穿盾尾刷和油脂衬 背而造成窜浆。因此在施工中必须严格控制双液浆的配比,经常进行试验和现场 抽检，确保其凝固时间为1214s,另在注浆压力剧增时应立即停止注浆,查明原 因或者更换孔位后再进行注浆。盾尾密封损坏 其原因如下:盾尾刷密封装置受偏心管片过度挤压后产生塑性变 形而失
12、去弹性，密封性能下降，在压力作用下导致浆液渗漏;泥水盾构停止掘进 时,土舱内有泥水的压力作用, 管片组装时很易导致盾尾后退,造成盾尾刷与管片 间发生刷毛方向相反的运动,使刷毛反卷, 盾尾刷变形,密封性能下降而造成渗 漏。防治措施包括:严格控制盾构推进的纠偏量，尽量使管片四周的盾尾间隙均 匀一致，减轻管片对盾尾刷的挤压程度;控制盾构姿态，严格控制管片组装时的 千斤顶伸缩量，避免盾构产生后退;在条件允许的情况下，可更换第3道即最里 面一道盾尾刷，以保证盾尾刷的密封性。3、管片选型与拼装 线路特征、推进千斤顶的行程差、盾尾间隙、 管片选型、管片拼装4、隧道防水施工 隧道防水及防蚀防水标准：区间隧道及
13、连接通道等附属的隧道结构防水等级应为二级，顶 部不允许滴漏，每昼夜任意100m2渗水量0L，结构侧面可有少量湿渍。总湿 渍面积不应大于总防水面积的 2/1000；任意 100m2 防水面积上的湿渍不超过 2 处，单个湿渍面积不大于0.2m2，衬砌接头不允许漏泥砂和滴漏，拱底在嵌缝作 业后不允许有渗水。隧道接头间隙注浆(水平注浆)两种属壁后注浆；即压至土层，于衬砌外背堵 止渗漏通道，其它几种主要是注入环、纵缝和螺孔间隙，堵漏止水。前两种难度 较高，多用于严重渗漏时。结构自防水及防蚀 结构自防水是本，应采取有效措施增强混凝土抗渗、抗裂性，减小 地下水对混凝土的渗透性。防水混凝土抗渗等级，应根据工程
14、埋深，按地下工 程防水技术规范(GB50108-2001)确定。盾构管片的抗渗等级不小于1 9 MP。 防水混凝土的保护层厚度、裂缝宽度、最小衬砌厚度，应满足地 下工程防水技术规范中的有关规定。接缝及孔洞防水 管片间纵、环缝必须采用耐久性好、性能优良的防水弹性密封垫。一般 至少有1-2道框形弹性密封垫和内侧嵌缝两道防水措施，根据地质条件及 地层透水量，必要时可在衬砌中部加设注浆孔，作为补救防水措施。 盾构出洞时，为防止泥沙及水的涌人，需设置帘布橡胶圈。帘布橡胶由 模具分块压制，然后连成一整框。 嵌缝范围：进出洞20-30m,联络通道两侧各10m处衬砌环段进行整环嵌 填，其余区段则在拱顶45范围
15、和拱底 90范围内嵌填。嵌缝材料可采用 与基层黏结性好的材料。如氯丁胶乳水泥或其它半柔性聚合砂浆。 螺栓孔宜采用氯丁胶与遇水膨胀橡胶复合的密封圈进行密封，并对螺栓 采用混凝土填实保护或涂刷防锈材料。 吊装孔在管片安装就位后，必须用密封材料进行密封处理。 二次注浆：一次注入中未填充到的部份的完全填充；一次注入浆液的体积缩减部分的补充注入；为了提高结构的抗渗透效果，注入材料为水泥浆与水玻璃 盾构施工隧道常见通病及预防： 管片出现错台漏水、管片姿态超限、注浆不饱满、管片选型不合理，造成管 理脱离盾尾时错台（详见管片相片）盾构施工中地面变形控制与沿线建（构）筑物保护5、地面变形控制 土体变形的影响因素：掘削面土体受到挤压、超挖，盾壳前移时带到土体移 位，注浆压力和充填不足或过量土体变形分为 5 个阶段：盾构到达前（320m）：盾构掘进引起地下水位降低从而产生影响盾构到达（03m）： 土仓内土压过大、推力较大、出土量小于理论出土量时， 产生隆起；土仓内土压值较小，推力小，出土量大于理论出土量时地面会产生沉 降。盾构通过时：盾构超挖，纠偏引起蛇行盾尾通过（05m）：注浆量偏差引起后续沉降：盾构施工扰到土体后，土体重新固结产生的变形 变形范围：横向：粘性土： D+htan45 ；
