盾構(gòu)施工

1、盾構(gòu)法施工,盾構(gòu)根據(jù)挖掘方式盾構(gòu)可分為手工挖掘和機(jī)械挖掘式盾構(gòu)，根據(jù)切削環(huán)與工作面的關(guān)系可分為開(kāi)口形與密閉形盾構(gòu)。,盾構(gòu)法施工具有以下優(yōu)點(diǎn)：,1、因需在頂進(jìn)的是盾構(gòu)本身，在同一土層中所需頂力為一常數(shù)，不受頂力大小的限制；2、盾構(gòu)斷面形狀可以任意選擇，而且可以形成曲線走向；3、操作安全，可在盾構(gòu)設(shè)備的掩護(hù)下，進(jìn)行土層一式挖和襯砌；。4、施工時(shí)不擾民，噪聲小，影響交通少；5、盾構(gòu)法進(jìn)行水底施工，不影響航道通行； 6、嚴(yán)格控制正面超

2、挖，加強(qiáng)襯砌背面空隙的填充，可控制地表沉降。,盾構(gòu)的組成,盾構(gòu)是用于地下開(kāi)槽法施工時(shí)進(jìn)行地層開(kāi)挖及襯砌拼裝進(jìn)起支護(hù)作用的施工設(shè)備?；緲?gòu)造由開(kāi)挖系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)和襯砌拼裝系統(tǒng)三部分組成,開(kāi)挖系統(tǒng),盾構(gòu)殼體形狀可任意選擇，用于給排水管溝，多采用鋼制圓形筒體，由切削環(huán)、支撐環(huán)、盾尾三部分組成，由外殼鋼板連接成一個(gè)整體。如圖所示。,,1．切削環(huán)部分  位于盾構(gòu)的最前端，它的前端做成刃口，以減少切土?xí)r對(duì)地層的擾動(dòng)。切削環(huán)也是盾構(gòu)施工時(shí)容

3、納作業(yè)人員挖土或安裝挖掘機(jī)械的部位。盾構(gòu)開(kāi)挖系統(tǒng)均設(shè)置于切削環(huán)中。根據(jù)切削環(huán)與工作面的關(guān)系，可分開(kāi)放式和密封兩類(lèi)。當(dāng)土質(zhì)不能保持穩(wěn)定，如松散的粉細(xì)砂，液化土等，應(yīng)采用密閉式盾構(gòu)。當(dāng)需要對(duì)工作面支撐，可采用氣壓盾構(gòu)或泥水壓力盾構(gòu)，這時(shí)在切削環(huán)與支撐環(huán)之間設(shè)密封隔板分開(kāi)。2．支撐環(huán)部分     位于切削環(huán)之后，處于盾構(gòu)中間部位。它承擔(dān)地層對(duì)盾構(gòu)的土壓力、千斤頂?shù)捻斄σ约叭锌?、盾尾、砌塊拼裝時(shí)傳來(lái)的

4、施工荷載等。它的外沿布置千斤頂，大型盾構(gòu)將液壓、動(dòng)力設(shè)備，操作系統(tǒng)，襯砌拼裝機(jī)等均集中布置在支撐環(huán)中。在中、小型盾構(gòu)中，可把部分設(shè)備放在盾構(gòu)后面的車(chē)架上。3．盾尾部分    它的作用主要是掩護(hù)襯砌的拼裝，并且防止水、土及注漿材料從盾尾間隙進(jìn)入盾構(gòu)。盾尾密封裝置由于盾構(gòu)位置千變?nèi)f化，極易損壞，要求材耐磨、耐拉并富有彈性。曾采用單純橡膠的、橡膠加彈簧鋼板的、充氣式的、毛刷型的等多種盾尾密封裝置，但至今效果不夠

5、理想，一般多采用多道密封及可更換盾尾密封裝置。,推進(jìn)系統(tǒng),推進(jìn)系統(tǒng)是盾構(gòu)核心部分，依靠千斤頂將盾構(gòu)向前移動(dòng)。千斤頂控制采用油壓系統(tǒng)，其組成由高壓油泵、操作閥件和千斤頂?shù)仍O(shè)備構(gòu)成。盾構(gòu)千斤頂液壓回路系統(tǒng)如圖所示。圖為閥門(mén)轉(zhuǎn)換器工作示意圖。當(dāng)滑塊2處于左端時(shí)，高壓油自進(jìn)油管1流入經(jīng)分油箱4將千斤頂5出鎬；若需回鎬時(shí)，將滑塊2移向右端，高壓油從閥門(mén)轉(zhuǎn)換器4，推動(dòng)千斤頂回鎬，并將回油管中的油流向分油箱。,襯砌拼裝系統(tǒng),盾構(gòu)頂進(jìn)

6、后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行襯砌工作，襯砌塊作為盾構(gòu)千斤頂?shù)暮蟊?，承受頂力，施工過(guò)程中作為支撐結(jié)構(gòu)，施工結(jié)束后作為永久性承載結(jié)構(gòu)。砌塊采用鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土、砌塊狀有矩形、梯形、缺形等，砌塊尺寸視襯砌方法。如圖4—46所示。,盾構(gòu)殼體尺寸的確定,1、盾構(gòu)的外徑盾構(gòu)的內(nèi)徑D內(nèi)應(yīng)大于隧道襯砌的外徑。D=d+2（χ+δ）          &#

7、160;                          式中：  D—盾構(gòu)外徑（mm）；d—襯砌外徑（mm）；χ—盾構(gòu)厚度（mm）；δ—盾構(gòu)建筑間隙（mm）；根據(jù)盾構(gòu)

8、調(diào)整方向的要求，一般盾構(gòu)建筑為襯砌外徑0.8～1.0%左右。其最小值要滿足：  χ=Ml/d                            

9、               式中：l—盾尾內(nèi)襯砌環(huán)上頂點(diǎn)能轉(zhuǎn)動(dòng)的最大水平距離，通常采用l=d/80；M—盾尾掩蓋部分的襯砌長(zhǎng)度。所以χ=0.0125M，一般取用30～60mm.,盾構(gòu)尺寸的確定,2、盾構(gòu)長(zhǎng)度盾構(gòu)全長(zhǎng)為前檐、切削環(huán)、支撐環(huán)和盾尾長(zhǎng)度的總和，其大小取決于盾構(gòu)開(kāi)挖方法及預(yù)制襯砌環(huán)

10、的寬度。也與盾構(gòu)的靈敏度有關(guān)系。盾構(gòu)靈敏度指盾構(gòu)總和度L與其外徑D的比例關(guān)系。靈敏度一般采用：小型盾構(gòu) （D=2～3m），L/D=1.5左右；中型盾構(gòu)（D=3～6m），L/D=1.0左右；大型盾構(gòu)            L/D=0.75左右。盾構(gòu)直徑確定后，選擇適當(dāng)靈敏度，即可決定盾構(gòu)長(zhǎng)度。,盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)系統(tǒng)頂力計(jì)算,盾構(gòu)

11、的前進(jìn)是靠千斤頂來(lái)推進(jìn)和調(diào)整方向。所以千斤頂應(yīng)有足夠的力量，來(lái)克服盾構(gòu)前進(jìn)過(guò)程中所遇到的各種阻力。（一）外殼與周?chē)翆娱g摩擦阻力F1F1=υ１ [2（PV+Ph）L·D]                     &#

12、160;         式中：PV—盾構(gòu)頂部的豎向土壓力（ｋＮ／ｍ²）；Ph—水平土壓力值（ｋＮ／ｍ²）；υ１—土與鋼之間的摩擦系數(shù)，一般?。?２～０.６；Ｌ—盾構(gòu)長(zhǎng)度（ｍ）；Ｄ—盾構(gòu)外徑（ｍ）。,,切削環(huán)部分刃口切入土層阻力Ｆ２Ｆ２＝Ｄπｌ（ＰＶｔｇØ＋Ｃ）　　　　    

13、      　　式中：Ø—土的內(nèi)摩擦角；Ｃ—土的內(nèi)聚力（ｋＮ／ｍ²）；其余符合與公式（４—１７）相同。（三）砌塊與盾尾之間的摩擦力Ｆ３Ｆ３＝υ２·Ｇ′·L′　　　　　　　　　　　      　式中：υ２—盾尾與襯砌之間的摩擦系數(shù)，一般為０.４～０.５；Ｇ′—環(huán)襯砌重量；L′—盾尾中襯

14、砌的環(huán)數(shù)。,,盾構(gòu)自重產(chǎn)生的摩擦阻力F4F4=G ·υ１                               

15、             式中：   G—盾構(gòu)自重；υ１—鋼土之間的摩擦系數(shù)，一般為0.2～0.6。（五）開(kāi)挖面支撐阻力F5，應(yīng)按支撐面上的主動(dòng)土壓力計(jì)算。其項(xiàng)阻力，需根據(jù)盾構(gòu)施工時(shí)實(shí)際情況予以計(jì)算，疊加后組成盾構(gòu)推進(jìn)的總阻力。由于上述計(jì)算均為近似值，實(shí)際確定千斤頂總頂力時(shí)，尚乘1.5～2.

16、0的安全系數(shù)。有的資料提供經(jīng)驗(yàn)公式確定盾構(gòu)總頂力為：P=（700-1000）πD²/4·Kn                           

17、  盾構(gòu)千斤頂?shù)捻斄Γ盒⌒蛿嗝嬗?00～600ｋＮ；中型斷面用1000～1500ｋＮ；大型斷面用（D>10m）用25000ｋＮ。我國(guó)使用的千斤頂多數(shù)為1500～2000ｋＮ。,盾構(gòu)施工盾構(gòu)法施工概貌，如圖所示,施工準(zhǔn)備工作,盾構(gòu)施工前根據(jù)設(shè)計(jì)提供圖紙和有關(guān)資料，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)勘察，對(duì)地上、地下障礙物；地形、土質(zhì)、地下水和現(xiàn)場(chǎng)條件等諸方面進(jìn)行了解，根據(jù)勘察結(jié)果，編制盾構(gòu)施工方案。盾構(gòu)施工的準(zhǔn)備工作還應(yīng)包

18、括測(cè)量定線、襯塊預(yù)制、盾構(gòu)機(jī)械組裝、降低地下水位、土層加固以及工作坑開(kāi)挖等。上述這些準(zhǔn)備工作視情況選用，并編入施工方案中。其允許偏差見(jiàn)表4—7。,,盾構(gòu)法施工的給水排水管道允許偏差注：圓環(huán)變形等于圓環(huán)水平及垂直直徑差值與標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑的比值。,,盾構(gòu)工作坑及始頂,盾構(gòu)法施工也應(yīng)當(dāng)設(shè)置工作坑（也稱(chēng)工作室），作為盾構(gòu)開(kāi)始、中間、結(jié)束井。開(kāi)始工作坑作為盾構(gòu)施工起點(diǎn)，將盾構(gòu)下入工作坑內(nèi)；結(jié)束工作坑作為全線頂進(jìn)完畢，需要交盾構(gòu)取出；

19、中間工作坑根據(jù)需要設(shè)置，如為了減少土方、材料地下運(yùn)輸距離或者中間需要設(shè)置檢查井、車(chē)站等構(gòu)筑物時(shí)而設(shè)置中間工作坑。,,開(kāi)始工作坑與頂管工作坑相同，其尺寸應(yīng)滿足盾構(gòu)和其頂進(jìn)設(shè)備尺寸的要求。工作坑周壁應(yīng)做支撐或采用沉井或連續(xù)加固，防止坍塌，同樣盾構(gòu)頂進(jìn)方向?qū)γ孀龊美喂毯蟊场６軜?gòu)在工作坑導(dǎo)軌上至盾構(gòu)完全進(jìn)入土中的這一段距離，借助外部千斤頂頂進(jìn)。與頂管方法相同如圖所示。,,,當(dāng)盾構(gòu)已進(jìn)入土中以后，在開(kāi)始工作坑后背與盾構(gòu)襯砌環(huán)，各設(shè)置一個(gè)木環(huán)，其

20、大小尺寸與襯砌環(huán)相等，在兩個(gè)木環(huán)之間用圓木支撐，作為始頂段的盾構(gòu)千斤頂?shù)闹谓Y(jié)構(gòu)。一般情況下，襯砌環(huán)長(zhǎng)度達(dá)30～50m以后，才能起后背作用，拆除工作坑內(nèi)圓木支撐。始段開(kāi)始后，即可起用盾構(gòu)本身千斤頂，將切削環(huán)的刃口切入土中，在切削環(huán)掩護(hù)下進(jìn)行掘土，一面出土一面將襯砌塊運(yùn)入盾構(gòu)內(nèi)，待千斤頂回鎬后，其空隙部分進(jìn)行砌塊拼裝。再以襯砌環(huán)為后背，啟動(dòng)千斤頂，重復(fù)上述操作，盾構(gòu)便不斷前進(jìn)。,襯砌和灌漿,按照設(shè)計(jì)要求，確定砌塊形狀和尺寸以及接縫方法，

21、接口有平口、企口和螺栓連接。企口接縫防水性能好，但拼裝復(fù)雜；螺栓連接整體性好，剛度大。砌塊接口涂抹粘結(jié)劑，提高防水性能，常用的粘結(jié)劑有瀝青、瑪脂、環(huán)氧膠泥等。砌塊外壁與土壁間的間隙應(yīng)用水泥砂漿或豆石混凝土灌注。通常每隔3～5襯砌環(huán)有一灌注孔環(huán)，此環(huán)上設(shè)有4～10個(gè)灌注孔。灌注孔直徑不小于36mm。灌漿作業(yè)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行。灌入順自下而上，左右對(duì)稱(chēng)地進(jìn)行。灌漿時(shí)應(yīng)防止?jié){液漏入盾構(gòu)內(nèi)，在此之前應(yīng)做好止水。砌塊襯砌和縫隙注漿合稱(chēng)為一次襯砌。

22、二次襯砌按照功能要求，在一次襯砌合格后，可進(jìn)行二次襯砌。二次襯砌澆筑豆石混凝土、噴射混凝土等。,,1、無(wú)注漿鋼筋超前錨桿錨桿可采用φ22mm螺紋鋼筋，長(zhǎng)度一般為2.0～2.5m，環(huán)向排列，其間距視土壤情況確定，一般為2.0～0.4m，排列至拱腳處為止。錨桿每一循環(huán)掘進(jìn)打入一次?？捎蔑L(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)打入拱頂上部，鋼錨桿末端要焊接在拱架上。此法適用于拱頂土壤較好情況下，是防止坍塌的一種有效措施。2、注漿小導(dǎo)管當(dāng)拱頂土層較差，需要注漿加固時(shí)

23、，利用導(dǎo)管代替錨桿。導(dǎo)管可采用直徑為32mm鋼管，長(zhǎng)度為3～7m，環(huán)向排列間距為0.3m,仰角7～12°。導(dǎo)管管壁設(shè)有出槳孔，呈梅花狀分布。導(dǎo)管可用風(fēng)動(dòng)沖擊鉆機(jī)或PZ75型水鉆機(jī)成孔，然后推入孔內(nèi)。3、噴射混凝土噴射混凝土上是借助噴射機(jī)械，利用壓縮空氣或其它動(dòng)力，將按一定配合比的拌合料，通過(guò)管道輸送并以高速?lài)娚涞绞車(chē)娒嫔夏Y(jié)硬化而志的一種混凝土。根據(jù)噴射混凝土拌合料的攪拌和運(yùn)輸方式，噴射方式一般分為干式和濕式兩種。常采用

24、干式。下圖為干式和濕式噴射混凝土工藝流程圖。,,干式射噴是依靠噴射機(jī)壓送干拌合料，在噴嘴處加水。在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較為普遍，它的主要優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，輸送距離長(zhǎng)，速凝劑可在進(jìn)入噴射機(jī)前加入。濕式噴射是用噴射機(jī)壓送濕拌合料（加入拌合水），在噴嘴處加入速凝劑。它的主要優(yōu)點(diǎn)是拌合均勻，水灰比能準(zhǔn)確控制，混凝劑加入也較困難。,,噴射混凝土材料要求：(1)水泥  噴射混凝土應(yīng)選用不小于425號(hào)的硅酸鹽或普通硅鹽水泥，因?yàn)檫@兩種水泥的C3s和

25、C3A含量較高,同速凝劑的相容性好,能速凝、快硬,后期強(qiáng)度也較高.當(dāng)遇有較高可溶性硫酸鹽的地層或地下水時(shí)，應(yīng)選用抗硫酸鹽類(lèi)水泥。當(dāng)結(jié)構(gòu)物要求噴射混凝土早強(qiáng)時(shí)，可使用硫鋁酸鹽水泥或其它早強(qiáng)水泥。(2)砂    噴射混凝土宜選用中粗砂，一般砂子顆粒級(jí)配應(yīng)滿足下表規(guī)定。砂子過(guò)細(xì)，會(huì)使干縮增大；砂子過(guò)粗，則會(huì)增加回彈。砂子中小于0.075mm的顆粒不應(yīng)大于20%。,砂的級(jí)配限度,,（3）石子  宜選用卵

26、石為好，為了減少回彈，石子最大粒徑不宜大于20mm，石子級(jí)配應(yīng)符合下表規(guī)定。若摻入速凝劑時(shí)，石子中不應(yīng)含有二氧化硅的石料，以免噴射混凝土開(kāi)裂。,石子級(jí)配限度,,(4)速凝劑  使用速凝劑主要是使噴射混凝土速凝快硬，減少回彈損失，防止噴射混凝土因重力作用引起脫落，可適當(dāng)加大一次噴射厚度等。噴射混凝土拌合料的砂率控制在45～55%為好，水灰比0.4～0.5為宜。,4.回填注漿,在暗挖法施工中，在初期支護(hù)的拱頂上部，由于噴射混凝土

27、與土層未密貼，拱頂下沉形成空隙，為防止地面下沉，采用水泥漿液回填注漿。這樣不僅擠密了拱頂部分的土體，而且加強(qiáng)了土體與初期支護(hù)的形體性，有效防止地面的沉降。注漿設(shè)備可采用灰漿攪拌機(jī)和柱塞式灰漿泵，根據(jù)地層覆蓋條件確定注漿壓力，一般為50～200kPa范圍內(nèi)。,(四)二次襯砌,完成初期支護(hù)施工之后，需進(jìn)行洞體二次襯砌，二次襯砌采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)?；炷翉?qiáng)度選用C20以上，坍落度為18～20cm高流動(dòng)混凝土。采用墻體和拱頂分步澆筑方案，