地铁盾构知识交流选型与施工.pdf

地铁盾构知识交流1汇赧题纲第一部分 盾构机选型第二部分 盾构法施工第一部分盾构机选型31.盾构法隧道的起源及发展史1818年，英国的布鲁诺从蛀虫钻孔得到启示,布鲁诺尔1806注册专利的盾构提出盾构掘进隧道设想。M.LBnmel螺旋盾构，181818251843年，布鲁诺在伦敦泰吾士河下用盾构法修建458m长的矩形隧道(11.4mX6.8m)。1830年，英国的罗德发 明“气压法”辅助解决 隧道涌水。1865年，英国的布 朗首次采用圆形盾构 和铸铁管片，1869 年用圆形盾构在泰吾 士河下修建外径 2.2m的隧道。1863年伦敦的首条地铁大都 会地铁建成通车。-刀架 L螺旋输送机推进油缸 L拼装器 L螺旋输送机L闸门油缸1917年，日本引 进盾构施工技术,是欧美国家以外 第一个引进盾构 法的国家。1963 年，土压平衡盾 构首先由日本 Sato Kogyo公 司开发出来。1963年Sato Kogyo公司（佐藤工业）土压平衡盾日本第一台使用的土压平衡盾构（IHI公司1974年制造）、4 卜初工索荀.匕、E或初、糕赫小日本东京湾海底隧道Slit open/close deviceSlurry delivery DipeElectric motor for cutter drive1989年，日本最引人注目的泥水盾构隧道工程开工。东京湾 海底隧道长10km,是世界最长公路专用海底隧道，用八台 直径14.14m泥水加压式盾构施工。1990年12月，上海市隧道公司承建的上海合流污水治理工程过 江隧道推进施工。采用自己设计制造直径5.17m土压平衡盾构。盾构自重190t,总推力2880t,总功率500kW。6.1标过江倒虹管隧道示意图1992年，日本研制成世界上第一台三圆泥水加压式盾构，并成功地用 于大阪市地铁7号线“商务公园站”车站工程施工。切口开闭器我管3X8%削驱动用电动机送泥管人孔刀头稳定 千斤顶排泥管油脂注入管周边刀,，切削刀头7800主体尺寸：。7.8m(H)X 17.3m(B)X9.4m(L)总推力：14400t单位面积推力：123.lt/m2切口 开闭器r搅动器*掘进面崩塌传感器300 一同步注浆管呆是环片提升 千斤顶 环片（柱）推进千斤顶一 环片推进千斤顶二:/同步注浆管形状保持装置S6捏动器稳定千斤顶盾构千斤顶环片安装装置三连体泥水加压平衡盾构基本构造图1987年，上海市隧道公司承建过江电缆隧道工程，成功设计了我国第一台直径 4.35m加泥式土压平衡盾构掘进机，由上海造船厂制造。4.35M 土压平衡盾构研制及工程应用1992年台北地铁淡水线(Herrenknecht)土压平衡盾构切削轮 厂压缩空气闸螺旋输送机一L切削轮 匚拼装器 匚胶带输送机驱动装置1994年10月，上海隧道工程股份有限公司采用盾构法承建的南京第一 条秦淮河治理工程隧道推进。南京夹江隧道直径6.34m盾构掘进机最具风险的是盾构推抵江 中段，即钻入全断面粉砂 层中，该粉砂层上方没有 其它土层与夹江水间隔。直径6.34m 土压平衡盾构 掘进机于1995年2月5日顺 利进入江心州接收井。1992年6月，上海市隧道工程公司承建上海地铁1号线上海火车站 汉中路车站区间隧道盾构推进，1993年4月全线贯通。1993年8月，上海隧道工程股份有限公司承建上海地铁1号线黄陂路 站陕西路站区间隧道，1994年4月全线贯通。与法国FCB公司合作设计制作的6.34M 土压平衡盾构土压平衡盾构设备示意图”伙人行网太兼勺06340OOSIO0，OE 9 0斑出力 泥土室诉哀刀盘密付将而千斤顶 蛹维4 格构 皮带运输机中号 送机 密内1995年，上海隧道工程股份有限公司于开始研究矩形隧道技术，1996年研制一台2.5mX2.5m可变网格矩形隧道掘进机，顶进 矩形隧道60m,解决了推进轴线控制、纠偏技术、沉降控制、隧 道结构等技术难题。1996年，上海隧道工程股份有限公司施工总承包延安东路隧 道南线工程。长1300m圆形主隧道采用从日本引进的直径 11.22m泥水加压平衡盾构掘进机施工。海瑞克泥水盾构泥水土压平复合式盾构鄂式破岩机1998年12月，上海隧道公司承建中国第一条较长距离的水底观光游览隧 道一一上海外滩观光隧道。采用国外二手直径7.65m较接式土压平衡盾构 施工。1999年5月，上海隧道公司研制成功国内第一台3.8mX3.8m矩形组合刀盘 式土压平衡掘进机，在浦东陆家嘴地铁车站掘进120m,建成两条过街人 行地道。2003年9月，上海隧道工程股份有限公司建设的中国首条双圆隧道在轨道 交通8号线应用上海地铁建设用盾构在上个世纪90年代，修建上海地铁一号 线的时候，区间隧道都采用盾构施工，共使 用了7台盾构机，推进长度约为18.6km。以后在地铁二号线、明珠线和M8线等线 路的施工中，所有区间隧道都采用了盾构法 施工，最高峰时同时100余台盾构机在作业。国产863盾构中隧与小松联合制造的盾构机上海隧道股份研发的软土盾构在上海2号线西 延伸首次使用，同时中铁隧道集团研发的复 合式盾构也投入使用。广州修建地铁一号线由日本青 木公司采用了3台盾构机施工，造 价昂贵，每延米约1万美元。施工的三号线，共有15台盾构机在 作业，以后开工的地铁新线不断采购 了新盾构机。中国用掘进机修建铁路隧道TB880E修建的秦岭18.4km铁路隧道TB880E掘进机安康至南京磨沟岭铁路隧道（掘进机）西安南京铁路磨沟岭隧道Mosoiilinii Tunnel on Xian-Naniina Railway Line2.盾构法隧道基本原理及特点 盾构法隧道基本原理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厘 构。盾构另一个作用是能够承受 来自地层的压力，防治地下水或 流沙的入侵。土压平衡支撑r渣螺旋输送机盾构法隧道优缺点 盾构法隧道优点：(1)在盾构支护下进行地下工程暗挖施工，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；盾构法隧道施工不受地面自然条件的影响(2)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；盾构法隧道机械化、自动化高（3）地面人文自然景观受到良好的保护，周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、大直径速度，具有经济、技术、安 全、军事等方面的优越性。盾构法隧道缺点（1）盾构机械造价较昂贵，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，地表沉陷风险极大。（2）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、始发接收场地布置、盾构转移等施工技术的配合，系统工程协调 难；（3）建造短于750m的隧道没有经济性；对隧道曲线半径过小或隧道埋深较 浅时，施工难度大；（4）盾构机的通用性比较差，适应性有限，并非所有地层都适合盾构施工，需要针对地层情况专门进行设计。总之，由于盾构机在地铁区间施工中正被越来越广泛的使用。3.盾构机的分类盾构机的分类原则：无论是那种盾构机或TBM,不管是圆形的方形的、单圆的 多园的、人工的、机械的、半机械的等等，它们都必须具备 两种功能，一是与围岩的主动土压和水压的平衡方式；二是 出土方式。将盾构机的这种平衡方式和出土方式称之为盾构 机的。盾构机的选型就是对盾构机平衡方式（采用土压平 衡还是泥水平衡）和出土方式（采用螺旋输送器和皮带机还 是泥浆泵和泥浆管路）的选择。这是一级功能分类。二级功能分类是指密封舱的状态，即通常所说的盾构机的 模式，分为开胸式、闭胸式、半开胸式和加气压式。型是在盾构施工前选择的，也就是在施工招标前决定的。而模式是根据地质环境的变化在施工过程中由操作人员实时 设定的。盾构机的分类隧道掘进 地层分类与盾构 盾构机的适应机总称 机之间的关系 性分类盾构机选型（二类）盾构机选模式（六种）4.盾构机的选型盾构机并非通用设备，是量身定做的，应当根据地层进行盾构机选型。1）软土盾构上隧863项目小松（土压）综开挖直径6340mm6340mm整机长度59000m61380mm蜜I主机总 重250T330t（总重？）盾壳厚度40mm40mm刀刀盘形式平面直角开口率35%40%瞬IJ刀主切削刀96把切刀78把重量31t螺扭矩45knm37.7knm羸能力260m3/h191m3/h2）复合盾构机初期盾构配置主要参数川崎（土压平衡）住友（泥水盾构机）综述开挖直径6140 mm6140 mm主机长度7.805 mm8150 mm开口率15%15%滚刀5双刃（外圈）9双刃（外圈）中心刀圆盘凸起刮刀圆盘凸起刮刀额定转矩389 tm239 tm脱困扭矩583 tm359 tm旋 螺机外径650 mm最大扭矩9.6 tm中期盾构配置平面I角刀盘;41把单刃滚刀;480Knm 扭矩；螺旋机扭矩40Knm近期复合盾构主要参数细部部件名称海瑞克（土压平衡）开挖直径6280 mm护盾直径6250mm盾壳厚度45mm开口率28%滚刀39把重量54t额定转矩4346kNm脱困扭矩5252.6kNm细部部件名 称罗瓦特罗宾斯开挖直径6280mm6300 mm护盾直径6250mm6260 mm主机长度8.74m8770 mm开口率33%37%滚刀41把39滚刀重量60T额定转矩665TM5628脱困扭矩832TM7316复合盾构的总体参数1,刀盘50t；2,开口率约30%;3,滚刀刀刃39；刀间距4100mm；4,刀高度差235mm；5,额定扭矩4300knm；6,螺旋机最大扭矩215knm选型时的几个困惑问题一：选择土压平衡还是泥水平衡?Portion of grains d in%of the total amountGrain diameter d(mm)Grain size distribution curve in various loose ground黄色区域适合于泥水平衡盾构，蓝色区域适合土压平衡盾构机。由于泥水盾构 的场地要求较高，施工费用相对复杂，虽然其对地层适应性较广，但实际中能 使用土压平衡盾机的，很少选用泥水盾构。问题二：采用面板式还是幅条式?图4-6 用于风化岩及软硬不均地层的面板式刀盘面板式与幅条式的特点比较:面板式：优点是开口率较小，软土口开口率一般在45%左右，复合地层开口 率在30%左右，面板开口小，强度高，易于刀具布置，对正面土体支撑效果较 好，土压波动小；缺点是传感器对正面土体的压力反映不够准确，渣土进入土 仓相对困难。幅条式：优点是开口率大，渣土易进入土仓，不易形成泥饼，刀盘不易被堵,正面土压能较准确的反映；缺点是正面土压波动较大，容易引起地表沉降，刀 盘比较薄弱，不易满足复合地层刀具的布置和刀盘本身刚度的要求。目前复合式盾构开口率基本趋于一致，在30%左右，重点保证刀盘中心开口 率，刀盘总重量在56吨左右；软土盾构刀盘在20吨左右。44问题三：刀具的选择和布置三刃滚刀切削刀图4-14不同类型的周边刮刀滚刀仿形刀（复合地层）柱形仿形刀（软土地层）重型撕裂刀47中心滚刀中心鱼尾刀48刀具配置方式刀具的布置方式需要充分考虑工程地质情况，进行针对性设计，不同的工程地质 特点，采用不同的刀具配置方案，以获得良好的切削效果和掘进速度。根据地质条 件特点，可以大致分为四种地层：软弱土地层；砂层、砂卵石地层；风化岩及软硬 不均地层；单纯的纯硬岩地层。软弱土地层 如南京、上海、杭州等地，其地质条件主要以淤泥、粘土和粉质粘 土为主，在软弱土地层一般只需配置切削型刀具，如：切刀、周边刮刀、中心刀、先行刀和超挖刀。以南京地铁盾构为例，刀盘采用面板式结构，装有1把鱼尾形中 心刀，120把切刀，16把周边刮刀及1把仿形刀。切刀安装在开口槽的两侧，覆盖了 整个进碓口的长度。刮刀安装在刀盘边缘。由于刀盘需要正反旋转，因此切刀的布 置也在正反方向布置，为了提高切刀的可靠性，在每个轨迹上至少布置2把。在周 边工作量相对较大，磨损后对盾构切口环尺寸影响较大，在正反方向各布置了8把 刮刀。考虑到刀盘的受力均匀性，刀具布置具有对称性。刀具安装采用螺栓固定，便于更换。在切刀或刮刀的刃口和刃口背面镶嵌有合金和耐磨材料，以延长刀具的 使用寿命，切刀的破岩能力为20MPa,可以顺利地通过进出洞端头的加固地层。49砂层、砂卵石地层 如北京、成都其地质条件主要以砂，卵石地层为主，如 遇到粒径较大的砾石或漂石，应配置滚刀进行破碎。在砂层、砂卵石地层施工时,需设置（宽幅）切刀、周边刮刀、先行刀（重型撕裂刀）、中心刀、仿形刀等刀 具。切刀是主刀具，用于开挖面大部分断面的开挖；周边刮刀也称保径刀，用于 切削外周的土体，保证开挖断面的直径；先行刀在开挖面沿径向分层切削，预先 疏松土体，降低切刀的冲击荷载，减少切削力矩，同时重型撕裂刀用于破碎强度 较低和粒径较小的卵石和砾石；中心刀用于开挖面中心断面的开挖，起到定心和 疏松部分土体的作用；仿形刀用于曲线开挖和纠偏。滚刀用于破碎粒径较大的砾 石或漂石。风化岩及软硬不均地层 如广州、深圳，上软下硬、地质不均的复合地层，且 局部岩石的单轴抗压强度较高（150-200Mpa）,除配置切削型刀具外包括宽幅 切刀、先行刀，还需配置滚刀，因而刀盘结构相对复杂。对于岩层首先通过滚刀 进行破岩，且滚刀的超前量应大于切刀的超前量，在滚刀磨损后仍能避免切刀进 行破岩，确保切刀的使用寿命。在曲线半径小的隧道掘进时，为了保证盾构的调 向和避免盾壳被卡死，需要有较大的开挖直径，因此刀盘上需配置滚刀型的仿形 刀（或超挖刀，超挖量50mm左右）。单纯的纯硬岩地层 如秦岭1线隧道，隧道断面范围内以混合片麻岩和混合花 岗岩两种岩石为主，刀具全部选用滚刀，无任何齿刀。有时，在刀盘面板周边开 口处配备刮硝刮刀板。50在复合地层施工中，刀具配置的差异性主要表现在滚刀和先行刀的配置数 量和刀具的高度、组合高度差等方面。海瑞克公司刀盘滚刀和固定先行刀 高出面板175mm和140mm,而日系盾构刀盘滚刀和固定先行刀高出面板 90mm和70mm。两种刀具的高差为35mm和20mm,前者的设计较好，具 体表现为刀具高对防止泥饼的形成有利，高度差大有利于破岩。滚刀的刀 间距过大和过小都不利于破岩，间距过大，滚刀间会出现“岩脊”现象，间距过小，滚刀间会出现小碎块现象，降低破岩功效。在复合地层中周边 滚刀的间距一般小于90mm,正面滚刀的间距为100120mm（参照国内 外施工实例，岩石强度高时，滚刀的间距应控制在7090mm的范围内比 较合理），滚刀总刃数在40左右（一般选择单刃滚刀）。问题四：螺旋机的选择伸缩液 压系统双闸门出土口带式螺旋机/切口环M y 密封环图1伸缩螺旋机总体示意图轴式螺旋机（直径700900mm,300m3/h左右）伸缩式螺旋机的防水和防卡功能较 为有利。在砂卵石和地下水较少的可用带式 螺旋机53二级螺旋机（适用于地下水易喷涌的地层）WL问题五：主动较接和被动较接日系一般用主动较接，海瑞克一般用被动较接1、主动较接缺点：油缸设计荷载达32000KN以上，而被动钱接千斤顶只需8000KN,所以主动校接重量大、造价高（主动钱接尽靠前，被告动钱接比较靠后）；2、主动较接优点：弯道推进时受力好；弯曲角度可达9度，而被动较接只能达到3度,但一般线路半径在300米以上，2度已足够；另外动较接可以在主推进系系故障时作副 助推进；问题六：刀盘驱动选择变频电机还是液压马达动动方传动效率发热量隧道内工作环境重量短时冲 击和过 载承受 能力故障率复合地层中使用调速范围变频电 机驱动高小好轻一般少少宽液压马 达驱动较低较较较 大差重略好少多较宽56问题七：刀盘扭矩和推力海瑞克复合盾构一般最大扭矩4500KNm,脱困扭矩5300KNm,推进系统 总推力为34000KN,最大推力为40000KN；日系盾构在扭矩和推力上相对 设计得更大一点，在的脱困扭矩已达到9000KNm。问题八：关于人闸日系在中间CUTTINGO9Z90_IUJ3HM BNE3海瑞克在上部更加安全57问题九：添加剂使用土压平衡式盾构，其特点是用开挖出的土 砂作为支撑开挖面稳定的介质，因此要求 作为支撑介质的土砂具有良好的塑性变形、软稠度、内摩擦角小及渗透率小。但不般 情况下难以同时满足这些要求。泡沫、加泥、注浆、注水基本 上趋于单泵单管，以免堵塞。Surfactants and Dispersants and their reaction with clay.normal*Foamlow盾构泡沫所谓盾构泡沫是边向盾构开挖面或土压平衡舱内注入一种事先调 制好的特殊气泡材料边推进的一种施工方法。特点1）较高的流动性：气泡具有润滑作用可 提高开挖土的流动性。可有效防止硬质 粘土粘住盾构面板和土压舱内部。2）开挖面土压变动小：因气泡具有压缩 性，可减少开挖面前土压力的变动范围。3）较好的止水性能：气泡注入后，细小 的气泡置换土粒间的空隙水，可改善开 挖土的止水性能。4）残土的处理和搬运容易：被排出的气 泡土中的气泡容易蒸发，无须经过特殊 处理就可以将土质恢复原状，利于搬运。5）隧道内部整洁干净：因不使用粘土或 膨润土，隧道内部整洁作业环境得到改 善。6）使用设备小：注入气泡无须大型设备问题十：超前钻和径向孔图6-7-13超前钻孔系统示意图问题十一：盾尾间隙取值间隙过大管片易错台，盾尾密封效果较差，出土和注浆量增大；间隙过小则管片拼装易挤破，盾尾刷易压破坏失效。软土地层中以3cM为宜，在复合地层中可适当加大。一般间隙在2.54.5CM之间，根据管片宽度和地质情况选用。灌浆管道护盾尾密封问题十二：关于推进千斤顶设置目前盾构机直径主要分两个主流，即以上海为代表的软土盾构，其管片外 径为6200MM,内径为5500MM,和以广州为代表的复合地层盾构，其管片 外径为6000MM,内径为5400MM。近年来，昆明、福州、厦门采用了复合式 盾构，但其直径又采用了软土地层的尺寸，与其他城市的通用性更小。由于管片分拼装分为通缝、左右曲错缝和通用管片，故导致封顶块位置的 不同，所以拼装千斤顶的布置和长度也有所不同。图621盾构推进油缸分但图软土中注浆管外置问题十三：关于盾构机锥度和注浆管内外置软土地层中盾构机前后直径一致，注浆管和看尾油脂管外置，而 复合地层需要设置锥度，前边大，后边小，注浆管和盾尾油管内置。64第二部分盾构法施工651、盾构法施工原理盾构法施工示意图盾构法施工示意图土压平衡盾构工作原理：刀盘切削开挖面，土体进入 土仓，利用仓内的具有塑流 性的、或加入添加剂改良成 具有塑流性的土砂，作为平 衡开挖面土层压力的传力介 质，以维持开挖面的土体平 衡。作去传力介质的土砂与盾构 机刀盘，将盾构机千斤顶的 推力转化为作用在开挖面上 的压应力，以维持开挖面的 水土压力平衡，从而保持开 挖面土体的稳定，具有塑流 性的土砂通过螺旋机的有控 输出，使土仓内形成保持设 定压力的密封系统。2、车站始发（接收）井的施工 n_nI。I i。i 1 0 1 l。i i。i CZ C50 C49 C48 C47 C46 C4图5-10地下连续墙施工现场,8俭井处的出C-CR-R 120069盾构施工场地布置3、盾构始发、到达端头地层加固端头加固目的：(1)控制地表沉降，端头不坍塌。盾构始发、到达前，需凿除洞口范围围护结构，割除钢筋，以满足盾构顺利进 出洞。围护结构凿除时间长，要避免凿除过程发生坍塌，或因开挖面暴露时间 过长而坍塌。(2)控制水土流失。盾构始发进入加固体，或盾构到达穿过加固体时，在含水量较高、水平渗透系 数大的含砂层、卵石层等地层，盾构进出洞容易造成水土流失。盾构始发时，土仓内难以建立平衡水土压力，如果土体不具备一定强度，很容易坍塌。(3)重型机械作用时土体的承载力盾构吊装或拆卸时，重型吊机往往作用在端头位置，为防止重型机械在承载力 弱的地面起吊时发生失稳、坍塌，或对已成形隧道安全造成不利影响，对端头 的软弱地层进行加固。(4)控制始发对端头周边建、构筑物的影响。72始发、接收加固的方法a）化学注浆施工法 b）高压喷射搅拌施工法 c）冻结施工法（垂直钻孔）洞口密封圈_加固范围一同口密封圈1)冻结施工法（水平钻孔）e）芯材拉拔施工法 一 f）墙壁体开挖施工法口41工字钢出一 _发时拉拔W7洞口密封圈冻土洞口密封圈号7杞永闺小秸洞口密封圈直接开挖 墙体出发按需要加固地基注意这些年加强长度的变化趋势73始发接收地层加固双轴搅拌桩三轴搅拌桩垂直冻结高压旋喷桩水平冻结另外还有SMW、素墙、降水等方法根据条件选择4、盾构配套设备隧道内水平运输电瓶车45T龙门吊管片车管片车嫌好训饰76二、盾构机及配套设备的选型5、盾构施工前期准备工作验收盾构始发施工节点检验内容：（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/到达方案已审批，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；（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）洞门探孔未发现异常情况并满足始发/到达要求；（7）始发/接收架已经设计验算，结构强度满足要求；（8）施工现场技术交底（含铝施工工艺和步骤）已按要求完成；（9）人员、机械、材料按要求到位（盾构以及大型起重设备拼装到位，并通过政府监督部门验收）；（10）对本工程潜在的风险进行辨识和分析，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；（11）已落实设计及规范规定的其他要求。796、洞门破除图6-14 洞门凿除序6-15 土压平衡盾构始发洞口密封示意图300内衬墙 后8、盾构掘进第一阶段：先行沉降，第二阶段：开挖面前的沉降与隆起，第三阶段：盾构机通 过时的沉降，第四阶段：盾尾间隙沉降，第五阶段：后续沉降阶段。健道轴线上方、面板 沉降曲线T-J盾尾位置原始地ifti-姿态调整对上层的挤压、摩擦面板切削引起的开挖面扰动面板张力与上压的不平 衡引起的眼塌或挤土盾尾注浆位置空隙减少刀盘引起的扰7 1 r 刀盘引起的超f、渣蚣、W；：盾尾注浆材料的收缩、固结漏：、空隙减少空隙部位液作不足过度抬升的情况空隙减少后足注浆等引起的超孔压的 消散盾尾注浆填充管片变形Fm送q庾1事I后星注浆1 1要点：信息化施工，选择合理参数，保头护尾，及时纠偏，合理注浆829、盾构接收8310、盾构调头8418511、关于盾构施工几个问题的探讨1）关于惰性浆液与可硬性浆液的问题堵管对盾尾 刷的影 响施工沉 r后期沉 r隋性浆 液不易小正常大小小nJ硬性 浆液易大略好较小相对困 难略高862)盾构机平移调头、过站、分体转场和整机转场的选择1转换时 间费用制约条件安全 风险就地 调头短正常接收井处底板设下翻梁，地面配套不搬时要求接收 井长度足够，能铺道叉。安全过站短正常接收车站的站台层高度由 6M增加至!)6.8M以上，车站 适当加宽。安全分体 转场长略高接收井只要留吊出孔，地 面配套设备不动。险高 风略整机 转场短正常对运输道路和设备要求较 高，一般市区内难以实施。险高 风略盾构机过站顺序图3）关于隧道抗浮问题上浮原因：1、液体的浮力;2、盾构与管片姿态不匹配;3、注浆不合理。解决办法：1、及时注浆填充盾尾建筑空隙；2、调整盾构姿态，减小向上的径向分力;3、调整注浆时间、注浆量、配比，选择注浆位置；4、勤纠偏。904）盾构的接收方法法国014.87m盾构进洞钢套筒接收简介工程条件：地下水丰富，透水性强，埋深较大，原设计方案对该端头采 用水泥土搅拌桩、旋喷桩进行加固。后经盾构研究所组织专家对设计方 案重新审查，决定增加加固范围，并紧贴车站围护结构连续墙加设一道 素混凝土连续墙。原加固方案实施过程中存在如下问题：(1)通过对加固范围地下管线的探测，发现原加固方案范围内有地下管线，但管线迁改十分困难；(2)当时车站施工单位正在进行洛溪站结构施工，工期紧张，场地移交滞 后，影响加固方案的施工；如按原方案施工，则需要增加施工场地，而车站施工范围周边场地不允 许。加固深度太深，从地面采用搅拌桩和旋喷桩加固施工质量难以保证，漏水、涌砂等风险不能完全消除。经过深入研究，决定采用一种新的盾构到达工法，即地面加固(一道素混凝土连续墙)+接收钢套筒的工法。钢套筒用作盾构接收时总体安装使用示意图照片1钢套筒筒体下半块图片照片2钢套筒筒体上半块图片图2钢套筒后端盖连接示意图意图照片3钢套筒后端盖图片图3 反力架加工示意图图5钢套筒底部托轮组安装示意图图7反力架支撑位置示意图利主1 1 1 1 1 1图8钢套筒横向支撑安装示意图图9钢套筒横向支撑安装示意图5）孤石地层危害：刀具磨损严重、刀座变形、更换困难;刀盘磨耗导致刀盘强度和刚度降 低，刀盘变形；刀盘受力不均匀导致主轴承受损或主轴承密封被破坏、刀盘堵塞、盾构 负载加大;被刀盘推向隧道侧面的大漂石甚至导致盾构转向，偏离隧道轴线；掘进困难，盾构趴窝等。深圳地铁球状风化岩的存在导致盾构掘进过程中刀盘严重变形，险些酿 成重大事故。广州地铁3号线区间隧道在开挖过程中遇到的花岗岩球状风 化体的岩体单轴抗压强度超过160MPa。成都地铁1号线一期工程区间隧 道大多通过富水砂卵石地层，且含有少量大粒径孤石，孤石的最 大粒径达670mm,孤石单轴抗压强度65.5184MPao针对盾构过孤 石时的施工问题，尽管采取了许多措施，在一些问题上有所突破，但总体 效果仍不理想，处于摸索阶段，并且尚未找到一种切实有效的施工方法。105超前地质预报的主要手段目前用于探测孤石、溶洞、水囊的主要手段有：地质雷达：探地雷达是利用探测目标体与其周围介质的导电 性、介电性的差异，通过高频脉冲电磁波在电性界面上的反射 来探测有关的目标物。瞬变电磁波法：基于电性差异，利用不接地回线或接地线源 向地下发射一次脉冲电磁场，测量二次电场的方法。不受接地 条件限制，穿透能力强，随机干扰影响小，探测深度取决于大 地电阻和仪器采样时间。地震映象：采用锤击震源点测法，即单道地震反射波法。受 地形影响较小。可减少直线波、面波和折射波的干扰。近期福州地铁公司和福建省建科院用微振动法探测孤石，但 以上探测效果均不令人满意。（瑞利波法、高密度电阻法）在工程初勘和详勘基础上，首先采用多种预报手段沿隧道 中轴线进行勘探，大致探出盾构隧道中轴线洞身及上下一定深 度影响范围内孤石的分布、发育情况和接触关系等。然后结合 区间隧道中线和开挖轮廓线，根据物探确定的孤石位置，布设 地质探孔，进行取芯补勘。双程时闾地质雷达记录的回波曲线目的体电磁波反射示意图声波探测技术(SSP)108处理措施：根据孤云的大小、位置、形状、周边环境等因素确定处理方法。当隧道上方地 面具备冲孔、挖孔条件时，应首先采用地面处理方式；当地面不具备冲孔、挖孔条 件时，采用洞内处理方式。(1)地层注浆加固后盾构推进在确认孤石区域后，从地面对孤石周边一定范围的地层采用袖阀管进行加固，待浆液凝固后，浆液将孤石紧紧包裹住，待盾构掘进时，孤石受到刀盘正面的切 削作用而破碎，不会被挤压至土体产生较大的扰动，盾构姿态也比较容易控制。(2)地面钻孔爆破利用小口径钻头从地面下钻,静爆炸药对孤石进行爆破。结合所用盾构的出硝能力，经过 螺旋输送机的石块尺寸不能超过 40cm,因此爆破后石块的单边 长度应控制在30cm以下，以利 于螺旋输送机顺利出硝。在孤石上钻出爆破眼，然后在小孔内安放适量的图4 孤石爆破钻孔装药结构示意(3)人工挖孔破碎孤石在确认孤石所处区域位置后，定出孔位，即可进行开挖。人工挖孔至风化球处,即可对风化球处理，采用风钻对风化球进行打眼，间距300mm X 300mm,梅花状布置，孔径40mm,钻孔结束使用劈裂机对风化球进行破碎，破碎后清理 吊出，清除至盾构通过此风化球处时的周边各15cm。(4)冲孔桩破碎法确定孤石的位置、大小和形状后，在地表采用十字冲击锤冲击破碎孤石的施工方法。根据孤石大小确定冲击钻机锤头大小、钻孔间距及数量，钻孔前首先探明有无地下管 线或其他建(构)筑物，待钻孔后及时采用原土对钻孔分层回填夯实，并进行土体压密 注浆，直至将整个孤石区域处理完毕。(5)盾构超前注浆孔注浆，盾构掘进当地面没有注浆条件，地质条件稍好的地层中，当确认抵达孤石区域之后,把准备好的钢花管从盾构机预留超前注浆孔插入刀盘前方的土体注浆(超前注 浆孔的延伸方向与盾构的中轴线存在一个夹角)，注浆加固范围为隧道周边各 3m,球体前方3m,球体后方1m,注浆完成后，调整掘进参数，直接掘进通 过孤石。采用低贯入度、高转速的方式对孤石掌子面进行切削，靠刀盘的冲击 破碎能力通过孤石区域。(深圳五号线民治五和区是案例：盾构宜采用小 推力1 200kN、慢掘进速度0.5cm/min、高刀盘转速2.5r/s进行掘进，并随时注意掘进参数变化，防止刀盘局部过载，造成刀盘变形。)(6)静态爆破等盾构机刀盘抵达孤石表面后，采用盾构机的预留超前注浆孔进行超前注 浆，使刀盘前方拱顶形成稳固整体性良好的围岩，然后再开仓对孤石采取静态 爆破，将碎石粉碎后由螺旋输送机排出土仓。这种方法同样需要在静爆、处理 1m孤石后，盾构机即刻要向前掘进1m,始终保证刀盘与孤石的距离0 1m,防止土体坍塌造成地面塌陷。(7)岩石分裂机破碎孤石在地质条件较差的地层中，需要先对地层进行加固，若地层条件较好，则 可直接开仓，对掌子面孤石用岩石分裂机破碎。岩石分裂机是一种手工操作的 设备，利用液压原理，可以控制性地分裂岩石。111(8)盾构机直接掘进当工期较紧，没有时间对孤石进行辅助施工，同时孤石区段周围没有管线以及桩 基建筑物等存在时，施工中对地层的变形影响要求较低，则可以不进行任何辅助工 法，通过调整盾构掘进参数，直接通过。待盾构机刀盘接近孤石后，采用低贯入度，增加泡沫注入量，并以“小推力、高转速、低扭矩”为指导思想，使刀具对孤石的切 削、冲击频率加大，靠刀盘的冲击破碎通过孤石区域。此方法适合处理较大型孤石。1126)上软下硬地层中盾构掘进困难：(1)由于在软硬不均的地层中推务和扭矩变化较大，盾构构有着向软侧偏移 的惯性，特别是盾构需要向硬侧调整时，盾构机姿态难以控制，甚至易卡壳。(2)上边土层粘粒含量高，使用不当时易结泥饼，造成滚刀偏磨，由于下部 中、微风化中刀具磨损严重，换刀几率较高。但因为上部软土，措施不当开 仓换刀风险较高。(3)裂隙中地下水发育时可能喷涌；土仓压力小则可能地表沉陷。处理对策：(1)掘进模式 保留土仓内1/2至1/3渣土地，向土仓内压入压缩空气及泡沫 或膨润土来维持开挖面顶部的稳定。(2)刀盘转速、掘进速度与滚刀贯入度在上软下硬地层中掘进，局部硬 岩处滚刀受力较大，对刀具刀盘损伤较大，而上部软岩中只需切削开挖面即 可，施工中应当适当减小贯入度和转速，以减小刀具的冲击荷载在25T以下。如掘进速 度在30mm/min,转速不超过1.6rpm。(3)刀盘扭矩及油缸推力在上软下硬地层中应减小岩石对刀具的连续冲 击，具体反映在扭矩变化上，在软硬不均地层中扭矩不宜超过1700kNm,总推 力在10001800T之间。(4)及时、限量、勤纠偏根据盾尾间隙计算出两侧千斤顶伸出差的最大值。(5)辅助手段利用泡沫和膨润土进行渣土改良。(6)及时检查并更换滚刀强行推进会损坏刀座刀盘。(注意带压作业的相113 关措施及保压测试，确保仓内压力)带压换刀作业气压一般控制在1.83.0bar,应注意防减（7）砂卵石地层中盾构掘进一）背景：成都地铁1号线除1台是泥水盾构以外，其它7台盾构都采用土压平衡盾构,由于这7台土压平衡盾构的设计理念没有太大的变化，刀盘采用面 板布置方式，刀盘面板上采用硬岩刀具配置，卵石以破碎为主。具体技术参数如下：刀盘形式为面板式；刀盘开口率25%26%；刀具布置为4把中心双 刃滚刀+32把单刃滚刀+28把宽刮刀+8把周边刮刀；刀盘最大扭矩5 980 kN-m；刀盘脱困扭矩7 150 kN-m；主轴承直径3 m；出渣方式为双螺旋输送机（轴式）+皮带；螺旋输送机直径700800 mm；螺旋输送机输出粒径二、问题：1、泥水看构由于卵石含量大，鄂式碎机破碎量大，泥水管理易堵，不适合本地质条 件。2、刀具消耗量大，每120150米需换刀一次，每环费用约4000多元。3、换刀困难，卵砾石经刀盘扰动松散易塌陷，降水后人孔桩换刀地面条件不允许，其他加固方式效果有限，带压换刀难保压。4、刀盘和螺旋机磨损严重。三：解决办法：1、加大开口翥至35%-45%,使粒径小于500MM的颗粒直接进土仓。2、加强先行刀和刮刀，减小甚至取消滚刀。3、加大螺旋机直径(900MM),改有轴式为带式，600MM以下的可直接排出。4、也可考虑切口环上部加长和刀盘伸缩设计。116(8)盾构拼管片过矿山法隧道图1 导台施E示意（单位:m m）.1 Schein atic show ing advancing the shiekl on gu id ing platfoim矿山法隧道的导台五、盾构辅助施工53盾构拼管片过矿山法隧道（矿山法+盾构法）施工图5管片支顶安装F ig.5 Segm enteiecting盾构机在隧道内沿导台推进