图文详解盾构法隧道施工全套技术(史上最全).ppt
盾构法隧道施工技术讲座,中国工程院谭伟姿,开洞门时失稳,开洞门时失稳主要表现为土体坍塌和水土流失二种，其主要原因也是由端头加固效果不好所致。在小范围的情况下可采用边破除洞门砼，边利用喷素砼的方法对土体临空面进行封闭。如果土体坍塌失稳情况严重时，只有封闭洞门重新加固。,盾构施工关键技术-始发,始发后盾构机“叩头”,始发推进后，在盾构机抵达掌子面及脱离加固区时容易出现盾构机“叩头”的现象，根据地质条件不同有些可能出现超限的情况。为此，通常采用抬高盾构机的始发姿态、合理安装始发导轨以及快速通过的方法尽量避免“叩头”或减少“叩头”的影响。,盾构施工关键技术-始发,密封效果不好,洞门密封的主要目的也是在始发掘进阶段减少土体流失。当洞门加固达到预期效果时，对于洞门环的强度要求相对较低，否则要在盾构推进前彻底检查和确定洞门环的状况。在始发过程中若洞门密封效果不好时可即时调整壁后注浆的配合比，使注浆后尽早封闭，也可采用在洞门密封外侧向洞门密封内部注快凝双液浆的办法解决。,盾构施工关键技术-始发,盾尾失圆,在很多情况下，始发阶段由于自重及其他原因，盾尾一般都会出现失圆的情况，有些可能达到10CM之多。可以采用盾构机自带的整圆器进行整圆，在必要的情况下，可采用错缝拼装以保证在管片拼至隧道内时管片自身的椭圆度控制在误差以内。,盾构施工关键技术-始发,支撑系统失稳,支撑系统在某些情况下由于盾构机推进中的瞬时推力或扭矩较大而产生失稳，这样将导致整个始发工作的失败。对于支撑系统的失稳只能从预防角度进行，同时在始发阶段对支撑系统加强监测。,盾构施工关键技术-始发,地面沉降较大,由于始发施工的特殊性，始发阶段的地面沉降值均较大，因此在始发阶段需尽早建立盾构机的适合工况并严密注意出土量及土压情况，同时加大监测频率，控制地面沉降值。,盾构施工关键技术-始发,小 结,盾构机的始发成功主要由始发条件及始发施工技术中每一环节的处理决定。在前期的地质勘探，特别是对端头土体的液限、塑限、渗透系数、含水量等各种物理力学指标进行全面的调查及评估是相当有必要的；同时应对始发技术施工中的每一个环节加强全面、细致的控制，以确保各种处理措施达到预期效果。因为始发技术与各个工程的始发条件息息相关，所以始发时每一个细节如采用什么端头加固方式、连续墙破除方式、始发台及反力架的定位等均需根据现场条件选择最合适的方法。,盾构施工关键技术-始发,盾构接收（进洞）阶段掘进是盾构法隧道施工最后一个关键环节。盾构能否顺利进洞关系到整个隧道掘进施工的成败。在盾构进洞前后需做好充分的盾构接收的准备工作，确保盾构以良好的姿态进洞，就位在盾构接收基座上。,盾构施工关键技术-接收,盾构到达前须慎重考虑的事项如下:选定加固工法加固到达部位近旁地层及设置出口密封圈。为了确保盾构机按规定计划路线顺利到达预定位置，需要认真讨论测定盾构位置的方法和隧道内外的联络方法。讨论低速推进的起始位置、慢速推进的范围。讨论泥水盾构泥水减压的起始位置。讨论盾构推进到位时，由于推力的影响是否需要在竖井内侧井壁到达口处采取支护等措施。讨论掘削到达面的方法及其起始时间。认真考虑防止从盾构机外壳板和到达面间的间隙涌水、涌砂的措施。盾构机停止推进的位置的讨论。讨论到达部位周围的背后注浆工法。应周密的考虑拉出盾构机到井内时的盾构承台等临时设备的配备及设置状况。,盾构施工关键技术-接收,盾构进洞土体加固 盾构进洞区域土体加固一般与出洞区域土体加固是同时进行，对盾构进洞土体加固效果的检验可参照对盾构出洞土体加固。,盾构施工关键技术-接收,盾构接收基座设置 盾构接收基座用于接收进洞后的盾构机，由于盾构进洞姿态是未知的。在盾构接收（进洞）前仍需复核接收井洞门中心位置和接收基座平面、高程位置（一般以低于洞圈面为原则），确保盾构机进洞后能平稳、安全推上基座。,盾构施工关键技术-接收,进洞前盾构姿态监控 在盾构进洞前100环对已贯通隧道内布置的平面导线控制点及高程水准基点做贯通前复核测量，是准确评估盾构进洞前的姿态和拟定进洞段掘进轴线的重要依据。复核数据应通过反复比较，分析误差是否在允许偏差之内，从而正确的指导进洞段盾构推进的方向。,盾构施工关键技术-接收,洞门围护结构凿除（进洞侧）盾构进洞前需对接收井内围护结构背水面钢筋进行割除及砼凿除，通过打探孔实际验证盾构进洞区域土体加固的效果。在洞门围护结构凿除后同样需对其后土体自立性、渗漏等情况进行观察，判断进洞区域土体的实际加固效果是否满足盾构安全进洞的要求，否则应采取补救措施。,盾构施工关键技术-接收,盾构接收进洞 盾构接收（进洞）准备工作就续后，盾构机向前推进，在前端刀盘露出土体直至盾构壳体顺利推上接收基座的过程称为“盾构接收进洞”。该关键环节要重点做好以下工作：观察进洞洞口有无渗漏的状况，发现洞口渗漏应及时封堵。及时安装洞口拉紧装置，并检查其牢固性。,盾构施工关键技术-接收,为防止盾构进洞时盾构机铲到基座，将基座降低2cm。,盾构施工关键技术-接收,盾构施工关键技术-接收,盾构施工关键技术-接收,进洞前洞圈弧行钢板的焊接,盾构进洞前，为了缩小盾壳与洞圈的间隙、便于塞添海面及防止盾构进洞时洞圈产生出水、漏泥等问题，在洞圈内焊接一整环钢板。在盾构机靠上此钢板时，为确保钢板顺利外翻，在钢板一圈以10cm间距开缝，缝深约10cm。洞圈下部是盾构进洞的薄弱点，是最容易出现险情的部位，因此在洞圈底部钢板内、外层各加焊一道挡泥板加焊在洞圈底部6m弧度位置，距离洞圈底部位置25cm处,10mm厚，高100mm，内弧铉长2m钢板三道，间距20cm用于盾构进洞时清理盾构底部的泥土便于盾构顺利骑上基座。,盾构施工关键技术-接收,盾构施工关键技术-接收,洞门破除完毕后，盾构开始推进。由于刀盘已出洞圈前方无土层存在故此时推进无出土，每推进1.2米应立即拼装尽快完成，从而缩短进洞时间防止发生意外。推进至盾尾还剩70cm在槽壁内停止推进盾构一次进洞结束。,盾构施工关键技术-接收,洞圈密封、注浆加固,一次进洞后停止推进立即安装一整圈花纹钢板，钢板与洞圈采用段焊，当焊接完毕后用速凝水泥封堵弧形钢板上的所有间隙。,盾构施工关键技术-接收,此时洞圈封堵完毕，准备开始进行壁后注浆。,盾构施工关键技术-接收,隧道内注浆的同时考虑到浆液有可能顺着盾壳和管片间的间隙流出，所以在钢板上下左右4个位置开设注浆孔在必要时进行补压浆，浆液达到设定强度时开始二次进洞。,盾构施工关键技术-接收,防止管片被拉开的措施,为防止盾构完全进洞后，千斤顶离开管片，管片反作用力的释放而拉开管片间的间隙，造成渗漏水现象，在管片的纵向螺栓上焊接根拉杆，上部焊接两根，左右腰部各焊接一根.,盾构施工关键技术-接收,盾构施工关键技术-接收,把最后2环管片连接一起，先连接环到环，为保险起见此后每拼装好一环就焊拉杆连接管片脱出盾尾后，螺栓有可能松动也会造成渗漏水现象，所以要加强对螺栓复紧、补紧。（注：拉杆材料为10号槽钢）,盾构施工关键技术-接收,盾构正常推进阶段是千斤顶顶住管片向前前进，而此次推进已无管片。故使用顶管法，在千斤顶与管片之间加顶管使盾构机向前推进。当推进至盾尾离槽壁3.5米处停止推进，（共推进4.2米）二次进洞结束。,盾构施工关键技术-接收,二次进洞后同一次进洞相同，用弧型钢板焊接一圈，当焊接完毕后用速凝水泥封堵弧形钢板上的所有间隙，开始进行注浆加固。,盾构施工关键技术-接收,砂性地层中盾构推进的影响,存在的问题 土压平衡盾构施工成功的关键之是合理进行土压力管理，使开挖面保持稳定。为保证密封舱内的土压力能够真实反映，需要要将开挖面切削下来的土体在密封舱内调整成一种“塑性流动状态”的土体。如果地层是淤泥质枯土层的话，只要在密封舱内通过旋转翼板搅拌，就可满足这种状态顺利进行施工。但是，如果地层是粘粒(粒径小于0005mm)的含量较少(小于10)的卵石层、砂土地层、粉土层、风化岩地层，进入密封舱的土体就很难形成这种“塑性流动状态”，从而给土压力保持带来困难，导致施工出现以下问题。,盾构施工关键技术-沙性土中盾构推进,开挖面失稳 当盾构开挖面中心水、土压力与盾构机密封舱内压力无法平衡的时候，将产生开挖面失稳。土压平衡盾构在砂性土层中施工时，由于砂性土流动性极差，切削下来的土体并不能充满整个密封舱，进入舱内砂性土大颗粒沉积在密封舱的底部，而细小颗粒浮在上层，出现分层离析、表层失水、开挖面上部的土压力无法被舱内压力平衡，发生土体失稳。高水头压力下，大刀盘切削振动可能引起工作面附近砂土液化，孔隙水压力上升，有效应力减小，抗剪强度降低甚至丧失。液化引起的管涌流砂使工作面失去稳定平衡。土体失稳将引起大幅度的地层位移，使得相邻的建、构筑物产生差异沉降，管线破裂，地表发生大范围沉陷，造成巨大的经济损失。,盾构施工关键技术-沙性土中盾构推进,产生开挖面稳定问题的原因如下：土压平衡式盾构是将开挖下来的土料泥土化，由刀盘上轮辐开孔进入开挖面后的密封舱，通过施加适当的土压力并控制出土量，使密封舱土体挤压密实，保持与工作面水、土体侧压力动态平衡，开挖面处于稳定状态。要保证开挖面的稳定必须注意以下几个环节：首先，盾构施工过程中必须在开挖面和隔板之间充满土料，这里土料是作为一种荷载传递的介质，将密封舱的压力由刀盘上的开孔传递到开挖面上，以维持工作面的稳定；其次，在盾构推进挖土和管片拼装过程中，始终保证盾构机密封舱内压力孔始终略微大于正面主动侧压力PS和水压力Pw之和。,盾构施工关键技术-沙性土中盾构推进,土压平衡式盾构在砂性土层中比较容易丧失稳定性主要是由于砂性土、砂质粉土等土层由于土的渗透性好，受扰动后产生水土分离流出，土与水不能形成具有一定流动性的土料，无法完全充满开挖面与隔板之间的土舱，致使在开挖面上局部区域压力不平衡从而导致工作面失稳。由此可见要保证土压平衡式盾构在砂性土等特殊土层中施工时工作面的稳定，应当增加砂性土的保水性，改善其流动性。,盾构施工关键技术-沙性土中盾构推进,盾构推进时周围土体发生液化导致土体沉降 虽然土压平衡盾构施工时不会对盾构周围土体造成影响，但在砂性土等粘粒含量较少的特殊土层中的盾构推进过程会发生一个特殊现象，尤其是颗粒级配不理想和相对密度较小的土层中容易发生液化。,盾构施工关键技术-沙性土中盾构推进,由于粉细砂层颗粒与颗粒之间吸引力相对很小，几乎没有连接，且含水量较高，所以在循环荷载作用的一开始，就产生一个较大的瞬间变形。主要原因是颗粒受到挤压后，孔隙体积被压缩，孔隙比减小，此时部分有效应力发生转移，由超孔隙水压力来承担，土骨架强度降低，土体产生残余变形。当施加的动应力小于临界动应力时，随着振动时间的增长，土体颗粒经过不断调整，已能够适应变化了的压力环境，此时变形已趋于缓和，这是一个结构再造阶段。最后，当振动时间继续增长时，土体结构差异性调整已不明显，结构参数的变化大多趋于平缓，新的结构体系已基本形成；在压力的进一步作用下，新体系的结构要素仅做适当调整以求得更加巩固的平衡结构。这时的永久变形值基本上已趋于稳定。但是当施加的动应力大于临界动应力时，随着振动次数增多，土体结构经过一段时间的调整仍不能适应新的压力环境，而在这过程中，孔隙水压力不断上升，有效应力不断下降，最后导致土体强度丧失，也即粉细砂层达到了液化状态。在砂性土层中盾构推进时，因盾构前进、盾构内部设备的振动和其他等因素，容易使周围的砂土发生液化，这在推进速度较慢和推进持续时间较长等情况下更加明显。砂土发生液化后，不可避免地造成土体的沉降。,盾构施工关键技术-沙性土中盾构推进,
