《隧道盾構技術》課件

隧道盾構技術課程內容和學習目標1了解盾構機基本原理掌握隧道盾構技術的核心概念2熟悉盾構機結構組成識別各系統(tǒng)功能與工作方式3掌握施工工藝與管理培養(yǎng)實際工程應用能力分析典型工程案例盾構技術的歷史發(fā)展11825年英國工程師布魯內爾發(fā)明世界首個盾構21954年日本引進現代盾構技術31990年代中國開始大規(guī)模應用盾構技術421世紀智能化、大直徑盾構機快速發(fā)展盾構隧道的優(yōu)勢與應用范圍顯著優(yōu)勢施工擾動小安全性高工期可控環(huán)境影響小應用領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)深埋隧道盾構機的基本結構3主要部分盾體、刀盤系統(tǒng)和后配套系統(tǒng)15-18總體長度根據型號不同，通常為15-18米6-15直徑范圍常見直徑6-15米，特大可達17米以上800-2000總重量一般為800-2000噸盾構機的主要組成部分刀盤系統(tǒng)切削土體，是盾構的工作面主驅動系統(tǒng)驅動刀盤旋轉切削推進系統(tǒng)提供前進動力排土系統(tǒng)運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土體并引導入刀盤開口控制土體進入量和壓力平衡主驅動系統(tǒng)驅動電機提供旋轉動力，通常功率3000-5000千瓦減速器降低轉速增加扭矩，適應不同地層需求傳動軸將動力傳遞至刀盤控制系統(tǒng)調節(jié)刀盤轉速和扭矩推進系統(tǒng)液壓缸提供前進推力，數量20-40個千斤頂支撐在已完成的管片環(huán)上分組控制實現精確姿態(tài)調整推力輸出總推力可達10000噸以上排土系統(tǒng)1土倉暫存開挖土體2螺旋輸送機土壓盾構主要排土設備3泵送系統(tǒng)泥水盾構的排泥裝置4皮帶輸送機將土方運至后方5渣土車最終運出隧道管片拼裝系統(tǒng)拼裝機抓取并定位管片真空吸盤穩(wěn)固抓取管片旋轉機構調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構初步阻隔功能壽命較長鋼板密封中間層密封彈性鋼板構成與管片緊密貼合提供主要密封力油脂密封內層密封注入高壓油脂形成完全密封防止地下水滲入盾構機的分類土壓平衡盾構機泥水平衡盾構機復合式盾構機巖石盾構機其他特種盾構機土壓平衡盾構機工作原理利用開挖土體形成土倉壓力平衡壓力平衡土倉壓力與地層水土壓力相平衡排土控制通過螺旋輸送機控制排土量適用地層粘性土、砂質土、卵石混合土泥水平衡盾構機泥水循環(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備分離土石后循環(huán)使用復合式盾構機可在土壓平衡和泥水平衡模式間轉換，適應復雜變化地層盾構機選型考慮因素地質條件巖土性質、地下水情況、特殊地質體周邊環(huán)境地面建筑、地下管線、環(huán)境敏感區(qū)隧道參數直徑、長度、埋深、線形經濟因素設備投資、施工周期、運行成本地質條件對盾構選型的影響地質類型適用盾構機類型主要考慮因素軟粘土土壓平衡盾構穩(wěn)定性控制砂卵石泥水平衡盾構滲透性與磨損復合地層復合式盾構適應性轉換巖石地層巖石盾構破碎能力高水壓地層高水壓泥水盾構密封與承壓盾構隧道施工準備工作前期調查地質勘察周邊環(huán)境調查地下管線探測建筑物狀況評估施工設計盾構機選型掘進參數確定風險評估應急預案編制現場準備工作井建設地面設施布置材料準備人員培訓始發(fā)井和接收井的設計與施工始發(fā)井要求足夠長度和寬度堅固的反力墻嚴密的防水措施盾構安裝平臺常用結構形式地下連續(xù)墻鉆孔灌注樁SMW工法鋼板樁接收井特點尺寸可比始發(fā)井小需設置接收洞門拆解通道預留防水要求高盾構機組裝與調試部件運輸大型部件需特種車輛運輸吊裝就位大型吊機將部件吊入始發(fā)井組裝連接按順序裝配各系統(tǒng)系統(tǒng)調試測試各系統(tǒng)功能和聯(lián)動驗收準備全面檢查確認達到掘進條件盾構隧道施工測量技術2測量系統(tǒng)全站儀+激光靶標系統(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20測量頻率一般每掘進20米校正一次測量基準3控制參數中心線偏差、高程偏差、姿態(tài)角盾構掘進參數控制砂質土粘性土砂卵石土壓平衡控制技術土壓監(jiān)測多點布置壓力傳感器排土控制調節(jié)螺旋機轉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壓力監(jiān)測管路和泥水艙多點監(jiān)測管路控制通過閥門調節(jié)進出泥水量泵送系統(tǒng)高精度泵控制泥水流量4泥漿性能調節(jié)泥漿配比滿足不同地層需求盾構機姿態(tài)控制精確定位始終保持設計軸線三維姿態(tài)監(jiān)測實時監(jiān)控偏航、俯仰和滾動角3差動液壓控制推進液壓缸差動伸縮調整方向4自動糾偏系統(tǒng)計算最優(yōu)糾偏方案同步注漿技術漿液配制水泥基或膨脹性注漿材料注漿實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%管片設計與制作結構設計滿足承載和防水要求材料選擇高強度鋼筋混凝土工廠預制精確控制尺寸誤差質量控制嚴格檢測和抽樣試驗管片運輸與存儲工廠精密生產→專用車輛運輸→存儲場分類堆放→隧道內輸送系統(tǒng)管片拼裝技術螺栓連接環(huán)間和環(huán)內螺栓緊固密封墊安裝確保接縫防水性姿態(tài)調整微調管片位置確保精度驗收檢查檢測錯臺和平整度管片防水設計防水材料EPDM橡膠密封墊遇水膨脹條注漿管關鍵部位環(huán)內接縫環(huán)間接縫螺栓孔管片破損處防水等級一級防水：完全干燥二級防水：少量滲水三級防水：可控滲水盾構隧道二次襯砌檢查評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復合防水板或噴涂防水層模板安裝使用專用臺車進行模板安裝混凝土澆筑泵送自密實混凝土填充模板盾構施工風險分析地面沉降控制措施主要原因土倉壓力失控超挖量過大注漿不足地下水位下降監(jiān)測系統(tǒng)地表沉降監(jiān)測點建筑物沉降觀測深層位移監(jiān)測地下水位監(jiān)測控制措施優(yōu)化掘進參數加強同步注漿地層加固處理合理控制掘進速度鄰近建筑物保護技術實時監(jiān)測建筑物傾斜、裂縫和沉降多點位監(jiān)測建筑加固基礎加固或結構補強地層改良超前注漿加固地層施工參數優(yōu)化降低掘進速度及精確控制掘進參數盾構穿越特殊地層的施工技術斷層破碎帶地質超前預報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超前探測TSP探測系統(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調整降低速度，增加支護強度加強監(jiān)測密切監(jiān)控盾構姿態(tài)和地表變形高水壓地層施工技術6最大水壓現代盾構可承受6-8bar水壓3防護措施密封系統(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)測頻率連續(xù)24小時監(jiān)測水壓變化大型孤石處理技術探測識別超前探測預判孤石位置和尺寸機械破碎使用刀盤特殊破碎工具調整繞行調整盾構姿態(tài)小角度避讓盾構隧道下穿既有建筑物技術建筑調查詳細記錄建筑物結構類型和基礎形式監(jiān)測系統(tǒng)安裝自動化監(jiān)測系統(tǒng)實時預警精細化控制精確控制掘進參數減小擾動建筑加固必要時對建筑進行臨時支撐或永久加固盾構隧道與既有隧道交叉施工技術地層加固交叉區(qū)域進行凍結或注漿加固隧道加固既有隧道進行內部支撐或加固控制掘進交叉段降低速度精確控制參數實時監(jiān)測多點位監(jiān)測既有隧道變形盾構隧道曲線段施工技術線形設計根據盾構機長度確定最小曲率半徑鉸接控制利用盾體鉸接機構調整轉向差力推進內外側液壓缸差力控制轉向特殊管片采用異形管片適應曲線需求盾構機的保養(yǎng)與維護日常檢查設備運行狀態(tài)、油液、密封和磨損檢查定期維護按掘進里程更換磨損件和易損件故障處理建立應急預案，準備關鍵備件維護記錄詳細記錄維護內容和設備狀態(tài)盾構施工信息化管理數據采集自動采集施工參數和監(jiān)測數據分析處理實時分析數據關聯(lián)性和趨勢輔助決策提供最優(yōu)參數和預警信息集成管理整合設備、人員和材料管理盾構施工監(jiān)測系統(tǒng)盾構機監(jiān)測姿態(tài)、推力、刀盤扭矩等參數地表監(jiān)測沉降、位移、傾斜等變形隧道監(jiān)測管片變形、接縫開合、水壓變化環(huán)境監(jiān)測噪聲、振動、地下水位盾構施工質量控制竣工驗收全面檢測各項指標過程控制關鍵工序全程監(jiān)控技術標準制定明確質量標準和驗收規(guī)范組織保障建立完善的質量管理體系盾構施工安全管理主要風險涌水涌砂有害氣體機械傷害觸電事故火災事故安全措施專業(yè)培訓應急演練安全檢查隱患整改責任落實應急預案突水應急火災應急瓦斯應急機械故障人員救援盾構施工環(huán)境保護措施噪聲控制隔聲屏障低噪設備限時作業(yè)粉塵處理濕式作業(yè)除塵裝置密閉運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)轉運盾構機智能化發(fā)展趨勢智能感知多傳感器全方位監(jiān)測地質和設備狀態(tài)智能決策AI算法自動優(yōu)化掘進參數智能控制自動化控制掘進施工全過程遠程操控實現遠程監(jiān)控和無人化掘進大直徑盾構技術長距離盾構施工技術18.02最長隧道深圳春風隧道18.02公里3-5平均掘進率3-5米/天的持續(xù)穩(wěn)定掘進40%增加維護長距離需增加40%以上維護頻次2-3中間工作井每8-10公里設置1個中間工作井超淺覆土盾構施工技術地層加固地表注漿或凍結加固覆土層精確控壓精細控制土倉或泥水壓力嚴密監(jiān)測高密度布設地表監(jiān)測點盾構隧道防災減災設計防火設計消防水系統(tǒng)、防火材料和疏散通道防水設計防水閘門、排水系統(tǒng)和應急水泵抗震設計柔性接頭和抗震加固監(jiān)測預警實時監(jiān)測系統(tǒng)和應急預案盾構隧道運營維護定期檢查結構、設備和系統(tǒng)檢查清潔保養(yǎng)隧道清洗和排水系統(tǒng)維護維修加固及時修復破損和漏水部位設備更新照明、通風和監(jiān)控設備更新盾構隧道修復加固技術破損類型修復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構穩(wěn)定裂縫管片錯位糾偏加固輕微錯位襯砌破損噴射混凝土表面剝落結構變形內襯加固整體受力不足國內外盾構技術對比國際先進水平自動化程度高特殊地質適應性強配套技術成熟系統(tǒng)集成度高中國技術特點大直徑盾構自主研發(fā)施工速度和效率高復雜工況應用經驗豐富成本控制優(yōu)勢明顯發(fā)展方向智能化控制綠色環(huán)保專業(yè)化定制超長距離掘進盾構技術發(fā)展前景智能化控制系統(tǒng)、環(huán)保節(jié)能技術、模塊化設計和虛擬現實應用將引領盾構技術未來發(fā)展盾構技術工程案例分析（一）北京地鐵10號線國內首次大規(guī)模應用復合式盾構2