盾构法施工培训资料

盾构法施工培训资料内容摘要：

半机械式盾构的适用范围基本上和手掘式一样，其优点除可减轻工人劳动强度外，其余均与手掘式相似。 (四 )、机械式盾构 机械式盾构是在手掘式盾构的切口 部分装上一个与盾构直径一般大小的大刀盘，用它来实现盾构施工的全断面切削开挖。 当地层土质好，能自立或采用辅助措施亦能自立，则可用开胸式的机械盾构，反之如地层土质差，又不能采用其它地层加固方法，此时，采用闭胸机械式盾构比较合适。 现在介绍三种常用的机械式盾构： 局部气压式盾构（见图 5－ 9） 这种盾构系在开胸机械式盾构的切口环和支承环之间装上隔板，使切口环部分形成一个密封舱，舱中输入压缩空气，以平衡开挖面的土压力，保证正面土体自立而不坍塌。 气压是为了疏干地下水，改变土体的物理性能有利于施工，用盾构法进行 隧道施工，首先是要解决切口前开挖面的稳定，加局部气压是使正面土体稳定的方法，从而代替了在隧道内加气压的全气压施工方法。 这样，衬砌拼装和隧道内其他施工人员，就可不在气压条件下工作，这无疑有很大的优越性。 图 59 局部气压式盾构示意图 1－气压内出土运输系统 2－皮带运输机 3－排土抓斗 4－出土斗 5－运土车 6－运管片车辆 B style=39。 color:white。 backgroundcolor:00aa0039。 7－管片 8－管片拼装机 9－伸缩接头 但局部气压盾构的一些技术问题， 目前未得到很好地解决，这主要是： (1) 从密封舱内连续向外出土的装置，还存有漏气和使用寿命不长的问题； (2) 盾尾密封装置还不能完全阻止压力舱内的压缩空气通过开挖面经盾构外表至盾尾处泄漏； (3) 衬砌环接缝防止不了压力舱内的气体、经过盾构外表通至盾构后部管片缝隙渗入隧道内。 以上三处的漏气，就影响到正面压力舱内的压力控制，由于压力舱容量小，加上这三处防漏气技术尚未彻底解决，因此压力舱内压力值上下波动较大，当正面遇到有问题需要处理，须有工人进入压力舱工作，这种施工条件对人的生理影响很大。 而正常施工中，舱 内压力控制不好，正面土体稳定就没有保证，也将直接影响施工。 故目前该型式盾构使用已不多。 泥水式盾构和泥水加压平衡盾构 (见图 510) 前面叙述了局部气压盾构的技术难题是连续出土与压缩空气的泄漏问题。 在地层压力差及土质同样条件下，漏气量要比漏水量大 80 倍之多。 因此，若在上述局部气压的密 (如图为泥水式盾构，泥水加压平衡式盾构 )封舱内用泥水或泥浆来代替压缩空气，这样既可利用泥水压力来支撑开挖面土体，又可大大减少泄漏。 刀盘切削下来的土在泥水中经过搅拌机搅拌，用杂质泵将泥浆通过管道输送到地面集中处理，这样就 解决了连续出土的技术难题，泥水盾构的优点是显而易见的。 但泥水盾构的辅助配套设备多，首先要有一套自动控制和泥水输送系统，其次还要有一套泥水处理系统，所以泥水盾构的设备费用较大。 这是它的主要缺点，但反而言之，象泥水处理系统这样的辅助设备可重复利用，经济上还是可行的。 图 510 泥水加压盾构示意图 土压平衡式盾构 (见图 511) 这种盾构又称削土密封式或泥土加压式盾构，是在上述两种机械式盾构的基础上发展起来的适用于含水饱和软弱地层中施工的新型盾构。 该盾构的前端也是一个全断面切削刀盘，在盾构中心或下部 有一个长筒形螺旋输送机的进土口，其出口在密封舱外。 所谓土压平衡，就是盾构密封舱内始终充满了用刀盘切削下来的土，并保持一定压力平衡开挖面的土压力。 图 511 土压平衡盾构示意图 1－刀盘用油马达； 2－螺旋机； 3－螺旋机马达； 4－皮带运输机 5－闸门千斤顶； 6－管片拼装机； B style=39。 color:white。 backgroundcolor:00aa0039。 7－刀盘支架； 8－隔壁； 9－排障进入口 螺旋输送机靠转速来控制出土量，出土量要密切配合刀盘的切削速度 ，以保持密封舱内充满泥土而又不致过于饱和。 这种盾构避免了局部气压盾构的主要缺点，也省略了泥水加压盾构投资较大的缺点，至今，土压平衡盾构与泥水加压平衡盾构，已成为比较成熟、可靠的新型设备，广泛地在隧道施工中予以应用。 五、盾构选型 盾构法施工的地层都是复杂多变的，因此对于复杂的地层要选用较为经济的盾构是当前的一个难题。 在选择盾构时，不仅要考虑到地质情况、盾构的外径、隧道的长度、工程的施工程序、劳动力情况等，而且还要综合研究工程施工环境、基地面积、施工引起对环境的影响程度等。 选择盾构的种类要求掌握不同盾构 的特征，表 51 所列是各种盾构选型的要点，同时，还要逐个研究以下项目： (1) 开挖面有无障碍物； (2) 气压施工时开挖面能否自立稳定； (3) 用气压其它辅助施工法后开挖面能否稳定； (4) 挤压推进、切削土加压推进时，开挖面能否自立稳定； (5) 开挖面在加水压、泥压、泥水压作用下，能否自立稳定； (6) 经济性。 盾构选型时通常需要判别盾构工作面是否稳定，一种较为实用的判别方法称布诺姆氏试验法 在松软地层中，设盾构工作面开有一个进土门，地层的垂直力为γ .H，垂直力所产生的侧向土压作用在进土门 处，然后以土体是否向盾构内部流动作为判别盾构的工作面是否稳定的条件。 试验的结果表明，在软土地层中，垂直作用于进土门上的土压σ a 与进土门部位的覆土H、土体重度γ及地层的不排水抗剪强度 Cu 存在如下关系： σ a =γ .H － (68) Cu (5－ 20) 当进土门向盾构外部推动时，作用在进土门上的土压为： σ P=γ .H － (68) Cu (5－ 21) 式中的系数 (68)与土质无关，只与进土门的形状或盾构工作面的支承条件有关。 当 σ a ≤ 0 时，工作面支承条件不能达到上式条件时，盾构工作面就不能保持稳定。 因此，在粘性土体中，作用于盾构工作面处的土体垂直力γ .H、气压强度 P0 以及土体的不排水剪切强度 Cu 存在如下关系： γ H － P0 ≤ 6 Cu (5－ 22) 若满足以上条件，则认为盾构工作面是稳定的。 但 是，以上条件也不是绝对的，在实际工程中常有不符合判别式的情况，需要工程技术人员根据经验进一步地判断。 第三节 盾构法施工准备 一、盾构法施工的前期准备 始发井土建结构完成 盾构的始发井土建结构完成后方可进行盾构施工，始发井内须预留盾构出洞的洞门，洞圈一般为钢结构，以便安装盾构出洞的止水装置。 盾构出洞前洞门须由钢板、钢板桩或地下连续墙围护。 盾构选型 根据隧道所经过的地层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（详见第本章第一节）。 管片生产 根据管 片设计图纸及技术要求，设计出制造管片钢模的图纸，加工钢模，然后进行管片生产。 由于管片钢模，加工工艺复杂，故加工周期较长。 在盾构出洞之前，必须生产一定数量的管片，以满足施工需要。 二、技术准备 熟悉施工图纸和有关的设计资料 学习工程建设单位提供的工程图纸设计和有关的地质资料、施工验收规范和有关的技术规定，通过学习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，在开工前或分项工程实施前应有设计单位进行设计交底。 了解隧道沿线的地下管线、构筑物及地质情况 对地下管线及地下构筑物，需要了解管线种类结 构、类型、埋深等，与隧道的相互关系等情况，对于地面建筑物，需要了解建筑物的种类、结构、基础埋深与隧道的相互关系等情况，然后采取相应的保护措施。 熟悉施工用机械的特点 熟悉盾构机的主要施工参数及相应的盾构施工工法，掌握施工要领。 编制施工组织设计 编制施工组织设计是施工准备工作的重要组成部分，隧道施工的施组编写要求根据隧道施工的特点，确定各个关键工序的施工技术，合理地布置施工场地，科学地制定施工方案。 在隧道施工的施组中，以下工序必须明确： （ 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； （ B style=39。 color:white。 backgroundcolor:00aa0039。 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； （ 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； （ B style=39。 color:white。 backgroundcolor:00aa0039。 7）施工进度计划。 三、生产物资的准备 生产物资主要包括材料、构件、施工机械。 材料的准备主要是根据图纸和施组的有关要求，并按施工进度、材料名称、规格、数量、使用时间、消耗量编制出材料需要量计划，组织货源、运输、仓储、现场堆放及运输，保证施工顺利进行。 构件的准备主要指管片的预生产，并落实运输、堆放，保证按时按量供应。 施工机械的准备，根据所采 用的施工方案、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 根据施组中所确定的劳动力使用计划，组织劳动力进场，根据需要对施工人员进行相关的技术培训，同时进行安全、消防和文明施工等方面的教育，安排好职工的生活，向施工人员进行技术交底和质量交底，保证施工质量和进度。 五、施工现场准备 盾构拼装式拆卸的工作井 作为拼装式拆除盾构的井，其建筑尺寸应满足盾构拼装、拆除的施工工艺要求，一般井宽应大于盾构直径 ～ ，井的长度：盾构推进方向，主要考虑到盾构设备安装余地，以及盾构出洞施工所需最小尺寸。 盾构基座 盾构基座设置于工作井的底板上，用作安装及搁置盾构，更重要的是通过设在基座上的导轨，使盾构在出洞前就有正确的导向。 因此导轨要根据隧道设计轴线及施工要求定出平面、高程、坡度来进行测量定位。 盾构基座可采用钢筋混凝土结构 (现浇或预制 )或钢结构。 导轨夹角一般为 60～ 90(，图 5－ 12所示为常用的钢结构基座。 盾构基座除承受盾构自重外，还应考虑盾构切入土层后，进行纠偏时产生的集中荷载。 图 5－ 12 盾构基座示意图 盾构后座（后盾） 在工作井中盾构向前推进、其推力要靠工作井后井壁来承担，因此在盾构与后井壁之间要有传力设施，此设施称为后座，通常采用隧道衬砌、专用顶块、顶撑等组成。 后座不仅要作推进顶力的传递，还是垂直水平运输的转折点。 所以后座不能正环，应有开口以作垂直运输通口，而开口尺寸需按盾构施工的出进设备材料尺寸决定，第一环闭口环在其上部要加有后盾支撑，以保盾构顶力传至后进壁。 由于工作井平面位置的施工误差，影响到隧道轴线与后井壁的垂直度，为了调正洞口第一环管片与井壁洞口的相交尺寸，所以后盾管片与后井壁之间产 生一定间隙，这间隙采用混凝土填充，可盾构推力均匀地传给后井壁，也为拆除后盾管片提供方便。 人行楼梯和井内工作平台搭设 在盾构出洞阶段施工期内，还没有形成长隧道，盾构设备无法按正常布置，有一个施工转换过程，在此过程中设备需放在井内，需在井内设置施工平台以放置各种设备。 并应在合理位置安装上下楼梯，以供施工人员上下作业面工作。 盾构施工地面辅助设施 为了确保盾构正常施工，根据盾构的类型和具体施工方法，配备必要的地面辅助设施： （ 1）做好施工场地的控制网测量，保证施工质量； （ 2）做好三通一平，根据施工 组织设计中的平面布置，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； （ 3）要有一定数量管片堆放场地，场内应设置行车或其它起吊和运输设备，以便进行管片防水处理，并能安全迅速地运到工作面。 还可根据工程或施工条件，搭设大型工棚或移动式庶雨棚，还应设置防水材料仓库和烘箱； （ 5）拌浆间：拌制管片壁后注浆的浆体，并配有堆放原材料的仓库； （ 6）配电间：应由两个电源的变电所供盾构施工用电且两路电源能互相迅速切换，以免电源发生故障而造成工程的安全事故； （ B style=39。 color:white。 backgroundcolor:00aa0039。 7）充电间：负责井下电机车的蓄电池充电，要配有电瓶箱吊装的设备，充电量要满足井下运输电箱更换所需，对充电间地坪等设施应防硫酸处理； （ 8）空压机房：若采用气压施工，应设置提供必要用气量的空气压缩机和储气筒，管路系统要安置有符合卫生要求的滤气器、油水分离器等设备。 并由两路电源以保证工作。