泥水平衡盾构施工课件

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1、地铁区间隧道施工地铁区间隧道施工泥水平衡盾构泥水平衡盾构龚 珑2015年11月15日1ppt课件 武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所主要内容主要内容一、泥水盾构二、盾构施工三、现场巡视四、问题探讨 武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所一盾构盾构 武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所1 1、盾构起源、盾构起源 1818年年，法法国国工工程程师师麦麦克克布布鲁鲁诺诺尔尔（M.I.Brunel）从从蛀虫钻孔得到启示，最早提出盾构掘进隧道的设想。蛀虫钻孔得到启示，最早提出盾构掘进隧道的设想。武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理

2、研究所优点：优点：在在松松软软含含水水地地层层、地地面面构构筑筑物物不不允允许许拆拆迁迁，施施工工条条件件困困难难地地段段，采采用用盾盾构构法法施施工工隧隧道道能能显显示示其其优优越越性性：机机械械化化程程度度高高、振振动动小小、噪噪声声低低、施施工工速速度度快快、安安全全可可靠靠，对对沿沿线线居居民民、地地下下和和地地面面构构筑筑物及建筑物影响小等。物及建筑物影响小等。缺点：缺点：（1）盾盾构构机机初初期期投投入入费费用用高高，设设备备摊摊销销费费用用大大，对对投投标标企企业业资资金金实力要求高；实力要求高；（2）盾盾构构机机定定购购、制制造造及及运运输输周周期期较较长长，同同时时盾盾构构法

3、法施施工工与与车车站站接口协调较多，对工程筹划要求较高。接口协调较多，对工程筹划要求较高。2 2、盾构法、盾构法 武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所3 3、泥水平衡盾构、泥水平衡盾构（1）工作原理）工作原理在在盾盾构构开开挖挖仓仓内内注注入入压压力力泥泥水水，通通过过泥泥水水加加压压和和外外部部压压力力平平衡衡，在在开开挖挖面面形形成成泥泥膜膜，产产生生泥泥水水平平衡衡，使使开开挖挖面面土土体体稳稳定定。盾盾构构推推进进时时刀刀盘盘切切削削土土体体表表面面的的泥泥膜膜，与与泥泥水水混混合合搅搅拌拌后后形形成成高高密密度度泥泥浆浆，经经泥泥浆浆泵泵送送至至地地面面，泥泥浆浆

4、在在地地面面经经过过分离，再次进入盾构的密封舱，不断地循环排渣。分离，再次进入盾构的密封舱，不断地循环排渣。泥泥膜膜形形成成：当当泥泥水水压压力力大大于于地地下下水水压压力力时时，泥泥水水渗渗入入土土壤壤，在在土土壤壤间间隙隙形形成成一一定定比比例例的的悬悬浮浮颗颗粒粒，被被捕捕获获并并集集聚聚于于开开挖挖面面，泥泥膜膜就就此此形形成成。随随着着时时间间的的推推移移，泥泥膜膜的的厚厚度度不不断断增增加加，渗渗透透抵抵抗抗力力逐逐渐渐增增强强。当当泥泥膜膜抵抵抗抗力力远远大大于于正正面面土土压压时，产生泥水平衡效果。时，产生泥水平衡效果。武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所（

5、2）结构功能）结构功能结结构构划划分分：刀刀盘盘、盾盾体体、人人舱舱、渣渣土土破破碎碎系系统统、泥泥水水循循环环系系统统、管管片片安安装装机机、管管片片小小车车、后后配配套套拖车等。拖车等。功功能能划划分分：盾盾构构掘掘进进机机、掘掘进进管管理理、泥泥水水处处理理、泥水输送和同步注浆等泥水输送和同步注浆等5大系统组成。大系统组成。武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所 武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所 武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所二盾构施工盾构施工 武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所1 1、端头加固、端

6、头加固常常见见的的土土体体加加固固技技术术主主要要有有高高压压旋旋喷喷法法、深深层层搅搅拌拌桩桩、SMWSMW工法、冻结法等。工法、冻结法等。深深层层搅搅拌拌桩桩：利利用用深深层层搅搅拌拌机机械械，用用水水泥泥作作为为固固化化剂剂与与地地基基土土进进行行原原位位的的强强制制粉粉碎碎拌拌合合，待待固固化化后后形形成成不不同同形形状状的的桩、墙体或块体等。桩、墙体或块体等。武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所SMW工工法法：通通过过深深层层搅搅拌拌机机器器搅搅拌拌，让让水水泥泥类类悬悬浊浊液液在在原原地地层层中中与与土土体体反反复复均均匀匀混混合合，并并根根据据一一定定的的间间

7、隔隔插插入入H型型钢钢或或钢钢板板桩桩等等作作为为加加强强基基材材，待待水水泥泥固固结结后后，形形成成的的复复合的连续挡土墙。合的连续挡土墙。冷冷冻冻法法：将将不不稳稳定定的的含含水水地地层层采采用用冻冻结结的的方方法法，使使之之形形成成冻土层，提高其强度和自立性，同时形成完整的防水屏蔽。冻土层，提高其强度和自立性，同时形成完整的防水屏蔽。武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所（1 1）工艺原理）工艺原理 利利用用工工程程钻钻机机钻钻孔孔到到设设计计深深度度，将将一一定定压压力力的的水水泥泥浆浆液液和和空空气气，通通过过其其端端部部侧侧面面的的特特殊殊喷喷嘴嘴同同时时喷喷射射

8、，并并强强制制与与喷喷射射出出来来的的浆浆液液混混合合，胶胶结结硬硬化化。喷喷射射同同时时，旋旋转转并并以以一一定定速速度度提提升升注注浆浆管管，能能在在土土体体中中形形成成明明显显的的拌拌和加固体。和加固体。高压旋喷法高压旋喷法 武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所（2 2）工艺流程）工艺流程 武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所内容内容编号编号检查检查项目项目标准标准检查检查方法方法备注备注1加固土体强度加固土体强度1MPa在每条隧道开挖线外侧施工在每条隧道开挖线外侧施工2个钻孔取芯检查。个钻孔取芯检查。（钻孔深度至开挖线底部）（钻孔深度至开挖线底部

9、）取岩土芯进行取岩土芯进行抗压强度试验抗压强度试验2加固体渗透性加固体渗透性1立方立方/d不得漏泥砂不得漏泥砂在洞门范围上下左右及中心各在洞门范围上下左右及中心各施工钻孔施工钻孔1个，检查其渗水量。个，检查其渗水量。钻孔要打钻孔要打穿地穿地下连续墙下连续墙3加固体匀质性加固体匀质性加固体均匀加固体均匀利用利用钻孔钻孔取取芯芯进行检查进行检查现场判定现场判定（3 3）地层加固效果检查）地层加固效果检查 武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所水文地质水文地质开开挖挖面面位位于于粉粉质质粘粘土土加加砂砂、粉粉细细砂砂，地地下下水水丰丰富富、水位高且具有水位高且具有承压承压特征。特征

10、。端头加固及降水端头加固及降水盾盾构构始始发发端端头头采采用用高高压压旋旋喷喷桩桩加加固固，始始发发前前降降水水至至开挖面以下开挖面以下1m1m。（4 4）王宗区间）王宗区间 武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所端端头头平平面面加加固固区区域域12.2m12.2m（横横向向）12m12m（纵纵向向），立立面面加加固固深深度度12.2m12.2m，加加固固区区为为隧隧道道轮轮廓廓上上下下左左右右各各3m3m，前方前方12m12m，三，三重管旋喷桩采用重管旋喷桩采用800500mm800500mm。武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所3 3、盾构机安装与调试

11、、盾构机安装与调试（1 1）盾构始发基座）盾构始发基座基基座座结结构构：基基座座由由两两根根工工字字钢钢通通过过钢钢板板焊焊接接在在一一起起，组组成成箱箱式式结结构构钢钢梁梁。在在钢钢梁梁上上设设置置钢钢轨轨作作为为盾盾构构导导向向轨轨道道。基基座座就就位位后后通通过过横横向向和斜向进行加固，两边使用横梁与始发洞口的预埋件进行焊接加固。和斜向进行加固，两边使用横梁与始发洞口的预埋件进行焊接加固。武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所（2 2）盾构机组装与调试）盾构机组装与调试 武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所 武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学

12、工程管理研究所盾构机空载调试盾构机空载调试主主要要调调试试内内容容：液液压压系系统统，润润滑滑系系统统，冷冷却却系系统统，配配电电系系统统，注浆系统以及各种仪表的校正。注浆系统以及各种仪表的校正。电气部分运行调试：电气部分运行调试：检查送电检查送电检查电机检查电机分系统参数设置与试运行分系统参数设置与试运行整机试运行整机试运行整机再次调试。整机再次调试。液压部分运行调试：液压部分运行调试：推进系统推进系统管片安装机管片安装机管片吊机和拖拉小车管片吊机和拖拉小车泥浆系统泥浆系统注注浆系统。浆系统。武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所（3 3）反力架及支撑系统安装）反力架及支撑

13、系统安装反反力力架架采采用用组组合合钢钢结结构构件件，盾盾构构始始发发时时反反力力支支撑撑约需提供约需提供20002000吨吨的反力。的反力。武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所4 4、洞门密封、洞门破除、洞门密封、洞门破除（1 1）洞门密封）洞门密封洞门洞门密封装置由一道橡胶密封与两道钢丝刷组成密封装置由一道橡胶密封与两道钢丝刷组成 武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所（1 1）洞门破除）洞门破除洞门结构形式洞门结构形式：地下连续墙施工洞口封门、钻孔灌注桩施工洞口封门、地下连续墙施工洞口封门、钻孔灌注桩施工洞口封门、SMW工法施工洞口封门、特殊封门工法

14、施工洞口封门、特殊封门 武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所人工凿除人工凿除，凿除工作分两步：，凿除工作分两步：p第一步：以手持风镐方式第一步：以手持风镐方式从上至下分层凿除从上至下分层凿除洞门范洞门范围内的围护结构外部混凝土和钢筋，保留最内层钢围内的围护结构外部混凝土和钢筋，保留最内层钢筋，对端头土体进行保护；筋，对端头土体进行保护；p第二步：盾构准备推进，割除围护结构内层钢筋，第二步：盾构准备推进，割除围护结构内层钢筋，刀盘抵拢掌子面刀盘抵拢掌子面。武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所5 5、负环安装、负环安装第第一一环环负负环环管管片片拼拼装装前前

15、，在在盾盾尾尾管管片片拼拼装装区区170170度度范范围围内内均均匀匀安安设设6 6根根长长2m2m、厚厚80mm80mm的的定定位位垫垫块块（盾盾尾尾内内侧侧与与管管片片外外弧弧面面的的间间隙隙为为85mm85mm），在在盾盾构构内内拼拼装装好好整整环环后后利利用用盾盾构构推推进进千千斤斤顶顶将将管管片片缓缓慢慢推推出出，当当管管片片推推出出1700mm1700mm后后开开始始拼拼装装第第二二环环管管片片（切切不不可可将将第第一一环环管管片片全全部部推推出出垫垫块块范范围围再再拼拼装装第第二二环环，避避免免管管片片下下沉沉）。负环管片按照错缝的方式进行拼装。负环管片按照错缝的方式进行拼装。武

16、汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所 武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所5 5、盾构掘进、盾构掘进（1 1）掘进参数）掘进参数掘进参数设定值备注泥水仓中心压力1.21.5bar考虑地层土体侧压系数0.4，系数取1.11.3。进浆比重1.10始发端处于粉质粘土和粉细砂层进浆粘度19始发端处于粘性土层掘进速度02cm/min最快掘进速度为6cm；避免泥饼产生进排泥浆流量差与掘进速度相匹配避免大的超挖埋深、姿态、本环掘进量、同步注浆量、推力、扭矩埋深、姿态、本环掘进量、同步注浆量、推力、扭矩 武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所 武汉地铁安

17、全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所p材料：铸铁管片、材料：铸铁管片、钢管片钢管片、预制钢筋混凝土管片预制钢筋混凝土管片p管管片片厚厚度度一一般般为为隧隧道道外外径径的的0.50.60.50.6倍倍，采采用用300mm300mm或或350mm350mm，管片的宽度，管片的宽度80080015001500mmmm。p环类型：标准环左、右楔型环环类型：标准环左、右楔型环p环分块：标准块环分块：标准块+邻接块邻接块+封顶块，封顶块，6 6块块p拼装工艺：拼装工艺：错缝拼装，先环后纵，先下后上，封顶成环错缝拼装，先环后纵，先下后上，封顶成环（2 2）管片拼装）管片拼装 武汉地铁安全预警系统与

18、咨询服务华中科技大学工程管理研究所 武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所 武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所（3 3）同步注浆及二次注浆）同步注浆及二次注浆p同同步步注注浆浆：在在盾盾构构掘掘进进过过程程中中，向向脱脱出出盾盾尾尾的的管管片片背背后后同同步步注注入入足足量量的的浆浆液液材材料料充充填填盾盾尾尾环环形形建建筑筑空空隙隙，采采用用盾盾尾尾内内置置的的注注浆管浆管进行同步注浆。进行同步注浆。p二二次次注注浆浆：一一般般在在管管片片与与围围岩岩间间的的空空隙隙充充填填密密实实性性差差或或管管片片衬衬砌出现渗漏的情况下，通过管片注浆孔向管片背后二

19、次注浆。砌出现渗漏的情况下，通过管片注浆孔向管片背后二次注浆。武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所 武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所6 6、盾构接收、盾构接收（1 1）端头加固及降水）端头加固及降水（3 3）洞门密封、洞门破除）洞门密封、洞门破除（4 4）盾构机拆除）盾构机拆除（2 2）盾构接收架安装）盾构接收架安装 武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所7 7、盾构空推、盾构空推（1 1）导台施作）导台施作（2 2）盾构空推）盾构空推（3 3）管片背衬回填）管片背衬回填 武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所 武

20、汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所（3 3）管片背衬回填）管片背衬回填p喷喷射射米米石石回回填填:利利用用混混凝凝土土喷喷射射机机向向盾盾壳壳外外喷喷射射米米石石（5 510mm10mm连连续续级级配配的的花花岗岗岩岩米米石石），在在管管片片脱脱离离盾盾尾尾时时对对管管片片进进行行支支撑撑，防防止止管管片片下下沉沉产产生生错错台台，并增加盾构向前推进的摩擦力。并增加盾构向前推进的摩擦力。p同步注浆同步注浆p补补充充注注浆浆：采采用用二二次次注注浆浆、地地面面钻钻孔孔注注浆浆，填填充充管管片背后尤其是顶部的空洞。片背后尤其是顶部的空洞。武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大

21、学工程管理研究所 武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所三现场巡视现场巡视 武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所1 1、盾构法施工风险时空分布及关注内容、盾构法施工风险时空分布及关注内容链接链接 附件附件5 5 盾构法施工风险时空分布及关注内容盾构法施工风险时空分布及关注内容.xls.xls2 2、盾构隧道工程安全风险巡视记录表、盾构隧道工程安全风险巡视记录表链接链接 附件附件10 10 盾构隧道工程安全风险巡视记录表盾构隧道工程安全风险巡视记录表.doc.doc 武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所四问题探讨问题探讨 武汉地铁安全预警系统与咨询服务华中科技大学工程管理研究所谢谢大家！