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盾构法施工隧道的优点_盾构法隧道施工_盾构法隧道施工技术

van 2020-09-01 08:37:49 推荐阅读:美的扫地机器人
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摘要: 1、在盾构支护下进行地下工程暗挖施工,不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等条件的影响,能较经济合理地保证隧道安全施工。2、盾构的推进、出土、衬砌拼装等可实行自动化、智能化和施工远程控制信息化,掘进速度快,施工劳动强度低。3、地面人文

盾构法施工隧道的优点有图片

1、在盾构支护下进行地下工程暗挖施工,不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等条件的影响,能较经济合理地保证隧道安全施工。

2、盾构的推进、出土、衬砌拼装等可实行自动化、智能化和施工远程控制信息化,掘进速度快,施工劳动强度低。

3、地面人文自然景观受到良好的保护 ,

周围环境不受盾构施工干扰;在松软地层中,开挖埋置深度较大的长距离、大直径隧道,具有经济、技术、安全、军事等方面的优越性。

1、盾构机造价较昂贵,隧道的衬砌、运输、拼装、机械安装等工艺较复杂;在饱和含水的松软地层中施工,地表沉陷风险较大。

2、需要设备制造、气压设备供应、衬砌管片预制、衬砌结构防水及堵漏、施工测量、场地布置、盾构转移等施工技术的配合,系统工程协调复杂。

3、建造短于750m的隧道经济性差。

4、对隧道曲线半径过小或隧道埋深较浅时,施工难度大。

随着我国隧道和地下工程项目的不断增多,工程不断浩大。而且在南水北调、西气东输、西电东送、青藏铁路四大工程中,隧道工程都占有一定的比例。西部开发将修建大量的铁路和公路隧道,会涌现出长隧道和隧道群。还有许多学者提出了修建横穿台湾海峡连接大陆与台湾的海底隧道、横穿琼州海峡连接大陆与海南岛的海底隧道和横跨胶州湾连接青岛与黄岛的通道。在过去的十几年中,我国采用掘进隧道的方法开发地下空间的技术已经建立并不断完善。在掘进隧道的施工方法中,虽然盾构法起步晚,但近年发展很快,是一种很有发展前景的施工方法。盾构法有其独特的特点,掘进隧道允许在纵长的地下结构以下施工,覆盖层浅,在不稳定地层和含地下水的地层都不会引起地表断裂或较大的沉陷。因此,它可应用于很松散的土质或高压强的地层中,如在软塑性的或流动的地层。在暂时稳定的地层中也实现了有效的应用,尽管这时的盾构只起顶部保护作用。总的来说,盾构法有着很广阔的应用范围和前景。

1966年开始设计,1968年开始修建地铁盾构施工试验工程,也取得了一些经验。1966年水利部杭州机械研究所研究试制了我国第一台隧道掘进机并应用于水电工程,1976年又为郑州市设计了直径为6m的盾构掘进机,1985年组织技术人员参加了尼泊尔相迪水电工程建设,取得了丰富的工程实践经验。1991年上海地铁1号线引进法国FCB公司的7台土压平衡式盾构,采用大刀盘开挖、螺旋输送机排土,同时备有同步压浆、计算机控制系统等,性能比较完善。上海利用这7台盾构机建成地铁1号线区间隧道,全长18.5km。该盾构直径为6.2m,混凝土管片厚度0.35m,每环6块,环宽1.0m。隧道经过淤泥土和淤泥质亚粘土,覆土深度5~18m,盾构进尺为4~6m/d,地面沉降控制在10~30mm。该工程于1995年4月10日正式全线试运营,为我国在含水软土地区的城市中修建隧道提供了宝贵的经验。接着,上海地铁2号线区间隧道也采用了盾构法施工。1992年由北京地铁建设公司和铁道部隧道局研究所组成课题组,经过数年努力,于1998年研制成功了半断面插刀结构并在地铁复八线区间隧道进行试验,取得了成功。北京地铁5号线试验段工程采用从德国进口的直径6.19m的土压平衡盾构进行开挖;北京市政工程总公司也在亮马河污水工程中,引进日本石川岛播磨外径3.33m土压平衡式盾构,建成了污水隧道1700余米。1994年,上海隧道工程股份有限公司引进日本的超大型泥水加压平衡盾构,用于建造上海延发东路隧道南线,经受了穿越仓库、浅覆防汛墙、地下车库、地下人行道、高层建筑等严峻考验,成功穿越了黄浦江,盾构曾创下日推进13.5m的速度,地表最大沉降点小于3cm。该盾构主要参数为盾构外径11.22m,盾构全长10.945m,千斤顶数32台,盾构总推力112200KN。接着,上海隧道总公司又在南京越江隧道施工中在穿越砂层的条件下使用盾构获得成功。北京地铁5号线试验段工程采用从德国进口的直径6.19m的土压平衡盾构进行试挖;北京市政工程总公司也于近年在亮马河污水工程中引入日本外径3.33mm土压平衡盾构在地下水位1~2m、覆土层约5m以下的亚粘土和粉细砂3层中建成了污水隧道长1700多米。广州地铁1号线、2号线、3号线部分区间隧道也采用了盾构法。90年代,在西安—安康18.4km秦岭双线铁路隧道1号线使用了隧道盾构掘进机,盾构机直径8.8m,标志着我国山岭隧道施工机械化水平上了一个台阶。

3.1 盾构法施工技术的原理

成型。应用盾构机进行隧道掘进的方法称为盾构法。盾构机的“盾”是指保持开挖面稳定性的刀盘和压力舱、支护围岩的盾型,“构”是指构成隧道衬砌的管片和壁后注,掘进、排土、衬砌等作业在盾壳的掩护下进行。

盾构施工技术使用盾构机,一边控制开挖面及围岩不发生坍塌,一边进行隧道掘进、出渣,并在盾构机内拼装管片形成衬砌、实施壁后注浆,从而在不扰动围岩的基础上修筑隧道。目前,盾构施工技术能保证完成几十厘米至10多米的各种直径的地铁、铁路、公路隧道及水工隧洞的施工,还能使用双联、三联、四联盾构完成地铁车站等大型地下工程的施工。在各种地质和水文地质条件下可应用不同构造的盾构,尤其在含水不稳定地层中更适合采用盾构施工。盾构施工安全、快速,其施工进度约为10 m/d,但一次购买设备投资大。

盾构的基本原理是基于一圆柱形的钢组件沿隧洞轴线被向前推进的同时开挖土。该钢组件总在防护着开挖出的空间,直到初步或最终隧洞衬砌建成。盾构必须承受周围地层的压力,同时要防止地下水的侵入。

3.2 盾构法施工技术的优缺点

一般来讲,盾构掘进隧道不应也不能取代其它法方,但在不良的地层条件下做长距离掘土,对进尺有较高的要求和对地面沉陷又有严格的要求时,它相对其它方法在技术上更合理更经济。其主要的优点和缺点如下。

优点:(1)施工精度要求比较高,与普通土木工程不同,盾构施工中管片制作精度要求比较高,近似于机械制造工程,因为隧道断面是固定的,所以隧道轴线的误差和管片装配的精度要求也相对比较高;

(2)可以根据隧道和地基情况具体设计、制造和改造盾构机,选用盾构机时需要根据隧道施工具体情况设计和制造盾构,完成阶段施工后,盾构机还可以根据下一阶段的施工需要进行改造,循环使用;

(4)对城市的正常功能及周围环境的影响很小。除在盾构竖井处需要一定的施工场地外,隧道沿线不需要施工场地,施工中没有噪声和振动,对周围环境没有干扰,地下水位可保持。

(5)盾构机是适合于某一特定区间的专用设备。盾构机必须根据施工隧道的断面大小、埋深条件、地基围岩的基本条件进行设计、制造或改造,断面如需变化,费用较高。

(6)盾构施工是不可后退的,盾构施工一旦开,盾构机就无法后退。因此,盾构施工的前期工作非常重要,一旦遇到障碍物或刀头磨损等问题只能通过实施辅助施工措施后,打开隔板上设置的出入孔进入压力舱进行处理。

考虑到盾构应用地区的地质、水文条件,要开挖的隧道形状和盾构设计时的各技术可能性,几乎每一台盾构机都是独特的。根据稳定开挖面的措施的不同,可将盾构施工技术分为不同的种类,如泥浆式盾构施工技术、土压平衡式盾构施工技术、气压盾构施工技术、敞开式盾构施工技术、组合式盾构施工技术等等,以下做分别介绍。

4.1 泥浆式盾构施工技术

泥浆式盾构由Grauel于1912年首次建造。泥浆式盾构包括了所有用加压泥浆支撑工用面的盾构。用泥浆式盾构崛进隧道已被证明是一种具有低沉陷且安全的施工方法。泥浆盾构是在盾构正面与支承环前面装置隔板的密封舱中,由有适当压力的泥浆来支撑开挖面,并由安装在正面的大刀盘切削土体,进土与泥水混合成泥浆后,通过泥浆泵和管道输送到隧道外的地面,由泥浆分离设备除掉土砂后,再通过管道把合格的泥浆送到工作面。反复循环地切割地层、推进并安装管片以形成隧道结构,它可以适用于各种松散地层,有无地下水均,特别是地下水位较高的地层,上海、广州都有成功案例。泥浆式盾构主要的缺点是分离场和排出的膨胀土中包含有不可分离的细料引起的。且盾构及与其配套的泥浆制造、分离设备造价高、占地面积大。

4.2 土压平衡盾构施工技术

土压平衡盾构的前端设有一个全断面大刀,切削刀盘后是密封舱,在密封舱的下部装置长筒形螺旋输送,输送机一头设有出入口。所谓土压平衡就是刀盘切削下来的土体和泥水充满密封舱,具有适当压力,与开挖面保持土体的相对平衡。70年代初日本就开始开发土压平衡式盾构,土压平衡式盾构用切割轮开挖的渣料作为支撑介质。与其他工法相比,土压平衡式盾构可以不用辅助的支撑介质,切割轮开挖出的材料可作为支撑介质。该工法用旋转的刀盘开挖地层,挖下的渣料通过切割轮的开口被压入开挖腔,然后在开挖腔内与塑性土浆混合。推力由压力舱壁传递到土浆上。这样可以避免尚未受到控制的开挖地层进入开挖腔。当开挖腔内的土浆不再被当地的土和水压固化时就达到平衡。这种方法可减少对土体的扰动,减小地面沉降,且无需泥浆制备和分离设备,节约资金。现在已有加水、加泥、加泡沫剂稳定工作面的方法,可适用于粘性土、粉沙土等多种地层,上海、广州都有成功案例。这种盾构结构费用较低,施工方法方便,有广泛的发展前景。

4.3 气压盾构施工技术

1886年Greathhead首次在盾构掘进隧道中引用了这种工法,该工法利用压缩空气使整个盾构都防止地下水的侵入,它可在游离水体下或地下水位下运作。其工作原理是利用压缩空气来平衡水压和土压。穿越饱和含水地层所采用的压缩气体防漏水的盾构称为气压盾构,气压盾构要设一个闸室来保证工作面跟隧道隔,以确保工作面的压力。工作人员进入工作室时,要通过闸室增压或减压,管片和其他材料进出也必经闸室。气压盾构的气压,容易对施工人员产生不良影响,长期在这种条件下工作容易得“气压病”,故应尽量减少这种方法。为了解决这些问题,又出现了用无压工作腔及全断面开挖的压缩空气式盾构和带有无压工作腔及部分断面开挖的压缩空气式盾构等。

4.4 敞开式盾构施工技术

在地层较好、能自稳的条件下,或采取某些辅助措施后能使地层,可采用敞开式机械化盾构施工。在隧道工作面无封闭压力补偿系统用以抵抗土压和地下水压力的隧道掘进机称为敞开式盾构。敞开式盾构用于无地下水地层或预先降低地下水位的地层。该工法由于工作面支撑方式简单,其相对的工艺简单。它的灵活性高,适于通过各种非粘性和粘性地基。其另一优点是对断裂带的稳定性及可能用手工盾构和半机械化盾构掘迸非圆形断面。在机器工艺方面其价格相对低,是一种短程掘进的经济方法,常用于较小断面的隧道开挖。根据开挖方法的不同,可将这类型盾构分为:手工盾构,部分断面开挖盾构,全断面开挖盾构。使用该工法最著名的工程要数英国—法国的海底隧道。

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