泥水盾构施工技术.ppt.ppt

1,陈馈二七年十月十七日,隧道工程师继续教育讲座第二讲泥水盾构施工技术,2,提纲,1 泥水盾构的概念2 泥水盾构工作原理3 泥水盾构的类型4 泥水盾构的组成5 泥水系统的作用和组成6 泥水盾构施工实例,3,泥水盾构的概念,泥水盾构是在机械式盾构的刀盘后面设置隔板，隔板与刀盘之间形成泥水仓，将加压的泥水送入泥水仓，当泥水仓充满加压的泥水后，通过加压作用和压力保持机构，来维持开挖面的稳定。盾构推进时由刀盘旋转切削土砂，经搅拌后形成高浓度泥浆，然后用流体输送方式送到地面，在地面通过泥水处理设备进行分离，分离后的泥水进行质量调整后，再输送到开挖面。,4,泥水盾构工作原理,泥水盾构通过向密封的泥水仓内输送加压的泥水来获得开挖面的稳定，对于不透水性的粘土，泥浆压力适当大于围岩主动土压力，就可以保证隧道开挖面的稳定；对于透水性大的砂性土，泥浆会渗入到土层内一定深度，并在很短时间内，在土层表面形成泥膜，有助于改善围岩的自稳能力，并使泥浆压力在开挖面上发挥有效的支护作用。通过泥膜，产生与作业面上的土压、水压相抗衡的泥水压，以保持作业面的稳定。,5,当泥水仓内的泥水压力大于地层压力和水压力时，地表将会隆起；当泥水仓内的泥水压力小于地层压力和水压力时，地表将会下沉。因此泥水仓内的泥水压力应与地层土压力和水压力平衡。,6,泥水压力与水压力及土压力平衡,7,泥水压力小于水压力及土压力之和,8,泥水压力大于水压力及土压力之和,9,3泥水盾构的类型,泥水盾构有两种体系。即日本体系和德国体系日本体系为直接控制型，德国体系为间接控制型,10,直接控制型泥水盾构,日本和英国一般采用直接控制型泥水盾构直接控制型泥水系统流程如下：送泥泵从地面泥浆池将新鲜泥浆送入盾构的泥水仓，与开挖泥土进行混合，形成稠泥浆，然后由排泥泵输送到地面泥水分离处理站，经分离后排除土碴，而稀泥浆流向泥浆池，再对泥浆密度和浓度进行调整后，重新送入盾构的泥水仓循环使用。泥水仓中泥浆压力，可通过调节送泥泵转速或调节控制阀的开度来进行。由于送泥泵安在地面，控制距离长而产生延迟效应不便于控制泥浆压力，因此常用调节控制阀的开度来进行泥浆压力调节。,11,间接控制型泥水盾构,德国采用间接控制型泥水盾构，其泥水系统由泥浆和空气双重回路组成。在盾构的泥水仓内插装一道半隔板，在半隔板前充以压力泥浆，在半隔板后面盾构轴心线以上部分充以压缩空气，形成空气缓冲层，气压作用在半隔板后面与泥浆的接触面上，由于接触面上气、液具有相同压力，因此只要调节空气压力，就可以确定和保持在开挖面上相应的泥浆支护压力。,12,两种体系的比较,间接控制型泥水盾构与直接控制型泥水盾构相比，泥水压力的波动小,对开挖面土层支护更为稳定，对地表变形控制也更为有利。,13,4 泥水盾构的组成,泥水盾构由以下五大系统组成：一边利用刀盘挖掘整个开挖面、一边推进的盾构掘进系统；可调整泥浆物性，并将其送至开挖面，保持开挖面稳定的泥水循环系统（也称泥水输送系统）；综合管理送排泥状态、泥水压力及泥水处理设备运转状况的综合管理系统；泥水分离处理系统；壁后同步注浆系统。,14,5泥水系统的作用和组成,泥水系统的作用 一是及时向开挖面的泥水仓提供掘进施工需求的泥浆，用优质膨润土配制的泥浆的比重、粘度等技术指标必须满足在高透水砂层中形成泥膜和稳定开挖面的要求；二是及时把切削下来的土砂形成的混合泥浆输送到地面进行分离和处理，再将回收的泥浆调整利用。泥水系统与盾构的选型、掘进速度、地质条件等紧密联系在一起的，不同的地质条件应采用不同的泥水系统模式。,15,支护泥水作用,支护泥水在泥水盾构掘进中起着重要作用：在开挖面土体表面形成泥膜，泥膜厚度随渗透时间增加而增加，从而有效提高渗透抵抗力。支承、稳定开挖面土体。盾构借助泥水压力与正面土压产生泥水平衡效果，有效支承正面土体。对刀盘和刀头等切削设备有冷却和润滑作用。,16,泥水配比设计,主要由膨润土、CMS、纯碱和水组成 膨润土的作用提高泥水粘度、比重、悬浮性、触变性CMS（缩甲基淀粉）的作用降低失水率、增加粘度纯碱（碳酸钠）调节PH值、分散泥水颗粒,17,泥水的技术指标,泥水比重 为使开挖面稳定，须将开挖面的变形控制在最低限度以内，希望泥水比重要相当高。但比重高的泥水使得送泥泵处于超负荷状态，并将导致泥水处理的困难；而比重低的泥水虽具有减低泵的负荷等优点，但却产生了逸泥量的增加、推迟泥膜的形成。一般的泥水比重在1.051.3范围内较适宜。泥水的粘度 可通过将泥水从漏斗容器流出的时间来判定泥水的粘性，表示出外观的粘性(在清水中500cc漏斗粘性是19秒)。通常是采用2540秒/500cc左右值的泥水。,18,泥膜形成机理,类型1：几乎不让泥水渗透，仅形成泥膜。类型2：地层土的间隙较大，仅让泥水渗透过去，没有形成泥膜。类型3：是上述两种类型的中间状态，边让泥水渗透，边形成泥膜。,19,控制泥水成本途径,新浆控制膨润土掺入比控制CMS掺入比控制纯碱掺入比调整浆新浆+回收浆新浆+回收浆+CMS新浆+回收浆+HEF回收浆+CMS回收浆+HEF回收浆+膨润土+碱,20,泥水系统的组成,泥水盾构的泥水系统由四大部分组成 造浆分系统 输送分系统 处理分系统 泥水监控分系统,21,造浆分系统,造浆分系统包括泥水拌制分系统和浆液调整分系统盾构在掘进过程中，需要进行新旧泥浆交替补充到盾构刀盘面，形成一定厚度的泥膜便于刀盘切削。当旧浆液浆量不足，需要及时补充新鲜浆液，造浆系统根据浆液的粘度、比重等技术指标进行调整。及时向盾构泥水仓补充浆液，使开挖而快速形成泥膜，便于开挖面稳定和盾构顺利掘进。拌制泥浆的主要材料是膨润土、CMS等。,22,泥水拌制系统,泥水拌制系统由新浆槽、新浆泵、新浆搅拌器、新浆贮备槽、CMS搅拌槽、CMS搅拌器、CMS泵、分配阀和加水设备组成。CMS搅拌槽贮存化学浆糊、新浆槽贮存膨润土等材料，分别由搅拌器进行搅拌，将搅拌后的CMS化学浆糊送入新浆槽进行混合搅拌制成新鲜浆液。,23,浆液调整分系统,浆液调整槽分系统具有新旧浆液搅拌调整功能，同时也起到贮存浆液作用。回收的浆液经过盾构反复应用后，浆液的比重、粘度指标会不断发生变化，需要再次把切削土砂形成的混合泥浆通过新浆分系统分配的新浆重新进行浆液技术指标的调整。,24,浆液调整系统,浆液调整系统由调整槽、剩余槽、调整槽搅拌器、剩余槽搅拌器、调整泵、剩余泵、密度泵、送浆泵和加水设备等组成，调整槽对新旧浆液进行调整、剩余槽贮存新旧浆液，分别由搅拌器进行搅拌，由密度泵进行密度检测，而后由送浆泵将调整好的浆液送往盾构泥水仓。,25,泥水输送分系统,泥水输送分系统将新浆和调整浆通过送泥泵与送泥管道输送至盾构泥水仓。刀盘切削下来的土砂和水合成的泥浆，通过排泥泵与排泥管道送往地面的泥水处理系统进行分离。泥水输送系统主要由送排泥泵、阀、送排泥管道及配套部件等组成，通过泥水监控系统进行自动化操作。,26,泥水处理分系统,泥水处理分系统的作用是将刀盘切削土砂形成的泥水进行颗粒分离。选择泥水处理设备时，必须考虑两个方面：必须能有效地分离排泥浆中的泥土和水分；必须具有与推进速度相适应的处理能力。采用振动筛作为首道初级分离，振动筛的作用是对泥水作预处理，去除团状和块状等粗大颗粒。粗颗粒的分离一般采用双层或三层振动筛。,27,旋流器,采用旋流器进行第二道分离旋流器的主要功能是将经过振动筛分离以后的中细颗粒浆液再次进行细化处理，逐次降低浆液粒径，一般采用多级旋流器进行处理。旋流器的工作原理是依据水动力高速旋转产生的离心力达到泥水分离的目的。,28,泥水监控分系统,泥水系统的运行和操纵由泥水监控分系统来实现。泥水监控分系统由PLC程序实现。通过泥水监控系统的运用，随时为盾构施工提供可靠的信息和采集泥水系统的技术数据。同时通过控制系统中的显示屏和触摸屏及时了解和掌握相关的泥浆处理技术指标。,29,6泥水盾构施工实例,重庆主城排水过江隧道施工简介,30,概述,过江隧道总长908.2m，穿越地层主要有泥岩、砂岩以及粉砂岩，岩石最大单轴抗压强度69.4MPa，最小单轴抗压强度7.3MPa。隧道埋深955m，长江枯水期水深4m，洪水期最高水深可达37.5m。隧道内水压最大为0.64MPa。采用1台德国海瑞克泥水盾构进行掘进。,31,工程位置,重庆过江隧道主要输送嘉陵江右岸和长江左岸区域的污水。过江隧道工程北起重庆市渝中区太平门长滨路内侧，南至南岸区盐店湾滨江路内侧。过江隧道在朝天门上游约2公里。,32,工程范围,重庆过江隧道工程主要由1座过江隧道，2个竖井和2座井口值班房以及6扇污水控制闸门组成。过江隧道内安设3条内径2000mm的预应力钢筒混凝土输水管和1条内径600mm钢筒自来水管。,33,隧道穿越岩层及岩性,隧道穿越砂岩、泥岩、粉砂岩地层。隧道通过地段以软岩较软岩为主，夹部分中硬岩。,34,工程线路平纵断面,过江隧道工程的线路在平面和纵断面上都为直线，隧道坡度为0.162，盾构从南岸出水井处始发，至北岸进水竖井吊出。线路纵断面示意如下。,35,工程重点及难点,在确保工期及安全的前提下，确保盾构对工程的适应性、安全通过高水压地段、安全通过防洪大堤、做好工程防水工作及预应力钢筒混凝土管的安装是本工程的重点和难点。1）安全通过高水压地段，确保盾构隧道的防水 2）盾构适应性要求高 3）安全通过长江防洪大堤 4）深竖井，盾构组装、始发和拆卸难度大 5）泥水处理难度大 6）预应力钢筒砼管的安装,36,1）安全通过高水压地段，确保盾构隧道的防水,地下水压力高达0.64MPa，在高水压下施工，施工安全和工程防水是第一重点，隧道防水是盾构法施工的关键。盾构在高水压地段推进，重点是保证主轴承密封、铰接密封、盾尾密封等密封装置在高承压状态下的正常工作。地层裂隙水直接由长江水补给，施工中的防水及结构防水相当重要。施工中，重点要抓好盾尾防水和管片防水。应确保管片自身的防水效果。盾构配备的同步注浆机的性能应能满足高水压的要求。同步注浆作为管片的外加防水层，应确保同步注浆的及时性、耐久性以及填充的密实性，切实起到加强防水的作用。,37,2）盾构适应性要求高,要求盾构能在0.64MPa的高水压下安全推进，盾构主轴承密封、铰接密封、盾尾密封等必须适应0.64MPa压力。过江隧道穿越地层为砂岩和泥岩互层，盾构施工既要穿越高强度岩石，又要克服泥岩在刀盘前方形成泥饼。盾构在砂岩层中推进，由于砂岩中石英含量高，盾构刀盘、刀具的耐磨性应能适应地层条件；盾构切削刀盘需能适应在强度较高的砂岩、强度较低的泥岩以及软硬岩互层的岩石中推进，要求盾构对地质的适应性强。,38,3）安全通过长江防洪大堤,盾构两次穿越长江防洪大堤，盾构施工中选择合理的掘进参数，以减少地层损失；同步注浆填充管片背衬的环形间隙，减少地层变形。加强防洪大堤的变形监测分析，加强地表沉降监测，及时分析反馈指导盾构掘进施工，利用实测数据进一步修正地表沉降和大堤变形的预测结果，作出早期预警和制定应急措施。,39,工程重点及难点,4）深竖井，盾构组装、始发和拆卸难度大竖井深度达65m，盾构组装、始发和拆卸难度大，既是工程的重点，也是工程难点。5）泥水处理难度大泥浆管路水平和垂直运输距离长，运碴管理和泥浆处理难度大。6）预应力钢筒砼管的安装预应力钢筒混凝土管每节重14吨，不仅重量大，而且安装要求高，同时施工空间小，阶段工期短。快速高质量完成预应力钢筒混凝土管的安装是本工程的重点。,40,盾构选型的依据,盾构选型是盾构隧道工程成功的关键，盾构选型应从安全性、可靠性、适用性、先进性、经济性等方面综合考虑，所选择的机型要能保持开挖面稳定和适应围岩条件。重庆过江隧道盾构选型时，主要依据工程招标文件和岩土工程勘察报告，参考国内外已有盾构工程实例及相关的盾构技术规范，按照安全性、适用性、可靠性、先进性、经济性相统一的原则进行选型。1）本标段盾构工程施工条件2）工程特点,41,盾构选型的依据 1）本标段盾构工程施工条件,隧道长度：908.2m；隧道埋深：最大埋深37m，最小埋深25m；隧道内净空：管片外径为6320mm，管片内径为5620mm，管片长度为1500mm；线路状况：线路在平面和纵断面上都为直线；工期计划：总工期480天，盾构掘进平均月进度210m，最高月进度250m。,42,盾构选型的依据2）工程特点,工期紧张高水压隧道穿过的地层多变，既有坚硬的砂岩（天然抗压强度为69.4MPa）；又有较软的泥岩（天然抗压强度为7.3MPa）；盾构切削刀盘要能在砂岩、泥岩、粉砂中推进，要求其地质适应性强。因竖井较深，隧道较长，要求排泥泵的扬程高，功率大。,43,重庆过江隧道对盾构的要求,八个方面的要求：1）基本功能要求2）对软岩的适应性要求3）对硬岩的适应性4）特殊地段的通过能力5）精确的方向控制6）环境保护7）掘进速度应满足工期要求8）工作可靠性、先进性与经济性的统一,44,1）基本功能要求,要求盾构具有开挖系统、泥水循环系统、管片安装系统、同步注浆系统、动力系统、电子控制系统、激光导向系统等基本功能。,45,2）对软岩的适应性要求,软岩是指在掘进过程中掌子面不能自稳的地层。在盾构设计时对软岩地层的适应性应重点考虑以下功能：具备平衡掌子面水土压力的能力；足够的刀盘驱动扭矩和盾构推力；合理的刀盘及刀具设计，刀盘开口率足够，开口位置合理；盾构主轴承在压力状态下的防水密封性能；盾尾密封的可靠性；管片壁后同步注浆系统的及时性。,46,3）对硬岩的适应性,过江隧道工程存在岩石单轴抗压强度达69.4MPa坚硬砂岩，在硬岩中掘进时盾构必须解决以下问题：刀盘及刀具的硬岩开挖能力；在硬岩地段开挖时盾构刀盘、刀具、泥浆泵，排泥管道的耐磨能力；能够对较大的岩石进行破碎，配备砾石破碎设备，有效防止堵管发生；盾构的防扭转；对切刀、刮刀的保护；能够在高水压的下安全更换刀具。,47,4）特殊地段的通过能力,过江隧道洞身横穿长江底部，与构造裂隙相对应其穿越的河床地段已发现有3处深槽，因受裂隙影响可能出现突水现象。对泥水盾构的盾尾密封，以及隧道排水都有很高的要求。要求盾构能在0.64MPa的高水压下安全推进，盾构的主轴承密封、铰接密封、盾尾密封必须适应0.64MPa的压力，能有效止水，防止发生高压涌水情况，能够在洪水期继续施工。,48,5）精确的方向控制,过江隧道工程虽然不存在线路曲线，但仍然要求盾构的导向系统具有很高的精度，以保证线路方向的正确性。盾构方向的控制包括两个方面：盾构本身能够进行纠偏、转向；采用先进的激光导向技术保证盾构掘进方向的正确。,49,6）环境保护,盾构施工时对周围自然环境的保护，即地面沉降满足设计要求，无大的噪声、震动等；盾构施工时使用的辅助材料如油脂、泥浆添加剂等不能对环境造成污染。,50,7）掘进速度应满足工期要求,一计划总工期480天，施工任务较为紧张。,51,8）工作可靠性、先进性与经济性的统一,盾构选型及设计应该按照可靠性第一，技术先进性第二，经济性第三的原则进行。盾构的可靠性是工程施工的重要保障，盾构的关键部件必须在施工过程中万无一失，做到百分之百的可靠；盾构的可靠性表现在两个方面：一是整体设计的可靠性，即地质的适应性；二是设备本身的性能、质量、使用寿命等的可靠性。盾构设计应同时考虑技术的先进性及费用的经济性。,52,盾构类型的确定,不同类型的盾构适用的地质类型不同，盾构的选型必须根据不同的地质特点进行。盾构的主要类型有泥水式、土压平衡式等。根据重庆主城排水过江隧道工程的地质特点，宜选用泥水盾构。1）泥水盾构可以降低施工风险2）现场施工条件适合采用泥水盾构,53,1）泥水盾构可以降低施工风险,根据业主提供地质资料，隧道地质勘测钻孔距离较远，存在地质预报的不准确性，采用泥水盾构可以降低地质变化差异大造成的风险。根据地质勘测，由于隧道穿越地层存在三处中透水层，很可能出现地质断层与江底相通现象，如果采用土压平衡盾构，一旦出现大量涌水现象，则存在施工无法继续进行的风险。过江隧道最大岩石硬度达69MPa，采用泥水盾构可以降低刀具磨损。水压大于0.3MPa时，或在洪水期施工时，采用泥水盾构将更安全，风险更小。,54,2）现场施工条件适合采用泥水盾构,泥水盾构是通过施加略高于开挖面土水压力的泥浆压力来维持开挖面的稳定，适合于在江底、河底、海底等高水压力条件下的隧道施工。现场场地可以满足泥水盾构施工所需的生活、生产用地。由于现场竖井下隧道为独头盲孔，采用土压平衡施工时，为提高出碴效率，必须在竖井下对面增加开挖一段反向隧道，以便出碴列车运行，这样将增加施工成本，另由于竖井较深采用泥浆泵出碴可以提高出碴效率。,55,重庆盾构的构造,使用德国海瑞克6570mm间接控制型泥水盾构，盾构主机由刀盘、前盾、中盾、盾尾组成，在盾壳上预留有超前注浆孔，在需要进行超前注浆时，可以迅速安装超前钻机。,56,刀盘,刀盘为面板型钢结构，可双向旋转。刀盘开口设计为对称的8个长条孔以利于开挖面碴土的流动。刀盘的周边焊有耐磨条，刀盘的面板焊接有格栅状的Hardox耐磨材料，能充分保证刀盘在硬岩掘进时的耐磨性能。刀盘上安装了背并装式的把单刃滚刀、把双刃滚刀、把三刃滚刀、76把切刀、8把周边刮刀。,57,砾石破碎机,在泥水系统排泥管前面的盾构平衡仓内安装有液压驱动的腭式破碎机，对滚刀破碎下来的较大的砾石进行破碎。,58,管片拼装系统,管片拼装系统包括真空吸盘式管片吊机、管道输送机、真空吸盘式管片安装机。,59,注脂系统,注脂系统由主轴承密封系统、主轴承润滑系统、盾尾密封系统组成,60,注脂系统,注脂系统以压缩空气为动力源，靠油脂泵油缸的往复运动将密封油脂或润滑油脂输送到相应部位。主轴承密封可以通过控制系统设定油脂的注入量，并可以从外面检查密封系统是否正常。盾尾密封可以通过PLC系统按照压力模式或行程模式进行自动控制和手动控制，对盾尾密封的注脂量及注脂压力均可以在控制面板上进行监控。当油脂泵站的油脂用完后油脂控制系统可以向操作室发出指示信号，并锁定操作系统，直到重新换上油脂。这样可以充分保证油脂系统的正常工作。,61,同步注浆系统,同步注浆系统使管片后面的间隙及时得到充填，有效地保证隧道的施工质量及防止地面下沉。在后配套拖车上配有2台液压驱动的注浆泵，注浆泵通过盾尾的注浆管道将砂浆注入到管片背衬的环形间隙中。注浆压力可以通过调节注浆泵工作频率实现连续调整，并通过注浆同步监测系统监测其压力的变化。单个注浆点的注入量和注浆压力信息可以在主控室看到，并可随时储存和检索砂浆注入的操作数据。,62,导向系统,激光导向系统能够对盾构在掘进中的姿态进行精确的测量和显示。操作人员可以及时地根据导向系统提供的信息，快速、实时地对盾构的姿态进行调整，保证盾构掘进方向的正确。,63,盾构组装的总体要求,机械部件组装前要弄清其结构及安装尺寸以及螺栓联接紧固的具体要求，同时自始至终保持清洁。清洁工作直接关系到液压件工作寿命。组装前必须检查泵、阀等液压件的封堵是否可靠，发现可疑情况时进行现场清洗，管件在组装前如没有充满油液，也必须进行严格清洗。对于高低压设备和电气元件的安装，严格执行制造厂所提供的有关标准。组装前必须对所使用设备、工具进行安全检查，杜绝一切安全隐患，保证盾构组装工作安全顺利进行。,64,盾构组装的总体方案,用80t汽车吊将始发架吊下竖井并固定、在始发架的轨面上涂抹油脂；使用400t履带吊与80t汽车吊配合将中盾翻转，用400t履带吊将中盾吊下竖井，然后依次将前盾下井并与中盾连接，将刀盘吊下竖井并与前盾连接，履带吊与汽车吊退场。分别在始发架及盾壳上焊接顶推支座，使用泵站将盾体前移5m；用门吊安装轨道梁、管片安装机、辅助平台及盾尾；将盾构从竖井前移至始发隧道掌子面，吊出始发架。始发隧道、竖井底部及负洞铺设四轨三线轨道；在距盾尾约1m处做混凝土反力环，反力环的宽度为1.5m，始发隧道在反力环位置处为扩大断面。用门吊将设备桥下井，并前移与盾构主机连接；组装4个后配套拖车，依次吊下竖井并前移与设备桥连接。连接管线进行调试。,65,盾构调试,盾构组装完成后，进行空载调试，空载调试的目的主要是检查设备是否能正常运转。主要调试内容为：液压系统，润滑系统，冷却系统，配电系统，注浆系统，以及各种仪表的校正。空载调试完成后即可进行负载调试。负载调试的主要目的是检查各种管线及密封的负载能力；对空载调试不能完成的工作进一步完善，以使盾构的各个工作系统和辅助系统达到满足正常生产要求的工作状态。,66,盾构调试的主要内容,盾构调试包括以下主要内容：主驱动系统、推进系统、人仓系统、岩石破碎系统、油脂密封系统、管片安装系统、冷却循环系统、油箱冷却过滤循环系统、压缩空气系统、辅助液压系统、（11）同步注浆系统、（12）软管及电缆卷筒、（13）泥水循环系统、（14）其它：测试空气加压系统的控制是否正常，压力是否正常。盾构联动控制是否正常，各个环节在控制室的控制情况是否正常。盾构故障显示是否正常。,67,盾构始发方案,盾构隧道施工前，采用钻爆法施工一长68m的始发隧道，以便盾构主机与后配套同时吊下竖井组装后进行一次性始发。盾构始发设备由竖井井底始发架、始发隧道内条形基础及导轨、钢筋混凝土反力环组成。,68,盾构掘进,泥水压力的设定是泥水盾构施工的关键，维持和调整设定的压力值又是盾构推进操作中的重要环节，其中包括推力、推进速度和排泥流量三者的相互关系，对盾构施工轴线和地层变形量的控制起主导作用。因此，盾构推进过程中，要根据不同地质、覆土厚度及时调整设定泥水压力，推进速度要保持相对平稳，控制好每次的纠偏量，为管片拼装创造良好的条件。同步注浆量和注浆压力要根据推进速度和泥水压力及时调整，将施工轴线与设计轴线的偏差及地层变形控制在允许的范围内。,69,盾构掘进,为了较好地探索合理的掘进参数，将盾构在南岸竖井始发后的200m作为掘进试验段。试掘进的目的是为了积累丰富的盾构施工经验，通过试验段掘进熟练掌握泥水盾构的操作技术，掌握在不同地层中盾构掘进参数的调节控制方法，并进一步优化掘进参数；掌握在不同地层中刀具的磨损规律，进行正确换刀；掌握管片拼装工艺、防水施工工艺、同步注浆工艺；掌握泥水管理工艺、进行泥水参数的优化。盾构在完成前200m的试掘进后即进入正常掘进阶段，在正常掘进时，对掘进参数进行必要的调整。根据地质条件和试掘进过程中的监测结果进一步优化掘进参数。,70,盾构掘进,盾构掘进施工全过程须严格受控，工程技术人员根据地质变化、隧道埋深、地面荷载、地表沉降、盾构姿态、刀盘扭矩、推进油缸的推力等各种勘探、测量数据信息，正确下达每班掘进指令，并即时跟踪调整。盾构操作人员须严格执行指令，谨慎操作，对初始出现的小偏差应及时纠正，应尽量避免盾构蛇形，盾构一次纠偏量不宜过大，以减少对地层的扰动。盾构掘进过程中，坡度不能突变，隧道轴线和折角变化不能超过0.4%。,71,泥水循环系统,泥水盾构的特征之一是将泥水送往开挖面，通过对开挖面加压使其达到稳定，并用流体输送碴土。这一系统称为泥水循环系统。泥水循环系统如图所示。,P2.3,72,操作程序,泥水循环系统操作程序如下：根据地质情况设定进气压力；打开泥浆管路上的手动闸阀；关闭送泥泵P1.1进浆口手动闸阀，打开自来水进水闸阀给泥浆管路加引水；打开电磁阀V61、V21，关闭电磁阀V60；电话通知泥水分离站启动泥水分离设备；选择碎时机档位，启动碎石机；启动P2.1泵，然后再启动P2.3泵，打开电磁阀V30，关闭V32、V31、V1、V3、V4、V5，缓慢调节P2.1泵和P2.3泵调速器旋钮，将刀盘前的水向外抽出；观察主机室控制面板上的液位指示灯，当最上面的一个红色指示灯和一个黄色指示灯灭时，先打开阀V1、V3、V4、V5中的任意两个阀，再打开V31，然后关闭阀V30。当液位降至绿色液位指示灯亮时，盾构可开始掘进。,73,泥水循环系统的操作要点,当听到P2.1泵声音较大、震动较大时，很可能泵内有大石堵塞，应停机掏泵排堵。当发现P2.1泵进口压力较高，排泥管流量减小时，可确认P2.1泵堵塞，应立即停止掘进，关闭V31阀，打开V30旁通阀，用膨润土浆液循环冲洗，冲洗不通时，应停机掏泵排堵。当发现P2.3泵进口压力较高，排泥管流量减小时，可确认P2.3泵堵塞，应立即停止掘进，关闭V31阀，打开V30旁通阀，用膨润土浆液循环冲洗，冲洗不通时，应停机掏泵排堵。当发现P2.3泵出口压力较高，排泥管流量减小时，可确认地面泥浆管路堵塞，应立即停止掘进，关闭V31阀，打开V30旁通阀，用膨润土浆液循环冲洗。,74,泥水处理设备的选型,选择泥水处理设备时，必须考虑两个方面：必须能有效地分离排泥浆中的泥土和水分；必须具有与推进速度相适应的处理能力。泥水处理分为一级处理、二级处理、三级处理。一级处理的对象是粒径74m以上的砂和砾石，工艺较简单，一般只需用振动筛或有旋流器的离心机等设备对其进行筛分，分离出的土颗粒用车运走。二级处理的对象主要是一级处理时不能分离的淤泥、粘土等的细小颗粒。处理过程中一般先用絮凝剂使其絮凝成团，然后用泥团压滤设备将其滤成含水量较低的泥块后与泥水分离。经过二级泥水处理后，还可进行三级处理，三级处理是对需排放的剩余水作PH值调整。,75,泥水分离站工作原理,排泥泵将盾构泥水室的浓泥浆输送到地面上泥水处理系统的总进浆管，经Y型总进浆管分流后进入2套分离站，在YS-500型预筛器振动筛选将粒径在3mm以上的粗碴料分离出来，经过预筛器后的泥浆均匀进入ZX-250B型泥浆净化装置的储浆槽。分离站的泥浆泵从储浆槽内抽吸泥浆；在泵的出口具有一定储能的泥浆沿输浆软管从水力旋流器进浆口切向射入，经过水力旋流器分选，粒径微细的泥砂由旋流器下端的沉砂嘴排除落入细筛，经细筛脱水筛选后，较干燥的细碴料分离出来，将泥浆中74um3mm之间的砂质清除，并同时以90%的分离效率清除掉45um74um之间的泥质颗粒。,76,分离站,77,泥水性能管理,在泥水循环利用的过程中，泥水性能的管理主要是对泥浆质量的控制，即对泥浆最大颗粒粒径、粒径分布、泥浆密度、泥水粘度的管理。泥水粘度是表示泥水的内部摩擦，泥水粘度一般控制在2225s范围内。当泥水粘度过大时，排泥管易堵塞。泥水的密度是一个主要控制指标，过高将影响泥水的输送，过低将破坏开挖面的稳定。一般在能满足开挖面稳定的情况下，泥水密度越小越好，这样能节省泥水制作成本，减少膨润土的消耗。本工程地质的岩层自稳性较强，可适当降低泥水密度，送泥密度一般控制在1.051.12之间。当泥水密度偏低时，通过快速制浆机加入膨润土进行调整；当密度偏高时，用泥浆泵抽出泥浆池的浓泥浆并加入清水进行稀释。,78,泥水压力管理,泥水盾构使用泥浆作为支护材料，泥浆的主要功用是利用泥浆静压力平衡开挖面土层水土压力，在开挖面土层表面，形成一层不透水泥膜，使泥浆压力发挥有效的支护作用，泥浆中细微粘粒在极短时间内渗入土层一定深度，进一步改善土层承压能力。泥水压力的设定如下：设定泥水压=土压（含水压）加压余裕压 余裕压通常取0，加压要根据渗透系数、开挖面状况、渗水量等进行设定。但加压过大，则盾构推力增大，对开挖面的渗透加强，会带来塌方，并造成泥水窜入后方的危害。加压的一般标准为0.02 MPa。即开挖面泥水压力应高于土层水土压力约0.02 MPa。,79,泥水处理的要点,泥水处理的目的有二，一是有效地分离排泥浆中的土碴，二是为盾构泥水室提供优质的泥水。所谓优质的泥水必须具有以下特点：密度适当能平衡开挖面压力；粘度适当，塑变值和凝胶强度低；能形成薄而牢固的泥膜，逸水量少。泥水盾构法施工时，泥水被循环利用。调整并保持送泥水的性状，控制送泥水的质量特别重要。在掘进过程中，泥水处理试验员应加大对泥水的测试频率，及时调整泥水质量，控制好泥水密度和粘度，以确保掘进的顺利进行。,80,同步注浆的目的,管片背衬同步注浆是盾构施工中的一项十分重要的工序，其目的主要有以下三个方面：及时填充盾尾建筑空隙，支撑管片周围岩体，有效地控制地表沉降；凝结的浆液将作为盾构施工隧道的第一道防水屏障，增强盾构隧道的防水能力；为管片提供早期的稳定并使管片与周围岩体一体化，有利于盾构姿态的控制，并能确保盾构隧道的最终稳定。,81,同步注浆材料,采用水、水泥、粉煤灰、膨润土、砂子按一定比例配成的浆液作为同步注浆材料，该浆液具有结石率高、结石体强度高、耐久性好和良好的防止地下水浸析的特点。同步注浆液的最初配比及调整后的配比如下：,82,同步注浆方法,同步注浆与盾构推进同时进行，通过同步注浆系统及盾尾内置的8根注浆管（4根备用）在盾构向前推进形成盾尾空隙的同时进行同步注浆，采用2台注浆泵4根注浆管路对称同时注浆。注浆可根据需要采用自动控制或手动控制方式。,83,同步注浆设备,同步注浆设备主要由地面拌合系统、砂浆运输系统、同步注浆系统组成。1）地面拌合系统 搅拌站安装在地面上，使用1台JS500型双轴卧式强制搅拌机，拌合能力为25m3/h。2）砂浆运输系统 砂浆运输系统由地面上安装在搅拌机下面的用于临时存放浆液的砂浆车、将浆液从地面输送到井底的输送管（采用200胶管）、从竖井运输到隧道内工作面的砂浆车等组成。3）同步注浆系统 配备KSP12液压注浆泵2台，注浆能力312 m3/h，8个盾尾注入管口（其中4个备用）及其配套管路。,84,同步注浆质量保证措施,保证同步注浆质量的措施如下：制定详细的注浆作业指导书；进行详细的浆材配比试验，选定合适的注浆材料及浆液配比；制订详细的注浆施工设计和工艺流程及注浆质量控制程序，严格按要求实施注浆；根据管片衬砌变形和地面变形监测结果及管片渗漏水情况，及时进行信息反馈，修正注浆参数；做好注浆设备的维修保养，注浆材料及时供应，定时对注浆管路及设备进行清洗,保证注浆作业顺利连续不中断。,85,刀具检查,刀具是盾构掘进系统的主要部件，盾构的破岩由安装在刀盘上的9把单刃滚刀、9把双刃滚刀和4把三刃中心滚刀完成，此外还有导碴和刮碴用的切刀76把和刮刀8把。必须根据地质条件对刀具的运转状况进行检查。在刀具严重磨损或损坏的情况下进行推进，会导致刀盘严重损坏。根据实际遇到的地质条件的不同，检查的时间间隔也不同。在试掘进阶段，应通过各种短时间间隔的试验，来确定检查的最佳时间间隔；在地质条件发生变化时，应检查刀盘及刀具。盾构掘进中，当推进油缸的推力逐渐增大，推进速度变慢，推进时间延长时，必须检查刀具。本工程的地质，岩层的自稳性强，检查和更换刀具时，不必带压作业，可开仓检查。认真准确详细地进行刀具的检查是了解刀具运转状况和进行刀具更换的基础。,86,刀具检查,刀具外观检查 检查刀盘上所有刀盘螺栓是否有脱落现象、刀圈是否完好、有无断裂及平刀圈（弦磨）现象、刀体是否漏油、挡圈是否断裂或脱落、刀圈是否移位。刀具螺栓的检查 用手锤敲击螺栓垫，听其声音来辨别螺栓的紧固程度，或一边敲击一边用手感觉其振动情况来辨别螺栓的紧固程度。刀具磨损量的测量 正确地进行刀具磨损量的测量是更换刀具的基础。在掘进较硬的砂岩时，一般每掘进30环环测一次；在掘进较软的泥岩时，一般每掘进50环测一次。,87,刀具更换的基本原则,中心刀的最大磨损极限为25mm，双刃正滚刀的最大磨损极限为20mm，单刃正滚刀的最大磨损极限为20mm，单刃边刀的最大磨损极限为10mm。更换标准为：边滚刀磨损量为8mm（换下的边滚刀可用在正滚刀位置），正滚刀15mm，中心刀20mm。当刀具出现下列任一损坏情况时，必须更换：刀圈断裂、平刀圈、刀体漏油、刀圈剥落、挡圈断裂或脱落、刀具轴或刀座损伤。相邻刀具的磨损量高差不大于15mm。更换刀具后，将固定刀具轴的螺栓紧固至规定的扭矩，待掘进一环后，再开仓复紧刀具螺栓。,88,换刀前的排水,常压换刀时，在泥岩段盾构刀盘前涌水量约为80150m3/h，在砂岩、砂岩夹泥岩段盾构刀盘前涌水量约为140360 m3/h。为实现常压换刀必须进行排水，使盾构刀盘前水位降至2m以下或将刀盘前水放完（1）利用盾构中体下部的排水阀放水（2）利用排泥泵抽水,89,盾构到达前期准备,由于洞门段处于岩石地层，且涌水量不大，所以不需进行特殊的地基加固处理。洞门预埋钢环在工厂制作，运到北岸竖井，在地面将预埋钢环拼装成整体，并在钢环内部横向和竖向分别用4根14槽钢将钢环加固（盾构到达时割除），避免在浇注混凝土时钢环变形。用门吊将拼装好的钢环吊放到位，将钢环焊接在洞门四周的锚杆上。然后立模，浇注竖井二次衬砌。立模前将钢环上螺栓孔位用油脂或纸填塞，避免浆液填充。在安装钢环时必须精确测量，保证钢环的位置准确。,90,洞门密封环的安装,到达时的洞门密封环主要是防止背衬注浆砂浆及地下水在盾构穿越洞门时外泄，保证管片拼装质量，并为盾构进洞提供较好的施工环境。在盾构刀盘露出洞门端头之前，完成洞门密封的安装。先将帘布橡胶板套在预埋钢环上，用扇形压板固定帘布橡胶板。,91,隧道与围岩间隙注浆止水,隧道断面内涌水较大，涌水主要来自掌子面前方岩层裂隙和盾尾方向，管片外侧与岩石开挖面的空隙被同步注浆填充得不密实，地下水在纵向有一定的连通，盾构到达前必须将管片外侧与岩石开挖面间的间隙封堵到无涌水状态。施工中采取如下措施进行堵水。在距北岸洞门约50m时，在盾尾后第4环管片处进行化学注浆，对管片背部环形空间进行整环封堵。改变同步注浆浆液的配比，并加大同步注浆量。浆液调整以早强高强为目的，使环形空间填充密实。盾构掘进至距北岸洞门9.5m时，暂停掘进，在盾尾后第4环管片处进行化学注浆封堵，封堵后开仓检查刀盘前方的涌水量，达不到要求时继续补注浆液。,92,贯通前测量与盾构姿态调整,盾构到达前，对洞内所有的测量控制点进行一次整体的、系统的控制测量复测。盾构到达前50m地段加强盾构姿态和隧道线形测量，根据复测结果及时纠正偏差，确保盾构顺利地从到达洞门进入接收架上，并根据实测的洞门位置进行必要的调整隧道贯通时的盾构刀盘位置。盾构到达时，刀盘平面偏差允许值：平面10mm、高程015mm。为便于盾构的接收，要求盾构水平进洞，进洞时注意调整盾构姿态与管片拼装姿态。,93,盾构进洞掘进,盾构隧道最后9.5m的掘进是盾构安全准确进入预埋洞门的关键。泥水盾构施工时，在泥水循环过程中保持泥水压力是施工的前提。盾构进入到达段后，将北岸竖井蓄水3035m深。一方面保证洞门处围岩的压力，避免围岩过早破坏；另一方面，可以保证泥水压力使盾构尽可能地将碴土输送到地面分离站。掘进过程中，首先减少推力，降低推进速度，加快刀盘转速，并时刻监视泥水仓的压力值。当刀盘破土到达洞门后，利用盾构的排泥泵将北岸竖井的集水快速抽到底部一定液位，然后使用22kW潜水泵将北岸竖井的剩余水抽干。刀盘破土通过洞门后，用扇形压板将帘布橡胶板压紧在盾壳上，然后从盾尾后部管片进行双液注浆，将水封堵。,94,到达作业要点,在盾构到达前约50m左右时，必须对隧道贯通进行精确的复测，以便能很好控制盾构的姿态。在盾构到达洞门口15m时，必须密切关注盾构的掘进参数，注意对非常规状态的研究及调察，根据需要进一步的对掘进参数进行调整。在盾构距到达洞门9.5m时，开仓检查泥水仓内的涌水情况，确保无大的水流从盾尾后部涌入。做好洞内和北岸竖井的联系，及时将信息反馈给洞内，以便控制盾构的掘进。注意最后几环管片的拼装控制，尽量减小管片错台，防止漏水，管片螺栓要及时复紧。,95,谢谢大家,