4-不同地质条件下的盾构选型.ppt

不同地质条件下的盾构选型 引言 盾构法是建造地下隧道最先进的施工方法之一，自从1825年布鲁诺尔在英国泰晤士河下首次使用手掘敞开式矩形盾构技术开挖出第一条隧道以来，盾构技术经历了180多年的应用与发展，已使盾构法能够适用于任何水文地质条件下的施工，无论是松软的，坚硬的，有地下水的，无地下水的，地下暗挖隧道工程都可用盾构法。 布鲁诺尔发明的世界上第一台盾构仅掘进458m长的隧道就历时18年(1825-1843)，施工中经历了5次特大洪水，牺牲了6条生命。目前，盾构法隧道的施工技术在世界许多国家不断得到发展，但在推广与应用上出现了一些施工事故，这些事故的发生，80%以上是因盾构的选型失误所引起，不仅影响了整个工程的工期，还造成了极大的经济损失和不必要的人员伤亡。 盾构是根据工程地质、水文地质、地貌、地面建筑物及地下管线和构筑物等具体特征来“度身定做”非标特种设备，不同于常规设备，其核心技术不仅仅是设备本身的机电工业设计，还在于设备如何适用于各类工程地质。盾构施工的成功率，主要取决于盾构的选型，决定于盾构是否适应现场的施工环境，盾构的选型正确与否决定着盾构施工的成败。 广州地铁一号线 对风化岩石地层施工的不适应性，如在此地层段掘进速度低、刀具磨耗严重、地表沉降大、出现泥饼现象等等，甚至还导致三栋3～4层楼房。 广州地铁二号线由于盾构刀具配置不合理，刀具凸出刀盘面板层次不协调，装备扭矩不足，导致盾构掘进速度慢，刀盘经常形成泥饼等 广州地铁三号线施工时, 在上软下硬地层掘进异常困难，导致地表房屋大量损坏，最大开裂缝宽达12cm 。 广州地铁四号线小新区间左线施工时，由于刀盘与地层适应性不好，盾构在江底施工时，刀盘刀具磨损严重，最后不得已采用在右线相同位置开挖横通道，到左线刀盘部位进行刀盘面板修复。500m的过江段施工，即带压换刀12次，月均进度仅72.3m 深圳铁一号线施工中三次遇到地质突变，一次为上软下硬地质，两次为孤石侵入隧道。导致刀盘面板14处被磨穿；滚刀严重的弦磨和损坏；所有切刀刮刀损坏。 典型砂砾石地层 砂砾石地层中刀具的磨损状况 砂砾石地层中刀具的磨损状况 砂砾石地层中刀具的磨损状况 1 盾构的“类型” 盾构的“类型”是指与特定的盾构施工环境，特别是与特定的基础地质、工程地质和水文地质特征相匹配的盾构的种类。 根据施工环境，隧道掘进机的“类型”分为软土盾构、硬岩掘进机(TBM)、复合盾构三类。因此，盾构的“类型”分为软土盾构和复合盾构两类。 软土盾构 软土盾构是指适用于未固结成岩的软土、某些半固结成岩及全风化和强风化围岩条件下的一类盾构。 软土盾构的主要特点是刀盘仅安装软土刀具(先行刀、切刀、刮刀)，无需滚刀。 复合盾构 复合盾构是指既适用于软土、又适用于硬岩的一类盾构，主要用于既有软土又有硬岩的复杂地层施工。 复合盾构的主要特点是刀盘既安装有软土刀具，如切刀和刮刀，又安装硬岩刀具(滚刀)。 2 盾构的“机型” 盾构的“机型”是指在根据工程地质和水文地质条件，盾构所采用的最有效的开挖面支护形式。 盾构按支护地层的形式主要分为自然支护式、机械支护式、压缩空气支护式、泥水支护式、 土压平衡支护式五种机型。 目前应用最广的是土压平衡盾构(土压平衡支护式)和泥水盾构(泥水支护式)两种机型。 3 盾构的“模式” 盾构的“模式”是指在一定“型”的基础上，根据特定的盾构施工环境，在确保开挖面稳定的前提下，盾构所采用的最有效的“出碴”方式。 “模式”是盾构的一种操作方式。 土压平衡盾构的 “模式”可分为敞开式、半敞开式、闭胸式三种。 泥水盾构的“模式”可分为泥水平衡模式(也称直接控制模式)和气压复合模式(也称间接控制模式或D模式)两种。 实例：广州地铁复合式土压平衡盾构 广州地铁复合式土压平衡盾构具有三种模式，即:敞开式、半敞开式（加气模式）、闭胸式(土压平衡模式) 。 在掌子面足够稳定并且涌水能够被控制时，采用“敞开模式作业。 在敞开模式下，刀具切削开挖面土体，切削土进入土仓，通过位于土仓底部的螺旋输送机将碴土排出。在土仓的底部，要有足够的碴土供螺旋输送机出碴用，土仓的其他空间是空的。 在 在掌子面具有足够的自稳能力，且水压小于1.5bar的地层中，采用半敞开模式掘进。半敞开式作业时，土仓下部是刀盘切削下来的碴土，上部为压缩空气。半敞开式作业的开挖和推进与敞开式作业基本一致。 闭胸式用于围岩不稳定或水压高、水量大的地层。 某些泥水盾构具有二种模式:即泥水平衡模式和气压复合模式。（见视频） 泥水平衡模式 泥水平衡模式其原理是通过刀盘来切削掌子面的围岩，位于地面的送泥泵将浆液送入开挖仓，排泥泵将刀盘切削下来并经搅拌的泥浆泵送至地面的泥水处理系统进行分离，通过控制送排泥量来使开挖仓维持一定的压