盾构技术二.docx
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盾构技术二.docx
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盾构技术二
第三节施工准备
●技术准备
●前期工程准备
●生产物资的准备
●劳动力的准备
●施工现场准备
一、技术准备
1.熟悉施工图纸和有关的设计资料
●工程设计图纸
充分了解和掌握设计人员的设计意图、结构特点和技术要求
●有关的地质资料
地质报告、地质剖面图、钻孔柱状图、水文情况
●施工验收规范及有关的技术规定
2.了解沿线的地下、地下情况
●地下管线布置情况
种类、结构、类型、埋深等
与隧道的相互关系等情况
●地下构筑物情况
污水隧道、人防工事、地下室、桩基础等
●地面建筑物情况
建筑物的种类、结构、基础埋深与隧道的相互关系等情况。
3.熟悉施工用机械的特点
熟悉盾构机的主要施工参数
相应的盾构施工工法
掌握施工要领
4.编制施工组织设计
●正确地确定各个关键工序的施工技术
●科学地制定施工方案
●合理地布置施工场地
●必须明确:
(1)施工现场总平面布置
(2)盾构基座及后靠布置形式
(3)盾构出洞时洞门密封的方式;
(4)盾构出洞地基加固方式;
(5)材料垂直、水平运输的方式及隧道断面布置;
(6)盾构推进的方案、工艺流程;
(7)隧道注浆方法及控制地面沉降的技术措施;
(8)经过特殊路段的施工技术措施;
(9)盾构进洞地基加固方案及盾构进洞方案;
(10)测量方法等。
编写规范的施组还应包括以下内容:
(1)组织管理体系;
(2)质量标准及质量保证措施;质量保证体系
(3)安全生产措施
(4)文明施工措施
(5)工程用料及施工用料使用计划;
(6)劳动力使用计划;
(7)施工进度计划。
二、前期施工准备
1.完成始发井土建结构
对于地铁隧道:
一般是车站先施工,盾构施工提出始发井的设计要求,车站施工单位配合。
对于过江公路隧道:
需要单独施工始发井。
始发井内须预留盾构出洞的洞门
洞门须由钢板、钢板桩或地下连续墙围护
2.盾构选型
根据地质及地面构筑物情况、施工进度、经济性等条件进行盾构选型,确定所用的盾构类型。
3.管片生产
三、生产物资的准备
1.材料
计算各种材料的规格、数量、使用时间、消耗量
按施工进度编制出材料需要量计划
组织货源,运输、仓储、现场堆放
2.构件
主要指管片的预生产,并落实运输、堆放。
3.施工机械
根据施工方案、施工进度,确定施工机械的类型、数量、进场时间、运输安装方式、放置的位置等,
编制施工机械的需要量计划,保证施工顺利进行。
四、劳动力的准备
确定的劳动力使用计划
组织劳动力进场
技术培训,安全、消防和文明施工教育
技术交底和质量交底
五、施工现场准备
1.盾构拼装或拆卸的工作井
一般井宽应大于盾构直径1.6~2.0m
井的长度主要考虑盾构设备安装及出洞要求
2.盾构基座
盾构基座置于工作井的底板上,用作安装及搁置盾构,以及导向。
基座结构:
钢筋混凝土
钢结构
3.盾构后座(后盾)
后座:
在盾构与后井壁之间要的传力设施
通常由隧道衬砌、专用顶块、顶撑等组成
4.人行楼梯和井内工作平台搭设
5.地面辅助设施
(1)做好三通一平、二堂一舍
设计施工围墙、场区道路、管片堆场,铺设水管、电缆、排水设施、布置场地照明等。
(2)设置行车或其他起吊和运输设备
(3)拌浆间及材料库。
拌制管片壁后注浆的浆体
(4)配电间、充电间
(5)空压机房(若采用气压施工)
(6)地面运输系统:
运输方式、道路施工
垂直运输可采用行车、大吊车、电动葫芦等
水平运输有铲车、汽车、电瓶车等。
实现水平和垂直运输互为一体的系统
(7)盾构出土的配套。
干出土:
汽车运输,集土坑;
水力掘进运土:
沉淀池。
泥水盾构:
浆拌制及泥水分离等设施。
(8)其他生产设备。
油库、危险品仓库、设备料具间、机械维修间等
6.隧道断面布置
确定轨枕的高度,轨道的轨距等
人行通道道板宽度要大于50cm,与电机车的安全距离要大于30cm,净空高度要大于1.8m。
管线:
通风管路及接力风机
清洗及排污管路
第四节盾构的出、进洞技术
一、盾构出、进洞方法
1.临时基坑法
在大开挖的基坑内,先完成盾构安装、后座施工及垂直运输出入通道的构筑,然后把基坑全部回填。
此法没有洞门拆除等问题,一般只适用于埋置较浅的盾构始发端。
2.逐步掘进法
适用于:
纵坡较大的、与地面有直接连通的斜隧道施工,
后座:
可依靠己建敞开式引道来承担,盾构由浅人深进行掘进,直至盾构全断面进入土层,
该法并没有盾构出、进洞的技术问题
3.工作井进、出洞法
挖掘垂直工作井,盾构在井内安装就位、出洞
这是目前使用较多的方法。
后盾由负环管片(开口环、闭口环)组成
在闭口环后部用56#工字钢3榀
3榀工字钢后用φ609mm钢支撑撑紧
利用专门构筑的工作井出洞
●盾构出洞
▲准备工作
(1)后盾管片布置及后座混凝土浇筑
(2)安装洞口止水装置、洞门混凝土凿除。
▲出洞
(1)出洞口加固土体达到强度,后盾负环拼装;
(2)涂抹油:
基座轨道面、刀头和密封装置、盾尾钢刷等
(3)盾构后盾支撑、推进
●盾构进洞
(1)接收井的准备:
接收井施工,洞口加固
安装盾构接收基座
(2)盾构姿态的复核测量
盾构进洞前100m作隧道贯通测量,根据测量数据及时调整盾构推进姿态
(3)混凝土洞门凿除
(4)盾构切口距洞门20~50cm时,停止盾构推进,尽可能掏空平衡仓内的泥土
二、临时封门的构造形式
1.钢结构封门
横向钢板梁封门:
由横向钢梁与梁间钢封板组成
竖向钢板梁封门
由型钢和钢板或全部用型钢组成。
整块圆钢板封门等。
2.砖石或混凝土封门
用砖石砌体作封门,也可以直接在井壁(地下墙)上凿孔出洞,拆除可用凿岩机或爆破的方法。
3.洞口加固
直径大、埋深大、土质差时还应考虑降水、地基加固、局部冻结等辅助措施,以稳定洞口土体和防止泥水涌入。
出洞口加固
第五节盾构推进
一、盾构正面开挖方法
四种开挖方法:
敞开、机械切削、网格、挤压
1.敞开式挖土
手掘式及半机械式盾构都属于敞开开挖形式。
2.机械切削
目前常用的以液压或电机为动力的、可以双向转动的切削刀盘。
这种掘进方法对正面的障碍排除及盾构超挖纠偏显得有些困难
3.网格式开挖
土体就从格子里呈条状挤进来
4.挤压式开挖
全挤式和局部挤压。
对地层扰动较大
可以不压浆
盾构上浮趋势明显,在浅埋施工时,盾构轴线较难控制,严重时单用千斤顶编组已无法纠偏,在这种情况下,用调整挤压程度(即增大进土面积或调整进土孔位置)来控制。
二、施工管理和掘进管理
排土量与工作面压力的平衡问题
1.土压平衡式盾构
通过排土机构的机械控制方式调整排土量,使之与挖土量保持平衡,以避免地面沉降或对附近构筑物造成影响。
控制方法:
●先设定推进速度,再根据容积计算控制螺旋输送机的转速。
●先设定推进速度,再根据密封舱内的土压计数值和切削扭矩值调整螺旋输送机的转速
将设定的土压力P和切削扭矩T作为基准值,同盾构推进时发生的土压P′、切削扭矩T′的数值作比较:
P>P′、T>T′时,降低排土速度
P>P′、T 2.加泥式或加泥浆式盾构 ●泥土、泥浆管理 目的: 通过向切削土内注入制泥材料并进行搅拌,将切削土改变成与开挖面土质相适应的泥浆土。 应根据切削扭矩、掘进速度、排出的泥土状态等对制泥材料的使用量作相应的增减。 ●排土量管理: 使掘进量和排土量之间平衡 (1)重量管理。 通过测定隧道出土车运出的土的重量来调节 不太准确,不能反映出掘进情况,可作参考。 (2)掘进量和螺旋输送机转速之间的控制 根据螺旋输送机的转速很难求出准确的排土量,掘进量和排土量之间也很难保持平衡。 ●土压管理 以土压计测出的泥土压力来保持土压力平衡。 通常土压力P的范围是: 主动土、水压力 方法: 根据土质情况求出控制土压力的上、下限,再在这一范围内设定基准土压力,控制盾构千斤顶的推进速度和螺旋输送机的转速,使实际土压同基准土压取得一致。 3.加水式盾构 ●排土率的管理 不间断地掌握掘土量和排土量之间的关系,将密封舱内的切削土的积存量保持在最佳状态 ●附加水压力的管理 保证同地下水压力取得平衡的附加水压力管理。 管理标准: 根据土体条件、掘进状况等设定出最佳加水压力,以地下水压力为基准,在其上下设定容许变动值,将压力控制在这一范围内。 4.泥水加压平衡式盾构 ●开挖面上泥水压力的管理 开挖面上泥水压力的管理,是通过设定泥水压力和控制推进时的开挖面泥水压力等环节实施的。 (1)计划泥水压力的设定 计划泥水压力=开挖面水、土压力+变动压力 一般将计划泥水压力的上限值设定为: Pj=Pd+2Hγ 式中: Pj——计划泥水压力(Mpa); Pd——地下水压力(Mpa); H——隧道埋深(m); γ——泥水重度; g——重力加速度。 (2)盾构推进时的开挖面泥水压力控制 通过设于挡土板上的开挖面水压力检测装置测出泥水压力,并通过自动控制回路将其控制为设定泥水压力。 三、盾构控制 1.盾构偏向的判定 ●盾构偏向的原因 (1)地质条件 地层土质不均匀,正面及四周的阻力不一致 (2)各千斤顶工作不同步、加工精度误差造成伸出阻力不一致 (3)施工操作的因素。 衬砌环缝的防水材料压密量不一致 盾构下部土体如有过量流失,引起盾构下沉;管片拼装质量不佳 ●盾构偏向的反映与测定 目前施工技术手段是通过对盾构现状位置的测量后报出的盾构现状报表来反映盾构真实状态。 图6—14盾构现状测量报表图 ●具体测量 由人工进行测量。 (1)坡度板。 直接读出盾构纵坡、转角的值。 (2)量两腰千斤顶活塞杆伸出长度估计平面纠偏效果。 (3)用水准仪、激光经纬仪测量 2.盾构的操作 ●了解土质对盾构施工的影响 砂性土透水性较好,在地下水压力差作用下砂粒易产生流动,如不采取必须的防范措施是难以正常施工的。 粘性土的透水性差,但具有较大的可塑性。 虽是最适宜盾构施工的土质,但施工时对土体有过大扰动,则带来的“后患”也大。 ●盾构的操作方法 (1)千斤顶编组 千斤顶的只数应尽量多 管片纵缝处的骑缝千斤顶一定要用 纠偏数值不得超过操作规程的规定值 (2)千斤顶区域油压调整 目前多数盾构将千斤顶分为上、下、左、右四个区域,每一区域为一个油压系统。 通过区域油压调整,起到调整千斤顶合力位置的作用,使其合力与作用于盾构上阻力的合力形成一个有利于控制盾构轴线的力偶。 (3)盾构的纵坡控制 变坡法。 在每一环推进施工中,用不同的盾构推进坡度进行施工,最终达到预先指定的纵坡。 稳坡法,盾构每推一环用一个纵坡,以符合纠坡要求: 但要做到稳坡,具有相当高的技术难度,用这方法,盾构在推进中对地层扰动最小。 (4)调整开挖面阻力 敞开式挖土盾构可采用超挖; 挤压式盾构可调整其进土孔位置和扩大进土孔。 ●盾构自转的纠正 (1)产生自转的原因 土质不均匀、纠正不当 大的旋转设备顺着一个方向使用过多 由于盾构制作误差、千斤顶位置与轴线不平行 (2)纠正方法 a.在盾构有少量自转时,用大型旋转设备反转法 b.当自转量较大时,则采用压重的方法。 第六节管片拼装及防水 一、管片拼装 1.管片的类型及特点 ●球墨铸铁管片 强度高,重量轻,搬运安装方便 精度高,外形准确,防水性能好 加工设备要求高、造价大 ●钢管片 型钢或钢板焊接加工而成 强度高、延性好、运输安装方便 精度稍低于球墨铸铁管片 易变形,易锈蚀 ●钢筋混凝土管片 有一定强度,制作较容易 耐腐蚀,造价低 较笨重,在运输、安装过程中易损坏 2.管片形状、尺寸及连接 ●形状: 箱形、板形 ●厚度: (0.05~0.06)×隧道直径 ●宽度: 750~1200mm,多数为1.0m左右 ●管片的接头 螺栓连接: Φ24~36mm弯栓、直栓、斜栓、弯直结合等 ●管片块数 最少4块 D≤6m时,4~6块 D>6m时,8~10块 每环(或圈)管片有三种规格形状: 标准块: 矩形 邻接块: 半梯形 封顶块: 梯形 3.管片的拼装 ●拼装方式 ▲通缝拼装 定位容易,螺栓容易穿 容易产生环面不平,导致环向螺栓难穿 环缝压密量不够 ▲错缝拼装 一般错开1/2~1/3块管片弧长 整体性较好,施工应力大易使管片产生裂缝 纵向穿螺栓困难,纵缝压密差 环面较平整,环向螺栓比较容易穿 ●拼装工艺 ▲先环后纵 先将管片拼装成圆环,拧好所有环向螺栓,而穿进纵向螺栓后再用千斤顶整环纵向靠拢,然后拧紧纵向螺栓,完成一环的拼装工序。 适用于: 用敞开式或机械切削盾构,盾构后退量较小,则可采用先环后纵的拼装工艺。 ▲先纵后环 缩回一块管片位置的千斤顶(不是将所有千斤顶全部同时缩回),使管片就位,立即伸出缩回的千斤顶,这样逐块拼装,最后成环。 用挤压或网格盾构施工时,其盾构后退量较大,为不使盾构后退,减少对地面的变形,则可用先纵后环的拼装工艺。 ▲先下后上 用举重臂拼装是从下部管片开始拼装,逐块左右交叉向上拼,这样拼装安全,工艺也简单,拼装所用设备少。 ▲先上后下 小盾构施工中,可采用拱托架拼装,即先拼上部,使管片支承于拱托架上。 此拼装方法安全性差,工艺复杂,需有卷扬机等辅助设备。 目前所采用的管片拼装工艺可归纳为: 先下后上、左右交叉、纵向插入、封顶成环、 先环后纵 4.拼装通病 ●环面不平整 环面不平整是指相邻两块管片环面不平 ●纵缝质量不符合要求 有前后喇叭、内外张角、内弧面平整度、两管片相对旋转及纵缝过宽等五项表现。 ●圆环环面不正 整个环面与隧道轴线的垂直度有误差,即上下超前及左右超前。 ●螺栓拧紧不足 ●管片旋转 由于管片旋转,施工车架同时伴随倾斜,对管片成环带来不同程度的困难。 ●管片的缺角、掉边及断裂 二、管片接缝防水 1.防水内容及措施 密封垫防水嵌缝防水螺栓孔防水 ●单层衬砌防水主要措施 管片采用多道防线防水,一般设l~2条防水槽 防水槽内设橡胶防水密封垫 ●双层衬砌(内衬)防水措施 ▲在隧道内壁上粘贴卷材防水层 ▲喷涂或刷涂防水层。 如环氧沥青涂料等 ▲喷射混凝土防水层 ▲钢筋混凝土内衬 ●管片螺孔防水 当工程有特殊防水要求时,则对螺孔也应采用以沥青、橡胶、塑料为材料的专门环形垫圈来防水。 2.防水密封垫 ●密封垫种类 焦油合成树脂体系 天然(或合成)橡胶 泡沫橡胶复合密封垫 异型橡胶复合密封垫 ●密封垫施工 (1)全断面浇涂环氧煤焦油砂浆,要求在施工现场配置,在制作后12小时内结束拼装 (2)焦油聚氨脂弹性体,这种密封垫与已成环管片接触面之间无粘接力,主要是依靠压密防水。 (3)齿槽型密封垫 在地面上将齿槽型氯丁橡胶密封垫粘贴到管片的防水槽内,当拼装时,在千斤顶顶力作用下,使其产生弹性变形填充了管片的防水槽。 3.嵌缝材料及施工 填嵌到拼装后的管片嵌缝槽内 依靠填塞力和粘接力达到密封防水的作用 嵌缝材料应具有足够的粘接力、稳定性和强度 材料要有弹性,能够适应隧道的变形 嵌缝作业应在盾构千斤顶及盾构推进影响范围外的区域进行 在嵌缝施工前,必须清理嵌缝槽 在漏水部位施工时应先引流、封堵 4.堵漏技术 ●基本措施 主要表现为明显的滴漏: 每点5~30ml/h之间 (1)单层衬砌在管片接缝发现漏水后,可松动该部位的连接螺栓,将漏水从孔内引出,然后进行堵漏,最后堵螺孔。 (2)双层衬砌管片接缝的一般性滴漏,主要采用水泥胶浆修堵。 情况严重时考虑用灌浆堵漏。 ●管片的防水堵漏方法 ▲接缝出现渗漏,可从预留孔或螺栓孔注浆 管片注浆沟槽示意 1—钢筋混凝土管片;2—橡胶密封垫;3—承压垫板;4—嵌缝槽; 5—预留注浆沟槽;6—预留注浆管 ▲灌浆堵漏施工方法 (1)将裂缝两侧混凝土凿成槽并处理干净 (2)灌浆孔要布置在水源和纵横裂缝交叉处, 埋没方法
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