对我国以后盾构施工技能存在问题的探讨Word文档格式.docx

1、由于断面不能随意调整,对隧道轴线的偏离、管片拼装精度也有很高的要求。可以看出,盾构法对地面结构影响可能性最小；对环境无不良影响,地下水位可保持；对工作人员较安全,劳动强度低,进度快；机械化程度高；隧洞形状准确；质量高,衬砌经济。2我国盾构技术的发展 正是由于盾构施工的这些优点,使得这项技术已经发展、细化为大量、复杂的施工技术,并逐步在实际工程上广为利用。盾构法在国际上起步较晚,但近年发展较快。我国盾构法隧道施工技术近年来也有了较大的发展。国内盾构技术发展开始于20世纪50年代,首先应用于修建煤矿巷道,1963年上海结合地下铁道的筹建,开始开发盾构技术,并于1990年开始在地铁一号线大量引进盾构

2、进行施工。1991年上海地铁1#线引进法国FCB公司的7台土压平衡式盾构,采用大刀盘开挖、螺旋输送机排土,同时备有同步压浆、计算机控制系统等,性能比较完善。上海利用这7台盾构机建成地铁1#线区间隧道,全长18.5km。该盾构直径为6.2m,混凝土管片厚度0.35m,每环6块,环宽1.0m。隧道经过淤泥土和淤泥质亚粘土,覆土深度518m,盾构进尺为46m/d地面沉降控制在1030mm。该工程于1995年4月10日正式全线试运营,为我国在含水软土地区的城市中修建隧道提供了宝贵的经验。经过多年的发展,在上海等软弱地质条件的盾构施工技术已相当成熟。近年来随着我国综合国力的提高,很多城市大力发展地铁,如

3、北京、上海、广州、南京、深圳等城市,到2003年以上述城市引进了近40台盾构用于地铁施工。目前,国内许多城市的轨道交通建设采用了盾构施工技术。如北京市南北交通路网中的北京地铁五号线工程,线路全长27.6km,南起丰台区的宋家庄,北至昌平区的太平庄,途经天坛、东单、雍和宫和和平里等重要地区,就是采用盾构法施工技术。3我国盾构技术需要解决的主要问题 任何新技术的开发、产生要根据市场需求和国情,进行仔细的论证。就目前我国盾构技术在城市轨道交通系统建设使用的情况而言,一些问题的解决、新技术的开发将成为当务之急。（1）研究盾构机,生产国产盾构机。目前的盾构机以进口为主,这就增加了盾构法施工的费用。在如今

4、经济迅猛发展的形式下,应将盾构机的生产转为国内为主。（2）在国产盾构机还没有被接纳的情况下,造价的问题同时使得盾构机的反复使用变得明显。盾构机是根据施工隧道的特点和围岩情况进行设计、制造。盾构机必须根据施工隧道的断面大小、埋深条件、地基围岩的基本条件进行设计、制造是适合于某一区间的专用设备。但是,由于盾构机本身是一个非常昂贵的设备,以我国的工程造价水准,还不具备一项工程完全折旧的能力。因此,在购置设备时,一定要考虑到机械的反复使用问题,尽可能设计多功能、多用途的机械以充分发挥其作用。（3）研究长距离施工。因为盾构法施工效率高,因此适合长距离施工。在一些地铁施工、排污隧道施工中也经常遇到长距离施

5、工的问题。这一问题的解决除依靠提高盾构机的耐磨性能以外,研究刀头等易磨损部件的更换技术也是比较实用的方法。当然地下接合技术也是一个非常有效的技术,但必须考虑到使用时地下接合对盾构机的要求和对施工管理精度的要求。（4）结合国内主要隧道结构形式,研究双圆形或眼镜形盾构。我国的地铁隧道采用单圆双线隧道施工,容易出现后续隧道对先行隧道发生影响和超近距离施工的问题。如果采用双圆形或眼镜形盾构进行施工,这些问题将会得到解决。而这一新技术能否得到使用的另一个决定因素就是造价问题,也就是施工两个单圆隧道和施工一个双圆形或眼镜形隧道的经济性比较问题。（5）研究采用3圆形盾构,减少施工费用。由于地铁车站一般设置在

6、城市繁华地区,很多工程已经遇到难以确保施工用地或施工用地拆迁费过高的问题。如果能够采用3圆形盾构施工地铁车站将会使这一难题得到解决。（6）研究管片技术,保证衬砌管片不发生裂缝、踏步、渗漏和长期耐久性。目前为止,我国使用的管片种类比较单一,而且分块、接头也比较简单。由于管片技术的发展必须与管片设计理论相结合,而且需要相应的试验验证工作。 盾构施工技术除了上述问题外,还存在着其它待改进和提高的问题。如隧道设计和盾构施工中除了要保证工程本身安全、质量的要求外,更重要的是如何控制对隧道沿线环境的影响以及从做好地铁建成后隧道保护要求来考虑,要提高隧道衬砌环抵抗隧道纵向变形的能力。盾构隧道设计、施工和管理

7、等方面工作要围绕如何加快重点工程建设进度进行精心施工要做到方便施工,简化工序,节约投资,加强盾构隧道的耐久性,提高隧道的抗渗、抗蚀能力。盾构法施工的几点问题及其发展方向张荣国武汉理工大学国外建材科技 2004年 第25卷 第4期2 盾构施工引起地表下沉的问题及隧道沉降 在软土中采用盾构法进行隧道施工时,一般会引起隧道上方地表下沉,并且在隧道施工阶段和运营阶段还会产生隧道沉降。因此,必须认真研究盾构施工中地表下沉的原因,分析影响地表下沉和隧道沉降的各种因素。在设计和施工中采取合理的措施,减少和控制地面地表下沉和隧道沉降。 2.1 地表下沉的原因 盾构施工时,导致地表下沉的原因是多方面的,其主要原

8、因可以分为以下几点:开挖面上的土水压力不平衡导致开挖面失去稳定性。此时,压力舱压力大于开挖面土压力和水压力时出现地基隆起,相反会出现地基沉降。盾构推进对围岩的扰动。盾构壳板和围岩的摩擦、以及围岩的扰动会引起地基隆起和沉降。尤其在蛇曲修正、曲线推进时如采用超挖,会使围岩松动的范围变大加大地基的沉降量。盾尾空隙的发生和壁后注浆的不足。盾构施工必然产生盾尾空隙,这一空隙会引起地基的应力释放而产生弹塑性变形。一般可通过实施壁后注浆来控制,但壁后注浆的材料、注浆时间、位置、压力、注浆量都会影响地基的变形量。管片的变形和变位。管片从盾尾脱出后,受到围岩荷载作用发生一些变形或变位,造成地基沉降,但其量一般较

9、小。地下水位下降。由于漏水或降水引起的地基沉降。（2）做好盾尾建筑空隙的充填压浆确保压注工作的及时性,尽可能缩短衬砌脱出盾尾的暴露时间,以防地层塌陷。确保压浆数量,控制注浆压力。改进压浆材料的性能。（5）管片技术:这一方面尚需要进行大量的研究工作。盾构法施工过程中的常见问题及防治措施任怀志（中铁十九局）3隧道内漏水原因与防治3.1隧道内漏水原因盾构隧道是由一片片独立的管片通过螺栓联接起来，管片接缝部位为防水的薄弱环节，隧道内漏水部位一般出现在管片接缝处。产生漏水的主要原因是：管片拼装过程中偏差、止水条老化或失效。3.2隧道漏水防治3.2.1加强管片制作、运输和拼装的管理提高管片的制作精度和质量

10、，控制水平拼装环、纵缝间隙小于2mm，确保管片密实无裂缝，抗渗要求达到设计标准。加强管片起吊、运输及堆放管理，避免出现贯穿性裂缝。管片堆放时内弧面向上，宽度方向应上下对齐，不准倾斜。管片间放两条木垫板，垫板上下对齐，使中间隔空。管片拼装前查看前一环管片与盾尾间隙，结合前环成果报表决定本环纠偏量和措施。管片拼装要防止出现错缝、台阶差，可以通过加贴楔子微量调整间隙来保持环面的平整度，楔子不得超过4mm。竖曲线段推进时，应计算上下左右的超前量，分段粘贴低压石棉板，在推进过程中，使其经千斤顶压缩后成一平整楔行环面，粘贴环面的面积一般应大于整个环面的一半。纠偏楔子厚度超过设计厚度时，止水带也应加贴遇水膨

11、胀条。封顶块两侧的止水条在拼装前涂表面润滑剂，以减少封顶块插入时的摩阻力。管片如遇损坏，轻则就地修补，重则重新调换后方可继续进行。3.2.2加强止水条质量管理隧道采用的遇水膨胀橡胶止水带是在氯丁橡胶密封条上加覆一层遇水膨胀条制成的，由于施工期间常遇到下雨或者隧道低部积水，操作不会使遇水膨胀止水带和螺栓垫圈在拼装前遇水预膨胀或变形，影响止水效果，故应在粘贴止水带的地方做好防雨措施，搭设活动防雨棚和在止水带表面涂缓膨剂。冬季施工时应设置烘房设施，作橡胶止水带加温。角部加贴的自粘贴橡胶薄片厚度长度应符合设计要求，以免影响止水带效果。“F”块插入间隙偏小，摩阻力大，止水带容易延伸拉长，角部形成“疙瘩”

12、，影响压密，所以在拼装前应涂水性润滑剂，以减少封顶块插入时摩阻力。盾构法隧道施工背后注浆技术朱科峰广东土木与建筑!#年$月!#$!%&$!#（）*+,（+,（*-*.,$!*$,*$!第$期/.!#$01$%前言 随着城市地下空间的开发，盾构施工技术越来越多地应用于城市的地铁隧道以及市政设施隧道中。当盾构机在一定深度地层中推进时，可根据盾构机与地表上某点的相对距离，将盾构掘进过程分成到达前、到达时、通过、脱出、脱出后等2个子过程。当盾构机从该点脱出后，在管片衬砌和天然土层之间会留下空隙，该空隙理论上为环形，厚度通常约为34455，对其的填充通常需要采用背后注浆技术来完成。如果这一空隙不能及时有

13、效地得到填充，则天然土体将处于侧向无支撑状态，从而产生很大的地面沉降，造成地表建筑物的破坏。因此，背后注浆技术是盾构法隧道施工中的一项关键技术，本文将介绍国内外背后注浆技术的发展现状，旨在促进该技术今后的推广应用。背后注浆的作用和种类在盾构机脱出后，采用背后注浆技术具有以下2个方面的作用，即：及时充填盾尾空隙，抑制天然土体变形，控制地面沉降，保证环境安全；增强隧道的防水能力，作为衬砌防水的第一道防线，提供长期、均质、稳定的防水功能；#可使外力作用均匀化，有利于管片衬砌三维位置的稳定；$作为隧道衬砌结构的加强层，提高其耐久性；%在采用泥水平衡盾构时，能够减少和抵制泥水回窜至盾尾及已建成的隧道外，

14、从而控制隧道的上浮量，使隧道尽快达到稳定。背后注浆有两种形式，一是采用盾壳外表设置的注浆孔随盾构推进同步注浆；二是由管片上的预留注浆孔进行压浆，其中同步注浆是一种较先进的技术，下面将对其作详细介绍。%注浆施工工艺注浆方式应根据盾构机脱出管片时，盾尾外壳与管片的相对位置而决定，若盲目地采取等量、均匀压注法，就会造成压浆极不均匀而影响管片周围地层的稳定。为了使环形间隙能较均匀地充填，并防止衬砌承受不均匀偏压，同步注浆对盾尾预置的）个注浆孔同时进行压注，在每个注浆孔出口设置分压器，对各注浆孔的注浆压力和注浆量进行检测与控制，从而达到对管片背后对称均匀压注。同步注浆结束标准为注浆压力达到设计压力，注浆

15、量达到设计注浆量的.*5以上，对注浆不足或注浆效果不好的地方应进行补强注浆，以提高注浆层的密实性和防水效果。为保证背后注浆的顺利完成，施工时应注意以下问题：$注浆前进行详细的浆液配比试验，选定合适的注浆材料及浆液配比，保证所选浆液配比、强度和耐久性等物理力学指标符合设计施工要求；%制订详细的注浆施工设计、工艺流程及注浆质量控制程序，严格按要求实施注浆、检查、记录和分析，及时做出!（注浆压力8/A注浆量8/#A时间8曲线，分析注浆效果，反馈指导下次注浆；&根据洞内管片衬砌变形和地面及周围建筑物变形监测结果及时进行信息反馈，修正注浆参数设计和施工方法，发现情况及时解决；做好注浆孔的的密封，保证其不

16、发生渗漏；（做好注浆设备的维修保养，保证注浆材料供应与注浆作业不间断。3盾构施工技术发展简史盾构法问世已有170多年。1825年英国人布鲁洛（M.I.brunel）在蛀虫钻孔的启示下,最早提出了盾构法建设隧道的方法,并于1825年在穿越泰晤士河的隧道中第一次使用了盾构技术。1830年Lord Cochrance发明了施加压缩空气的“压气法”以解决盾构穿越饱和含水地层时防止涌水的问题。10年后,Greathead首创了在盾尾衬砌外部盾尾空隙中注浆以控制地基变形的壁后注浆方法,进一步推动了盾构法隧道在城市建设中的应用。1865年巴尔劳首次采用圆形断面盾构,之后这种断面就成为盾构隧道的基本断面。20

17、世纪6070年代,继法国研制了泥水加压式盾构后,日本也研究开发了土压平衡式盾构,这种闭胸式头部、刀盘机械开挖的技术结合管片衬砌、壁后注浆及防水技术成为近30年盾构技术的主流。我国上世纪50年代初首次在东北阜新煤矿采用盾构法修建了直径2.6 m的输水巷道,1966年在上海采用网格式挤压盾构修建了直径达到10 m的打浦路越江隧道,80年代初期上海开始使用土压平衡式盾构进行地铁隧道的修建,80年代末期我国开始使用泥水加压式盾构,并在1994年成功地进行了上海延安东路南线越江隧道工程。至今有多项重点隧道工程均采用了盾构法施工,如广州地铁二号线海珠广场站至市二宫站区间采用了用泥水盾构改造的复合式盾构施工

18、2,南京地铁一号线钓鱼台盾构工作井至三山街站南端头井区间采用日本三菱公司生产的6 340 mm土压平衡铰接式盾构机施工3,南水北调中线工程穿黄工程4、西气东输工程通过长江均采用泥水加压式盾构施工5。盾构隧道常见质量问题分析李永鸿（深圳市地铁集团有限公司，广东深圳518026）隧道与地下工程目前国内地铁盾构隧道主要由钢筋混凝土预制管片构成，其原理是拼装成环的管片直接成为隧道的最终衬砌，在隧道施工和使用过程中保持结构稳定，并承担盾构机的顶推力、注浆压力、围岩压力和地下水压力。盾构隧道管片是隧道的主要结构形式，也是隧道的防水、防火和耐久性等综合性能的保证，管片拼装后的外观质量和防水质量是影响隧道质量

19、的直接因素1。虽然盾构法在地铁隧道工程中的应用非常普遍，但管片拼装仍存在一些比较常见却又尚未得到很好解决的问题，如管片的开裂、破损、错台和渗漏水等。笔者依据深圳地铁二期工程的施工实践，对管片拼装时各类质量缺陷产生的主要原因进行了分析，并提出了一些控制措施。工程中管片主要质量缺陷统计见表1。表1深圳地铁二期盾构隧道管片主要质量缺陷统计1管片渗漏水1.1原因分析管片渗漏水是盾构隧道施工中最常见的质量通病，其产生原因可以归结为以下几个方面：1）管片拼装不到位。当缝隙不均匀或接缝中有夹杂物，管片纵缝有内外张角、前后喇叭时，管片外弧面接缝处产生应力集中，混凝土出现楔块状碎裂，致使止水条与管片间不能密贴。

20、2）成品保护不足或止水条的粘贴不牢固。管片拼装时的错动，特别是最后封顶块（K块）的插入易使止水条移位或被挤到管片外侧。3）注浆效果差。注浆孔是盾构隧道防水中的薄弱环节，进行同步注浆时的漏浆、注浆量不足、注浆后封堵不到位，都会引起管片漏水。4）盾构机姿态控制不当。盾构与管片的姿态不好，会引起成型隧道管片错位，相邻管片止水带不能正常吻合压紧，引起管片漏水；掘进过程中推力不均匀或者推力过大，也会造成管片受力不均匀而产生裂纹。5）地下水影响。因施工场地地下水丰富，加之注浆量不足，部分管环上浮量较大，导致环缝止水条被扯破或移位，纵缝出现内外张角。1.2控制与预防措施控制隧道渗漏水可以从管片自防水、衬砌接

21、缝防水、盾尾填充注浆等几方面考虑。1）提高管片质量和混凝土防水等级，如：采用高抗渗等级（S10、S12）的混凝土，根据设计合理选择管片形式，保证盾尾间隙合理；加强管片运输过程中的成品保护工作，严格检查验收进场管片。2）进行管片拼装作业时，严格控制千斤顶的伸缩，1.2控制与预防措施控制隧道渗漏水可以从管片自防水、衬砌接缝防水、盾尾填充注浆等几方面考虑。采用高抗渗等级（S10、S12）的混凝土，根据设计合理选择管片形式，保证盾尾间隙合理；2）进行管片拼装作业时，严格控制千斤顶的伸缩，2管片破损和开裂2.1原因分析管片破损的原因主要有以下几个方面：1）设计原因。在进行管片的配筋（特别是管片接缝面的构

22、造配筋）设计，以及确定管片设计参数、管片接头形式、接头螺栓的形式时，未充分考虑曲线半径与管片长度之间的适应性。2）制作原因。混凝土制作、振捣、养护等环节操作不规范，会影响管片混凝土的强度；不精细和不准确的模具经常导致管片外观和尺寸与设计不符。3）拼装原因。拼装不到位是管片破损的主要原因之一，管片在拼装过程中，拼装方法和拼装顺序十分关键。管片的拼装顺序与精度控制不当，就会发生错缝、开缝或环缝夹砂，角部就可能呈点接触或线接触从而导致受力不均匀而产生裂纹。管片错台也容易导致相邻块管片间产生应力集中现象，使管片边缘发生开裂、崩角。另外，管片安装质量与安装速度和操作工人的熟练程度有很大关系。4）盾构推力

23、和姿态原因。盾构机的推进千斤顶作用在管片上，依靠管片提供反力使盾构机向前掘进，盾构掘进过程中总推力过大或推力不均匀，均会导致管片开裂。当盾构的方向与管片的方向产生差异时，会发生盾构与管片争高低（挤压）的现象，从而导致管片的损伤或变形，管片宽度越大这种现象发生的概率就越高。另外，盾构姿态调整时纠偏过猛，也是致使管片开裂的直接原因。5）注浆压力原因。施工过程中注浆压力过大、注浆量不足，浆液填充不均匀等因素，均会使管片局部受力不均而产生开裂和破损。注浆压力过大，还可能使面板破损、K管片产生大的变形，这种现象在隧道施工过程中多次发生3。2.2控制与预防措施 工程实践证明，任何可见裂缝都是微裂缝发展的结

24、果。混凝土出现裂缝很难避免，问题是如何使混凝土的裂缝范围降到最低4。管片局部的裂缝不影响管片结构的使用，但是会对隧道的防水造成影响。为了提高管片安装质量，施工前应做好详细的计划，并在施工过程中严格执行计划；操作人员要经过培训后上岗，严格遵守盾构掘进方向及姿态的控制规程；此外，还应加强进场管片的外观质量检查及管片拼装过程质量控制。 根据施工经验总结，控制管片破损与开裂的主要措施有以下几个方面：1）合理选择管片类型，选型时以适应盾尾间隙为主，兼顾设计线形，确保盾尾间隙均匀。2）通过试验有针对性地选择混凝土配合比，使其与气候条件、钢模和施工工艺参数有机结合，优化施工工艺及配筋构造设计。3）结合盾构机

25、机型和地层特点，合理设置掘进参数，控制盾构的扭转，选择合理的推力，做到事前控制。4）加强盾构操作，避免姿态纠偏过猛。正确控制好转弯地段的盾构姿态，控制原则以适应设计线形为主，适时纠偏，切忌过急过猛；总推力过大时，在土舱内注入泡沫，防止出现“泥饼”现象，减小掘进扭矩和总推力。另外，盾构机过站时尽可能把损坏的密封刷全部更换。5）采用合理的拼装方法和拼装顺序，提高管片的安装精度。根据人工测量管环的数据变化情况，适当增加卸水孔及管片外弧面注双液浆次数，多级测量复核以消除导向系统的误差。当管片环面不平整或千斤顶撑靴重心偏位时，要及时更换新的千斤顶撑靴，并予以调整。6）控制注浆压力和注浆量，确保填充质量。

26、二次注浆时复紧注浆管片周边3环的管片螺栓。对于大断面隧道，在日进度920 m的情况下，采用真圆保持器可以减小管片变形和破损。3管片错台3.1原因分析管片错台是指管片与管片之间的内弧面不平整，一般是由于受力不均匀造成的。盾构隧道施工中管片错台不仅影响隧道外观质量，而且会导致隧道漏水。盾构隧道管片发生错台的因素很多，其主要原因可以从下4方面分析：1）拼装作业不规范。管片安装时，管环面不平整，出现上翘或下翻；管片精度不足或相邻2环管片间有夹杂物；管片拼装的中心与盾尾中心不同心；管片径向内移，造成过大的环高差；另外，掘进时未能及时复紧管片螺栓，管片受力不均匀，也会引起错台。2）注浆控制不当。围岩裂隙发

27、育、地下水丰富等因素会增加同步注浆难度，致使管片外弧面的束缚力较小。管片二次补注浆时，如果注浆压力控制不当，会产生注浆偏压，从而引起管片错台。3）盾构机姿态控制不好。掘进工程中，盾构机姿态控制不好时，千斤顶对拼装好的管片产生不均匀推力，挤压弹性密封垫，引起管片间纵向位移，导致错台发生。4）线路弧度和坡度影响。盾构机姿态控制与曲线段不匹配时容易导致管片错台；在上软下硬地层、变坡段等线路中，掘进压力容易产生偏差，刀具严重磨损后未能及时更换，导致推力过大等情况，均会产生错台。 经过调查统计发现，管片拼装错台现象主要发生在环向连接缝处，纵缝处的错台出现较少且数值较小，破损也少。深圳地铁二期2号线某区间

28、管片环缝错台及纵缝错台统计见表2。根据GB 50446-2008盾构法隧道施工与验收规范，地铁盾构隧道相邻管片径向错台允许偏差为10 mm，相邻管片环向错台允许偏差为15 mm。错台不仅影响成型隧道的美观也影响管片的止水效果，由于管片止水条的宽度为19 mm（有效宽度为13 mm），因此，当相邻管片错台量达到7 mm以上时，管片间的防水方式与设计情况已经不一致。3.2控制与预防措施盾构机在掘进过程中，运动轨迹很难与设计轴线完全重合，而是围绕隧道设计轴线作蛇形运动，盾构掘进总是处于不断纠偏的过程中5。减少管片错台的措施主要从以下几个方面考虑：1）优化线路设计，尽量避免小直径的曲线段。根据设计线路选择管片，对于曲线半径较小的路线，可以采用宽度较小的管片。2）合理配置各种类型的管片，转弯管片的比例必需达到实际施工的需求，严格控制管片螺栓的质量。管片在盾构内居中拼装，避免管片与盾壳碰撞，保证管片轴心与盾构机轴心一致，施工时严格控制千斤顶行程差和盾尾间隙等。3）盾构机姿态控制。掘进时不应对盾