隧道与洞室工程盾构隧道工程实例ppt课件

《隧道与洞室工程盾构隧道工程实例ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《隧道与洞室工程盾构隧道工程实例ppt课件（67页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、n南京地铁1 号线一期工程南起奥体中心站,北至迈皋桥,全长21.72 km,共15 个区间。n其中5 个半区间采用土压平衡盾构施工,盾构推进总长度约10.9 km。n盾构隧道最大覆土厚度15 m,最小厚度仅有0.7 m;隧道纵坡为V 形,最大纵度为33%,构成高站位,低区间;最小平面曲线半径为400 m。1 土压盾构土压盾构n为什么采用土压平衡？n盾构隧道主要穿越的地层有:可塑-软流塑的粉质粘土、粉土、粉细砂、粉砂夹细砂。地下水位位于地表下12 m,浸透系数为510-3cm/s,易液化。n其中淤泥质粘土具有高紧缩性,极易产生土体流动,开挖面极不稳定;粉细砂,粉砂夹细砂含水量丰富,透水性强,极易

2、产生涌水、涌砂;尤其是有一段150 m 长的隧道处于严重的液化区,设计、施工中思索了液化影响。n盾构隧道线路穿越的市中心区,街道狭窄,交通忙碌,道路两侧高楼林立,地下管线繁多。n由于泥水盾构在施工中需求泥浆池进展泥水分别,占地较大,对环境会呵斥一定的污染,且盾构价钱贵,设备技术不易掌握。n土压平衡盾构适宜于粉质粘土、含水砂质粉土层,另外,配备加泥安装,对控制地表沉降效果很好。n区间隧道要穿越秦淮河、金川河、古城墙、在建的玄武湖公路隧道,以及多栋建筑物。n盾构穿越秦淮河时上面覆土仅有0.7 m,与在建的玄武湖公路隧道底板最小净距也仅为1 m,施工难度很大。n南京地铁1 号线盾构隧道内有4 台土压

3、平衡盾构施工,其中3 台为德国海瑞克公司消费,1 台为日本三菱公司消费。n南京地铁1 号线盾构区间隧道单线推进长度为10.9 km,分三个标段,分别由4 台盾构掘进n其中盾构一标为中华门站北任务井三山街站(实验段)和新街口珠江路区间,由上海隧道公司采用日本三菱盾构施工n该标段单线推进长度3.206 km,2003 年10 月底完工,总工期31 个月;该段隧道顶部覆土较薄,实验段仅有410 m;盾构穿越内秦淮河时,需进展抗浮处置,盾构机距抗浮板底面仅有0.8 m。n盾构二标为三山街张府园新街口,单线推进长度3.06 km,2003 年10 月底完工;该段由上海根底公司采用德国海瑞克公司的盾构施工

4、。n盾构三标为玄武门许府巷南京站区间,单线推进长度4.57 km,2003 年12 月底完成;该标段由洛阳隧道局采用2台德国海瑞克公司的盾构施工。n以盾构三标的盾构机为例,引见盾构机的主要参数。n该台盾构机设计最大埋深18 m,最大爬坡为35,最小转变半径为300 m;盾构最大推力为3560 t,由16 对32 个千斤顶组成;盾构的外径为6340 mm,盾构主机长7400 mm,盾构总长度60 m;刀盘最大旋转扭距为469.4 tm,刀盘的开口度为40%。n该标段工程难点较多,盾构需穿越玄武湖、在建的玄武湖隧道、古城墙、金川河和多栋建筑群,盾构部分穿越粉细砂地层。n盾构平均推进速度达810 环

5、/天,盾构三标最高达17 环/天。n盾构区间隧道共有24 个进出洞端头,根据地质条件、水文条件和地面环境分析,需全部进展加固处置。n盾构进出洞是盾构施工中技术难度大、工序较复杂的施工阶段,一旦处置不当,洞门外土体易塌方或流失,甚至使盾构失去控制。n因此在仔细做好地质与环境调查根底上采取合理的加固方案,严厉控制盾构机进入加固区前的操作n适当对开挖面注入膨润土泥浆等,并低速推进,低速转动大刀盘,严防超负荷运转,以免产生盾构进入接纳任务井前大刀盘被搅拌桩或旋喷桩卡住而强行推进的不利景象。n进出洞端头井地层加固范围为隧道全断面开挖轮廓线外3.0 m,始发端加固长度为6.0 m,到达端加固长度为3.5

6、m。n但从施工情况看,在砂层地段3.5 m 的盾构到达段加固长度显得较短。n盾构任务井加固方法的选取应根据地质、水文、周围环境合理选取。n南京地铁由于其地质的复杂性,因地制宜地采用了多种加固方法,如深层搅拌、高压旋喷、井点降水、冷冻法等,有时可多种方法并用。n深层搅拌法适于粘性土层、淤泥质土层;高压旋喷法适用于砂性土、粉土。n加固后土体强度控制在无侧限抗压强度为0.5 MPa左右。加固土体应均匀、密封防流砂,这对盾构平安进出洞至关重要。n例出许府巷及进玄武门区间段，隧道底部根本为可硬塑粉质粘土，中部以下为可塑状粉质粘土，以上为流塑状粉质粘土；n在前期端头加固处置中，为确保加固质量，先后运用了深

7、层搅拌桩、注浆及高压旋喷的方法，分别针对普通地段、地下有妨碍物处、与车站延续墙相接处进展加固。然后人工用风镐对车站的延续墙进展了凿除，凿除至第二层钢筋为止。n在洞口密封、始发导轨、反力架及始发台安放好以后，进展延续墙最后一层砼的剥除，最后一次性始发胜利。n但盾构二标、一标在进出洞时出现了一些问题。n例如,盾构二标在某站南端头盾构出洞时曾出现两次流砂,流砂量达110 m3,主要集中在洞门中心东西侧,东部20 m2 区域地面下陷达1.5 m 左右,加固区西南侧1.5 m2 范围地面下降1 m 左右。n因洞门处的混凝土经过开凿,曾经部分开裂。为防止洞门处的混凝土失稳,在洞门钢环上焊接18 号工字钢作

8、为横挡,采用木板支模浇灌C20 混凝土加固。n为防止流砂再次发生,保证盾构机平安出洞,需对段头井补充加固。n为此,思索了三种方法:深井降水法、旋喷桩加固法、冻结法。n根据两次流砂情况,流砂量在长时间内没有减少,反而有添加的趋势,阐明地下水补给比较丰富,且内秦淮河离张府园南段头井约50 m,地下水和内秦淮河能够连通,因此降水效果无法保证。n从实际上讲,旋喷加固在该地层加固效果较好,但夹在延续墙和搅拌桩加固体之间进展旋喷补充加固,一边为硬的水泥土,一边为钢筋混凝土,影响成桩效果。n此外,洞门处的延续墙已开裂,旋喷桩施工时能够发生侧漏,地层内能够有流动水存在,对成桩有影响。n最后决议对段头井采用冷冻

9、法进展补充加固,在盾构出洞方向沿任务井的延续墙外侧布置冻结孔,并在冻结孔中循环低温盐水,使冻结孔附近的含水地层结冰,构成冻土墙。n盾构在冻土墙的维护下出洞。冻土墙设计有效厚度为0.5 m,有效宽度为8.7 m,冻结深度取18.5 m(洞口周边冻土搭接宽度1 m,下部搭接高2.5 m),见图1。n图1张府园南段头井补充冷冻法加固n盾构一标在某站出洞时由于大量流砂,盾构洞门无法翻开,原洞门周围的土体加固是用单管旋喷加固,加固范围为隧道上部4 m、下部3 m、左右各3 m、轴线方向6 m。n在推进范围多处存在纯粉砂土含水层,流砂严重,致使多处加固效果不明显。n因此,以降水把地下水位降到15 m 以下

10、,确保开洞无涌砂、流砂出现。井点设在隧道两侧2 m 处,井点间距沿盾构推进方向为2.5 m,每排5 根共10 根,每根井管长17.5 m,其中滤网长4.0 m。n在盾构施工中,尽能够减少对周围土体扰动的关键在于坚持盾构开挖面的稳定和管片脱出盾尾后及时充填空隙。n这就要求调整好盾构掘进参数,做好同步注浆和二次压浆。盾构掘进主要有如下10 个参数控制:刀盘和土仓压力、排土量、推进速度、螺旋机转速、千斤顶总顶力、注浆压力、盾构坡度、盾构姿态和管片拼装偏向等。根据地质埋深和环境条件对参数选取作预测计算,同时对盾构轴线上方的地面变形进展实测反响,以验证选择参数的合理性并优化施工参数。普通选取盾构出任务井

11、50100 m范围作为实验段,并经过对实验段地表沉降观测进展参数优化。经过控制推进速度、调整排土量等使地层水土压力与土仓压力的差值最小，从而保证开挖面的土压动态平衡。该工程难点较多,下面仅引见两个工点的处置方案。1盾构穿越在建的玄武湖隧道盾构隧道两次下穿在建的玄武湖公路隧道,且两隧道之间最小间距仅为1.0 m(见图2)。图2 盾构隧道与玄武湖公路隧道的相互关系n玄武湖隧道底沉降控制较严,要求控制在下沉-20 mm、上隆+5 mm 以内,因此盾构施工非常困难。n为了盾构施工的平安以及今后玄武湖隧道运营平安,盾构施工中根据模型实验及数值分析的结果,采用了如下技术措施:n(1)由于该处为淤泥质粉质粘

12、土,且夹层很薄,因此在玄武湖隧道施工前对隧道下部地铁经过地层进展了注水泥浆加固处置(q0 0.5 MPa);n(2)玄武湖隧道设计中,为了加强隧道的纵向刚度,加强了底板的配筋,并在底板下添加了抗拔桩,使运营期间的荷载大部分经过抗拔桩传送给下部地基中,同时还可以阻止盾构隧道的上浮;n(3)盾构施工中加强监测,及时进展二次注浆,并控制好土压平衡。n从监测结果看,玄武湖隧道最大下沉量为1.9 mm,最大上隆1 mm,满足预期确定的要求。n2盾构过秦淮河盾构一标在三山街至中华门盾构区间,需穿越内秦淮河。n该处覆土很薄,在原河床条石根底下深度1.5 m 范围根本为碎石、碎砖等建筑渣滓,且盾构离抗浮板底只

13、需80cm,呵斥上部覆土不能加固密实,容易产生漏水、漏泥,使得隧道上部压力过小,隧道会产生向上漂移、下部产生空隙的景象。n另外,盾构掘进时难以控制,盾构容易出现偏移。n因此,盾构穿越内秦淮河施工时采取了如下措施:将碎石、碎砖等建筑渣滓去除并覆土回填,在其上面浇70 cm 厚的抗浮板;在顶板下对盾构正面土体进展压密注浆加固,注浆孔采用内径100 mm 的PVC管,加固深度为7 m,孔位间距、孔位排距均为1 m,共161 个加固孔,每个孔水泥用量0.684 t;在盾构两侧各做一排钻孔灌注桩,见图3。n图3 注浆加固图北京轨道交通大兴线黄村西大街站工地 n一、城陵矶n城陵矶长江穿越隧道地处长江中游江

14、汉冲积平原与江南低山丘陵区过渡地带n位于城陵矶港下游约4km 处n要穿越长江干堤和1500m 的主河床n穿越区内多为绿泥石泥质板岩,有29 条断层,断层普通性状较差n透水性较强,地下水丰富,水压高。2 泥水盾构泥水盾构n工程起自长江南岸组装任务井,先以25 的下坡推进,距长江底部约12m n最后以3 的下坡穿越长江,与矿山法隧道实现对接后装配。n是重庆忠(县)至湖北武(汉)输气管线潜江至湘潭支线的关键控制性工程。n穿越区地下水覆盖层潜水、基岩裂隙水及承压水。n承压水主要分布于两岸粘土及粉质粘土层以下粉土、细砂及卵石层中,江水为主要补给源,其埋深12m 左右,水位与江水位齐平。n位于基岩中心的脉

15、状透水体(区)部分具有承压性,与基岩裂隙水的水力联络亲密,使与之构成复杂的地下渗流网络,对穿越隧道的稳定性极为不利。最大水头压力达0.166MPa。n工程及施工特点工程及施工特点na.地质级别变化大地质级别变化大n隧道主要从全微风化的绿泥石泥质板岩、隧道主要从全微风化的绿泥石泥质板岩、白云石泥质板岩、粉砂岩、粘土、粉质粘白云石泥质板岩、粉砂岩、粘土、粉质粘土、细砂、卵石层等地层中穿越。岩石最土、细砂、卵石层等地层中穿越。岩石最大饱和抗压强度为大饱和抗压强度为45MPa,卵石最大粒径卵石最大粒径12cm。水浸透性强。水浸透性强,在水压和土压的作用在水压和土压的作用下开挖面极度不稳定下开挖面极度不

16、稳定,要求盾构必需具有要求盾构必需具有较强的稳定开挖面的性能。较强的稳定开挖面的性能。nb.隧道穿过长江大堤隧道穿过长江大堤n隧道最大埋深隧道最大埋深50m,最小埋深最小埋深28m。隧道。隧道在长江大堤下经过在长江大堤下经过,需求严厉控制地表沉需求严厉控制地表沉降。降。nc.水下穿过,水压变化大n最高水柱高度达65m,江底穿越时隧道间隔江底最小覆土厚度为28m,最大水压0166MPa,水压变化大,对盾构的防水性的要求极高。nd.掘进方向控制要求严n盾构一直在坡度为25、3 下坡推进,前段部分坡度较大,后段坡度趋缓,隧道设计掘进方向误差为50mm,要求盾构方向控制才干强。n顺应地层n地层浸透系数

17、n排渣系统n推进力n刀盘n刀具寿命n任务效率n渣石封锁性n施工占地泥水盾构 南岸竖井内径7.5m,深35.5m,隧道全长2756.379m,盾构段施工2021.379m 矿山法施工745m 北岸竖井内径4.0m,深67.5m是目前在建和已建的穿江隧道中最长的一条,被誉为“长江第一长隧。隧道穿越断面设于直线段上,纵坡为单面v 形,由25 到3,变坡点处设竖曲线,曲线半径为5000m,长度22m;隧道埋深在28m 到60m之间。盾构隧道内径2144mm,采用预制钢筋混凝土环片衬砌,衬砌圆环为6 块,环片厚度250mm,采用弯曲螺栓衔接,防水性能为2 级。n二、南京n南京长江隧道工程是中国长江上隧道

18、长度最长、盾构直径最大、工程难度最高、挑战性最多的工程之一n南京长江大桥与三桥之间，衔接河西新城区江心洲浦口区n左线于2021年5月20日10时贯穿n右线于2021年8月22日上午贯穿。8月22日，南京长江隧道随着右线盾构机冲破最后一层加固区实现贯穿 泥程度衡盾构机冲破南京长江隧道右线最后一层加固区 整个工程通道总长约6.2公里，按6车道城市快速通道规模建立，设计车速80km/h 采用“左汊盾构隧道右汊桥梁方案，左汊盾构隧道建筑长度3.9公里；盾构直径近15米，是当今世界上最大直径的盾构隧道之一，仅次于上海长江隧道盾构机。在南京长江隧道中运用的刀盘直径为14.93米、重约4000吨、长130余

19、米、有5层楼高的“巨无霸盾构机。世界上最先进的泥程度衡盾构机 隧道与其它隧道相比，平安性特高。假设发生不测，市民可经过逃生滑梯来到隧道路面下的通道。隧道每隔80米在一侧路面上都有一个大盖子，下去可顺着逃生滑梯到路面下的通道。主要是思索到隧道内发生火灾并产生大量烟雾时逃生所用。另外，隧道内还将安装水喷雾头、加强照明灯、车道信号灯、扬声器、监控摄像机、防冲击侧石、路边沟、电缆通道、平安通道等共23种设置，可充分保证行车平安。n南起河西滨江大道，北至浦口新市区，全长三千零三十二米。由于利用了位于长江之间的一个小岛江心洲，所以南北掘进的隧道都要在这个小岛上出洞，减少了整个隧道在水下的长度。n但即使是利

20、用了小岛做跳板，依然号称中国“水下施工第一难。n有关专家解释说，南京长江隧道要在深达六十五米的水下穿越长江，隧道每平方厘米所接受的水压高达六点五公斤沪崇苏隧道5公斤多/平方厘米，是迄今长江流域工程技术难度最大、地质条件最复杂、难题和挑战最多的世界级越江隧道工程。n施工中击穿冒顶、江底沉降、透水坍塌等风险宏大，前所未有。n南京段江底是长江冲刷段，不同于长江口江底泥沙淤积而成，因此江水更深，水压更大。n南京江底复杂的地质构造，更加大了施工难度。n南京隧道要穿越淤泥、粉细沙、砾砂、卵石和风化岩五种地质。n既要“喝稀饭粉沙和淤泥地质，又要“嗑蚕豆，击碎巩固的卵石和岩石，“难为了要求地质稳定的盾构机刀头

21、。n一是“大，南京长江隧道运用的盾构直径超大，开挖直径到达14.96m，是目前世界上最大的泥程度衡盾构机之一，盾构机尺寸的增大使施工难度和风险呈几何级增长；n二是“高，施工中接受的水土压力到达6.5kg/cm2，(即相当于65m水头压力)，居目前超大直径盾构水下隧道工程之首；n三是“深，隧道最深度处到江底60米处，地层透水性极强，一切水头压力均直接作用在隧道上，江底掘进风险宏大；n四是“薄n江底盾构覆土厚度超浅，江中长150m的冲槽地段，隧道上方覆土厚度缺乏1倍洞径(约10.79m，仅为开挖直径的0.72倍)，且地质为粉细沙层，施工坍塌冒顶风险极大n盾构机始发和接纳超浅埋，隧道洞口段上方覆土厚

22、度仅5.5m(约0.37倍开挖直径)，在同类隧道中埋深最浅，对盾构开挖时开挖面稳定和地层沉降控制的技术要求极高；n五是“长n盾构水下一次掘进间隔长，地质条件复杂，在掘进过程中刀具改换极为困难，两条双向六车道的3020m的盾构段隧道掘进需一气呵成，对刀具维护要求极高。n南京长江隧道三公里的地质对刀具的磨损相当于地铁盾构掘进17公里，而经过江中石英含量高的砂砾层对刀具的磨损相当于同类盾构机在软土地层掘进30公里；n六是“险n在设计方面，超大直径水下盾构隧道的设计实际和阅历在国内几乎是空白，国外阅历也缺乏。n施工方面，地质条件异常复杂，隧道在江底穿越淤泥、粉细沙、砾砂、卵石和风化岩层，透水系数是粘土

23、层的千倍以上，且松散容易坍塌，高透水、高水压的各项目的均到达或超越世界同类工程的风险防备极限。n三、穿黄n2021年10月底n在郑州花园口西，穿越荥阳境内汜水镇的南岸和焦作温县境内的北岸的黄河河床底部40米深处，贯穿了两条4250米长的隧道n清澈的汉江水将由此穿越黄河北上，向北方地域供水，形生长江南来水与东西向的黄河水流的十字立交，擦肩而过，江水不犯河水 n穿黄主体工程由南、北岸渠道、南岸退水洞、进口建筑物、穿黄隧洞、出口建筑物、北岸防护堤、北岸新、老蟒河交叉工程，以及孤柏嘴控导工程等组成，其中最引人注目的难度最大的就是“穿黄隧洞，单洞长4250米，穿越黄河3450米，穿越邙山800米。n“丹

24、江口的水进入黄河南岸的明渠，流入隧洞，自流北岸，穿黄工程实践上就是个倒虹吸。翻水井n邙山南山坡，两条平行的穿黄隧道。隧洞为双洞平行布置，中心线间距为28米，各采用1台盾构机自黄河北岸竖井始发，向南岸掘进。n旁边还有一个小洞口，为退水隧道。n竖井任务复杂，前期的土建工程n由于黄河滩挖到三四米就有水，就要造一道“墙隔水，用泥浆护壁，下钢筋笼，再浇混凝土，围成一个墙。在黄河滩地下打“延续墙国内稀有，在墙内开挖40米深的竖井。n集土建、电气、机械三者一体全自动德国产盾构机换的刀片国产，刀盘140多把刀片。n推着它往前挖的有14组千斤顶，总推力6034吨n隧洞采用双层衬砌，外衬为预制钢筋混凝土管片，内径

25、7.9米，内衬为钢筋混凝土，成洞内径为7.0米，穿黄隧洞最大埋深35米，最小埋深23米n在机器任务时的一瞬间，隧洞口出现了漏水的地方，由于水压甚大，哗哗地往外流。n“洞口钢环全部变形，眼看着水就要把机器给淹了，而且随时有塌方的危险。“整个工程200人全体出动抢险。n经过十几天的抢险和加固，最后把钢环弄得密密麻麻像刺猬一样。n我国第一次采用大直径隧洞穿越黄河淤积层n第一次在我国水利界采用泥程度衡加压式盾构进展隧洞掘进施工n隧洞双层衬砌的构造方式n“没有好机器，想都别想。n挖的时候，只需人坐在前舱，盾构机的刀片在旋转，推进一环宽1.6米就开场拼装管片，完成后再进展下一个循环。n在沙层地质普通40分钟就推进一环，拼装管片需求半个小时，复合地层推进需求5个小时左右。n千年黄河滩，黄河底下的地质很复杂：接近北岸的是沉沙层，接近邙山的逐渐出现黏土、卵石层和复合层n最难的是地质里有些异物，比如大孤石、古树，常把刀片搅断，黄河水也有很大的压力。n整个工程里刀片改换费用几百万元