盾构施工工艺流程及重大工艺简介[详细]

4-2粉细砂
7-2粉质粘土
盾构隧道
钢 筋 混 凝 土 连 续 墙
复兴路站
复 兴 路 站 接 收 井
➢盾构到达
端头高压旋喷加固
水平冻结加固
盾构到达主要内容包括：端头旋 喷加固、端头水平冷冻、接收架 安装、帘布橡胶止水帷幕安装、 盾构机抵拢连续墙、隧道内二次 注浆、洞门探孔、洞门凿除、盾 构空推、收紧帘布橡胶板及二次 注浆、盾构到达。
➢盾构掘进
控制贯入度，刀盘掘进速度与转速之比 硬岩低贯入度，软岩高贯入度 关注掘进参数变化，特别是扭矩 红层掘进关注土舱温度和渣土温度 勤查刀
特殊地层掘进 上软下硬地层
➢盾构掘进
特殊地层掘进 孤石
施工前应进行物探补充勘探，探明孤石分布情况
➢盾构掘进
特殊地层掘进 孤石
当地面条件允许时，采取深孔爆破预破碎、冲孔预处理技术进 行破除
直接调整参数 被动调整参数
➢盾构掘进
被动铰接
主动铰接
主动铰接，推进油缸推着盾尾走，铰接油缸推着盾体走。 被动铰接，推进油缸推着盾体走，铰接油缸拉着盾尾走。
➢盾构掘进
设置铰接，可使盾构机适用于更小转弯半径。 主动铰接姿态调整优于被动铰接。 转弯半径大时，可以不开铰接（主动）。收敛性不好地层， 取500m，收敛性好地层，取600m。 转弯半径小时，必须开铰接。 急纠偏时，需超挖刀配合。
➢始发井修建与场地布置
土压盾构始发场地
➢始发井修建与场地布置
泥水盾构始发场地
➢始发井修建与场地布置
地铁盾构隧道施工以土压平衡盾构、泥水盾构为主，其 中泥水平衡盾构需较大场地施作泥水站，泥水站布置是否合 理直接影响盾构施工效率。
泥水站临建布置图
➢盾构始发
始发端头地层加固
安装始发基座与洞门密封
盾构机组装、调试
➢盾构掘进
盾构隧道管片拼装分通缝拼装和错缝拼装，通缝拼装施工难度低， 但管片接缝防水效果差，国内现在盾构隧道管片拼装已错缝拼装为主。
➢盾构掘进
普通型 标准环+左转弯环+右转弯环 通用型 带有一定楔形量的衬砌圆环
封顶块为楔 形块，搭接 2/3后插入
➢盾构掘进
环缝 纵缝
纵向螺栓 环向螺栓
➢盾构掘进
➢盾构组装调试
盾构反力架
➢盾构始发
盾构始发有整体始发、分体始发两种形式。整体始发成本、工期 较分体始发有明显优势，但盾构井台车下井空间不够需采用分体始 发，即台车放在地面，通过延伸管路连接台车和主机。
整体始发
分体始发
➢盾构掘进
始发完成后，进入正常段掘进。盾构掘进前要制订合理的掘进参数， 掘进过程中要根据盾构机姿态、开挖面前方监测数据等动态调整掘进 参数。
始发架安装示意图
➢盾构始发
加固区
地连墙 主体结构
设计轴线 原位始发 左偏割线始发 右偏割线始发
切线始发
反力架
盾构机机头到达加固区边缘时与设计位置相重合 盾构机方位角与设计方向角偏差较小 实际掘进直线段与曲线段偏差不超过5cm 垂直轴线预提高，预防盾构机磕头，车站底板调节
➢盾构始发
M20 M24 M20
高压旋喷加固
冻结加固
➢端头加固
目的：确保盾构进（出）洞的安全。 凿除后洞门的稳定性 流砂（土）不沿着建筑间隙进入工作
➢盾构组装调试
盾构组装包括：始发架下井定位、安装，台车下井、连接， 主机下井、连接，反力架定位、安装；调试包括：空载调试、 负载调试。
主机下井、连接
台车下井、连接
➢盾构组装调试
盾构始发架
245
225 1000 400
50
同步注浆示意图
➢盾构始发
惰性浆 硬性浆 单液浆 双液浆 同步注浆 二次注浆
➢同步注浆
砂浆输送
砂浆柱塞泵
穿越时空隧道，沟通美好未来。
➢二次注浆
穿越时空隧道，沟通美好未来。
➢盾构掘进
盾构掘进
管片拼装
轨道、管线 等延长
电瓶车出运 电瓶车运料
➢盾构掘进
出渣：45t龙门吊 下料：16t龙门吊
安装反力架
洞门凿除
拼装负环管片 始发掘进
洞门密封盾尾注浆回填
盾构正常掘进
➢盾构始发
盾构始发、到达是盾构施工过程中的事故多发地带，其 中端头加固效果直接关系到盾构能否安全始发、到达。选择 合适的加固工法和必要的加固检测手段，是保证盾构法隧道 顺利施工的重要环节。
1）冻结法加固：加固止水效果良好，但造价高，解冻融沉沉 降大；
第二次凿除洞门
第一次凿除洞门 盾构推进
➢盾构始发
当盾尾通过密封箱体后开始实施同步注浆。注浆浆液选择水泥砂 浆，水泥砂浆的凝结时间在6小时左右，浆液的强度不小于2MPa。 始发阶段同步浆液配合比见下表。
配合比
注浆 方式
水 （kg）
水泥 （kg）
细砂 （kg）
粉煤 灰 （kg）
膨润 土
（kg）
同步 注浆
盾构施工工艺流程及重大工艺简介
杨钊 中交二航局技术中心
2014年9月17日
汇报内容
一、概述 二、盾构施工工艺流程 三、盾构施工重大工艺简介
一、概述
盾构法是使用所谓的“盾构”机械，在围岩中推进，一边防止土砂的 崩坍，一边在其内部进行开挖、衬砌作业修建隧道的方法。
盾构施工工艺流程图
二、盾构施工工艺流程
➢负环管片拆除
当周边地层对管片的摩擦力足以提供盾构推力千斤顶反力时，可 对负环进行拆除。
在实际施工过程中，一般取盾构机掘进100m后，拆除负环，使 得工作井井口具备下料条件，同时将道岔搬移至隧道内。
➢盾构到达
盾构机到达施工是指从盾构机到达下一站接收井之前50m到盾构 机贯通区间隧道进入车站（盾构井）接收托架的整个施工过程。
➢盾构到达
待盾构机到达后，洞内进行二次注浆(必要时压注聚氨酯并进行 环向冷冻)，进行封堵管片与车站（风井）结构之间的空隙。待二 次注浆完全封堵注管片与结构之间的空隙，开始后续施工（二次 开挖回填物、进行盾构拆机、施工洞门等）。
➢盾构到达
1-1杂填土 3-2粉质粘土 3-5粉质粘土、粉 细砂、粉土互层
➢联络通道施工
冻结孔施工
冻结施工
开挖施工
➢洞门施工
盾构隧道洞门是隧道与盾构井接口永久防水结构。
➢盾构到达
常用的接收方式有水下到达、水平冻结、端头加固+降水、钢 套筒等。
➢水下到达：风险可控。 ➢水平冻结：风险可控，但是对各个工序之间衔接要求较高。 ➢端头加固+降水：风险可控，接收井端头需较大面积场地。 ➢钢套筒：风险可控，钢套筒加工成本高，拆装工期长。
➢盾构掘进
盾构机空推过矿山法隧道
特殊地层掘进 全岩地层
盾构机空推，回填豆砾石
➢盾构掘进
换刀
常压换刀
开挖面稳定 开挖面不稳定，加固手段
➢盾构掘进
换刀
带压换刀
开挖面不稳定，加气压稳定开挖面 土体不闭气，需在开挖面表面形成闭气泥膜
➢盾构到达
到达前100m进行贯通测量 到达前10环，采用管片拉紧
管片
2）盾构进场运输必须由具有 资质的大件运输公司实施；
3）盾构吊装由具有资质的专 业队伍负责起吊；
4）作业前需对吊机工作区域 进行加固提高地基承载力。
台车轨道及始 发基座安装
组装场 地准备
吊机组装就位
台车吊装与管线连接
主机吊装与连接
安装反力架
空载调试
➢盾构始发
盾构吊装场地布置图
➢盾构始发
主机大件翻身
➢盾构掘进
特殊地层掘进 孤石
盾构机接触到孤石时，扭矩波动大，慢转速，小推力 进入土舱，采用液压岩石破碎机或静态炸药分裂岩石
➢盾构掘进
盾构机空推过矿山法隧道
特殊地层掘进 全岩地层
充填豆砾石及压浆 混凝土管片
F
L R2750
R3100
R325R03550L
B
60°
B
矿山法隧道初衬
B 盾构机导台
矿山法隧道内施工砂浆导台
➢盾构选型
盾构选型，即选择区间隧道合适的盾构机和配套设备。
选型 原则
➢有较强的地质适应性 ➢在安全可靠的情况下，考虑技术先进性和经济合理性 ➢满足周围环境等要求 ➢满足工期、造价及环保要求 ➢后配套设备的能力与主机配套
➢盾构选型
选型 依据
➢工程地质与水文地质条件 ➢隧道长度，隧道平纵断面及横断面尺寸等设计参数 ➢周围环境 ➢隧道施工节点工期 ➢宜用的辅助工法 ➢技术经济比较
盾构水下达到施工工序
➢盾构到达
灌水加压
冷冻加固
回填
砼回填
破除洞门
盾构水下达到工艺流程图
➢盾构到达
根据冻结监测效果， 冻结达到设计条件进行 探孔后，分段自下而上 凿除洞门。凿除完成一 段，迅速回填一段，避 免凿除后的洞门暴露时 间过程，影响冻结效果， 造成安全隐患。
➢盾构到达
洞门凿除完成后，使 用预先配置好的塑性混 凝土对基坑进行回填， 回填高度以超过洞门顶 2m为标准。回填塑性混 凝土达到一定强度后， 基坑内即可回灌水至地 下水位标高处，至此盾 构机到达（过站）前准 备工作全部完成。
➢盾构始发
第一次负环拼装
第二次负环拼装
➢盾构始发
在拼装第一环负环管 片前，在盾尾管片拼装 区180度范围内均匀安设 6根长1.5m、厚盾尾间隙 的定位垫块，负环管片 在脱出过程中及时加支 撑固定，防止管片失圆 引起管片拼装困难。
负环管片拼装示意图
➢盾构始发
负环管片拼装加固
➢盾构始发
洞门凿除是指凿除盾构井围护结构。盾构组装调试、洞门探孔 完成之后，开始凿除洞门，洞门凿除过程中各项工序紧密衔接，防 止掌子面暴露时间过长引发险情。
盾构到达方式多样，需结合接收端头地质情况和场地情况综 合考虑。
三、盾构施工重大工艺简介
➢始发井修建与场地布置
一般在盾构车站两端设置工作井，用于始发井或接收井。地铁 施工中，盾构掘进为控制性工程。为了尽快提供始发条件，在车站施 工中，先做始发井。
盾构始发空间为100－120m。 工作井井口尺寸：11.5*7.5 渣土井尺寸：7.0*5.0，渣土井一般距工作井井口70－90m
管片
螺帽 预埋钢板
加劲板
加劲板
精钢螺纹钢
➢盾构到达
水平冻结 水中进洞 加固体+降水到达
➢盾构到达
在盾构到达前首先施工端头加固（根 据端头施工条件进行一定范围内的水泥土 加固），在水泥土加固完成后开始实施垂 直冻结，冻结达到设计强度后开始凿除洞 门，冻结加固主要保证洞门凿除过程中的 土体稳定和封水效果，
➢盾构始发
台车下井示意图
➢盾构始发
台车下井示意图
➢盾构始发
盾构下井
➢盾构下井组装调试
前盾
刀盘
中盾
主机下井示意图
➢盾构下井组装调试 主机与台车连接示意图
➢盾构始发
反力架是盾构始发发力的支撑系统，结构形式宜采用钢结构。
380
445
680
反力架安装示意图
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
➢盾构始发
负环拼装分两次进行，盾构组装调试完成之后拼装第一次（反 力架至主推进油缸之间），盾构始发之后第二次拼装剩余负环管 片。
90° 90° 90°
内衬
固定环板B 16
预埋钢环板A 帘布橡胶密封板
固定螺栓
折叶压板 盾构
预埋钢环板A
内衬
内衬
固定环板B 16
固定螺栓
预埋钢环板A
固定环板B 16
固定螺栓
折叶压板
盾构进洞时状态
注浆浆液
折叶压板
管片
管片
管片拼装后的状态
➢盾构始发
1）盾构下井组装调试前必须 制定详细的方案，需专家评审 之后方可实施；
抓举头
➢盾构掘进
缓膨剂
➢盾构掘进
➢盾构掘进
环缝
纵缝
➢盾构掘进
➢盾构掘进
推力 千斤顶分区压力 切口压力 刀盘转速 刀盘扭矩 注浆流量 辅助材料流量 螺旋机转速 掘进速度 铰接角度
直接调整参数 被动调整参数
➢盾构掘进
推力 千斤顶分区压力 切口压力 刀盘转速 刀盘扭矩 注浆流量 送泥流量 排泥流量 掘进速度 铰接角度
2）深层搅拌加固：加固体与连续墙之间间隙无法直接加固， 需旋喷桩配合施工；
3）旋喷桩加固：在砂卵石地层加固效果良好，造价高于深层搅 拌加固。
加固范围：一般为隧道衬砌轮廓线外上下左右各3m，加固长度 根据地质条件而定，富水地层加固长度必须大于盾构主机长度 （刀盘+盾壳）。
➢盾构始发
➢盾构始发
始发架安装需精确定位，让盾构以良好姿态进入洞门，采用钢结构。
洞门凿除完成后，在盾构接收井或待 穿越基 坑内回填塑性混凝土至洞门上部 一定高度，然后上部灌水至地下水位高度， 以平衡竖井内外的水土压力，避免盾构到 达（穿越）过程中洞门圈由于未注浆封闭 出现涌水、涌砂等事故，从而安全的完成 盾构到达（过站）。
端头加固 端头冻结 洞门凿除 基坑回填 盾构到达（过站） 后续施工
洞门钢筋混凝土凿除前，端头加固土体须达到设计所要求 的强度、渗透性等技术指标。
分两次凿除，减少第二次凿除工作量，第一次凿除至内层 钢筋位置处；第二步，当盾构组装调试完成之后，并推进距离 洞门约1-1.5m时，快速凿除剩余厚度。
第一次凿除从上而下，第二次凿除从下而上。
➢盾构始发
➢盾构始发
12 34 56
➢盾构选型
选型 步骤
➢复合盾构与软土盾构选择 ➢土压盾构与泥水盾构选择 ➢主要功能部件进行选择和设计 ➢后配套施工设备
➢盾构设计与制造
监造
无工厂组装技术
➢端头加固
端头加固方法需结合地质情况及地下水位综合考虑，常用的加固 形式有：高压旋喷加固、搅拌桩加固、注浆加固、冻结加固、素混 凝土墙与井点降水等。