《隧道盾構(gòu)技術(shù)》課件

隧道盾構(gòu)技術(shù)課程內(nèi)容和學(xué)習(xí)目標(biāo)1了解盾構(gòu)機(jī)基本原理掌握隧道盾構(gòu)技術(shù)的核心概念2熟悉盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)組成識(shí)別各系統(tǒng)功能與工作方式3掌握施工工藝與管理培養(yǎng)實(shí)際工程應(yīng)用能力分析典型工程案例盾構(gòu)技術(shù)的歷史發(fā)展11825年英國(guó)工程師布魯內(nèi)爾發(fā)明世界首個(gè)盾構(gòu)21954年日本引進(jìn)現(xiàn)代盾構(gòu)技術(shù)31990年代中國(guó)開始大規(guī)模應(yīng)用盾構(gòu)技術(shù)421世紀(jì)智能化、大直徑盾構(gòu)機(jī)快速發(fā)展盾構(gòu)隧道的優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用范圍顯著優(yōu)勢(shì)施工擾動(dòng)小安全性高工期可控環(huán)境影響小應(yīng)用領(lǐng)域城市地鐵公路隧道水利引水市政管廊適用條件地下水位高軟土地層城市密集區(qū)深埋隧道盾構(gòu)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)3主要部分盾體、刀盤系統(tǒng)和后配套系統(tǒng)15-18總體長(zhǎng)度根據(jù)型號(hào)不同，通常為15-18米6-15直徑范圍常見直徑6-15米，特大可達(dá)17米以上800-2000總重量一般為800-2000噸盾構(gòu)機(jī)的主要組成部分刀盤系統(tǒng)切削土體，是盾構(gòu)的工作面主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn)切削推進(jìn)系統(tǒng)提供前進(jìn)動(dòng)力排土系統(tǒng)運(yùn)輸開挖的土石方管片拼裝系統(tǒng)安裝隧道襯砌環(huán)盾尾密封系統(tǒng)防止地下水和漿液滲入刀盤系統(tǒng)介紹滾刀切削巖石和較硬地層鏟刀適用于軟土和粘性土層開挖刀松動(dòng)土體并引導(dǎo)入刀盤開口控制土體進(jìn)入量和壓力平衡主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，通常功率3000-5000千瓦減速器降低轉(zhuǎn)速增加扭矩，適應(yīng)不同地層需求傳動(dòng)軸將動(dòng)力傳遞至刀盤控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)刀盤轉(zhuǎn)速和扭矩推進(jìn)系統(tǒng)液壓缸提供前進(jìn)推力，數(shù)量20-40個(gè)千斤頂支撐在已完成的管片環(huán)上分組控制實(shí)現(xiàn)精確姿態(tài)調(diào)整推力輸出總推力可達(dá)10000噸以上排土系統(tǒng)1土倉(cāng)暫存開挖土體2螺旋輸送機(jī)土壓盾構(gòu)主要排土設(shè)備3泵送系統(tǒng)泥水盾構(gòu)的排泥裝置4皮帶輸送機(jī)將土方運(yùn)至后方5渣土車最終運(yùn)出隧道管片拼裝系統(tǒng)拼裝機(jī)抓取并定位管片真空吸盤穩(wěn)固抓取管片旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)調(diào)整管片安裝角度精確定位系統(tǒng)確保安裝精度盾尾密封系統(tǒng)刷形密封最外層密封鋼絲刷結(jié)構(gòu)初步阻隔功能壽命較長(zhǎng)鋼板密封中間層密封彈性鋼板構(gòu)成與管片緊密貼合提供主要密封力油脂密封內(nèi)層密封注入高壓油脂形成完全密封防止地下水滲入盾構(gòu)機(jī)的分類土壓平衡盾構(gòu)機(jī)泥水平衡盾構(gòu)機(jī)復(fù)合式盾構(gòu)機(jī)巖石盾構(gòu)機(jī)其他特種盾構(gòu)機(jī)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)工作原理利用開挖土體形成土倉(cāng)壓力平衡壓力平衡土倉(cāng)壓力與地層水土壓力相平衡排土控制通過螺旋輸送機(jī)控制排土量適用地層粘性土、砂質(zhì)土、卵石混合土泥水平衡盾構(gòu)機(jī)泥水循環(huán)利用加壓泥漿循環(huán)系統(tǒng)平衡地層壓力壓力控制泥水壓力精確控制匹配地層輸送系統(tǒng)通過管道輸送泥漿和渣土泥水分離地面設(shè)備分離土石后循環(huán)使用復(fù)合式盾構(gòu)機(jī)可在土壓平衡和泥水平衡模式間轉(zhuǎn)換，適應(yīng)復(fù)雜變化地層盾構(gòu)機(jī)選型考慮因素地質(zhì)條件巖土性質(zhì)、地下水情況、特殊地質(zhì)體周邊環(huán)境地面建筑、地下管線、環(huán)境敏感區(qū)隧道參數(shù)直徑、長(zhǎng)度、埋深、線形經(jīng)濟(jì)因素設(shè)備投資、施工周期、運(yùn)行成本地質(zhì)條件對(duì)盾構(gòu)選型的影響地質(zhì)類型適用盾構(gòu)機(jī)類型主要考慮因素軟粘土土壓平衡盾構(gòu)穩(wěn)定性控制砂卵石泥水平衡盾構(gòu)滲透性與磨損復(fù)合地層復(fù)合式盾構(gòu)適應(yīng)性轉(zhuǎn)換巖石地層巖石盾構(gòu)破碎能力高水壓地層高水壓泥水盾構(gòu)密封與承壓盾構(gòu)隧道施工準(zhǔn)備工作前期調(diào)查地質(zhì)勘察周邊環(huán)境調(diào)查地下管線探測(cè)建筑物狀況評(píng)估施工設(shè)計(jì)盾構(gòu)機(jī)選型掘進(jìn)參數(shù)確定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估應(yīng)急預(yù)案編制現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備工作井建設(shè)地面設(shè)施布置材料準(zhǔn)備人員培訓(xùn)始發(fā)井和接收井的設(shè)計(jì)與施工始發(fā)井要求足夠長(zhǎng)度和寬度堅(jiān)固的反力墻嚴(yán)密的防水措施盾構(gòu)安裝平臺(tái)常用結(jié)構(gòu)形式地下連續(xù)墻鉆孔灌注樁SMW工法鋼板樁接收井特點(diǎn)尺寸可比始發(fā)井小需設(shè)置接收洞門拆解通道預(yù)留防水要求高盾構(gòu)機(jī)組裝與調(diào)試部件運(yùn)輸大型部件需特種車輛運(yùn)輸?shù)跹b就位大型吊機(jī)將部件吊入始發(fā)井組裝連接按順序裝配各系統(tǒng)系統(tǒng)調(diào)試測(cè)試各系統(tǒng)功能和聯(lián)動(dòng)驗(yàn)收準(zhǔn)備全面檢查確認(rèn)達(dá)到掘進(jìn)條件盾構(gòu)隧道施工測(cè)量技術(shù)2測(cè)量系統(tǒng)全站儀+激光靶標(biāo)系統(tǒng)和陀螺儀系統(tǒng)±5精度要求徑向誤差控制在±5毫米以內(nèi)20測(cè)量頻率一般每掘進(jìn)20米校正一次測(cè)量基準(zhǔn)3控制參數(shù)中心線偏差、高程偏差、姿態(tài)角盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制砂質(zhì)土粘性土砂卵石土壓平衡控制技術(shù)土壓監(jiān)測(cè)多點(diǎn)布置壓力傳感器排土控制調(diào)節(jié)螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速控制排土量土體改良注入泡沫等添加劑改善土性泥水壓力控制技術(shù)壓力監(jiān)測(cè)管路和泥水艙多點(diǎn)監(jiān)測(cè)管路控制通過閥門調(diào)節(jié)進(jìn)出泥水量泵送系統(tǒng)高精度泵控制泥水流量4泥漿性能調(diào)節(jié)泥漿配比滿足不同地層需求盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制精確定位始終保持設(shè)計(jì)軸線三維姿態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)監(jiān)控偏航、俯仰和滾動(dòng)角3差動(dòng)液壓控制推進(jìn)液壓缸差動(dòng)伸縮調(diào)整方向4自動(dòng)糾偏系統(tǒng)計(jì)算最優(yōu)糾偏方案同步注漿技術(shù)漿液配制水泥基或膨脹性注漿材料注漿實(shí)施通過盾尾注漿孔均勻注入壓力控制注漿壓力略高于土壓注漿量控制理論空隙體積的120%-150%管片設(shè)計(jì)與制作結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足承載和防水要求材料選擇高強(qiáng)度鋼筋混凝土工廠預(yù)制精確控制尺寸誤差質(zhì)量控制嚴(yán)格檢測(cè)和抽樣試驗(yàn)管片運(yùn)輸與存儲(chǔ)工廠精密生產(chǎn)→專用車輛運(yùn)輸→存儲(chǔ)場(chǎng)分類堆放→隧道內(nèi)輸送系統(tǒng)管片拼裝技術(shù)螺栓連接環(huán)間和環(huán)內(nèi)螺栓緊固密封墊安裝確保接縫防水性姿態(tài)調(diào)整微調(diào)管片位置確保精度驗(yàn)收檢查檢測(cè)錯(cuò)臺(tái)和平整度管片防水設(shè)計(jì)防水材料EPDM橡膠密封墊遇水膨脹條注漿管關(guān)鍵部位環(huán)內(nèi)接縫環(huán)間接縫螺栓孔管片破損處防水等級(jí)一級(jí)防水：完全干燥二級(jí)防水：少量滲水三級(jí)防水：可控滲水盾構(gòu)隧道二次襯砌檢查評(píng)估檢查初支管片狀態(tài)決定是否需要二襯防水層施工鋪設(shè)復(fù)合防水板或噴涂防水層模板安裝使用專用臺(tái)車進(jìn)行模板安裝混凝土澆筑泵送自密實(shí)混凝土填充模板盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)分析地面沉降控制措施主要原因土倉(cāng)壓力失控超挖量過大注漿不足地下水位下降監(jiān)測(cè)系統(tǒng)地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)建筑物沉降觀測(cè)深層位移監(jiān)測(cè)地下水位監(jiān)測(cè)控制措施優(yōu)化掘進(jìn)參數(shù)加強(qiáng)同步注漿地層加固處理合理控制掘進(jìn)速度鄰近建筑物保護(hù)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)建筑物傾斜、裂縫和沉降多點(diǎn)位監(jiān)測(cè)建筑加固基礎(chǔ)加固或結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)地層改良超前注漿加固地層施工參數(shù)優(yōu)化降低掘進(jìn)速度及精確控制掘進(jìn)參數(shù)盾構(gòu)穿越特殊地層的施工技術(shù)斷層破碎帶地質(zhì)超前預(yù)報(bào)和加固處理高水壓地層增加密封措施和降水處理含巨石地層破碎或繞行處理巖溶發(fā)育區(qū)探測(cè)與填充加固軟弱流塑土土體改良處理穿越斷層破碎帶施工技術(shù)超前探測(cè)TSP探測(cè)系統(tǒng)確定斷層位置和范圍地層處理高壓旋噴或超前注漿加固破碎帶掘進(jìn)調(diào)整降低速度，增加支護(hù)強(qiáng)度加強(qiáng)監(jiān)測(cè)密切監(jiān)控盾構(gòu)姿態(tài)和地表變形高水壓地層施工技術(shù)6最大水壓現(xiàn)代盾構(gòu)可承受6-8bar水壓3防護(hù)措施密封系統(tǒng)、排水系統(tǒng)和壓力控制120%注漿比例同步注漿量提高到理論空隙120%以上24h監(jiān)測(cè)頻率連續(xù)24小時(shí)監(jiān)測(cè)水壓變化大型孤石處理技術(shù)探測(cè)識(shí)別超前探測(cè)預(yù)判孤石位置和尺寸機(jī)械破碎使用刀盤特殊破碎工具調(diào)整繞行調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)小角度避讓盾構(gòu)隧道下穿既有建筑物技術(shù)建筑調(diào)查詳細(xì)記錄建筑物結(jié)構(gòu)類型和基礎(chǔ)形式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)預(yù)警精細(xì)化控制精確控制掘進(jìn)參數(shù)減小擾動(dòng)建筑加固必要時(shí)對(duì)建筑進(jìn)行臨時(shí)支撐或永久加固盾構(gòu)隧道與既有隧道交叉施工技術(shù)地層加固交叉區(qū)域進(jìn)行凍結(jié)或注漿加固隧道加固既有隧道進(jìn)行內(nèi)部支撐或加固控制掘進(jìn)交叉段降低速度精確控制參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)多點(diǎn)位監(jiān)測(cè)既有隧道變形盾構(gòu)隧道曲線段施工技術(shù)線形設(shè)計(jì)根據(jù)盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)度確定最小曲率半徑鉸接控制利用盾體鉸接機(jī)構(gòu)調(diào)整轉(zhuǎn)向差力推進(jìn)內(nèi)外側(cè)液壓缸差力控制轉(zhuǎn)向特殊管片采用異形管片適應(yīng)曲線需求盾構(gòu)機(jī)的保養(yǎng)與維護(hù)日常檢查設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、油液、密封和磨損檢查定期維護(hù)按掘進(jìn)里程更換磨損件和易損件故障處理建立應(yīng)急預(yù)案，準(zhǔn)備關(guān)鍵備件維護(hù)記錄詳細(xì)記錄維護(hù)內(nèi)容和設(shè)備狀態(tài)盾構(gòu)施工信息化管理數(shù)據(jù)采集自動(dòng)采集施工參數(shù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析處理實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性和趨勢(shì)輔助決策提供最優(yōu)參數(shù)和預(yù)警信息集成管理整合設(shè)備、人員和材料管理盾構(gòu)施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)盾構(gòu)機(jī)監(jiān)測(cè)姿態(tài)、推力、刀盤扭矩等參數(shù)地表監(jiān)測(cè)沉降、位移、傾斜等變形隧道監(jiān)測(cè)管片變形、接縫開合、水壓變化環(huán)境監(jiān)測(cè)噪聲、振動(dòng)、地下水位盾構(gòu)施工質(zhì)量控制竣工驗(yàn)收全面檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)過程控制關(guān)鍵工序全程監(jiān)控技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定明確質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)收規(guī)范組織保障建立完善的質(zhì)量管理體系盾構(gòu)施工安全管理主要風(fēng)險(xiǎn)涌水涌砂有害氣體機(jī)械傷害觸電事故火災(zāi)事故安全措施專業(yè)培訓(xùn)應(yīng)急演練安全檢查隱患整改責(zé)任落實(shí)應(yīng)急預(yù)案突水應(yīng)急火災(zāi)應(yīng)急瓦斯應(yīng)急機(jī)械故障人員救援盾構(gòu)施工環(huán)境保護(hù)措施噪聲控制隔聲屏障低噪設(shè)備限時(shí)作業(yè)粉塵處理濕式作業(yè)除塵裝置密閉運(yùn)輸廢水處理沉淀系統(tǒng)過濾凈化循環(huán)利用固廢管理分類處置資源化利用合規(guī)轉(zhuǎn)運(yùn)盾構(gòu)機(jī)智能化發(fā)展趨勢(shì)智能感知多傳感器全方位監(jiān)測(cè)地質(zhì)和設(shè)備狀態(tài)智能決策AI算法自動(dòng)優(yōu)化掘進(jìn)參數(shù)智能控制自動(dòng)化控制掘進(jìn)施工全過程遠(yuǎn)程操控實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和無人化掘進(jìn)大直徑盾構(gòu)技術(shù)長(zhǎng)距離盾構(gòu)施工技術(shù)18.02最長(zhǎng)隧道深圳春風(fēng)隧道18.02公里3-5平均掘進(jìn)率3-5米/天的持續(xù)穩(wěn)定掘進(jìn)40%增加維護(hù)長(zhǎng)距離需增加40%以上維護(hù)頻次2-3中間工作井每8-10公里設(shè)置1個(gè)中間工作井超淺覆土盾構(gòu)施工技術(shù)地層加固地表注漿或凍結(jié)加固覆土層精確控壓精細(xì)控制土倉(cāng)或泥水壓力嚴(yán)密監(jiān)測(cè)高密度布設(shè)地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)盾構(gòu)隧道防災(zāi)減災(zāi)設(shè)計(jì)防火設(shè)計(jì)消防水系統(tǒng)、防火材料和疏散通道防水設(shè)計(jì)防水閘門、排水系統(tǒng)和應(yīng)急水泵抗震設(shè)計(jì)柔性接頭和抗震加固監(jiān)測(cè)預(yù)警實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和應(yīng)急預(yù)案盾構(gòu)隧道運(yùn)營(yíng)維護(hù)定期檢查結(jié)構(gòu)、設(shè)備和系統(tǒng)檢查清潔保養(yǎng)隧道清洗和排水系統(tǒng)維護(hù)維修加固及時(shí)修復(fù)破損和漏水部位設(shè)備更新照明、通風(fēng)和監(jiān)控設(shè)備更新盾構(gòu)隧道修復(fù)加固技術(shù)破損類型修復(fù)方法適用條件接縫漏水注漿堵漏輕微滲漏裂縫損傷裂縫灌漿結(jié)構(gòu)穩(wěn)定裂縫管片錯(cuò)位糾偏加固輕微錯(cuò)位襯砌破損噴射混凝土表面剝落結(jié)構(gòu)變形內(nèi)襯加固整體受力不足國(guó)內(nèi)外盾構(gòu)技術(shù)對(duì)比國(guó)際先進(jìn)水平自動(dòng)化程度高特殊地質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)配套技術(shù)成熟系統(tǒng)集成度高中國(guó)技術(shù)特點(diǎn)大直徑盾構(gòu)自主研發(fā)施工速度和效率高復(fù)雜工況應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)豐富成本控制優(yōu)勢(shì)明顯發(fā)展方向智能化控制綠色環(huán)保專業(yè)化定制超長(zhǎng)距離掘進(jìn)盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展前景智能化控制系統(tǒng)、環(huán)保節(jié)能技術(shù)、模塊化設(shè)計(jì)和虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用將引領(lǐng)盾構(gòu)技術(shù)未來發(fā)展盾構(gòu)技術(shù)工程案例分析（一）北京地鐵10號(hào)線國(guó)內(nèi)首次大規(guī)模應(yīng)用復(fù)合式盾構(gòu)2