盾構法隧道施工原理、常見難點和問題

盾構法隧道施工原理、常見難點和問題談家龍

目錄一、盾構法隧道施工發(fā)展歷史二、盾構法隧道施工原理三、盾構法隧道施工流程四、盾構法隧道施工關鍵要素五、盾構法隧道施工常見難點和問題六、結語一、盾構法隧道施工的發(fā)展歷史起源概念與分類盾構工法在中國發(fā)展趨勢（一）起源1818年，英國工程師布魯諾爾(M.I.Bruner)，最早提出了用盾構法建設隧道的設想，并在英國取得了專利。1825年，他第一次在倫敦泰晤河下開始用一個斷面高6.8m、寬11.4m的矩形盾構修建隧道。1843年，經(jīng)過18年施工，完成了全長1100m的第一條盾構法隧道。1828年1月12日泰晤河水涌入盾構機（二）概念與分類盾構機(ShieldMachine),是一種全封閉的隧道掘進設備,主要由掘進系統(tǒng)、同步注漿系統(tǒng)、出渣系統(tǒng)、渣土改良系統(tǒng)、拼裝系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、導向系統(tǒng)等組成，利用襯砌管片提供反力,不能連續(xù)掘進。隧道掘進機(TunnelBoringMachine),簡稱TBM，硬巖掘進機,部分封閉,圍巖暴露并可提供反作用力,可連續(xù)掘進。（二）概念與分類“盾”——“防御、保護”，指刀盤、盾殼；“構”——“構筑、修建”，即管片襯砌和注漿；指使用盾構機，一邊保持開挖面及圍巖穩(wěn)定，一邊進行開挖面土體掘進、出渣，同步實施管片背后注漿，在盾尾內拼裝管片形成襯砌，從而在最大減少擾動圍巖條件下修建隧道的方法。

（二）概念與分類1.按照開挖面平衡方式分為：土壓平衡式，適用于各種土層、巖層等復合地層；泥水平衡式，適用于含水砂層以及軟流塑、流動性等軟弱地層；對地面沉降要求高的項目；復合式，適應性更廣（二二））概概念念與與分分類類2.按照照直直徑徑大大小小分分為為：：巨型型盾盾構構，，大大于于12米；；15.43、14.9米；；常規(guī)規(guī)盾盾構構，，大大于于6米；；6.28、6.34、6.68米；；微型型盾盾構構，，小小于于3米。。0.15到3米。。（二二））概概念念與與分分類類3.按照照開開挖挖面面敞敞開開程程度度分分為為：：全敞敞開開式式，，手手掘掘式式、、半半機機械械式式、、機機械械式式半敞敞開開式式，，半半擠擠壓壓、、全全擠擠壓壓、、網(wǎng)網(wǎng)格格式式全封封閉閉式式，，土土壓壓、、泥泥水水、、復復合合式式（二二））概概念念與與分分類類4.按照照斷斷面面形形式式分分為為圓形形盾盾構構矩形形盾盾構構異形形盾盾構構（（雙雙圓圓、、三三圓圓、、球球形形））（三三））盾盾構構工工法法在在中中國國北京京地地鐵鐵上海海地地鐵鐵廣州州地地鐵鐵其它它城城市市北京京地地鐵鐵2000年9月，，北北京京地地鐵鐵五五號號線線雍雍和和宮宮站站至至北北新新橋橋站站區(qū)區(qū)間間首首次次采采用用盾盾構構法法施施工工。。2000年-2014年，，高高速速發(fā)發(fā)展展期期。。建建成成運運營營17條線線路路，，總總長長527公里里。。日日均均客客流流約約1000萬人人次次。。是是國國內內最最繁繁忙忙的的軌軌道道交交通通系系統(tǒng)統(tǒng)。。根據(jù)據(jù)線線網(wǎng)網(wǎng)規(guī)規(guī)劃劃，，2020年將將建建成成30條線路，運營營里程超過1000公里。上海地鐵1994年，上海延安安東路南線隧隧道首次使用用土壓平衡盾盾構機施工。。2003年上海隧道股股份設計制造造第一臺國產(chǎn)產(chǎn)盾構機。截至2014年，共建成運運營14條線路，總計計525.2公里。根據(jù)線線網(wǎng)規(guī)劃，2017年總里程689公里，2020年總里程808公里。廣州地鐵1995-1999年1號線建成運營營；首次引入入盾構法進行行隧道施工。。1999年以后，2、3、4號線大量采用用盾構法隧道道修建；2010年高峰期，75臺盾構同時掘掘進。截至2014年，共有9條營運路線（（1號線、2號線、3號線、4號線、5號線、6號線、8號線、廣佛線線及APM線），總長為為260.5公里。2017年底，將新建建10條線路，260公里新線?？偪偫锍坛^500公里。其它城市國內目前地鐵鐵已經(jīng)開工的的共23個城市，國務務院批準的有有33個城市，國內內地鐵建設趨趨勢由中心城城區(qū)向四周輻輻射，十二五五期間將是地地鐵建設發(fā)展展高潮期。國內城市軌道道交通建設盾盾構工法的使使用比例已經(jīng)經(jīng)超過85%。（四）發(fā)展趨趨勢超大直徑復合型大深度、大坡坡度、小曲率率二﹑盾構法隧道施施工原理盾構法隧道施施工的工作原原理盾構法隧道施施工的特點盾構法隧道施施工的優(yōu)點盾構法隧道施施工的缺點（一）盾構法法隧道施工工工作原理盾構機千斤頂頂利用已成型型管片提供反反力，向前施施加推力，利利用刀盤旋轉轉切削掌子面面土體（保持持土倉壓力）），通過螺旋旋輸送機（管管道）把渣土土輸送出來，，拼裝機拼裝裝管片形成襯襯砌，管片背背后同步注漿漿，形成永久久結構。土壓平衡盾構構機工作原理理示意圖泥水盾構機工工作原理示意意圖（二）盾構法法隧道施工的的特點地下施工，必必須面對復雜雜的地質條件件和敏感的地地面環(huán)境。所用設備集成成度高，技術術含量高，對對人的要求較較高。涉及的專業(yè)領領域較多，對對復合型人才才有較多需求求。（三）盾構法法隧道施工的的優(yōu)點高效率。機械械化作業(yè)程度度高，施工速速度快，采用用預制管片襯襯砌，一次成成型，施工質質量易于控制制。經(jīng)濟效率率顯著。高安全。施工工作業(yè)環(huán)境好好，施工人員員安全得到有有效保障。對對周圍環(huán)境影影響小，地表表沉降易于控控制。高適應。不影影響地面交通通，不影響航航運通航，不不受風雨等氣氣候條件影響響。不受地質質限制。（四）盾構法法隧道施工的的缺點盾構機制造周周期長，設備備投入較大；；準備難且費用用高，短距離離隧道不經(jīng)濟濟；小曲線隧道施施工較為困難難，施工質量量得不到保障障；淺埋隧道覆土土太淺，盾構構法施工難度度很大；施工過程變化化斷面尺寸困困難；三、盾構法隧隧道施工流程程總體流程：盾盾構法施工總總體流程局部流程：盾盾構機掘進流流程（一）總體流流程始發(fā)井（車站站）交付使用用→盾構托架架就位→盾構構機下井組裝裝、調試、驗驗收→初始掘掘進（L=80-100米）→負環(huán)拆拆除及其它調調整（換裝））→正常掘進進→盾構機到到達中間站→→盾構機通過過中間站→盾盾構機再次組組裝、調試、、驗收→盾構構機再次初始始掘進→正常常掘進→盾構構機到達終點點站→盾構機機解體外運→→隧道清理、、管片修補、、堵漏→工程程驗收。盾構機下井盾構機就位調試初始掘進正常掘進到達車站過站再次始發(fā)到達終點站盾構機解體外運負環(huán)拆除始發(fā)端頭加固反力架安裝洞門密封圈安裝洞門圍護墻鑿除到達端頭加固洞門密封圈安裝盾構機托架再次就位調試始發(fā)井中間站到達站盾構法隧道施施工流程圖（二）局部流流程準備工作（風風、水、電、、漿液、渣車車、管片）→→啟動液壓系系統(tǒng)→啟動動刀盤→啟啟動次級渣土土運輸系統(tǒng)（（皮帶機）→→啟動推進千千斤頂→啟動動首級渣土運運輸系統(tǒng)（螺螺旋機）→同同步注漿→停停止掘進→安安裝管片→準準備下一環(huán)掘掘進。開挖→出土→→注漿→拼裝裝四盾構法隧隧道施工關鍵鍵要素研究對手，地地質研究兵器，盾盾構機研究招式，技技術（一）研究對對手，地質（二）研究兵兵器-盾構機系統(tǒng)總總成（二）研究兵兵器-盾構機系統(tǒng)總總成（二）研究兵兵器-盾構機系統(tǒng)總總成（二）研究兵兵器-盾構機系統(tǒng)總總成1掘進系統(tǒng)2同步注漿系統(tǒng)統(tǒng)3出渣系統(tǒng)4管片拼裝系統(tǒng)統(tǒng)5導向系統(tǒng)6密封系統(tǒng)7渣土改良系統(tǒng)統(tǒng)8風、水、電、、氣系統(tǒng)9管片管片型式主要參數(shù)連接方式防水材料管片選型盾構隧道管片片襯砌構造示示意圖（三）研究招招式盾構機操作技技術盾盾構機過過站技術管片選型技術術端端頭地地層處理技術術盾構機測量導導向技術隧隧道防水技術術管片背后回填填注漿技術其其它它技術盾構機始發(fā)掘掘進技術盾構機到達技技術1盾構機的操作作技術做好操作前的的準備工作嚴格按操作規(guī)規(guī)程進行操作作按照操作指令令的控制掘進進參數(shù)(刀盤轉速﹑扭矩﹑土倉壓力﹑推力﹑掘進速度﹑鉸接角度﹑注漿壓力等)對線路特點﹑工程地質和地地面的環(huán)境狀狀況有充分認認識對異常情況要要及時采取措措施并上報2管片選型技術術管片的類型管片的尺寸及及分塊管片的連接接型式轉彎環(huán)的楔楔形量管片選型應應遵循的原原則:管片跟著盾盾構走管片選型的的考慮因素素:盾尾間隙﹑千斤頂行程程差﹑鉸接角度﹑盾構機姿態(tài)態(tài)趨勢重要性:決定隧道的的質量(尤其是防水水質量)3盾構機導向向技術主流VMT導向系統(tǒng)4管片背后注注漿技術注漿的目的的注漿的方式式漿液的種類類注漿參數(shù)選選擇(壓力、數(shù)量量、強度））5盾構機始發(fā)發(fā)掘進技術術始發(fā)托架的的定位安裝裝盾構機、后后續(xù)臺車的的下井組裝裝反力架的安安裝洞門密封環(huán)環(huán)板的安裝裝洞門圍護結結構的鑿除除盾尾密封油油脂的涂抹抹負環(huán)管片的的安裝6盾構機到達達技術到達階段的的貫通測量量到達接收托托架的安裝裝洞門密封環(huán)環(huán)板的安裝裝洞門圍護結結構的鑿除除到達段管片片的安裝﹑緊固和補充充注漿7盾構機過站站、過隧道道技術移動托架過過站滾軸法過站站盾構機整體體吊裝過站站利用永久管管片過隧道道利用臨時管管片過隧道道8端頭地層處處理技術端頭地層處處理的目的的端頭地層處處理的主要要方法9隧道防水技技術管片的自防防水(抗?jié)B等級)管片接逢止止水條的形形式和種類類嵌縫和手孔孔封堵堵漏和缺陷陷修補10其它技術刀具更換技技術發(fā)泡劑注入入技術使用泡沫處處理過的軟軟土沒有使用泡泡沫處理的的軟土五常見見難點和問問題軟弱含水地地層且地面面沉降控制制要求高（（塌陷）富水地層（（如穿越江江河或斷層層帶）（噴噴涌）掘進斷面內內地層軟硬硬相差懸殊殊（管片上上?。┩临|粘性大大易結泥餅餅（刀具磨磨損）設計線路復復雜五常見見難點和問問題隧道內有建建筑物樁基基等