盾构法隧道施工原理.ppt

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,*,盾构法隧道施工原理,谈家龙,1,目 录,一、盾构法隧道施工发展历史,二、盾构法隧道施工原理,三、盾构法隧道施工流程,四、盾构法隧道施工关键要素,五、盾构法隧道施工常见难点和问题,六、结语,2,一、盾构法隧道施工的发展历史,起源,概念与分类,盾构工法在中国,发展趋势,3,（一）起源,1818年，英国工程师布鲁诺尔(M.I.Bruner)，最早提出了用盾构法建设隧道的设想，并在英国取得了专利。,1825年，他第一次在伦敦泰晤河下开始用一个断面高6.8m、宽11.4m的矩形盾构修建隧道。,1843年，经过18年施工，完成了全长1100m的第一条盾构法隧道。,4,5,1828年1月12日泰晤河水涌入盾构机,6,（二）概念与分类,盾构机,(Shield Machine),是一种全封闭的隧道掘进设备,主要由掘进系统、同步注浆系统、出渣系统、渣土改良系统、拼装系统、密封系统、导向系统等组成，利用衬砌管片提供反力,不能连续掘进。,隧道掘进机,(Tunnel Boring Machine),简称,TBM,，硬,岩,掘进机,部分封闭,围岩暴露并可提供反作用力,可连续掘进。,7,（二）概念与分类,“盾”,“,防御、保护”，指刀盘、盾壳；,“构”,“,构筑、修建”，即管片衬砌和注浆；,指使用盾构机，一边保持开挖面及围岩稳定，一边进行开挖面土体掘进、出渣，同步实施管片背后注浆，在盾尾内拼装管片形成衬砌，从而在最大减少扰动围岩条件下修建隧道的方法。,8,（二）概念与分类,1.按照开挖面平衡方式分为：,土压平衡式，适用于各种土层、岩层等复合地层；,泥水平衡式，适用于含水砂层以及软流塑、流动性等软弱地层；对地面沉降要求高的项目；,复合式，适应性更广,9,10,11,12,13,（二）概念与分类,2.按照直径大小分为：,巨型盾构，大于12米；15.43、14.9米；,常规盾构，大于6米；6.28、6.34、6.68米；,微型盾构，小于3米。0.15到3米。,14,（二）概念与分类,3.按照开挖面敞开程度分为：,全敞开式，手掘式、半机械式、机械式,半敞开式，半挤压、全挤压、网格式,全封闭式，土压、泥水、复合式,15,（二）概念与分类,4.按照断面形式分为,圆形盾构,矩形盾构,异形盾构（双圆、三圆、球形）,16,17,18,19,20,（三）盾构工法在中国,北京地铁,上海地铁,广州地铁,其它城市,21,北京地铁,2000年9月，北京地铁五号线雍和宫站至北新桥站区间首次采用盾构法施工。,2000年-2014年，高速发展期。建成运营17条线路，总长527公里。日均客流约1000万人次。是国内最繁忙的轨道交通系统。,根据线网规划，2020年将建成30条线路，运营里程超过1000公里。,22,上海地铁,1994年，上海延安东路南线隧道首次使用土压平衡盾构机施工。,2003年上海隧道股份设计制造第一台国产盾构机。,截至2014年，共建成运营14条线路，总计525.2公里。根据线网规划，2017年总里程689公里，2020年总里程808公里。,23,广州地铁,1995-1999年1号线建成运营；首次引入盾构法进行隧道施工。,1999年以后，2、3、4号线大量采用盾构法隧道修建；2010年高峰期，75台盾构同时掘进。,截至2014年，共有9条营运路线（1号线、2号线、3号线、4号线、5号线、6号线、8号线、广佛线及APM线），总长为260.5公里。2017年底，将新建10条线路，260公里新线。总里程超过500公里。,24,其它城市,国内目前地铁已经开工的共23个城市，国务院批准的有33个城市，国内地铁建设趋势由中心城区向四周辐射，十二五期间将是地铁建设发展高潮期。,国内城市轨道交通建设盾构工法的使用比例已经超过85%。,25,（四）发展趋势,超大直径,复合型,大深度、大坡度、小曲率,26,二盾构法隧道施工原理,盾构法隧道施工的工作原理,盾构法隧道施工的特点,盾构法隧道施工的优点,盾构法隧道施工的缺点,27,（一）盾构法隧道施工工作原理,盾构机千斤顶利用已成型管片提供反力，向前施加推力，利用刀盘旋转切削掌子面土体（保持土仓压力），通过螺旋输送机（管道）把渣土输送出来，拼装机拼装管片形成衬砌，管片背后同步注浆，形成永久结构。,28,29,土压平衡盾构机工作原理示意图,30,泥水盾构机工作原理示意图,31,（二）盾构法隧道施工的特点,地下施工，必须面对复杂的地质条件和敏感的地面环境。,所用设备集成度高，技术含量高，对人的要求较高。,涉及的专业领域较多，对复合型人才有较多需求。,32,（三）盾构法隧道施工的优点,高效率。机械化作业程度高，施工速度快，采用预制管片衬砌，一次成型，施工质量易于控制。经济效率显著。,高安全。施工作业环境好，施工人员安全得到有效保障。对周围环境影响小，地表沉降易于控制。,高适应。不影响地面交通，不影响航运通航，不受风雨等气候条件影响。不受地质限制。,33,（四）盾构法隧道施工的缺点,盾构机制造周期长，设备投入较大；,准备难且费用高，短距离隧道不经济；,小曲线隧道施工较为困难，施工质量得不到保障；,浅埋隧道覆土太浅，盾构法施工难度很大；,施工过程变化断面尺寸困难；,34,三、盾构法隧道施工流程,总体流程：盾构法施工总体流程,局部流程：盾构机掘进流程,35,（一）总体流程,始发井（车站）交付使用,盾构托架就位,盾构机下井组装、调试、验收初始掘进（,L=80-100,米）,负环拆除及其它调整（换装）正常掘进,盾构机到达中间站,盾构机通过中间站,盾构机再次组装、调试、验收盾构机再次初始掘进,正常掘进,盾构机到达终点站,盾构机解体外运,隧道清理、管片修补、堵漏工程验收。,36,盾构机下井,盾构机就位调试,初始掘进,正常掘进,到达车站,过 站,再次始发,到达终点站,盾构机解体外运,负环拆除,始发端头加固,反力架安装,洞门密封圈安装,洞门围护墙凿除,到达端头加固,洞门密封圈安装,盾构机托架,再次就位调试,始发井,中间站,到达站,盾构法隧道施工流程图,37,（二）局部流程,准备工作（风、水、电、浆液、渣车、管片）启动液压系统 启动刀盘 启动次级渣土运输系统（皮带机）,启动推进千斤顶,启动首级渣土运输系统（螺旋机）同步注浆,停止掘进,安装管片,准备下一环掘进。,开挖,出土,注浆,拼装,38,四 盾构法隧道施工关键要素,研究对手，地质,研究兵器，盾构机,研究招式，技术,39,（一）研究对手，地质,40,（二）研究兵器-盾构机系统总成,41,（二）研究兵器-盾构机系统总成,42,（二）研究兵器-盾构机系统总成,43,（二）研究兵器-盾构机系统总成,44,1 掘进系统,45,2 同步注浆系统,46,3 出渣系统,47,4 管片拼装系统,48,5 导向系统,49,6 密封系统,50,7 渣土改良系统,51,8 风、水、电、气系统,52,9 管片,管片型式,主要参数,连接方式,防水材料,管片选型,53,盾构隧道管片衬砌构造示意图,54,55,56,57,（三）研究招式,58,盾构机操作技术 盾构机过站技术,管片选型技术 端头地层处理技术,盾构机测量导向技术 隧道防水技术,管片背后回填注浆技术 其它技术,盾构机始发掘进技术,盾构机到达技术,59,1 盾构机的操作技术,做好操作前的准备工作,严格按操作规程进行操作,按照操作指令的控制掘进参数(刀盘转速扭矩土仓压力推力掘进速度铰接角度注浆压力等),对线路特点工程地质和地面的环境状况有充分认识,对异常情况要及时采取措施并上报,60,2 管片选型技术,管片的类型,管片的尺寸及分块,管片的连接型式,转弯环的楔形量,管片选型应遵循的原则:管片跟着盾构走,管片选型的考虑因素:盾尾间隙千斤顶行程差铰接角度盾构机姿态趋势,重要性:决定隧道的质量(尤其是防水质量),61,3 盾构机导向技术,主流VMT导向系统,62,63,64,65,4 管片背后注浆技术,注浆的目的,注浆的方式,浆液的种类,注浆参数选择(压力、数量、强度）,66,67,68,5 盾构机始发掘进技术,始发托架的定位安装,盾构机、后续台车的下井组装,反力架的安装,洞门密封环板的安装,洞门围护结构的凿除,盾尾密封油脂的涂抹,负环管片的安装,69,70,71,72,73,6 盾构机到达技术,到达阶段的贯通测量,到达接收托架的安装,洞门密封环板的安装,洞门围护结构的凿除,到达段管片的安装紧固和补充注浆,74,75,7 盾构机过站、过隧道技术,移动托架过站,滚轴法过站,盾构机整体吊装过站,利用永久管片过隧道,利用临时管片过隧道,76,77,78,79,8 端头地层处理技术,端头地层处理的目的,端头地层处理的主要方法,80,9 隧道防水技术,管片的自防水(抗渗等级),管片接逢止水条的形式和种类,嵌缝和手孔封堵,堵漏和缺陷修补,81,10 其它技术,刀具更换技术,发泡剂注入技术,82,83,84,85,使用泡沫处理过的软土,没有使用泡沫处理的软土,86,87,五 常见难点和问题,软弱含水地层且地面沉降控制要求高（塌陷）,富水地层（如穿越江河或断层带）（喷涌）,掘进断面内地层软硬相差悬殊（管片上浮）,土质粘性大易结泥饼（刀具磨损）,设计线路复杂,88,五 常见难点和问题,隧道内有建筑物桩基等异物侵入（托换、拔除、洞内处理）,盾构机始发和到达端头的地层加固（涌水、涌砂、塌陷）,孤石,溶洞、花岗岩、软硬不均等不良地质（爆破、填注）,盾构机的维护和保养及配件准备（计划和台账）,89,碎石器,(,直径,:1,20 m),90,91,六 结 语,保持开放的学习，态虚心向他人及竞争对手学习。,勤于总结,在施工实践中学习、磨练和提高。,在盾构工法应用及推广道路上，只有起点，没有终点！,92,