盾构隧道施工技术及工程质量安全控制Word文件下载.docx

盾构隧道施工技术及工程质量安全控制Word文件下载.docx

《盾构隧道施工技术及工程质量安全控制Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《盾构隧道施工技术及工程质量安全控制Word文件下载.docx（50页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

5.1盾构开挖面稳定和工作参数优化

5.2盾构在复杂地层条件下的施工及技术措施

5.3盾构纠偏和姿态控制

5.4管片拼装和隧道工程质量控制

6、盾构穿越建筑物及保护技术

6.1盾构掘进施工对地层的影响及沉降控制

6.2盾构隧道施工监测技术

6.3盾构穿越建筑物及保护技术

6.4盾构下穿运营地铁隧道施工及监护

7、盾构隧道工程事故实例分析

8、盾构隧道工程技术新发展

上海申通地铁集团有限公司傅德明

2008-10

1.1盾构法隧道基本概念及发展历史

盾构是一个横断面外形与隧道横断面外形相同、尺寸稍大，内藏挖土、排土机具，自身设有保护外壳的暗挖隧道的机械。

以盾构为核心的一整套完成的隧道施工方法称为盾构工法，概况如图1所示。

盾构法施工的优点:

场地作业少，隐蔽性好，因噪音、振动引起的环境影响小；

隧道施工的费用和技术难度基本不受覆土深浅的影响，适宜于建造覆土深的隧道；

穿越河底或海底时，隧道施工不影响航道，也完全不受气候的影响；

穿越地面建筑群和地下管线密集区时，周围可不受施工影响；

自动化程度高、劳动强度低、施工速度较快。

图1盾构工法概念图

盾构工法的设想19世纪初产生于英国，1818年Brunel观察了小虫腐蚀木船底板成洞的经过，从而得到启示在此基础上提出了盾构工法，取得了专利，并于1823年拟定了穿越伦敦泰晤士河道路隧道的计划。

工程于1825年动工，隧道长458m，隧道断面为11.4m×

6.8m。

工程因地层发生了5次涌水事故，致使工程被迫中止。

Brunel总结了失败的教训对盾构做了7年的改进，后于1834年工程再次开工，又经过7年的经心施工，终于在1841年贯通隧道。

1869年建造横贯泰晤士河上的第二条隧道，首次采用圆形隧道，外径2.18m,长402m。

1887年南伦敦铁道隧道施工中使用了盾构和气压组合工法获得成功。

19世纪末到20世纪中叶盾构工法相继传入美国、法国、德国、日本、苏联等国，并得以不同程度的发展。

20世纪60~80年代盾构隧道技术继续发展完善。

1960年英国伦敦开始使用滚筒式挖掘机；

1964年日本埼玉隧道中最先使用泥水盾构；

1969年日本在东京首次实施泥水加压盾构施工；

1972年日本开发土压盾构成功；

1975年日本推出泥土加压盾构；

1978年日本开发高浓度泥水盾构；

1981年日本开发气泡盾构；

1982年日本开发ECL工法成功；

1988年日本开发泥水式双圆盾构工法成功。

1990年~2003年，英法两国共同建造的英吉利海峡隧道（长48km）采用φ8.8m的土压盾构工法于1993年竣工；

日本东京湾隧道（长9．2km）采用8台φ14.14m泥水盾构于1996年竣工；

丹麦斯多贝尔特海峡隧道（长7.9km）采用φ8.5m土压盾构工法于1996年竣工；

德国易北河第4条隧道采用复合盾构（φ14.2m）于2003年竣工；

荷兰格累恩哈特隧道（φ14.87m、泥水式）于2004年竣工。

从断面形状方面讲出现了矩形、马蹄形、椭圆形、多圆形等多种异圆断面盾构；

从功能上讲出现了球体盾构、母子盾构、扩径盾构、变径盾构、分岔盾构、途中更换刀具盾构、障碍物直接切除盾构等特种盾构；

从盾构机的掘削方式上看出现了摇动、摆动掘削方式的盾构，打破了以往的传统的旋转掘削方式。

施工设备出现了管片供给、运送、组装自动化装置；

盾构机掘进中的方向、姿态自动控制系统；

施工信息化、自动化的管理系统及施工故障自诊断系统。

1.2我国隧道掘进机技术的发展历史和现状

50年代，东北阜新煤矿首次采用直径2.6m手掘式盾构施工巷道。

1957年，北京市政工程局采用2台直径2.0m和2.6m手掘式盾构进行城市下水道施工。

1963年，上海结合软土地层对盾构掘进机、预制钢混凝土衬砌、隧道掘进施工参数，隧道接缝防水进行了系统的试验研究。

研制了1台直径4.2m的手掘式盾构进行浅埋和深埋隧道掘进试验，隧道掘进长度68m。

1966年，上海打浦路越江道路隧道工程1322m主隧道采用由上海隧道工程设地院设计、江南造船厂制造的我国第一台直径10.2m超大型网格格挤压盾构掘进机施工，辅以气压稳定开挖面，在黄浦江底顺利掘进隧道。

1987年上海隧道工程公司研制成功了我国第一台φ4.35m加泥式土压平衡盾构掘进机，用于市南站过江电缆隧道工程。

1990年，上海地铁1号线工程全线开工，18km区间隧道采用7台由法国FCB公司、上海隧道工程公司、上海隧道工程设计院、上海船厂联合制造的φ6.34m土压平衡盾构掘进机。

1996年，上海延安东路隧道南线工程1300m圆形主隧道采用从日本引进的φ11.22m泥水加压平衡盾构掘进机施工。

1996年，广州地铁1号线8.8km区间隧道由日本青木建设施工，采用2台φ6.14m泥水加压平衡盾构和1台φ6.14m土压平衡盾构。

2001年以来，广州地铁2号线、南京地铁1号线、深圳地铁1号线、北京地铁5号线、天津地铁1号线先后从德国、日本引进14台φ6.14m~6.34的土压盾构和复合型土压盾构，掘进地铁隧道50km。

盾构法隧道已经成为我国城市地铁隧道的主要施工方法。

2003年，上海地铁8号线首次采用双圆隧道新技术，从日本引进2台φ6520×

W11120双圆型土压盾构，掘进黄兴路站——开鲁路站2.6km区间隧道。

2004年，天津地铁1号线采用2台德国海瑞克Ø

6.20m土压平衡盾构掘进区间隧道。

2006年，沈阳地铁1号线砂砾地层采用盾构法掘进区间隧道。

成都地铁1号线砂卵地层采构法掘进区间隧道。

2007年，西安地铁2号线湿现性黄土地层采用盾构法掘进区间隧道。

2008年，武汉地铁2号线、杭州地铁1号线、苏州地铁1号线也采用盾构法掘进区间隧道。

今年，在全国12个城市地铁隧道工程中有200余台盾构掘进机施工约300公里区间隧道。

2005年，上海上中路隧道引进1台Φ14.89m超大直径泥水盾构掘进2条长1250m的4来4去双层道路隧道。

2006年9月,二来二去的武汉长江越江隧道工程2条长2338mΦ11.2m的圆形主隧道采用2台Фm11.5泥水加压盾构掘进施工。

2006年9月,三来三去的上海长江口越江隧道2条长7.9km的圆形主隧道采用2台Φ15.44m泥水加压盾构掘进施工,为目前世界上最大断面的盾构隧道。

2007年11月，三来三去的南京长江隧道2条长3.9km的圆形主隧道采用2台Φ14.9m泥水盾构掘进施工。

2.1盾构掘进机的构造及分类

按挖掘土体的方式，盾构可分手掘式盾构、半机械式盾构及机械式盾构三种。

　　①　手掘式盾构：

即掘削和出土均靠人工操作进行的方式。

　　②　半机械盾构：

即大部分掘削和出土作业由机械装置完成，但另一部分仍靠人工完成。

　　③　机械式盾构：

即掘削和出土等作业均由机械装备完成。

　　按掘削面的挡土形式，盾构可分为开放式、部分开放式、封闭式三种。

　　①　开放式：

即掘削面敞开，并可直接看到掘削面的掘削方式。

　　②　部分开放式：

即掘削面不完全敞开，而是部分敞开的掘削方式。

　　③　封闭式：

即掘削面封闭不能直接看到掘削面，而是靠各种装置间接地掌握掘削面的方式。

　　按加压稳定掘削面的形式，盾构可分为压气式、泥水加压式，削土加压式，加水式，加泥式，泥浆式六种。

按盾构切削断面形状，盾构可分为圆形、非圆形两大类。

圆形又可分为单圆形、半圆形、双圆搭接形、三圆搭接形。

非圆形又分为马蹄形、矩形（长方形、正方形、凹、凸矩形）、椭圆形（纵向椭圆形、横向椭圆形）。

2.2土压盾构及适应地层

土压平衡盾构依靠大刀盘旋转切削开挖面土体，土砂切削后进入刀盘后的密封土舱，并通过土舱下部的螺旋输送机把土砂送至盾构机后部，见图1所示。

通过调整刀盘转速、推进速度、螺旋机转速来调整切削土量和出土量并保持土舱压力，使之与开挖面水土压力保持平衡。

土压平衡原理图

土压平衡盾构适用于各种粘性地层、砂性地层、砂砾土层。

对于风化岩地层、软土与软岩的混合地层，可采用复合型的土压平衡盾构。

在砂性、砂砾、软岩地层采用土压盾构掘进施工，应在土舱、螺旋机内以及刀盘上注入润滑泥浆或泡沫，以改良土砂的塑流性能。

土压平衡盾构掘进机

复合型土压盾构

2.3泥水盾构及适应地层

在盾构内设一道密封隔舱板，在泥水舱内充以压力泥浆支护开挖面土层，平衡开挖面土层水、土压，形成不透水泥膜，泥土经刀盘切削搅拌和搅拌机搅拌后，形成厚泥浆，用管道向地面处理场排送。

泥水加压盾构适用土层范围很广，从软弱粘土、砂土到砂砾层都可适用。

泥水加压式盾构适用于冲积形成砂砾、砂、粉砂、粘土层、弱固结的互层地基以及含水率高开挖面不稳定的地层；

洪积形成的砂砾、砂、粉砂、粘土层以及含水很高固结松散易于发生涌水破坏的地层，是一种适用于多种土质条件的盾构型式。

但是对于难以维持开挖面稳定性的高透水性地基、砾石在基，有时也要考虑采用辅助施工方法。

按衬砌材料分:

⑴.铸铁管片

⑵.钢管片

⑶.钢筋混凝土管片（RC管片）

⑷复合管片

按施工方法分:

⑴.拼装式管片

⑵.压注混凝土衬砌

⑶.二次衬砌

钢筋砼管片分类

1.箱型管片

2.平板型管片

管片宽度:

0.7M~2.0M

管片厚度:

0.04~0.06D

管片分块:

4~10块

3．2高精度混凝土管片制作和质量控制

管片生产常采用工厂化流水作业，管片生产需具备材料及产品堆场、钢筋笼生产车间、搅拌站（点）、试验室、管片浇捣车间、锅炉房（或蒸汽热网）、管片水中养护池、管片抗渗试验台架、管片精度测试台。

3.2.1钢筋笼生产

钢筋笼必须采用电焊焊接成形，主筋节点间采用E50型焊条或采用焊缝强度与钢筋相当的焊条，构造筋间或构造筋与主筋间可采用结E43型焊条。

焊点不得有损伤主筋的“吃肉”现象。

除节点外，任何钢筋的长度方向均不得采用焊接。

钢筋笼应按先成片（由焊接台生产）后成笼（由焊接台车生产）的生产顺序作流水作业。

钢笼网片圆弧方向的定位精度应控制在0.5mm以内；

焊接台车的控制限位板应严格按钢模尺寸制作；

钢筋笼的整体制作精度必须控制在2mm以内；

整个生产过程中，钢筋笼不得粘有任何油渍。

3.2.2管片浇捣

管片浇捣宜采用插入式振捣器，若采用振动台或附着式振捣器生产时，因管片表面的气泡直径及气泡量难以满足要求。

因此，应采用插入式振捣器在钢模侧壁部进行复振。

生产管片的混凝土坍落度应控制在4cm以内（外掺减水剂）。

考虑到冬季施工收水慢等因素，需作真空吸水时，在标准真空度条件下的吸水时间宜控制在8min以内。

管片生产采用插入式振捣，且坍落度为3cm时的每立方米混凝振捣时间宜控制在7min左右。

辅以目测（条件下），确认已振捣密实。

不宜过振，当然也不能漏振。

3.2.3蒸汽养护

管片宜采用蒸汽养护方式生产。

蒸汽养护除需满足一般蒸养操作规程外，还应注意以下几点：

1管片振捣结束后，宜静养2～3h，然后实施蒸