盾构交流.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,土压平衡盾构工作原理及结构,1,一、土压平衡盾构简介,二、土压平衡盾构工作原理,三、土压平衡盾构结构,四、与泥水盾构,/TBM,的区别,目 录,2,3,土压平衡盾构的发展基于挤压式盾构和泥水盾构，始于日本，,20,世纪,70,年代初，第一台土压平衡盾构由日本设计制造，直径,3.72m,。,1985,年国内第一次引进土压平衡盾构，直径,4.33m,，,1987,年国内首台土压平衡盾构研制成功，直径,4.35m,。,（一）发展概况,4,（二）类型及模式,为适应各种不同类型地层及盾构工作方式的不同，盾构主要有以下四种类型、四种模式：,四种模式：,敞开式；,半敞开式；,土压平衡式；,气压式。,四种类型：,硬岩盾构机（,TBM,）；,软岩盾构机；,软土盾构机；,混合型盾构机。,5,施工中基本不使用土体加固等辅助施工措施,节省技术措施费,并对环境无污染；根据土压变化调整出土和盾构推进速度,易达到工作面的稳定,减少了地表变形；对掘进土量能形成自动控制管理,机械自动化程度高、施工速度快。,（三）土压平衡盾构特点,6,7,土压平衡盾构掘进机是利用安装在盾构最前面的全断面切削刀盘，将正面土体切削下来进入刀盘后面的贮留密封仓内，并使舱内具有适当压力与开挖面水土压力平衡，以减少盾构推进对地层土体的扰动，从而控制地表沉降，,刀盘旋转切削泥土通过刀盘开口被压进土舱，通过螺旋机转到皮带机上，然后输送到碴车里。盾构在推进油缸的推力作用下向前推进，盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道起着临时支护作用，承受周围土层的土压和水压以及将地下水挡在盾壳外面。掘进、排土、衬砌等作业在盾壳的掩护下进行。,（一）工作原理,8,盾构千斤顶的推力通过承压隔板传递到土舱内的泥土浆上，由泥土浆的压力作用于开挖面，以抵消开挖面处的地下水压和土压，形成平衡从而保持开挖面的稳定。,（二）土压平衡原理,土仓压力,=,地下水压,+,土压,9,（三）土仓压力控制因素,增大,/,减小推进速度,增大,/,减少碴土排量,地下水压,/,土压,10,（四）土仓压力对地表的影响,压力过小地表沉降,压力过大地表隆起,11,房屋开裂,地表下沉,防洪堤坍塌,12,13,按结构分：主机和后配套。,按功能分：控制系统、,主驱动系统、推进系统、出碴系统、管片运输及拼装系统、注浆系统、注脂系统、碴土改良系统、供电系统等。,土压平衡盾构组成,1.,刀盘；,2.,主轴承；,3.,推进油缸；,4.,人舱；,5.,螺旋机；,6.,管片安装机；,7.,排土闸门；,8.,管片小车；,9.,管片吊机；,10.,皮带机,14,（一）盾构主机,主机由刀盘、前体、中体、盾尾、螺旋输送机、管片安装机等几大部分组成。,15,（,1,）刀盘,辐条面板式,面板式,辐条式,主要作用：,切削和支撑,16,切削刀具,硬岩刀具分类,切削刀具,齿刀,切刀,球齿滚刀,楔齿滚刀,盘形滚刀,辅助刀具,超挖刀,刮刀,破岩刀具,17,刀盘扭矩,（,1,）盾构施工应将刀盘扭矩降低至一定范围内。刀盘扭矩过大或过小均不正常，刀盘扭矩过大会导致刀具、刀盘磨损严重并对周围土体带来较大的扰动，影响盾构正常掘进，而过小的刀盘扭矩会增加渣土改良费用，降低推进速度。,（,2,）砂层和卵石地层中刀盘扭矩较大，应采用优质土体改良剂对土体进行改良，确保渣土的流塑性，降低刀盘扭矩，切不可降低土舱压力，进行欠压推进。,（,3,）刀盘扭矩持续增大，可能是刀具磨损严重，应及时检查并更换刀具。,（,4,）刀盘扭矩大且推进速度低，可能是刀盘结泥饼，应及时进行处理。,18,推力,（,1,）在保证合理土压力和刀盘扭矩的前提下，可以通过增大或者降低盾构推力来加快或者减慢推进速度。当推力增大到一定程度能够保证切削刀具全部贯入土体中，此时再增大推力不但不能加快推进速度，反而会增大刀盘扭矩，导致刀盘的过量磨损。,（,2,）推力还应考虑盾构姿态和管片受力的影响。,（,3,）推力过小，且推进速度快，可能是遇到了地质疏松区域或地层中存在空洞，应立即停工对地层进行探测。,（,4,）推力过大，且无推进速度，可能是遇到障碍物，应立即停工对前方地层环境进行探测。,19,（,2,）前盾,前盾又称切口环，是开挖土仓和挡土的主要部分，位于盾构机的前端，结构为圆筒形，里面主要装有刀盘驱动、人员舱、各种传感器及部件等。,20,（,3,）中盾,中盾又称支撑环，是盾构承受推力作用的主要受力结构。中盾内沿周边布置有推进千斤顶、铰接油缸、管片拼装机和部分液压设备等。,21,（,4,）盾尾,盾尾主要用于掩护隧道管片拼装工作及盾体尾部的密封，通过螺栓或铰接油缸与中盾相连，并装有铰接密封、注浆管路及油脂管道等。,22,（,5,）人舱,人舱是工作面与切削面之间的唯一通道，主要用于在需要检查、更换刀具或维修刀盘及排除工作面异物等工作。分带压和常压两种工作模式。,23,（,6,）螺旋机,螺旋输送机由筒体、伸缩油缸、液压马达、螺旋轴、出碴闸门等组成。主要有以下功能：,1,）连续向外排碴，通过速度调整实现连续的动态土压平衡；,2,）排碴过程中形成土塞效应，维持土压稳定。,24,（,7,）管片拼装机,管片安装机主要完成管片的安装，由油缸、行走梁、支承架、旋转架及抓举头等组成,。,25,（二）后配套,后配套主要包括设备桥和拖车，每个拖车上都装有支持盾构前进和施工的装置，拖车通过设备桥与管片拼装机的行走梁相接，跟随盾构机前进。,26,（,1,）控制系统,主要作用：,实现各系统间通讯及连锁,实现各系统数据采集与处理,实现各系统参数调整与控制,27,（,2,）驱动系统,驱动类型：变频电机、一般电机、液压驱动。,主要作用：刀盘旋转转向调整、转速调整。,变频电机,一般电机,液压驱动,驱动部外形尺寸,中,大,小,后续设备,少,少,较多,效率,0.95,0.9,0.65,转速微调控制,好,差,好,噪声,小,小,大,盾构温度,低,较低,较高,维护保养,易,易,较复杂,28,小齿轮,主密封及油脂,刀盘支座,盾构主体,刀盘室,电机,轴承箱,主轴承,（,3,）主轴承润滑及密封系统,29,（,4,）推进系统,主要作用：,实现主机的向前推进,实现掘进速度的调整,实现盾构方向的调整,下 部,上 部,左 部,右 部,30,（,5,）碴土改良系统,主要作用：,改善碴土流塑性，有利于碴土顺畅排出,降低碴土密实度并减小摩擦,拓宽盾构的适应范围,31,（,6,）注浆系统,主要作用：,管片壁后空隙填充，控制地表沉降,形成壁后屏障，形成防水层,稳定管片与周围岩体一体化,32,同步注浆和二次补浆,（,1,）浆液适应性,1.,双液浆适用于有水地层和无水地层的盾构施工隧道。,2.,单液浆一般只适用于无水地层中施工的盾构隧道，对于有水地层，须有特殊的应对措施，确保浆液不被稀释而影响浆液性质。,3.,惰性浆液初凝时间长、强度低，对地表沉降控制不利。,4.,同步注浆和二次补浆不宜采用同种性质的浆液。,33,（,2,）注浆参数、浆液质量,1.,同步注浆压力应与土舱内压力匹配，同步注浆压力过高，浆液沿着盾壳与土体的空隙流至土舱中，造成浆液浪费，起不到有效的注浆效果，同步注浆压力过低，无法平衡管片上方水土压力，会导致地表沉降超标。,2.,二次补浆应以压力控制为准，补浆压力宜控制在,0.35MPa0.45MPa,，最高不高于,0.5MPa,。,3.,同步注浆量应根据盾构开挖直径与管片外径之间空隙的体积,V,、地层特点及环境风险工程等级来确定。,4.,二次补浆频率应根据环境风险工程等级来确定。,34,（,7,）注脂系统,根据盾构使用、设计理念的不同而有所区别，总体来说盾构注脂系统包括以下三种：,HBW,注脂系统（黑油脂、主轴承密封）,EP2,注脂系统（黄油脂、主驱动各部件润滑）,盾尾密封注脂系统（白油脂、盾尾密封）,35,（,8,）供电系统,主要作用：,实现高压电缆延伸,实现动力系统供电,实现控制系统供电,实现照明及应及照明供电,36,（,9,）水循环、排污系统,主要作用,:,实现供排水管路延伸,实现各系统供水,实现各系统冷却,实现施工污水排放,37,（,10,）空气系统,压缩空气：,实现盾构各气动元件的供气,实现人仓内人呼吸用供气,二次通风：,实现通风管的延伸,实现施隧道内的通风效果，如降温、排尘等,38,（,11,）导向系统,主要作用：,实现盾构方向的监控（水平、竖直）,实现盾体滚动角监控,39,盾构设备主要参数的合理性,主要技术参数,:,40,四、与泥水盾构的区别,41,（,1,）泥水平衡式盾构机工作原理,泥水平衡盾构是通过支承环前面装置隔板的密封仓中，注入适当压力的泥浆使其在开挖面形成泥膜，支承正面土体，并由安装在正面的刀盘切削土体表层泥膜，与泥水混合后，形成高密度泥浆，由排浆泵及管道输送至地面处理，整个过程通过建立在地面中央控制室内的泥水平衡,自动控制,系统统一管理,，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂，经分离后泥浆重复使用。,42,（,2,）泥水平衡式盾构机特点,在易发生流砂的地层中能稳定开挖面，可在正常大气压下施工作业，无需用气压法施工；泥水压力传递速度快而均匀，开挖面平衡土压力的控制精度高，对开挖面周边土体的干扰少，地面沉降量的控制精度高；盾构出土由泥水管道输送，速度快而连续；减少了电机车的运输量，施工进度快；刀具、刀盘磨损小，易于长距离盾构施工；刀盘所受扭矩小，更适合大直径隧道的施工；需要较大规模的泥水处理设备及设置泥水处理设备的场地。,43,44,45,46,单护盾,TBM,护盾；液压推进油缸；管片；刀盘；装渣斗；皮带输送机,47,双护盾,TBM,可伸缩护盾；刀盘；活动支撑鞋；辅助推进油缸；管片,48,敞开式,TBM,支撑鞋；钢支架举升器；锚杆安装机构；钢筋网举升器,49,TBM,施工主要流程,施工准备全断面开挖与出渣外层管片式衬砌或初期支护,TBM,前推管片外灌浆或二次衬砌,开敞式,TBM,循环作业流程,STEP 1:,作业开始。主支撑前位撑紧洞壁，后支撑腿提起。刀盘转动，推进油缸伸出，,TBM,前部前移一个作业行程,STEP 2:,准备换步。刀盘停转，后支撑腿抵住仰拱承重,STEP 3:,主支撑回缩。推进油缸回缩将自由态主支撑前拉回位,STEP 4:,主支撑回位后伸出支撑鞋抵紧岩壁，后支撑提起，,TBM,定位找正，坡道上必要时先定坡度。,STEP 5:,返回第一步，,TBM,准备下一循环掘进。,50,三、,TBM,适用范围,1.,一般只适用于圆形断面隧道。,2.,开挖隧道直径,1.812m,之间，以直径,36m,最为成熟。,3.,一次性连续开挖长度不宜短于,1km,，也不宜长于,10km,，以,38km,最佳。,4.,适用于中硬岩层，岩石单轴抗压强度介于,20250MPa,，尤以,50100MPa,最佳。,5.,地质条件对,TBM,掘进效率影响很大。在良好岩层中月进尺可达,500600m,，而在破碎岩层中只有,100m,左右，在塌陷、涌水、暗河地段甚至需停机处理。,6.,选用,TBM,开挖隧道应尽量避开复杂不良岩层。,51,部分现场施工情况无法通过盾构施工实时监控系统进行监控，必须靠人工进行巡视，发现现场存在的问题：,管片拼装情况,同步注浆浆液质量,盾尾漏浆情况,周边建构筑情况,盾构始发接收洞门、反力架、洞门密封等情况,盾构开舱检修及换刀情况,52,成形隧道中的管片错台：环向错台：,15mm,；径向错台：,10mm,；错台率,3%,以下；椭圆度,0.6%D,；隧道轴线偏差,100mm,；（,D=,隧道外直径）,管片完整度；是否存在破损、缺角、蜂窝麻面等情况,管片环向、径向是否有渗漏水情况；对正在拼装中的管片检查环向止水橡胶等防水措施是否完整。,对已进行过二次注浆的管片，检查管片拼装孔与环缝之间是否有渗漏水情况。,现场检查：,53,谢谢大家！,54,