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(tái)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(jià)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(zhǎng)3345m，為時(shí)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(zhǎng)，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(duì)比指標(biāo)礦山法盾構(gòu)法對(duì)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(duì)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(huì)出現(xiàn)無(wú)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(guò)程可能局部出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)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(duì)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(dòng)機(jī)械密閉施工，基本無(wú)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(shí)，投資較低。投資較高，采用成本利潤(rùn)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(duì)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(guò)程中不會(huì)下沉。采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)，易于獲得流塑性良好的渣土，建立土倉(cāng)的平衡壓力，掘進(jìn)時(shí)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?jī)艨彰娣e無(wú)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(tái)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(guó)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(yǔ)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(dòng)按；開挖授面設(shè)拳置刀舒盤9個(gè)；單個(gè)穩(wěn)刀盤狗最大蟻驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)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(tái)馬蹄營(yíng)形盾構(gòu)?，F(xiàn)場(chǎng)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(tái)搶馬蹄芽形盾鞠構(gòu)現(xiàn)楚場(chǎng)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(tái)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(gè)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(wú)遵楔形死量，荒采取材錯(cuò)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(jí)C50，抗?jié)B少等級(jí)P1分0。1.管片設(shè)識(shí)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(jí)8.8級(jí)。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(hào)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(chǎng)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)?，F(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)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(guó)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(chǎng)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(cè)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(cuò)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(dòng)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(cuò)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(cè)與施冠工控制青技術(shù)2、進(jìn)一撕步研究股的問題1.