盾构法隧道施工原理常见难点和问题[详细]
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• 到达阶段的贯通测量 • 到达接收托架的安装 • 洞门密封环板的安装 • 洞门围护结构的凿除 • 到达段管片的安装﹑紧固和补充注浆
7 盾构机过站、过隧道技术
• 移动托架过站 • 滚轴法过站 • 盾构机整体吊装过站 • 利用永久管片过隧道 • 利用临时管片过隧道
8 端头地层处理技术
• 端头地层处理的目的 • 端头地层处理的主要方法
2 管片选型技术
• 管片的类型 • 管片的尺寸及分块 • 管片的连接型式 • 转弯环的楔形量 • 管片选型应遵循的原则:管片跟着盾构走 • 管片选型的考虑因素:盾尾间隙﹑千斤顶行程
差﹑铰接角度﹑盾构机姿态趋势 • 重要性:决定隧道的质量(尤其是防水质量)
3 盾构机导向技术
主流VMT导向ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ统
4 管片背后注浆技术
• 盾构法隧道施工的工作原理 • 盾构法隧道施工的特点 • 盾构法隧道施工的优点 • 盾构法隧道施工的缺点
(一)盾构法隧道施工工作原理
盾构机千斤顶利用已成型管片提供反力,向前施 加推力,利用刀盘旋转切削掌子面土体(保持土 仓压力),通过螺旋输送机(管道)把渣土输送出 来,拼装机拼装管片形成衬砌,管片背后同步注 浆,形成永久结构,
(二)概念与分类
1.按照开挖面平衡方式分为： 土压平衡式,适用于各种土层、岩层等复合地
层； 泥水平衡式,适用于含水砂层以及软流塑、流
动性等软弱地层；对地面沉降要求高的项目； 复合式,适应性更广
(二)概念与分类
2.按照直径大小分为： 巨型盾构,大于12米；15.43、14.9米； 常规盾构,大于6米；6.28、6.34、6.68米； 微型盾构,小于3米,0.15到3米,
高安全,施工作业环境好,施工人员安全得到有效保 障,对周围环境影响小,地表沉降易于控制,
高适应,不影响地面交通,不影响航运通航,不受风 雨等气候条件影响,不受地质限制,
(四)盾构法隧道施工的缺点
盾构机制造周期长,设备投入较大； 准备难且费用高,短距离隧道不经济； 小曲线隧道施工较为困难,施工质量得不到
• 1994年,上海延安东路南线隧道首次使用土压 平衡盾构机施工,
• 2003年上海隧道股份设计制造第一台国产盾构 机,
• 截至2014年,共建成运营14条线路,总计525.2 公 里 , 根 据 线 网 规 划 ,2017 年 总 里 程 689 公 里,2020年总里程808公里,
广州地铁
• 1995-1999年1号线建成运营；首次引入盾构法 进行隧道施工,
保障； 浅埋隧道覆土太浅,盾构法施工难度很大； 施工过程变化断面尺寸困难；
三、盾构法隧道施工流程
总体流程：盾构法施工总体流程 局部流程：盾构机掘进流程
(一)总体流程
始发井(车站)交付使用→盾构托架就位→盾构 机下井组装、调试、验收→初始掘进(L=80-100 米)→负环拆除及其它调整(换装)→正常掘进→ 盾构机到达中间站→盾构机通过中间站→盾构 机再次组装、调试、验收→盾构机再次初始掘 进→正常掘进→盾构机到达终点站→盾构机解 体外运→隧道清理、管片修补、堵漏→工程验 收,
开挖→出土→注浆→拼装
四 盾构法隧道施工关键要素
研究对手,地质 研究兵器,盾构机 研究招式,技术
(一)研究对手,地质
(二)研究兵器-盾构机系统总成
(二)研究兵器-盾构机系统总成
(二)研究兵器-盾构机系统总成
(二)研究兵器-盾构机系统总成
1 掘进系统
2 同步注浆系统
3 出渣系统
预埋 25吊环
预埋钢板700X25X20
预埋 25吊环 载重<5t
3%0
线路中心线 （隧道中心线）
盾构机始发示意图
临时管片 T2 T1
盾构机始发托架
反力架
基准环 回填混凝土
图6.3 盾构机始发工作图（一）
临时管片
1 T7 T6 T5 T4 T3 T2 T1
图6.4 盾构机始发工作图（二）
6 盾构机到达技术
(二)概念与分类
3.按照开挖面敞开程度分为： 全敞开式,手掘式、半机械式、机械式 半敞开式,半挤压、全挤压、网格式 全封闭式,土压、泥水、复合式
(二)概念与分类
4.按照断面形式分为 圆形盾构 矩形盾构 异形盾构(双圆、三圆、球形)
(三)盾构工法在中国
• 北京地铁 • 上海地铁 • 广州地铁 • 其它城市
• 1999年以后,2、3、4号线大量采用盾构法隧道 修建；2010年高峰期,75台盾构同时掘进,
• 截至2014年,共有9条营运路线(1号线、2号线、 3号线、4号线、5号线、6号线、8号线、广佛 线及APM线),总长为260.5公里,2017年底,将新 建10条线路,260公里新线,总里程超过500公里,
盾构法隧道施工原理、 常见难点和问题
谈家龙
目
录
一、盾构法隧道施工发展历史 二、盾构法隧道施工原理 三、盾构法隧道施工流程 四、盾构法隧道施工关键要素 五、盾构法隧道施工常见难点和问题 六、结语
一、盾构法隧道施工的发展历史
• 起源 • 概念与分类 • 盾构工法在中国 • 发展趋势
(一)起源
• 1818年,英国工程师布鲁诺尔(M.I.Bruner),最 早提出了用盾构法建设隧道的设想,并在英国 取得了专利,
• 注浆的目的 • 注浆的方式 • 浆液的种类 • 注浆参数选择(压力、数量、强度)
盾构机
1 4
V1 PS1 V4 PS1
泥仓
2
V2 PS1
3
V3 PS1
4
1
浆液斗 7M3
V5
V6
TP
GP2 V7 V8 GP4
GP3
GP1
砂浆车 7M3
盾尾注浆位断面
常用盾尾注浆管
3
2
备用盾尾注浆管
膨润土斗 6M3
五 常见难点和问题
隧道内有建筑物桩基等异物侵入(托换、 拔除、洞内处理)
盾构机始发和到达端头的地层加固(涌 水、涌砂、塌陷)
孤石﹑溶洞 、花岗岩、软硬不均等不 良地质(爆破、填注)
盾构机的维护和保养及配件准备(计划 和台账)
碎石器 (直径: 1,20 m)
六 结语
• 保持开放的学习,态虚心向他人及竞争对手学 习,
BP V9
V10
压缩空气
空压机
控制阀
压力传感器
GP--注浆泵
TP--砂浆转运泵
BP--膨润土泵
5 盾构机始发掘进技术
• 始发托架的定位安装 • 盾构机、后续台车的下井组装 • 反力架的安装 • 洞门密封环板的安装 • 洞门围护结构的凿除 • 盾尾密封油脂的涂抹 • 负环管片的安装
赤岗站西端结构纵剖面图
9 隧道防水技术
• 管片的自防水(抗渗等级) • 管片接逢止水条的形式和种类 • 嵌缝和手孔封堵 • 堵漏和缺陷修补
10 其它技术
• 刀具更换技术 • 发泡剂注入技术
没有使用泡沫处理的软土
使用泡沫处理过的软土
五 常见难点和问题
软弱含水地层且地面沉降控制要求高(塌陷) 富水地层(如穿越江河或断层带)(喷涌) 掘进断面内地层软硬相差悬殊(管片上浮) 土质粘性大易结泥饼(刀具磨损) 设计线路复杂
• 勤于总结, 在施工实践中学习、磨练和提高,
• 在盾构工法应用及推广道路上,只有起点, 没有终点！
其它城市
• 国内目前地铁已经开工的共23个城市,国务院批 准的有33个城市,国内地铁建设趋势由中心城区 向四周辐射,十二五期间将是地铁建设发展高潮 期,
• 国内城市轨道交通建设盾构工法的使用比例已 经超过85%,
(四)发展趋势
超大直径 复合型 大深度、大坡度、小曲率
二﹑盾构法隧道施工原理
4 管片拼装系统
5 导向系统
6 密封系统
7 渣土改良系统
8 风、水、电、气系统
9 管片
• 管片型式 • 主要参数 • 连接方式 • 防水材料 • 管片选型
盾构隧道管片衬砌构造示意图
(三)研究招式
盾构机操作技术 管片选型技术 盾构机测量导向技术 管片背后回填注浆技术 盾构机始发掘进技术 盾构机到达技术
盾构机下井
始发井
始发端头加固
盾构机就位调试
洞门密封圈安装
反力架安装
初始掘进
洞门围护墙凿除
盾
构
负环拆除
法
正常掘进
洞门密封圈安装
隧
到达端头加固
到达车站
盾构机托架
道 施
过站
中间站
工
再次就位调试
流
程
再次始发
图
到达终点站
到达站
盾构机解体外运
(二)局部流程
准备工作(风、水、电、浆液、渣车、管片)→ 启动液压系统 →启动刀盘 →启动次级渣土运 输系统(皮带机)→启动推进千斤顶→启动首级 渣土运输系统(螺旋机)→同步注浆→停止掘进 →安装管片→准备下一环掘进,
• 1825年,他第一次在伦敦泰晤河下开始用一个 断面高6.8m、宽11.4m的矩形盾构修建隧道,
• 1843年,经过18年施工,完成了全长1100m的第 一条盾构法隧道,
1828年1月12日泰晤河水涌入盾构机
(二)概念与分类
盾构机(Shield Machine),是一种全封闭的隧道掘进 设备,主要由掘进系统、同步注浆系统、出渣系统、 渣土改良系统、拼装系统、密封系统、导向系统 等组成,利用衬砌管片提供反力,不能连续掘进,
隧道掘进机(Tunnel Boring Machine),简称TBM,硬 岩掘进机,部分封闭,围岩暴露并可提供反作用力,可 连续掘进,
(二)概念与分类
“盾”——“防御、保护” ,指刀盘、盾壳； “构”——“构筑、修建”,即管片衬砌和注浆； 指使用盾构机,一边保持开挖面及围岩稳定,一
边进行开挖面土体掘进、出渣,同步实施管片 背后注浆,在盾尾内拼装管片形成衬砌,从而在 最大减少扰动围岩条件下修建隧道的方法,
土压平衡盾构机工作原理示意图
刀盘 前体 人闸
中体 安装器 盾尾 螺旋机
泥水盾构机工作原理示意图
泥浆站
泥浆调整槽 FP1
泥浆处理槽
泥仓
盾构机
V1 V3
V2
V5
V4
V6
V7 V9 V8
管片
FPn 供泥管
排泥管
DP1
DPn
始发车站
泥浆控制阀 泥浆流量计 密度计 泥浆泵 FP--供泥泵 DP--排泥泵
图2 泥水盾构泥浆循环系统工作示意图
(二)盾构法隧道施工的特点
地下施工,必须面对复杂的地质条件和敏感的 地面环境,
所用设备集成度高,技术含量高,对人的要求较 高,
涉及的专业领域较多,对复合型人才有较多需求,
(三)盾构法隧道施工的优点
高效率,机械化作业程度高,施工速度快,采用预制 管片衬砌,一次成型,施工质量易于控制,经济效率 显著,
盾构机过站技术 端头地层处理技术 隧道防水技术 其它技术
1 盾构机的操作技术
• 做好操作前的准备工作 • 严格按操作规程进行操作 • 按照操作指令的控制掘进参数(刀盘转速﹑扭
矩﹑土仓压力﹑推力﹑掘进速度﹑铰接角度﹑ 注浆压力等) • 对线路特点﹑工程地质和地面的环境状况有充 分认识 • 对异常情况要及时采取措施并上报
北京地铁
• 2000年9月,北京地铁五号线雍和宫站至北新 桥站区间首次采用盾构法施工,
• 2000年-2014年,高速发展期,建成运营17条 线路,总长527公里,日均客流约1000万人次, 是国内最繁忙的轨道交通系统,
• 根据线网规划,2020年将建成30条线路,运营 里程超过1000公里,
上海地铁
7 盾构机过站、过隧道技术
• 移动托架过站 • 滚轴法过站 • 盾构机整体吊装过站 • 利用永久管片过隧道 • 利用临时管片过隧道
8 端头地层处理技术
• 端头地层处理的目的 • 端头地层处理的主要方法
2 管片选型技术
• 管片的类型 • 管片的尺寸及分块 • 管片的连接型式 • 转弯环的楔形量 • 管片选型应遵循的原则:管片跟着盾构走 • 管片选型的考虑因素:盾尾间隙﹑千斤顶行程
差﹑铰接角度﹑盾构机姿态趋势 • 重要性:决定隧道的质量(尤其是防水质量)
3 盾构机导向技术
主流VMT导向ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ统
4 管片背后注浆技术
• 盾构法隧道施工的工作原理 • 盾构法隧道施工的特点 • 盾构法隧道施工的优点 • 盾构法隧道施工的缺点
(一)盾构法隧道施工工作原理
盾构机千斤顶利用已成型管片提供反力,向前施 加推力,利用刀盘旋转切削掌子面土体(保持土 仓压力),通过螺旋输送机(管道)把渣土输送出 来,拼装机拼装管片形成衬砌,管片背后同步注 浆,形成永久结构,
(二)概念与分类
1.按照开挖面平衡方式分为： 土压平衡式,适用于各种土层、岩层等复合地
层； 泥水平衡式,适用于含水砂层以及软流塑、流
动性等软弱地层；对地面沉降要求高的项目； 复合式,适应性更广
(二)概念与分类
2.按照直径大小分为： 巨型盾构,大于12米；15.43、14.9米； 常规盾构,大于6米；6.28、6.34、6.68米； 微型盾构,小于3米,0.15到3米,
高安全,施工作业环境好,施工人员安全得到有效保 障,对周围环境影响小,地表沉降易于控制,
高适应,不影响地面交通,不影响航运通航,不受风 雨等气候条件影响,不受地质限制,
(四)盾构法隧道施工的缺点
盾构机制造周期长,设备投入较大； 准备难且费用高,短距离隧道不经济； 小曲线隧道施工较为困难,施工质量得不到
• 1994年,上海延安东路南线隧道首次使用土压 平衡盾构机施工,
• 2003年上海隧道股份设计制造第一台国产盾构 机,
• 截至2014年,共建成运营14条线路,总计525.2 公 里 , 根 据 线 网 规 划 ,2017 年 总 里 程 689 公 里,2020年总里程808公里,
广州地铁
• 1995-1999年1号线建成运营；首次引入盾构法 进行隧道施工,
保障； 浅埋隧道覆土太浅,盾构法施工难度很大； 施工过程变化断面尺寸困难；
三、盾构法隧道施工流程
总体流程：盾构法施工总体流程 局部流程：盾构机掘进流程
(一)总体流程
始发井(车站)交付使用→盾构托架就位→盾构 机下井组装、调试、验收→初始掘进(L=80-100 米)→负环拆除及其它调整(换装)→正常掘进→ 盾构机到达中间站→盾构机通过中间站→盾构 机再次组装、调试、验收→盾构机再次初始掘 进→正常掘进→盾构机到达终点站→盾构机解 体外运→隧道清理、管片修补、堵漏→工程验 收,
开挖→出土→注浆→拼装
四 盾构法隧道施工关键要素
研究对手,地质 研究兵器,盾构机 研究招式,技术
(一)研究对手,地质
(二)研究兵器-盾构机系统总成
(二)研究兵器-盾构机系统总成
(二)研究兵器-盾构机系统总成
(二)研究兵器-盾构机系统总成
1 掘进系统
2 同步注浆系统
3 出渣系统
预埋 25吊环
预埋钢板700X25X20
预埋 25吊环 载重<5t
3%0
线路中心线 （隧道中心线）
盾构机始发示意图
临时管片 T2 T1
盾构机始发托架
反力架
基准环 回填混凝土
图6.3 盾构机始发工作图（一）
临时管片
1 T7 T6 T5 T4 T3 T2 T1
图6.4 盾构机始发工作图（二）
6 盾构机到达技术
(二)概念与分类
3.按照开挖面敞开程度分为： 全敞开式,手掘式、半机械式、机械式 半敞开式,半挤压、全挤压、网格式 全封闭式,土压、泥水、复合式
(二)概念与分类
4.按照断面形式分为 圆形盾构 矩形盾构 异形盾构(双圆、三圆、球形)
(三)盾构工法在中国
• 北京地铁 • 上海地铁 • 广州地铁 • 其它城市
• 1999年以后,2、3、4号线大量采用盾构法隧道 修建；2010年高峰期,75台盾构同时掘进,
• 截至2014年,共有9条营运路线(1号线、2号线、 3号线、4号线、5号线、6号线、8号线、广佛 线及APM线),总长为260.5公里,2017年底,将新 建10条线路,260公里新线,总里程超过500公里,
盾构法隧道施工原理、 常见难点和问题
谈家龙
目
录
一、盾构法隧道施工发展历史 二、盾构法隧道施工原理 三、盾构法隧道施工流程 四、盾构法隧道施工关键要素 五、盾构法隧道施工常见难点和问题 六、结语
一、盾构法隧道施工的发展历史
• 起源 • 概念与分类 • 盾构工法在中国 • 发展趋势
(一)起源
• 1818年,英国工程师布鲁诺尔(M.I.Bruner),最 早提出了用盾构法建设隧道的设想,并在英国 取得了专利,
• 注浆的目的 • 注浆的方式 • 浆液的种类 • 注浆参数选择(压力、数量、强度)
盾构机
1 4
V1 PS1 V4 PS1
泥仓
2
V2 PS1
3
V3 PS1
4
1
浆液斗 7M3
V5
V6
TP
GP2 V7 V8 GP4
GP3
GP1
砂浆车 7M3
盾尾注浆位断面
常用盾尾注浆管
3
2
备用盾尾注浆管
膨润土斗 6M3
五 常见难点和问题
隧道内有建筑物桩基等异物侵入(托换、 拔除、洞内处理)
盾构机始发和到达端头的地层加固(涌 水、涌砂、塌陷)
孤石﹑溶洞 、花岗岩、软硬不均等不 良地质(爆破、填注)
盾构机的维护和保养及配件准备(计划 和台账)
碎石器 (直径: 1,20 m)
六 结语
• 保持开放的学习,态虚心向他人及竞争对手学 习,
BP V9
V10
压缩空气
空压机
控制阀
压力传感器
GP--注浆泵
TP--砂浆转运泵
BP--膨润土泵
5 盾构机始发掘进技术
• 始发托架的定位安装 • 盾构机、后续台车的下井组装 • 反力架的安装 • 洞门密封环板的安装 • 洞门围护结构的凿除 • 盾尾密封油脂的涂抹 • 负环管片的安装
赤岗站西端结构纵剖面图
9 隧道防水技术
• 管片的自防水(抗渗等级) • 管片接逢止水条的形式和种类 • 嵌缝和手孔封堵 • 堵漏和缺陷修补
10 其它技术
• 刀具更换技术 • 发泡剂注入技术
没有使用泡沫处理的软土
使用泡沫处理过的软土
五 常见难点和问题
软弱含水地层且地面沉降控制要求高(塌陷) 富水地层(如穿越江河或断层带)(喷涌) 掘进断面内地层软硬相差悬殊(管片上浮) 土质粘性大易结泥饼(刀具磨损) 设计线路复杂
• 勤于总结, 在施工实践中学习、磨练和提高,
• 在盾构工法应用及推广道路上,只有起点, 没有终点！
其它城市
• 国内目前地铁已经开工的共23个城市,国务院批 准的有33个城市,国内地铁建设趋势由中心城区 向四周辐射,十二五期间将是地铁建设发展高潮 期,
• 国内城市轨道交通建设盾构工法的使用比例已 经超过85%,
(四)发展趋势
超大直径 复合型 大深度、大坡度、小曲率
二﹑盾构法隧道施工原理
4 管片拼装系统
5 导向系统
6 密封系统
7 渣土改良系统
8 风、水、电、气系统
9 管片
• 管片型式 • 主要参数 • 连接方式 • 防水材料 • 管片选型
盾构隧道管片衬砌构造示意图
(三)研究招式
盾构机操作技术 管片选型技术 盾构机测量导向技术 管片背后回填注浆技术 盾构机始发掘进技术 盾构机到达技术
盾构机下井
始发井
始发端头加固
盾构机就位调试
洞门密封圈安装
反力架安装
初始掘进
洞门围护墙凿除
盾
构
负环拆除
法
正常掘进
洞门密封圈安装
隧
到达端头加固
到达车站
盾构机托架
道 施
过站
中间站
工
再次就位调试
流
程
再次始发
图
到达终点站
到达站
盾构机解体外运
(二)局部流程
准备工作(风、水、电、浆液、渣车、管片)→ 启动液压系统 →启动刀盘 →启动次级渣土运 输系统(皮带机)→启动推进千斤顶→启动首级 渣土运输系统(螺旋机)→同步注浆→停止掘进 →安装管片→准备下一环掘进,
• 1825年,他第一次在伦敦泰晤河下开始用一个 断面高6.8m、宽11.4m的矩形盾构修建隧道,
• 1843年,经过18年施工,完成了全长1100m的第 一条盾构法隧道,
1828年1月12日泰晤河水涌入盾构机
(二)概念与分类
盾构机(Shield Machine),是一种全封闭的隧道掘进 设备,主要由掘进系统、同步注浆系统、出渣系统、 渣土改良系统、拼装系统、密封系统、导向系统 等组成,利用衬砌管片提供反力,不能连续掘进,
隧道掘进机(Tunnel Boring Machine),简称TBM,硬 岩掘进机,部分封闭,围岩暴露并可提供反作用力,可 连续掘进,
(二)概念与分类
“盾”——“防御、保护” ,指刀盘、盾壳； “构”——“构筑、修建”,即管片衬砌和注浆； 指使用盾构机,一边保持开挖面及围岩稳定,一
边进行开挖面土体掘进、出渣,同步实施管片 背后注浆,在盾尾内拼装管片形成衬砌,从而在 最大减少扰动围岩条件下修建隧道的方法,
土压平衡盾构机工作原理示意图
刀盘 前体 人闸
中体 安装器 盾尾 螺旋机
泥水盾构机工作原理示意图
泥浆站
泥浆调整槽 FP1
泥浆处理槽
泥仓
盾构机
V1 V3
V2
V5
V4
V6
V7 V9 V8
管片
FPn 供泥管
排泥管
DP1
DPn
始发车站
泥浆控制阀 泥浆流量计 密度计 泥浆泵 FP--供泥泵 DP--排泥泵
图2 泥水盾构泥浆循环系统工作示意图
(二)盾构法隧道施工的特点
地下施工,必须面对复杂的地质条件和敏感的 地面环境,
所用设备集成度高,技术含量高,对人的要求较 高,
涉及的专业领域较多,对复合型人才有较多需求,
(三)盾构法隧道施工的优点
高效率,机械化作业程度高,施工速度快,采用预制 管片衬砌,一次成型,施工质量易于控制,经济效率 显著,
盾构机过站技术 端头地层处理技术 隧道防水技术 其它技术
1 盾构机的操作技术
• 做好操作前的准备工作 • 严格按操作规程进行操作 • 按照操作指令的控制掘进参数(刀盘转速﹑扭
矩﹑土仓压力﹑推力﹑掘进速度﹑铰接角度﹑ 注浆压力等) • 对线路特点﹑工程地质和地面的环境状况有充 分认识 • 对异常情况要及时采取措施并上报
北京地铁
• 2000年9月,北京地铁五号线雍和宫站至北新 桥站区间首次采用盾构法施工,
• 2000年-2014年,高速发展期,建成运营17条 线路,总长527公里,日均客流约1000万人次, 是国内最繁忙的轨道交通系统,
• 根据线网规划,2020年将建成30条线路,运营 里程超过1000公里,
上海地铁