地铁隧道盾构施工研究论文.docx

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1、城市地铁隧道盾构施工技术探讨摘要11 .绪论11.1 题研究背景与意义11.2 盾构技术的发展历史与现状11.3 本文研究的思路及主要内容21.4 调研计划21.4.1 调研的重点问题21.4.2 调研方案及具备条件3143调研样本的基本情况31.4.4 调研内容及过程31.4.5 调研结论与建议42 .盾构的选型与相应的配置72.4 盾构机的构造72.1.1 盾构壳体72.1.2 推进机构82.1.3 管片拼装机82.1.4 真圆保持器92.2 盾构机的分类92.3 盾构机的选型H3 .城市地铁盾构隧道的施工技术133.1 盾构施工过程133.1.1 盾构机的组装与调试143.1.2 盾构始

2、发153.1.3 盾构掘进193.1.4 泥水平衡盾构机掘进203.1.5 盾构掘进方向的控制与调整203.1.6 掘进过程中的刀具管理和换刀方案203.1.7 管片安装213.1.8 同步注浆与二次注浆补偿213.1.9 盾构到达223.1.10 水平衡盾构机掘进223.2 特殊地段的施工233.2.1 盾构穿过含水砂层时的注意事项233.2.2 盾构在6少砾层中的掘进施工技术233.2.3 盾构在曲线地段的推进243.2.4 盾构在推进过程中的蛇形和滚动244.结论与展望25参考文献26致谢错误!未定义书签。城市地铁隧道盾构施工技术探讨摘要地下铁道具有运量大、速度快、噪音小、污染轻、能耗低

3、等优点。大城市逐步形成了目前以地下铁道为主体，多种轨道交通类型并存的现代城市轨道交通新格局。盾构法施工具有安全可靠、机械化程度高、工作环境好、土方量少、进度快、施工成本低等优点，尤其在地质条件复杂、地下水位高而隧道埋深较大时，只能依赖盾构。盾构施工的关键之一是确定盾构的类型及其配置。盾构的选型是一项综合性的工作，应根据地质水文情况、工期、经济性、环境保护、安全、可靠等各种因数综合考虑。选择合适的盾构类型，配置合理的辅助设备，才能确保隧道工程施工的顺利完成。本文根据某地铁区间隧道的工程条件、地质情况、进度要求等提出了盾构选型的方法及步骤，并比照类似的工程实例，研究确定某地铁某盾构区间的盾构类型、

4、刀具的型式、刀盘的布局，并阐述泥水盾构的不同工作模式，以及盾构的厂家的确定。盾构机的类型和厂家确定后，为了确保所选盾构机的性能满足工程施工的要求，对所选盾构机的关键参数进行了复核计算，保证盾构性能可靠地满足施工要求。对本工程的盾构施工技术进行了具体研究，就盾构在砂砾层中的掘进、在曲线地段的推进、在推进过程中的蛇形和滚动等特殊问题提出了解决方法。本课题不仅对某市地铁某盾构区段的盾构施工具有实际指导意义，而且对同类工程盾构施工具有很好的指导意义。关键词：盾构；盾构选型；施工技术1.绪论11课题研究背景与意义20世纪下半叶以来，伴随着世界范围内的城市化进程，伴随着我国城市化进程的加快,城市建设快速发

5、展，城市规模不断扩大，城市人口急剧膨胀，许多城市不同程度上出现了用地紧张，生存空间拥挤，交通堵塞，给城市生活带来了很大的影响，也制约着经济和社会的进一步发展，充分开发地下空间成为现代城市可持续发展的必要手段。盾构隧道开挖是城市地下施工的主要手段，盾构施工是在一个能支撑地层压力而又能在地层中推进的圆形或矩形或马蹄形等特殊形状钢筒结构，在它的掩护下，完成挖掘、出土、隧道支护等工作，它的最大的特点就是整个隧道掘进过程都是在这个被称作护盾的钢结构的掩护下完成的，可以最大限度地避免坍塌和地面塌陷。与传统的隧道掘进技术相比,盾构法施工具有安全可靠、机械化程度高、工作环境好、土方量少、进度快、施工成本低等优

6、点，尤其在地质条件复杂、地下水位高而隧道埋深较大时，只能依赖盾构。随着隧道工程对施工质量和环保要求的逐步提高，现代盾构己演变成为一种高度智能化，集机、电、液、光、计算机技术为一体的大型工程机械装备。在发达国家盾构法施工的隧道已占隧道总量的90%以上。我国在盾构施工隧道的关键设备和施工技术方面与发达国家相比存在着较大的差距，为尽快提高我国盾构掘进水平使我国在先进隧道施工技术方面占世界一席之地，那么对于盾构技术在城市地铁施工中的应用研究就显得尤为重要。1.2 盾构技术的发展历史与现状从盾构施工法的定义:使用盾构机在地下掘进，边防止开挖面土砂崩塌，边在机内安全的进行开挖作业和衬砌作业，从而构筑成隧道

7、的施工法。按照这个定义，盾构施工法是由稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌三大要素组成。那么纵观盾构隧道掘进190来年的发展史看，盾构隧道施工法和盾构掘进机的改进都是在围绕着:地层稳定和地面沉降控制;机械化、自动化掘进和掘进速度;衬砌和隧道质量，这三个要素进行盾构掘进机的改进和施工方法的革命。传统的盾构法是把这三个要素分别独立考虑的，把地层稳定处理作为盾构的辅助方法，主要有降低地下水位法、改良地基法、冻结法及气压法等。在盾构掘进机本身结构上没有考虑对地层稳定的影响或减少和防止地面沉降，盾构一般为敞胸式结构。但是，这样的盾构很难满足在城市内施工时的各种要求，特别是关系到地面建筑安全的地面沉降问题，所以，

8、下一代盾构一闭胸式盾构就应运而生了。现代盾构的一个最为显著的特点就是统筹考虑盾构法的这三个要素，用盾构掘进机设备本身解决工作面稳定的问题。现代盾构掘进机采用了类似机器人的技术，如控制、遥控、传感器、导向、测量、探测、通讯技术等，集机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖削土体、输送土硝、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等多种功能。在许多情况下盾构施工的综合施工成本比人工开挖施工低得多，而掘进速度高得多。可以说，盾构掘进机是目前世界上最先进的隧道掘进设备，适用于软土、砾石、硬岩等不同地质构造的隧道暗挖;盾构法施工己是一门很成熟的地下工程施工技术，已成为大多数地下隧道工程施工首选的常规技术。1.3 本

9、文研究的思路及主要内容面对21世纪我国城市地下空间的大量开发利用，城市地铁的大规模建设，盾构法施工与传统隧道开挖方法比较，因其具有开挖快、优质、安全、经济、有利于环境保护和降低劳动强度的优点，那么地铁区间隧道施工越越多的采用盾构法无疑是最好的选择。面对近年来我国的盾构隧道工程的社会需求量极大，从业新军(单位、人员)的数量猛增，所以，无论是使我国的盾构技术赶上国际水平还是新军提高业务素质，都表明对于盾构技术在工程实践中的应用的研究很有必要。本文研究的内容是盾构技术在城市地铁隧道施工中的应用。包括:1.盾构的选型与相应的配置:介绍盾构的构造和分类的基础上，探讨盾构选型的依据和选型的原则，并在此基础

10、上确定盾构的相应配置。2.盾构隧道的施工技术:(1)盾构施工过程；(2)特殊地段的施工。14调研计划14.1调研的重点问题(1)盾构的选型与相应配置(2)盾构隧道的施工技术研究142调研方案及具备条1牛通过介绍国内外盾构技术的发展历史和现状，以及在城市地铁隧道中盾构的选型与相应的配置来探讨城市地铁隧道盾构施工技术的要点，主要包括盾构施工过程和特殊地段的施工技术。验证了盾构施工技术对城市地下空间的发展有着至关重要的作用，也为继续探讨和研究其他类型的地下施工技术提供了一定的参考。143调研样本的基本情况本项目是武汉地铁四号线一期工程第5标段园林路站一工业路站盾构区间，拟建场地行政区域位于洪山区和平

11、街武丰村，隧道线路总长873.425米(双线)，双线隧道中心轴线间距14米，其中盾构区间设计为圆形断面，直径6米，该区间线路上方多为武丰村普通民房以及闲置农田，居屋分布无序，杂物堆放杂乱，通视不好，线路规划穿越武青四干道下方，而武青四干道尚未施工，无现状地下管线。144调研内容及过程湖北省武汉市轨道交通的建设中，27号线期工程的第二标段-BHH1华街站一纸坊大街站区问段中，选用压平衡盾构施工法，其适用于粉质粘土、粉土粉砂层等粘稠土壤的施To其工作原理是：推进汕缸产生推力，加压仓内开挖土硝，改善开挖面稳定性。根据本工程的地质情况。线路所处地层透水性较差，且施工场地位于交通繁忙的主干道上，无较大的

12、施工场地，采用土压平衡盾构机设备不仅占地小，对本标段的岩层适应性强，较为适合本工程施工。本工程对盾构机有一定的要求：对强风化及中风化泥岩的适应性要求；成熟可靠的常压换刀功能；高效安全的带压进仓的要求；地表沉降控制要求：精确的方向控制要求；掘进速度满足工期进度要求；环境保护要求。(1)端头加固在隧道盾构施工建设全过程中，重要环节主要有出洞始发、进洞到达。在确保地层稳定性符合要求，做好盾构出洞、进洞时可能发生的端头失稳的防范工作之后，才能进行围护结构的拆除。因此.盾构进出洞端头的相应加固工作，需要就地质水文条件、周边环境及隧道埋深等诸多因素综合分析考虑。北华街站一纸坊大街站盾构区间，盾构由纸坊大街

13、站始发至北华街南端头吊出，盾构始发端、吊出端同处20c-1中风化泥质粉砂岩地层，不存在较大地下水，稳定性较好，端头加固形式采用1排C20素混凝土灌注桩，桩深20.75m,实桩深17.755m。详见图5所示。从吊斗口下落，对于灌注桩混凝土，其在自由倾落高度的要求必须小于2m,而浇筑高度的要求以结构特点为依据去确定，大于3m时则必须相应地实施合理措施。注意：要分段分层不间断连续浇筑。(2)安装始发托架在始发井底板上安装的，具有定位和支撑作用的始发托架，采用25吨吊车分节吊装，于始发井完工后安装。为使托架中心线、线路设计中心线两线重合，首要工作是精准测量。而在确定托架的安装位置时，需将其于始发井底、

14、端墙或者是侧墙上刻划，起到指导作用。盾构始发需要重点防范“栽头”，避免盾构机驶不上导轨。为避免此类情况的发生，需要将始发托架用钢板抬高20mm进行找平的工作，在完成托架安装工作后，焊接它与底板预埋钢板，最后再在托架上进行盾体的组装工作。(3)导轨制作由于纸坊大街站左线围护桩通过区段采用玻璃纤维筋制作，盾构始发是直接穿过，不需破除洞门，盾构机始发托架端头距离土体仅1490m,即便盾构始发超出托架重心前移，也不会出现“栽头”现象，所以此线不需设置导轨。车站右线围护桩没有采用玻璃纤维筋制作，故需破除洞门，该线始发井主体结构端墙厚度为0.8m,围护结构厚度为1.2m,始发托架北端头与侧墙间相距0.69

15、mo盾构机始发托架端头距离土体2.69mo盾构机始发后一旦越出托架，就会有2.69m盾体失去支撑发生重心前移，进而因自重造成“栽头”。为避免这一情况的发生，施工过程采用43钢轨，将始发托架以2.69m为范围向导轨延伸，并用型钢在钢轨底部进行固定支撑。145调研结论与建议(1)地铁隧道盾构施工掘进技术要点D初始阶段对于盾构施工掘进的重要性地铁隧道盾构施工掘进技术在掘进的初始阶段对地铁隧道的整体施工具有较为关键的作用。首先相关施工单位应安排专业的施工人员进行盾构机的操作，其次为提高盾构机开挖时路面结构的稳定性和安全性，可对开挖地段的路面进行加固如使用加压法等。盾构机根据掘进方式的不同，有三种形式，分别为土压平衡模式，半敞开模式，和敞开模式。施工中应严格考察施工区段的水文地质特点及经济比选，以选择与之相适应的盾构机进行施工。2）选择合适的试验区域为进一步确保地铁隧道盾构施工掘进技术的可行性和安全性，在对地铁隧道进行掘进时，可选择开始掘进的第一段范围作为实验区域，待其掘进工作施工完成后，相关人员对此段施工作业的成果做出检查和评判，确保没有问题后再继续进行施工掘进工作。此外，在大范围掘进过程中，施工人员应参照实验阶段的地质条件和掘进施工时的各项参数，以便在对隧道掘进过程中出现的地质条件变化及时做出参数的调整。3）盾构出发和接收区段的注意事项盾构进洞前的首段，及盾