《盾構(gòu)選型與施工》課件

盾構(gòu)選型與施工盾構(gòu)技術(shù)是現(xiàn)代隧道施工的主要方式,其選型和正確施工對整個工程質(zhì)量和進度具有重要影響。本課件將深入探討盾構(gòu)的選型因素及其在施工過程中的關(guān)鍵應(yīng)用。課程目標1全面了解系統(tǒng)學習盾構(gòu)技術(shù)的基本原理與關(guān)鍵構(gòu)件的工作原理。2掌握選型根據(jù)工程地質(zhì)條件,選擇合適的盾構(gòu)機型。3控制工藝熟悉盾構(gòu)掘進的各個關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié),掌握施工控制要點。4規(guī)避風險識別盾構(gòu)施工中的常見問題,采取有效的預(yù)防和應(yīng)急措施。盾構(gòu)概述主要功能盾構(gòu)機是一種用于在地下隧道施工中進行開挖和支護的機械設(shè)備，能夠自動化作業(yè),提高施工效率。主要組成盾構(gòu)機由掘進部件、推進部件、導(dǎo)向部件等多個功能單元組成,能適應(yīng)不同地質(zhì)環(huán)境的掘進需求。工作原理盾構(gòu)機通過切割土體、推進、導(dǎo)向控制等方式,可以在復(fù)雜地質(zhì)條件下穩(wěn)定、高效地掘進隧道。盾構(gòu)機構(gòu)造盾構(gòu)機主要包括刀盤、主動輪、后段等關(guān)鍵部件。刀盤負責切割地層,主動輪推動整個盾構(gòu)機前進,后段提供動力及控制系統(tǒng)。這些部件通過精密設(shè)計和協(xié)調(diào)工作,共同完成盾構(gòu)掘進。主動輪特點大直徑主動輪直徑大,一般在2-3米左右,可提供足夠的推力,確保盾構(gòu)高效、穩(wěn)定掘進。刀片結(jié)構(gòu)主動輪刀片可根據(jù)地質(zhì)條件調(diào)整角度和長度,靈活適應(yīng)復(fù)雜地層。刀片邊緣鋒利,有效切割土體。多自由度主動輪具有前后、左右、上下等多種調(diào)整自由度,可精準控制掘進方向和姿態(tài),確保隧道線位精度。強大動力主動輪配置強大的液壓驅(qū)動系統(tǒng),可提供足夠的切土推進能力,應(yīng)對復(fù)雜地層條件。刀盤特點切削效率刀盤擁有多個切割齒輪,可以高效切削各種地層。大扭矩刀盤電機可提供大扭矩,確保切割效果。耐磨性刀盤采用特殊材料制造,可承受高強度磨損。尺寸適配刀盤尺寸可根據(jù)不同隧道直徑進行定制和調(diào)整。后段特點環(huán)境防護后段提供穩(wěn)定的工作環(huán)境,保護施工人員遠離地下環(huán)境的危險因素。推進動力后段包含推進缸,能夠向前推動盾構(gòu)機,克服地層阻力實現(xiàn)平穩(wěn)掘進。環(huán)境控制后段設(shè)有通風系統(tǒng)和照明系統(tǒng),確保施工人員的作業(yè)舒適和安全。密封隔離后段采用密封裝置,隔離地下環(huán)境,防止外界泥水滲入干擾施工。推力系統(tǒng)功能推力系統(tǒng)是盾構(gòu)機的核心組成部分,負責為整個機身提供推進力,確保盾構(gòu)機能夠順利穿越地層。主要設(shè)備液壓推進油缸油壓站液壓管路控制系統(tǒng)推力參數(shù)推力系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)包括推進力、推進速度和行程,需要根據(jù)具體工況合理選配?？煽啃员Ｕ喜捎萌哂嘣O(shè)計、自動化控制和實時監(jiān)測等措施,確保推力系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行。切土系統(tǒng)切割性能切土系統(tǒng)由刀盤和切割齒組成,其性能直接影響切土效率和施工速度。切割力矩切土系統(tǒng)需要足夠大的切割力矩以應(yīng)對不同地質(zhì)條件下的切土需求。土質(zhì)適應(yīng)性合理的切土系統(tǒng)設(shè)計可以適應(yīng)不同的地質(zhì)條件,確保高效穩(wěn)定的切土作業(yè)。泥水系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)泥水系統(tǒng)通過壓力控制,確保在掘進過程中維持理想的泥漿壓力,減少地層塌方與地表沉降。泥漿循環(huán)泥水系統(tǒng)通過持續(xù)循環(huán)泥漿,保持泥漿濃度和性能,并回收利用泥漿,提高作業(yè)效率。脫水處理泥水系統(tǒng)配備脫水設(shè)備,將泥漿中的固體顆粒分離出來,方便后續(xù)處理和重復(fù)利用。防滲漏泥水系統(tǒng)采用密封技術(shù),防止泥漿滲漏到工作環(huán)境,確保作業(yè)安全和環(huán)境保護。導(dǎo)向系統(tǒng)1精確定位導(dǎo)向系統(tǒng)利用GPS、光纖陀螺儀等定位技術(shù)，實時監(jiān)測盾構(gòu)位置,確保掘進精度。2動態(tài)監(jiān)控導(dǎo)向系統(tǒng)可持續(xù)跟蹤地層變化,及時調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài),控制偏移,確保正確行進方向。3智能算法先進的導(dǎo)向算法根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)自動推算最優(yōu)掘進路徑,輔助工程師快速決策。4多重驗證采用多種檢測手段,如激光掃描、地下雷達等,增強導(dǎo)向精度和可靠性。密封系統(tǒng)密封性能盾構(gòu)密封系統(tǒng)在隧道施工過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，確保隧道內(nèi)壓力平衡、防止地下水滲漏。密封元件密封系統(tǒng)由刀盤、尾部、盾體等部位的多種密封元件組成，如填充密封圈、摩擦密封帶等。維護保養(yǎng)密封系統(tǒng)需定期檢查維護，保持密封性能良好。密封元件的磨損、變形等問題應(yīng)及時排查解決。電力系統(tǒng)供電穩(wěn)定性確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行,避免因斷電導(dǎo)致施工中斷。應(yīng)急電源設(shè)置備用發(fā)電機,在主電源故障時提供應(yīng)急電力支持。配電效率配電系統(tǒng)應(yīng)合理設(shè)計,確保電力在各用電設(shè)備之間高效分配。安全防護電力系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置可靠的絕緣和防觸電措施,保護作業(yè)人員安全。通訊系統(tǒng)實時互通通過先進的通訊系統(tǒng),盾構(gòu)機與地面指揮中心實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)傳輸和語音對話,確保操作指揮高度協(xié)調(diào)。集中控制盾構(gòu)機內(nèi)的通訊裝備集中于控制室,方便工程師統(tǒng)一監(jiān)控和操控各關(guān)鍵系統(tǒng)。遠程協(xié)調(diào)通過遠程通訊,工程管理人員可隨時了解掘進狀況,對施工進度和安全問題做出及時反應(yīng)。掘進參數(shù)300切刀轉(zhuǎn)速每分鐘300轉(zhuǎn)5推力每個推力缸5000千牛500推進速度每天500米80%利用率80%有效工作時間盾構(gòu)機選型1地質(zhì)條件充分了解地層巖性和地下水情況2工程要求確定施工環(huán)境和設(shè)計參數(shù)3機型選擇選擇合適的盾構(gòu)機型規(guī)格4經(jīng)濟性分析評估投資成本和運營費用盾構(gòu)機的選型是一個綜合性的過程,需要充分考慮地質(zhì)條件、工程要求、機型性能及經(jīng)濟性因素。通過細致的分析和比較,選擇最適合施工環(huán)境和項目需求的盾構(gòu)機型,是保證工程順利實施的關(guān)鍵。盾構(gòu)機運用條件地質(zhì)條件盾構(gòu)機適用于各種地層,尤其適用于軟土、砂土等不穩(wěn)定地層。但對于堅硬巖石地層,盾構(gòu)機的切割能力可能存在局限性。隧道斷面盾構(gòu)機可以適應(yīng)各種隧道斷面形狀和尺寸,從小斷面到大斷面均可應(yīng)用。但需要考慮工作空間和后段設(shè)備的布置。工程需求當需要高精度控制導(dǎo)向或保護環(huán)境時,盾構(gòu)機是理想選擇。但對于工期要求較短或斷面變化大的項目,可能需要采用其他施工方法。施工條件盾構(gòu)施工需要良好的工作環(huán)境,包括足夠的地上空間、水電供應(yīng)、泥水處理場地等。這些必須事先得到充分準備。地層巖性分析在盾構(gòu)施工中,全面、準確地分析地層巖性是關(guān)鍵。通過地質(zhì)勘察、鉆探等方式,詳細了解地層結(jié)構(gòu)、物理力學特性、含水情況等,對選擇合適的盾構(gòu)機型和確定施工參數(shù)至關(guān)重要。不同地層的巖性特征差異較大,如軟土層、堅硬巖層、斷層破碎帶等,需要采取針對性的掘進技術(shù)和支護措施。只有深入分析地層特征,才能有效應(yīng)對各種地質(zhì)風險,確保施工安全順利。地表沉降控制1監(jiān)測沉降情況利用專業(yè)沉降監(jiān)測設(shè)備,全面監(jiān)測施工區(qū)域地表及地下的沉降情況。2動態(tài)調(diào)整掘進參數(shù)根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù),及時調(diào)整盾構(gòu)機的推進速度和注漿壓力,控制地表沉降。3完善地層注漿在盾構(gòu)前方加強管棚注漿,填充地層空隙,提高地層穩(wěn)定性。4保護地上建筑及時采取加固、加層等措施,確保地面建筑物不受地表沉降影響。構(gòu)筑物防護作業(yè)安全加強作業(yè)人員的安全防護,提高警示意識,做好應(yīng)急預(yù)案。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定監(jiān)測和及時修復(fù)因掘進引起的建筑物損壞,確保目標建筑物的結(jié)構(gòu)完整性。管線保護仔細排查管線分布,采取有效措施,避免管線破壞。環(huán)境保護防范地下掘進對地表環(huán)境的不良影響,做好噪音、振動、粉塵等控制。構(gòu)筑物防護加固隧道建筑采用鋼筋混凝土等材料對隧道進行加固,以提高其抗壓、抗浮力和抗沖擊能力,減少地下構(gòu)筑物受損。保護地下管線通過設(shè)置緩沖區(qū)、警示標志等措施,確保施工過程中不會損壞地下各類管線,確保城市功能正常運行。保護地表建筑對地表的房屋、道路等建筑物進行監(jiān)測和加固,防止由于地下開挖引起的沉降和損壞。安全監(jiān)測實時檢測采用先進監(jiān)測儀器全程監(jiān)控地表沉降、地下水位、隧道變形等關(guān)鍵參數(shù),實時掌握施工安全動態(tài)。關(guān)鍵預(yù)警一旦監(jiān)測數(shù)據(jù)超出預(yù)警閾值,立即通知現(xiàn)場人員采取應(yīng)急措施,確保隧道安全穩(wěn)定。數(shù)據(jù)分析采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)專業(yè)分析后,為調(diào)整施工參數(shù)、優(yōu)化作業(yè)方案提供支撐依據(jù)。導(dǎo)航控制要點1確定掘進線路根據(jù)地質(zhì)條件和工程要求合理規(guī)劃隧道線路2設(shè)置導(dǎo)向目標在隧道兩端設(shè)置高精度控制測量點3實時監(jiān)測偏差通過激光導(dǎo)向和RTK技術(shù)實時精確測量盾構(gòu)位置4調(diào)整掘進參數(shù)根據(jù)測量數(shù)據(jù)適時調(diào)整切削力和導(dǎo)向參數(shù)盾構(gòu)施工需要精確的導(dǎo)航控制,確保按設(shè)計線路穩(wěn)定掘進。這需要事先規(guī)劃好隧道線路,設(shè)置高精度控制點,并實時監(jiān)測盾構(gòu)位置偏差,及時調(diào)整切削力和導(dǎo)向參數(shù)。只有做到這些,才能保證盾構(gòu)機沿著預(yù)定路線穩(wěn)定施工,最終達到施工質(zhì)量目標。導(dǎo)航控制要點1定位與引導(dǎo)利用先進的導(dǎo)航定位系統(tǒng)精準定位盾構(gòu)機位置,并提供實時反饋引導(dǎo)掘進。2姿態(tài)校正持續(xù)監(jiān)測盾構(gòu)機的傾斜角度和偏移,及時調(diào)整姿態(tài)以保持正確掘進方向。3速度控制根據(jù)地質(zhì)條件和盾構(gòu)機性能,合理控制掘進速度,確保施工安全和質(zhì)量。4環(huán)境感知利用傳感器實時監(jiān)測地下環(huán)境變化,及時預(yù)判并做出相應(yīng)調(diào)整。地面設(shè)備布置盾構(gòu)施工需要地面設(shè)備的支持,包括泥漿循環(huán)、泥料及渣土處理、料倉、電力供應(yīng)等。這些設(shè)備需要合理布置,保證施工連續(xù)性和效率,同時考慮占地面積、環(huán)境影響、與其他施工作業(yè)的協(xié)調(diào)etc。地面設(shè)備的布置應(yīng)做到功能分區(qū)合理,動力線路清晰,作業(yè)面積sufficient,材料流通順暢。按照施工分區(qū)合理分配設(shè)備,確保各作業(yè)面都配備必需設(shè)備。地下空間管線管線種類地下空間常見有電力管線、通信管線、給排水管線等多種類型的管線設(shè)施。這些管線復(fù)雜交錯,需要精心規(guī)劃和合理布置。管線干擾在盾構(gòu)施工過程中,管線的存在可能會造成施工困難和安全隱患。需要提前充分調(diào)查和識別管線位置,采取相應(yīng)的保護措施。管線遷移對于不可避免的管線遷移,要根據(jù)實際情況制定合理的方案,做好各項配合和協(xié)調(diào)工作,確保施工順利進行。地下空間管理城市地下空間日益復(fù)雜,需要統(tǒng)籌考慮各種管線設(shè)施的布置和管理,合理利用地下空間資源。盾構(gòu)施工難點地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜地層巖性差異大,含水量和透水性變化劇烈,給盾構(gòu)施工帶來諸多不確定性。交通管線干擾地下管線復(fù)雜,需做好管線探測和保護措施,確保安全施工?？臻g受限盾構(gòu)在城市中作業(yè),場地狹小,材料機械運輸、調(diào)配等受到限制。安全風險高井下作業(yè)環(huán)境復(fù)雜,存在高壓、高溫、高濕、缺氧等危險因素。盾構(gòu)施工風險技術(shù)風險盾構(gòu)施工過程中可能出現(xiàn)設(shè)備故障、導(dǎo)航失控等技術(shù)性問題,需要工程師及時排查和處理。環(huán)境風險隧道施工可能遇到地質(zhì)復(fù)雜、地下水豐富等不利環(huán)境,需要提前充分勘察和評估。安全隱患井下作業(yè)存在坍塌、中毒等危險,必須嚴格落實安全措施,做好監(jiān)測監(jiān)控。經(jīng)濟風險盾構(gòu)施工工期長、投資大,施工過程中可能出現(xiàn)超預(yù)算等經(jīng)濟風險,需要精細管控。盾構(gòu)施工質(zhì)量盾構(gòu)施工質(zhì)量是確保地下工程安全和可靠運營的關(guān)鍵。其主要體現(xiàn)在以下幾個方面:隧道管片質(zhì)量嚴格把控混凝土強度、尺寸公差等指標,確保管片結(jié)構(gòu)穩(wěn)固可靠。密封性能確保墻體、管片接縫等無滲水漏水問題,維護隧道安全。地表沉降通過合理的施工參數(shù)和精確的導(dǎo)向控制,將地表沉降控制在允許范圍內(nèi)。豎直度控制保證隧道洞身沿線豎直度符合設(shè)計要求,確保隧道幾何線形準確。只有高質(zhì)量的盾構(gòu)施工,才能確保地下工程的安全性和使用壽命。盾構(gòu)施工技術(shù)發(fā)展自動化升級盾構(gòu)機械設(shè)備逐步實現(xiàn)智能化控制,提高精確度和效率。穿越復(fù)雜地層新型盾構(gòu)可應(yīng)對軟硬兼有、高水位等各種地質(zhì)條件