《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(duì)整個(gè)工程質(zhì)量和進(jìn)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(guò)程中的關(guān)鍵應(yīng)用。課程目標(biāo)1全面了解系統(tǒng)學(xué)習(xí)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(jī)型。3控制工藝熟悉盾構(gòu)掘進(jìn)的各個(gè)關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié),掌握施工控制要點(diǎn)。4規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別盾構(gòu)施工中的常見(jiàn)問(wèn)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(jī)是一種用于在地下隧道施工中進(jìn)行開(kāi)挖和支護(hù)的機(jī)械設(shè)備，能夠自動(dòng)化作業(yè),提高施工效率。主要組成盾構(gòu)機(jī)由掘進(jìn)部件、推進(jìn)部件、導(dǎo)向部件等多個(gè)功能單元組成,能適應(yīng)不同地質(zhì)環(huán)境的掘進(jìn)需求。工作原理盾構(gòu)機(jī)通過(guò)切割土體、推進(jìn)、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(jìn)隧道。盾構(gòu)機(jī)構(gòu)造盾構(gòu)機(jī)主要包括刀盤、主動(dòng)輪、后段等關(guān)鍵部件。刀盤負(fù)責(zé)切割地層,主動(dòng)輪推動(dòng)整個(gè)盾構(gòu)機(jī)前進(jìn),后段提供動(dòng)力及控制系統(tǒng)。這些部件通過(guò)精密設(shè)計(jì)和協(xié)調(diào)工作,共同完成盾構(gòu)掘進(jìn)。主動(dòng)輪特點(diǎn)大直徑主動(dòng)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(jìn)。刀片結(jié)構(gòu)主動(dòng)輪刀片可根據(jù)地質(zhì)條件調(diào)整角度和長(zhǎng)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(dòng)輪具有前后、左右、上下等多種調(diào)整自由度,可精準(zhǔn)控制掘進(jìn)方向和姿態(tài),確保隧道線位精度。強(qiáng)大動(dòng)力主動(dòng)輪配置強(qiáng)大的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),可提供足夠的切土推進(jìn)能力,應(yīng)對(duì)復(fù)雜地層條件。刀盤特點(diǎn)切削效率刀盤擁有多個(gè)切割齒輪,可以高效切削各種地層。大扭矩刀盤電機(jī)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(qiáng)度磨損。尺寸適配刀盤尺寸可根據(jù)不同隧道直徑進(jìn)行定制和調(diào)整。后段特點(diǎn)環(huán)境防護(hù)后段提供穩(wěn)定的工作環(huán)境,保護(hù)施工人員遠(yuǎn)離地下環(huán)境的危險(xiǎn)因素。推進(jìn)動(dòng)力后段包含推進(jìn)缸,能夠向前推動(dòng)盾構(gòu)機(jī),克服地層阻力實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)掘進(jìn)。環(huán)境控制后段設(shè)有通風(fēng)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(jī)的核心組成部分,負(fù)責(zé)為整個(gè)機(jī)身提供推進(jìn)力,確保盾構(gòu)機(jī)能夠順利穿越地層。主要設(shè)備液壓推進(jìn)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(jìn)力、推進(jìn)速度和行程,需要根據(jù)具體工況合理選配。可靠性保障采用冗余設(shè)計(jì)、自動(dòng)化控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等措施,確保推力系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)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(duì)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(jì)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(guò)壓力控制,確保在掘進(jìn)過(guò)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(guò)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(lái),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(hù)。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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)盾構(gòu)位置,確保掘進(jìn)精度。2動(dòng)態(tài)監(jiān)控導(dǎo)向系統(tǒng)可持續(xù)跟蹤地層變化,及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài),控制偏移,確保正確行進(jìn)方向。3智能算法先進(jìn)的導(dǎo)向算法根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)推算最優(yōu)掘進(jìn)路徑,輔助工程師快速?zèng)Q策。4多重驗(yàn)證采用多種檢測(cè)手段,如激光掃描、地下雷達(dá)等,增強(qiáng)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(guò)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(hù)保養(yǎng)密封系統(tǒng)需定期檢查維護(hù)，保持密封性能良好。密封元件的磨損、變形等問(wèn)題應(yīng)及時(shí)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(yùn)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(jī),在主電源故障時(shí)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(jì),確保電力在各用電設(shè)備之間高效分配。安全防護(hù)電力系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置可靠的絕緣和防觸電措施,保護(hù)作業(yè)人員安全。通訊系統(tǒng)實(shí)時(shí)互通通過(guò)先進(jìn)的通訊系統(tǒng),盾構(gòu)機(jī)與地面指揮中心實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和語(yǔ)音對(duì)話,確保操作指揮高度協(xié)調(diào)。集中控制盾構(gòu)機(jī)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(yuǎn)程協(xié)調(diào)通過(guò)遠(yuǎn)程通訊,工程管理人員可隨時(shí)了解掘進(jìn)狀況,對(duì)施工進(jìn)度和安全問(wèn)題做出及時(shí)反應(yīng)。掘進(jìn)參數(shù)300切刀轉(zhuǎn)速每分鐘300轉(zhuǎn)5推力每個(gè)推力缸5000千牛500推進(jìn)速度每天500米80%利用率80%有效工作時(shí)間盾構(gòu)機(jī)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(jì)參數(shù)3機(jī)型選擇選擇合適的盾構(gòu)機(jī)型規(guī)格4經(jīng)濟(jì)性分析評(píng)估投資成本和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用盾構(gòu)機(jī)的選型是一個(gè)綜合性的過(guò)程,需要充分考慮地質(zhì)條件、工程要求、機(jī)型性能及經(jīng)濟(jì)性因素。通過(guò)細(xì)致的分析和比較,選擇最適合施工環(huán)境和項(xiàng)目需求的盾構(gòu)機(jī)型,是保證工程順利實(shí)施的關(guān)鍵。盾構(gòu)機(jī)運(yùn)用條件地質(zhì)條件盾構(gòu)機(jī)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(duì)于堅(jiān)硬巖石地層,盾構(gòu)機(jī)的切割能力可能存在局限性。隧道斷面盾構(gòu)機(jī)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(dāng)需要高精度控制導(dǎo)向或保護(hù)環(huán)境時(shí),盾構(gòu)機(jī)是理想選擇。但對(duì)于工期要求較短或斷面變化大的項(xiàng)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(chǎng)地等。這些必須事先得到充分準(zhǔn)備。地層巖性分析在盾構(gòu)施工中,全面、準(zhǔn)確地分析地層巖性是關(guān)鍵。通過(guò)地質(zhì)勘察、鉆探等方式,詳細(xì)了解地層結(jié)構(gòu)、物理力學(xué)特性、含水情況等,對(duì)選擇合適的盾構(gòu)機(jī)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(jiān)硬巖層、斷層破碎帶等,需要采取針對(duì)性的掘進(jìn)技術(shù)和支護(hù)措施。只有深入分析地層特征,才能有效應(yīng)對(duì)各種地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn),確保施工安全順利。地表沉降控制1監(jiān)測(cè)沉降情況利用專業(yè)沉降監(jiān)測(cè)設(shè)備,全面監(jiān)測(cè)施工區(qū)域地表及地下的沉降情況。2動(dòng)態(tài)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)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(qiáng)管棚注漿,填充地層空隙,提高地層穩(wěn)定性。4保護(hù)地上建筑及時(shí)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(hù)作業(yè)安全加強(qiáng)作業(yè)人員的安全防護(hù),提高警示意識(shí),做好應(yīng)急預(yù)案。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定監(jiān)測(cè)和及時(shí)修復(fù)因掘進(jìn)引起的建筑物損壞,確保目標(biāo)建筑物的結(jié)構(gòu)完整性。管線保護(hù)仔細(xì)排查管線分布,采取有效措施,避免管線破壞。環(huán)境保護(hù)防范地下掘進(jìn)對(duì)地表環(huán)境的不良影響,做好噪音、振動(dòng)、粉塵等控制。構(gòu)筑物防護(hù)加固隧道建筑采用鋼筋混凝土等材料對(duì)隧道進(jìn)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(hù)地下管線通過(guò)設(shè)置緩沖區(qū)、警示標(biāo)志等措施,確保施工過(guò)程中不會(huì)損壞地下各類管線,確保城市功能正常運(yùn)行。保護(hù)地表建筑對(duì)地表的房屋、道路等建筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)和加固,防止由于地下開(kāi)挖引起的沉降和損壞。安全監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)檢測(cè)采用先進(jìn)監(jiān)測(cè)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(shí)時(shí)掌握施工安全動(dòng)態(tài)。關(guān)鍵預(yù)警一旦監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超出預(yù)警閾值,立即通知現(xiàn)場(chǎng)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(cè)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(diǎn)1確定掘進(jìn)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(biāo)在隧道兩端設(shè)置高精度控制測(cè)量點(diǎn)3實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)偏差通過(guò)激光導(dǎo)向和RTK技術(shù)實(shí)時(shí)精確測(cè)量盾構(gòu)位置4調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)適時(shí)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(jì)線路穩(wěn)定掘進(jìn)。這需要事先規(guī)劃好隧道線路,設(shè)置高精度控制點(diǎn),并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)盾構(gòu)位置偏差,及時(shí)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(jī)沿著預(yù)定路線穩(wěn)定施工,最終達(dá)到施工質(zhì)量目標(biāo)。導(dǎo)航控制要點(diǎn)1定位與引導(dǎo)利用先進(jìn)的導(dǎo)航定位系統(tǒng)精準(zhǔn)定位盾構(gòu)機(jī)位置,并提供實(shí)時(shí)反饋引導(dǎo)掘進(jìn)。2姿態(tài)校正持續(xù)監(jiān)測(cè)盾構(gòu)機(jī)的傾斜角度和偏移,及時(shí)調(diào)整姿態(tài)以保持正確掘進(jìn)方向。3速度控制根據(jù)地質(zhì)條件和盾構(gòu)機(jī)性能,合理控制掘進(jìn)速度,確保施工安全和質(zhì)量。4環(huán)境感知利用傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地下環(huán)境變化,及時(shí)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(cāng)、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(shí)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(dòng)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(jiàn)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(cuò),需要精心規(guī)劃和合理布置。管線干擾在盾構(gòu)施工過(guò)程中,管線的存在可能會(huì)造成施工困難和安全隱患。需要提前充分調(diào)查和識(shí)別管線位置,采取相應(yīng)的保護(hù)措施。管線遷移對(duì)于不可避免的管線遷移,要根據(jù)實(shí)際情況制定合理的方案,做好各項(xiàng)配合和協(xié)調(diào)工作,確保施工順利進(jìn)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(diǎn)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(lái)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(cè)和保護(hù)措施,確保安全施工?？臻g受限盾構(gòu)在城市中作業(yè),場(chǎng)地狹小,材料機(jī)械運(yùn)輸、調(diào)配等受到限制。安全風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)因素。盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)盾構(gòu)施工過(guò)程中可能出現(xiàn)設(shè)備故障、導(dǎo)航失控等技術(shù)性問(wèn)題,需要工程師及時(shí)排查和處理。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)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(píng)估。安全隱患井下作業(yè)存在坍塌、中毒等危險(xiǎn),必須嚴(yán)格落實(shí)安全措施,做好監(jiān)測(cè)監(jiān)控。經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)盾構(gòu)施工工期長(zhǎng)、投資大,施工過(guò)程中可能出現(xiàn)超預(yù)算等經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn),需要精細(xì)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(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵。其主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:隧道管片質(zhì)量嚴(yán)格把控混凝土強(qiáng)度、尺寸公差等指標(biāo),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(wú)滲水漏水問(wèn)題,維護(hù)隧道安全。地表沉降通過(guò)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(jì)要求,確保隧道幾何線形準(zhǔn)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(dòng)化升級(jí)盾構(gòu)機(jī)械設(shè)備逐步實(shí)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(duì)軟硬兼有、高水位等各種地質(zhì)條件