馬蹄形盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)施工及管片預(yù)制

馬蹄形盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)、施工及管片預(yù)制主講人：申志軍（教高）

蒙西華中鐵路股份有限公司2016年12月內(nèi)容提綱一、問題的提出二、馬蹄形盾構(gòu)比選三、盾構(gòu)管片設(shè)計(jì)與預(yù)制四、隧道施工五、關(guān)鍵技術(shù)和需研究的問題預(yù)留核心土法三臺階開挖法一、問題的提出1.土質(zhì)山嶺隧道施工方法一、問題的提出1.土質(zhì)山嶺隧道施工方法-超前加固一、問題的提出1.土質(zhì)山嶺隧道施工方法-施工機(jī)械2、存在的風(fēng)險(xiǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)大施工質(zhì)量差施工進(jìn)度慢作業(yè)環(huán)境差機(jī)械化程度低隧道塌方軟巖大變形拱頂開裂大量施工粉塵洞壁開裂一、問題的提出一、問題的提出3、盾構(gòu)工法-分類一、問題的提出3、盾構(gòu)工法-單圓盾構(gòu)一、問題的提出雙圓盾構(gòu)三圓盾構(gòu)3、盾構(gòu)工法-多圓盾構(gòu)一、問題的提出3、盾構(gòu)工法-非圓盾構(gòu)相比于單圓盾構(gòu)隧道，異形盾構(gòu)隧道（多圓盾構(gòu)隧道和非圓盾構(gòu)隧道）具有斷面利用率高、工程造價低的優(yōu)點(diǎn)。矩形盾構(gòu)馬蹄形盾構(gòu)橢圓形盾構(gòu)二、馬蹄形盾構(gòu)方案比選1、依托工程-白城隧道

白城隧道位于陜西省靖邊縣內(nèi)，隧道全長3345m，為時速120km單洞雙線電氣化重載煤運(yùn)鐵路隧道，隧道最大埋深為81m。1、依托工程-白城隧道

二、馬蹄形盾構(gòu)方案比選白城隧道主要穿越地層以粉砂、細(xì)砂、砂質(zhì)新黃土為主，細(xì)顆粒含量足夠，天然含水量較低，弱透水。2、工程特點(diǎn)二、馬蹄形盾構(gòu)方案比選（1）隧道進(jìn)出口淺埋段較長，淺埋段為松散的粉細(xì)沙地層，不能自穩(wěn)，容易發(fā)生流砂及坍塌。（2）隧道穿越的第四系上更新統(tǒng)砂質(zhì)新黃土具濕陷性，隧道洞身部分地段位濕陷深度以內(nèi)，需進(jìn)行基底處理。二、馬蹄形盾構(gòu)方案比選（3）白城隧道下穿包茂高速、天然氣管及供水管段，沉降控制要求高，盾構(gòu)穿越施工風(fēng)險(xiǎn)存在。二、馬蹄形盾構(gòu)方案比選對比指標(biāo)礦山法盾構(gòu)法對比結(jié)果安全1、隧道進(jìn)出口淺埋段為松散的粉細(xì)沙地層，不能自穩(wěn)，容易發(fā)生流砂及坍塌。2、洞身砂質(zhì)新黃土，地層松散，掌子面不易穩(wěn)定，易坍塌。3.下穿包茂高速、天然氣管及供水管段地表沉降不易控制，易導(dǎo)致地表開裂，氣管水管開裂等不利影響。且地方交通廳對于穿越包茂高速要求地表設(shè)置橋梁跨越。盾構(gòu)施工具有保壓系統(tǒng)和注漿系統(tǒng)，不會出現(xiàn)無支護(hù)狀態(tài)，下穿高速公路、天然氣管及供水管可能造成管線及路面變形，出現(xiàn)管線或路面破裂概率很小。盾構(gòu)法更安全質(zhì)量1、隧道施工中可能產(chǎn)生超欠挖，二襯混凝土振搗不密實(shí)、拱頂填充不密實(shí)等質(zhì)量通病。2、防水板鋪設(shè)不規(guī)范及施工縫處理不到位，易造成隧道滲漏。1、盾構(gòu)施工采用專業(yè)的裝備和專業(yè)化隊(duì)伍，盾構(gòu)管片采用工廠預(yù)制法生產(chǎn)，作業(yè)更規(guī)范、監(jiān)管更容易，但管片拼裝過程可能局部出現(xiàn)錯臺和破損現(xiàn)象。2、管片接縫采用成熟的防水橡膠，根據(jù)地鐵隧道對比管片砌塊式襯砌防滲效果明顯優(yōu)于復(fù)合襯砌。盾構(gòu)法質(zhì)量更高環(huán)保需要進(jìn)行土方開挖及噴射混凝土作業(yè)，內(nèi)燃機(jī)械洞內(nèi)作業(yè)，粉塵、廢氣大，施工環(huán)境差。采用電動機(jī)械密閉施工，基本無粉塵、廢氣產(chǎn)生。盾構(gòu)法環(huán)保更好工期能滿足工期要求。能滿足工期要求。均等投資掌子面施工穩(wěn)定時，投資較低。投資較高，采用成本利潤法，總投資較礦山法約高出15%。盾構(gòu)法投資稍高二、馬蹄形盾構(gòu)方案比選3、施工工法對比4、盾構(gòu)選型白城隧道主要穿越地層以粉砂、細(xì)砂、砂質(zhì)新黃土為主，細(xì)顆粒含量足夠，天然含水量較低，弱透水。隧道黃土地基承載力為180kPa，盾構(gòu)機(jī)主機(jī)重量與盾體投影面積比值（40kPa）小于該數(shù)值，能夠保證主機(jī)掘進(jìn)過程中不會下沉。采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時，易于獲得流塑性良好的渣土，建立土倉的平衡壓力，掘進(jìn)時能夠有效控制地表沉降。并且黃土地層土壓平衡盾構(gòu)施工已經(jīng)有成功經(jīng)驗(yàn)，投資要低于泥水平衡盾構(gòu)。綜上所述，本隧道工程應(yīng)采用土壓平衡盾構(gòu)。二、馬蹄形盾構(gòu)方案比選項(xiàng)目軌面以上有效凈空面積軌面以下有效凈空面積全部凈空面積無砟馬蹄形盾構(gòu)66.115.181.2圓形盾構(gòu)6919.388.3二、馬蹄形盾構(gòu)方案比選采用馬蹄形斷面較圓形斷面內(nèi)輪廓可減少約7.1m3，減少部位為圓形斷面仰拱底部混凝土仰拱填充，馬蹄形斷面可顯著減少傳統(tǒng)盾構(gòu)的仰拱底部混凝土圬工方，節(jié)省工程投資，推薦采用馬蹄形盾構(gòu)斷面形式。4、盾構(gòu)選型二、馬蹄形盾構(gòu)方案比選4、盾構(gòu)選型世界首臺馬蹄形盾構(gòu)工廠組裝整機(jī)圖2016年7月17日，馬蹄形盾構(gòu)在中鐵裝備國家TBM產(chǎn)業(yè)化基地成功下線。二、馬蹄形盾構(gòu)方案比選盾構(gòu)外啄輪廓高109征50m界m、寬11息90展0m語m；最大搖推進(jìn)饅速度60m晶m/m盛in；最大推繳力139某48t；采用痰液壓協(xié)驅(qū)動按；開挖授面設(shè)拳置刀舒盤9個；單個穩(wěn)刀盤狗最大蟻驅(qū)動王扭矩30撲44陳kn/m；裝機(jī)總遞功率372票6kw。二、馬花蹄形盾虜構(gòu)方案雷比選5、馬山蹄形住盾構(gòu)并基本相設(shè)計(jì)診參數(shù)①整機(jī)熟長度118吧m，整純機(jī)重鞋量16綁00淺t。②采用鋸雙螺旋弟輸送機(jī)擱出土，傅連續(xù)皮抖帶機(jī)運(yùn)橡渣，仰千拱棧橋著同步進(jìn)靜行仰供抱填充。③馬蹄掛形盾構(gòu)役體現(xiàn)的制不僅僅港是斷面波、外觀素上的變港化，更子反映工粗法、技米術(shù)上的厭革新，文它能夠薯最大程是度增加綿空間利朗用率。開啟公了黃滋土隧址道開斧挖新家模式傘。二、馬全蹄形盾牢構(gòu)方案稍比選6、馬興蹄形唇盾構(gòu)廟設(shè)計(jì)燒概況世界首名臺馬蹄營形盾構(gòu)專現(xiàn)場組育裝圖二、暫馬蹄挽形盾韻構(gòu)方仿案比搭選世界怕首臺搶馬蹄芽形盾鞠構(gòu)現(xiàn)楚場組啞裝圖二、赤馬蹄季形盾柜構(gòu)方吵案比雷選世界憂首臺山馬蹄候形盾鴉構(gòu)組要裝完律成內(nèi)復(fù)部圖二、馬鈔蹄形盾野構(gòu)方案舞比選三、隧盟道盾構(gòu)淋管片設(shè)僑計(jì)與預(yù)貝制1.管片設(shè)瓣計(jì)情況白城隧內(nèi)道斷面夾為3種半徑4個圓形寺，管片陶設(shè)計(jì)為敲馬蹄形叼斷面，剖設(shè)計(jì)寬乒度16捆00芽mm，厚此度500林mm，整牙環(huán)管妻片分露為7片+1片=8片，成哲環(huán)尺寸祖高度105命90m太m、寬度11堆54唇0m照m，管薯片設(shè)弦置奇朋偶環(huán)律，無遵楔形死量，荒采取材錯縫鏡拼裝拌，單病片管饞片最嗚重10脾t，管片瘋混凝土貧等級C50，抗?jié)B少等級P1分0。1.管片設(shè)識計(jì)情況管片連枕接采用袍螺栓連哄接，環(huán)告向44顆RD3懼0螺栓，燦縱向16顆RD丸36螺栓繁，機(jī)竟械性川能等偏級8.8級。根據(jù)隧象道埋深喘管片分藥為淺埋雖、中埋小、深埋頭管片。管片疊生產(chǎn)引共使查用模詢具4套，8環(huán)/天產(chǎn)舍量。勾管片邊采取歐固定推生產(chǎn)百方式疏，養(yǎng)南護(hù)模聾式采陪取蒸晴汽養(yǎng)填護(hù)及欺水池協(xié)養(yǎng)護(hù)紡。白舍城隧余道共晶計(jì)需體要190綁2環(huán)。三、啄隧道雹盾構(gòu)濟(jì)管片能設(shè)計(jì)躬與預(yù)號制1.管片設(shè)災(zāi)計(jì)情況斷面位置最大彎矩（kN·m）最大彎矩處軸力（kN）配筋（每環(huán)）裂縫（mm）超淺埋管片內(nèi)側(cè)594.01998.48Φ22+4Φ20+2Φ180.16管片外側(cè)673.52617.614Φ200.185淺埋管片內(nèi)側(cè)647.22816.08Φ22+6Φ200.13管片外側(cè)842.53504.08Φ25+6Φ220.182中埋管片內(nèi)側(cè)922.94094.48Φ28+4Φ25+2Φ220.164管片外側(cè)1133.05092.814Φ280.189深埋管片內(nèi)側(cè)622.82628.88Φ22+2Φ20+4Φ180.147管片外側(cè)803.33289.66Φ25+8Φ220.190三、隧仇道盾構(gòu)運(yùn)管片設(shè)虹計(jì)與預(yù)沃制2.管片預(yù)腐制5月8日開始擴(kuò)預(yù)制，蟻受天氣稻及場地若條件限兆制管片由預(yù)制于11月13日停警止本搬年生莊產(chǎn)，倆截至牢目前璃已經(jīng)咽生產(chǎn)嶄管片96瘡6環(huán)，泰管片似剩余93壟6環(huán)。現(xiàn)場些貯備愚量滿畏足明墊年管損片預(yù)協(xié)制復(fù)慈工前鏈掘進(jìn)也使用吃量。三、隧徐道盾構(gòu)疊管片設(shè)赤計(jì)與預(yù)隱制管片鋼禿筋籠制占作三、隧霧道盾構(gòu)判管片設(shè)繭計(jì)與預(yù)葉制管片混慣凝土澆悅筑三、隧巷道盾構(gòu)繳管片設(shè)耐計(jì)與預(yù)占制管片桐水池滾養(yǎng)護(hù)三、隧長道盾構(gòu)縫管片設(shè)才計(jì)與預(yù)匹制四、隧挺道施工1.盾構(gòu)掘襲進(jìn)白城隧鋒道馬蹄捕形盾構(gòu)壞于20負(fù)16年7月17日在國家TBM產(chǎn)業(yè)險(xiǎn)化中老心下管線，201導(dǎo)6年10月20日首環(huán)年負(fù)環(huán)拼扎裝，20惱16年11月11日舉行柔始發(fā)肢儀式森，目怖前已疲經(jīng)掘朱進(jìn)51環(huán)，合陶計(jì)81.絕6m。本項(xiàng)朱目前10俊0環(huán)定為矩始發(fā)段卸，始發(fā)擋段主要飲是設(shè)備塑、人員兄磨合、鉛掘進(jìn)參欄數(shù)及工約序組織遙優(yōu)化階貸段，目豎前已經(jīng)墓初步掌狂握地層話特點(diǎn)及棄適合地顆層的掘隱進(jìn)參數(shù)致，單日蹲最高進(jìn)依度4環(huán)（6.畫4m），后詞期進(jìn)度煙基本能汽保證日睬均6環(huán)（9.艦6m）。馬蹄范形盾駕構(gòu)首飼環(huán)成街功拼許裝四、耳隧道賊施工掘進(jìn)兄參數(shù)管控制四、根隧道懼施工馬蹄形武盾構(gòu)掘撓進(jìn)出土建情況四、隧恨道施工隧道內(nèi)蘿碴土運(yùn)具輸連續(xù)普皮帶機(jī)四、隧斜道施工洞外并碴土飲運(yùn)輸損系統(tǒng)轉(zhuǎn)載癢皮帶續(xù)機(jī)棄土傅場連續(xù)皮晴帶機(jī)四、溉隧道辯施工管片拼唇裝完成減后成型圖隧道四、浪隧道辛施工2.進(jìn)度氧計(jì)劃（1）20厚16年11月1日～30日，鋒月掘進(jìn)64米；（2）20旗16年12月～20昏17年1月，有月掘發(fā)進(jìn)24戒0米；（3）20翅17年2月～201結(jié)7年9月，炭月掘忠進(jìn)300米；（4）20書17年10月，月泥掘進(jìn)16板0米；（5）20蒸17年11月，葬接收瓦準(zhǔn)備視、隧吃道貫憤通。在盾童構(gòu)掘科進(jìn)期猴間可雷進(jìn)行貌仰拱圾可填遙充、捏電纜向溝槽榴施工糾、部叨分附女屬工饅程施伏工，兩沉降廚觀測案期內(nèi)帳施工云完成放出口希明洞蔥。四、統(tǒng)隧道銀施工五、色關(guān)芳鍵技占術(shù)與恩研究吸的問似題1、關(guān)鍵技順術(shù)①大斷面垃馬蹄形蕩盾構(gòu)多錯刀盤聯(lián)嬸合分步筑開挖技看術(shù)②多馬達(dá)僚平衡負(fù)謙載協(xié)同箏驅(qū)動技樸術(shù)③大斷面瞧馬蹄形夾盾構(gòu)管劉片拼裝孔技術(shù)④黃土地右層大斷腿面馬蹄尸形盾構(gòu)錯復(fù)合式狐渣土改釣良技術(shù)⑥大斷鵲面馬杏蹄形姐盾構(gòu)糕管片演分塊休與接鋪頭設(shè)估計(jì)技正術(shù)⑦大斷面幫馬蹄形堪盾構(gòu)防盆滾糾偏佩技術(shù)⑧大斷面獵馬蹄形吩盾構(gòu)機(jī)昨在線監(jiān)娃測與施冠工控制青技術(shù)2、進(jìn)一撕步研究股的問題1.