泥水平衡盾構(gòu)施工

1、地鐵區(qū)間隧道施工地鐵區(qū)間隧道施工泥水平衡盾構(gòu)泥水平衡盾構(gòu)龔 瓏2015年11月15日 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、泥水盾構(gòu)二、盾構(gòu)施工三、現(xiàn)場巡視四、問題探討 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所盾構(gòu)盾構(gòu) 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所1 1、盾構(gòu)起源、盾構(gòu)起源 1818年，法國工程師麥克年，法國工程師麥克布魯諾爾布魯諾爾（M. I. Brunel）從蛀蟲鉆孔得到啟示，最早提出盾構(gòu)掘進隧道的設(shè)想。從蛀蟲鉆孔得到啟示，最早提出盾構(gòu)掘進隧道的設(shè)想。 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所

2、優(yōu)點：優(yōu)點：在松軟含水地層、地面構(gòu)筑物不允許拆遷，施工條件困難地段，在松軟含水地層、地面構(gòu)筑物不允許拆遷，施工條件困難地段，采用盾構(gòu)法施工隧道能顯示其優(yōu)越性：機械化程度高、振動小、采用盾構(gòu)法施工隧道能顯示其優(yōu)越性：機械化程度高、振動小、噪聲低、施工速度快、安全可靠，對沿線居民、地下和地面構(gòu)筑噪聲低、施工速度快、安全可靠，對沿線居民、地下和地面構(gòu)筑物及建筑物影響小等。物及建筑物影響小等。缺點：缺點：（1）盾構(gòu)機初期投入費用高，設(shè)備攤銷費用大，對投標(biāo)企業(yè)資）盾構(gòu)機初期投入費用高，設(shè)備攤銷費用大，對投標(biāo)企業(yè)資金實力要求高；金實力要求高；（2）盾構(gòu)機定購、制造及運輸周期較長，同時盾構(gòu)法施工與車）盾構(gòu)機

3、定購、制造及運輸周期較長，同時盾構(gòu)法施工與車站接口協(xié)調(diào)較多，對工程籌劃要求較高。站接口協(xié)調(diào)較多，對工程籌劃要求較高。2 2、盾構(gòu)法、盾構(gòu)法 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所3 3、泥水平衡盾構(gòu)、泥水平衡盾構(gòu)（1）工作原理）工作原理在盾構(gòu)開挖倉內(nèi)注入壓力泥水，通過泥水加壓和外部壓在盾構(gòu)開挖倉內(nèi)注入壓力泥水，通過泥水加壓和外部壓力平衡，在開挖面形成泥膜，產(chǎn)生泥水平衡，使開挖面土體力平衡，在開挖面形成泥膜，產(chǎn)生泥水平衡，使開挖面土體穩(wěn)定。盾構(gòu)推進時刀盤切削土體表面的泥膜，與泥水混合攪穩(wěn)定。盾構(gòu)推進時刀盤切削土體表面的泥膜，與泥水混合攪拌后形成高密度泥漿，經(jīng)泥漿泵送至地面，泥漿

4、在地面經(jīng)過拌后形成高密度泥漿，經(jīng)泥漿泵送至地面，泥漿在地面經(jīng)過分離，再次進入盾構(gòu)的密封艙，不斷地循環(huán)排渣。分離，再次進入盾構(gòu)的密封艙，不斷地循環(huán)排渣。泥膜形成：當(dāng)泥水壓力大于地下水壓力時，泥水滲入泥膜形成：當(dāng)泥水壓力大于地下水壓力時，泥水滲入土壤，在土壤間隙形成一定比例的懸浮顆粒，被捕獲并集聚土壤，在土壤間隙形成一定比例的懸浮顆粒，被捕獲并集聚于開挖面，泥膜就此形成。隨著時間的推移，泥膜的厚度不于開挖面，泥膜就此形成。隨著時間的推移，泥膜的厚度不斷增加，滲透抵抗力逐漸增強。當(dāng)泥膜抵抗力遠大于正面土斷增加，滲透抵抗力逐漸增強。當(dāng)泥膜抵抗力遠大于正面土壓時，產(chǎn)生泥水平衡效果。壓時，產(chǎn)生泥水平衡效果

5、。 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所（2）結(jié)構(gòu)功能）結(jié)構(gòu)功能結(jié)構(gòu)劃分結(jié)構(gòu)劃分：刀盤、盾體、人艙、渣土破碎系統(tǒng)、：刀盤、盾體、人艙、渣土破碎系統(tǒng)、泥水循環(huán)系統(tǒng)、管片安裝機、管片小車、后配套泥水循環(huán)系統(tǒng)、管片安裝機、管片小車、后配套拖車等。拖車等。功能劃分功能劃分：盾構(gòu)掘進機、掘進管理、泥水處理、：盾構(gòu)掘進機、掘進管理、泥水處理、泥水輸送和同步注漿等泥水輸送和同步注漿等5大系統(tǒng)組成。大系統(tǒng)組成。 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所盾構(gòu)施工

6、盾構(gòu)施工 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所1 1、端頭加固、端頭加固常見的土體加固技術(shù)主要有常見的土體加固技術(shù)主要有高壓旋噴法高壓旋噴法、深層攪拌樁、深層攪拌樁、SMWSMW工法、凍結(jié)法等。工法、凍結(jié)法等。深層攪拌樁深層攪拌樁：利用深層攪拌機械，用水泥作為固化劑與地：利用深層攪拌機械，用水泥作為固化劑與地基土進行原位的強制粉碎拌合，待固化后形成不同形狀的基土進行原位的強制粉碎拌合，待固化后形成不同形狀的樁、墻體或塊體等。樁、墻體或塊體等。 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所SMW工法工法：通過深層攪拌機器攪拌，讓水泥類懸濁液在：通過深層攪拌機器攪拌

7、，讓水泥類懸濁液在原地層中與土體反復(fù)均勻混合，并根據(jù)一定的間隔插入原地層中與土體反復(fù)均勻混合，并根據(jù)一定的間隔插入H型鋼或鋼板樁等作為加強基材，待水泥固結(jié)后，形成的復(fù)型鋼或鋼板樁等作為加強基材，待水泥固結(jié)后，形成的復(fù)合的連續(xù)擋土墻。合的連續(xù)擋土墻。冷凍法冷凍法：將不穩(wěn)定的含水地層采用凍結(jié)的方法，使之形成：將不穩(wěn)定的含水地層采用凍結(jié)的方法，使之形成凍土層，提高其強度和自立性，同時形成完整的防水屏蔽。凍土層，提高其強度和自立性，同時形成完整的防水屏蔽。 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所（1 1）工藝原理）工藝原理 利用工程鉆機鉆孔到設(shè)計深度，將一定壓力的水泥利用工程鉆機鉆孔

8、到設(shè)計深度，將一定壓力的水泥漿液和空氣，通過其端部側(cè)面的特殊噴嘴同時噴射，并漿液和空氣，通過其端部側(cè)面的特殊噴嘴同時噴射，并強制與噴射出來的漿液混合，膠結(jié)硬化。噴射同時，旋強制與噴射出來的漿液混合，膠結(jié)硬化。噴射同時，旋轉(zhuǎn)并以一定速度提升注漿管，能在土體中形成明顯的拌轉(zhuǎn)并以一定速度提升注漿管，能在土體中形成明顯的拌和加固體。和加固體。高壓旋噴法高壓旋噴法 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所（2 2）工藝流程）工藝流程 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所內(nèi)容內(nèi)容編號編號檢查檢查項目項目標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)檢查檢查方法方法備注備注1加固土體強度加固土體強度1MPa在

9、每條隧道開挖線外側(cè)施工在每條隧道開挖線外側(cè)施工2個鉆孔取芯檢查。個鉆孔取芯檢查。（鉆孔深度至開挖線底部）（鉆孔深度至開挖線底部）取巖土芯進行取巖土芯進行抗壓強度試驗抗壓強度試驗2加固體滲透性加固體滲透性1立方立方/d不得漏泥砂不得漏泥砂在洞門范圍上下左右及中心各在洞門范圍上下左右及中心各施工鉆孔施工鉆孔1個，檢查其滲水量。個，檢查其滲水量。鉆孔要打穿地鉆孔要打穿地下連續(xù)墻下連續(xù)墻3加固體勻質(zhì)性加固體勻質(zhì)性加固體均勻加固體均勻利用鉆孔取芯利用鉆孔取芯進行檢查進行檢查現(xiàn)場判定現(xiàn)場判定（3 3）地層加固效果檢查）地層加固效果檢查 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所水文地質(zhì)水文地

10、質(zhì)開挖面位于開挖面位于粉質(zhì)粘土加砂、粉細砂粉質(zhì)粘土加砂、粉細砂，地下水豐富、，地下水豐富、水位高且具有水位高且具有承壓承壓特征。特征。端頭加固及降水端頭加固及降水盾構(gòu)始發(fā)端頭采用盾構(gòu)始發(fā)端頭采用高壓旋噴樁高壓旋噴樁加固，始發(fā)前降水至加固，始發(fā)前降水至開挖面以下開挖面以下1m1m。（4 4）王宗區(qū)間）王宗區(qū)間 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所端頭平面加固區(qū)域端頭平面加固區(qū)域12.2m12.2m（橫向）（橫向）12m12m（縱向），（縱向），立面加固深度立面加固深度12.2m12.2m，加固區(qū)為隧道輪廓上下左右各，加固區(qū)為隧道輪廓上下左右各3m3m，前方前方12m12m，三

11、重管旋噴樁采用，三重管旋噴樁采用800500mm800500mm。 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所3 3、盾構(gòu)機安裝與調(diào)試、盾構(gòu)機安裝與調(diào)試（1 1）盾構(gòu)始發(fā)基座）盾構(gòu)始發(fā)基座基座結(jié)構(gòu)：基座由兩根工字鋼通過鋼板焊接在一起，組成箱式結(jié)基座結(jié)構(gòu)：基座由兩根工字鋼通過鋼板焊接在一起，組成箱式結(jié)構(gòu)鋼梁。在鋼梁上設(shè)置鋼軌作為盾構(gòu)導(dǎo)向軌道?；臀缓笸ㄟ^橫向構(gòu)鋼梁。在鋼梁上設(shè)置鋼軌作為盾構(gòu)導(dǎo)向軌道。基座就位后通過橫向和斜向進行加固，兩邊使用橫梁與始發(fā)洞口的預(yù)埋件進行焊接加固。和斜向進行加固，兩邊使用橫梁與始發(fā)洞口的預(yù)埋件進行焊接加固。 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工

12、程管理研究所（2 2）盾構(gòu)機組裝與調(diào)試）盾構(gòu)機組裝與調(diào)試 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所盾構(gòu)機空載盾構(gòu)機空載調(diào)試調(diào)試主要調(diào)試內(nèi)容：液壓系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，配電系統(tǒng)，主要調(diào)試內(nèi)容：液壓系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，配電系統(tǒng)，注漿系統(tǒng)以及各種儀表的校正。注漿系統(tǒng)以及各種儀表的校正。電氣部分運行調(diào)試：電氣部分運行調(diào)試：檢查送電檢查送電檢查電機檢查電機分系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置與試運行分系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置與試運行整機試運行整機試運行整機再次調(diào)試。整機再次調(diào)試。液壓部分運行調(diào)試：液壓部分運行調(diào)試：推進系統(tǒng)推進系統(tǒng)管片安裝機管片安裝機管片

13、吊機和拖拉小車管片吊機和拖拉小車泥漿系統(tǒng)泥漿系統(tǒng)注注漿系統(tǒng)。漿系統(tǒng)。 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所（3 3）反力架及支撐系統(tǒng)安裝）反力架及支撐系統(tǒng)安裝反力架采用組合鋼結(jié)構(gòu)件，盾構(gòu)始發(fā)時反力支撐反力架采用組合鋼結(jié)構(gòu)件，盾構(gòu)始發(fā)時反力支撐約需提供約需提供20002000噸噸的反力。的反力。 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所4 4、洞門密封、洞門破除、洞門密封、洞門破除（1 1）洞門密封）洞門密封洞門洞門密封裝置由一道橡膠密封與兩道鋼絲刷組成密封裝置由一道橡膠密封與兩道鋼絲刷組成 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所（1 1）洞

14、門破除）洞門破除洞門結(jié)構(gòu)形式洞門結(jié)構(gòu)形式：地下連續(xù)墻施工洞口封門、鉆孔灌注樁施工洞口封門、地下連續(xù)墻施工洞口封門、鉆孔灌注樁施工洞口封門、SMW工法施工洞口封門、特殊封門工法施工洞口封門、特殊封門 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所人工鑿除人工鑿除，鑿除工作分兩步：，鑿除工作分兩步：p 第一步：以手持風(fēng)鎬方式第一步：以手持風(fēng)鎬方式從上至下分層鑿除從上至下分層鑿除洞門范洞門范圍內(nèi)的圍護結(jié)構(gòu)外部混凝土和鋼筋，保留最內(nèi)層鋼筋圍內(nèi)的圍護結(jié)構(gòu)外部混凝土和鋼筋，保留最內(nèi)層鋼筋，對端頭土體進行保護；，對端頭土體進行保護；p 第二步：盾構(gòu)準(zhǔn)備推進，割除圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)層鋼筋，第二步：盾構(gòu)準(zhǔn)備推

15、進，割除圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)層鋼筋，刀盤抵?jǐn)n掌子面刀盤抵?jǐn)n掌子面。 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所5 5、負環(huán)安裝、負環(huán)安裝第一環(huán)負環(huán)管片拼裝前，在盾尾管片拼裝區(qū)第一環(huán)負環(huán)管片拼裝前，在盾尾管片拼裝區(qū)170170度范圍內(nèi)均度范圍內(nèi)均勻安設(shè)勻安設(shè)6 6根長根長2m2m、厚、厚80mm80mm的定位墊塊（盾尾內(nèi)側(cè)與管片外弧面的的定位墊塊（盾尾內(nèi)側(cè)與管片外弧面的間隙為間隙為85mm85mm），在盾構(gòu)內(nèi)拼裝好整環(huán)后利用盾構(gòu)推進千斤頂將管），在盾構(gòu)內(nèi)拼裝好整環(huán)后利用盾構(gòu)推進千斤頂將管片緩慢推出，當(dāng)管片推出片緩慢推出，當(dāng)管片推出1700mm1700mm后開始拼裝第二環(huán)管片（切不可后開始拼裝

16、第二環(huán)管片（切不可將第一環(huán)管片全部推出墊塊范圍再拼裝第二環(huán)，避免管片下沉）將第一環(huán)管片全部推出墊塊范圍再拼裝第二環(huán)，避免管片下沉）。負環(huán)管片按照錯縫的方式進行拼裝。負環(huán)管片按照錯縫的方式進行拼裝。 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所5 5、盾構(gòu)掘進、盾構(gòu)掘進（1 1）掘進參數(shù)）掘進參數(shù)掘進參數(shù)設(shè)定值備注泥水倉中心壓力1.21.5bar考慮地層土體側(cè)壓系數(shù)0.4，系數(shù)取1.11.3。進漿比重1.10始發(fā)端處于粉質(zhì)粘土和粉細砂層進漿粘度19始發(fā)端處于粘性土層掘進速度02cm/min最快掘進速度為6cm；避免泥餅產(chǎn)生進排

17、泥漿流量差與掘進速度相匹配避免大的超挖埋深、姿態(tài)、本環(huán)掘進量、同步注漿量、推力、扭矩埋深、姿態(tài)、本環(huán)掘進量、同步注漿量、推力、扭矩 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所p 材料：鑄鐵管片、材料：鑄鐵管片、鋼管片鋼管片、預(yù)制鋼筋混凝土管片預(yù)制鋼筋混凝土管片p 管片厚度一般為隧道外徑的管片厚度一般為隧道外徑的0.50.60.50.6倍，采用倍，采用300mm300mm或或350mm350mm，管片的寬度，管片的寬度80080015001500mmmm。p 環(huán)類型：標(biāo)準(zhǔn)環(huán)左、右楔型環(huán)環(huán)類型：標(biāo)準(zhǔn)環(huán)左、右楔型環(huán)p 環(huán)分塊：標(biāo)

18、準(zhǔn)塊環(huán)分塊：標(biāo)準(zhǔn)塊+ +鄰接塊鄰接塊+ +封頂塊，封頂塊，6 6塊塊p 拼裝工藝：拼裝工藝：錯縫拼裝，先環(huán)后縱，先下后上，封頂成環(huán)錯縫拼裝，先環(huán)后縱，先下后上，封頂成環(huán)（2 2）管片拼裝）管片拼裝 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所（3 3）同步注漿及二次注漿）同步注漿及二次注漿p 同步注漿同步注漿：在盾構(gòu)掘進過程中，在盾構(gòu)掘進過程中，向向脫出盾尾的管片背后同步注脫出盾尾的管片背后同步注入足量的漿液材料充填入足量的漿液材料充填盾尾環(huán)形建筑空隙盾尾環(huán)形建筑空隙

19、，采用采用盾尾內(nèi)置的注盾尾內(nèi)置的注漿管漿管進行同步注漿。進行同步注漿。p 二次注漿二次注漿：一般在管片與圍巖間的空隙充填密實性差或管片襯：一般在管片與圍巖間的空隙充填密實性差或管片襯砌出現(xiàn)滲漏的情況下，通過管片注漿孔向管片背后二次注漿。砌出現(xiàn)滲漏的情況下，通過管片注漿孔向管片背后二次注漿。 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所6 6、盾構(gòu)接收、盾構(gòu)接收（1 1）端頭加固及降水）端頭加固及降水（3 3）洞門密封、洞門破除）洞門密封、洞門破除（4 4）盾構(gòu)機拆除）盾構(gòu)機拆除（2 2）盾構(gòu)接收架安裝）盾構(gòu)接收架安裝 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)工程管理研究所7 7、盾構(gòu)空推、盾構(gòu)空推（1 1）導(dǎo)臺施作）導(dǎo)臺施作（2 2）盾構(gòu)空推）盾構(gòu)空推（3 3）管片背襯回填）管片背襯回填 武漢地鐵安全預(yù)警系統(tǒng)與咨詢服務(wù)華中科技大學(xué)