导图社区 1K413030 盾构法施工
这是一篇关于1K413030 盾构法施工的思维导图,主要内容有—、直构类型与适用条件二、盾构选型侬据与原则三、盾构选型的基本程序。
编辑于2022-08-20 15:49:32 广东1K413030 盾构法施工
1K413031 盾构机选型要点
一、盾构类型与适用条件
(一)盾构类型
盾构类型可按照不同的分类方法进行分类。
(1)按支护地层的形式分类, 主要分为自然支护式、机械支护式、压缩空气支护式、泥浆支护式、士压平衡支护式5 种类型(见图lK413031 - 1 ) 。
( 2 )按开挖面是否封闭划分, 可分为密闭式和敞开式两类。按平衡开挖面土压与水压的原理不同, 密闭式盾构又可分为土压式(常用泥土压式)和泥水式两种。敞开式盾构按开挖方式划分,可分为手掘式、半机械挖掘式和机械挖掘式三种(见图lK413031-2 ) 。
( 3 )按盾构的断面形状划分,有圆形和异型盾构两类,其中异型盾构主要有多圆形、马蹄形、类矩形和矩形,目前在国内轨道交通建设中,已有双圆马蹄形、矩形和类矩形盾构应用。
(二)盾构机的刀盘配置
盾构的刀盘主要由刀盘体、刀具、磨损检测器、搅拌棒、泡沫及膨润土管路等零部件组成。刀盘体由钢结构焊接而成,刀具可分为:滚刀、切刀、边缘刮刀、仿形刀、保径刀、先行刀、中心刀等。盾构的刀盘配置是盾构选型的重要内容。刀盘是机械化盾构的掘削部件, 刀盘结构应根据地质适应性的要求进行设计, 以适合围岩条件,并保证开挖面稳定的前提下,提高掘进速度。刀盘设计时,应充分考虑刀盘的结构形式、支承方式、开口率、开口大小和分布、刀具的布置等因素。
刀盘具有三大功能:
( 1 )开挖功能。刀盘旋转时, 刀具切削隧道开挖面的土体,对开挖面的岩士层进行开挖, 开挖后的渣士通过刀盘的开口进人土仓。
( 2 )稳定功能。支撑开挖面,具有稳定开挖面的功能。
( 3 )搅拌功能。对于土压平衡盾构,刀盘对土仓内的渣土进行搅拌,使渣土具有一定的塑性、流动性并在一定程度上避免形成"泥饼"的作用。盾构的刀盘结构形式与工程地质情况有着密切的关系,不同的地层应采用不同的刀盘结构形式:土压平衡盾构的刀盘有两种基本形式一一面板式和辐条式。
1 )面板式刀盘(图lK413031 -3a) 开口率相对较小,面板直接支撑面,有挡土功能,有利于切削面稳定,但在开挖勃士层时, 易发生勃土粘附面板表面影响开挖效率的情况,防止措施是注人改良材料等。
2 )辐条式刀盘(图lK413031-3b) 开口率大,土砂流动顺畅, 不易堵塞,土仓压力能有效作用于开挖面,但一般不能安装滚刀,且中途换刀安全性较差(目前, 已出现复合式刀盘,在辐条式基础上改进后可以加装滚刀)。
( 三)各种盾构对地质条件的适用性
根据当前盾构的技术水平,各种盾构对地质条件的适用性如表lK413031 所示。除I I K413 03 1-4 密闭式盾构的组成
(a) 土压平衡盾构; ( b ) 泥水平衡盾构
1.土压平衡盾构
( 1 )土压平衡盾构( Earth Pressure Balance Shield ) , 简称EPB 盾构。土压平衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔板, 使土仓和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土,依靠推进千斤顶的推力给土仓内的开挖土渣加压,使土压作用于开挖面以使其稳定。土压平衡盾构的支护材料是土壤本身。土压平衡盾构由盾壳、刀盘、刀盘驱动、!螺旋输送机、皮带输送机、管片安装机、人仓、液压系统等组成。
( 2 )土压平衡盾构的工作原理如下:刀盘旋转切削开挖面的泥土, 破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓,泥土落到土仓底部后,通过螺旋输送机运到皮带输送机上,然后输送到停在轨道上的渣车上。盾构在推进油缸的推力作用下向前推进。盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道起着临时支护作用,承受周围地层的土压、承受地下水的水压, 并将地下水阻隔在盾壳外面。掘进、排土、预制管片拼装等作业在盾壳的掩护下进行。
( 3 )地质适应范围:
土压平衡盾构主要应用在教稠土壤中,该类型土壤富含和土、粉质勃士或淤土,具有低渗透性。这种土质在!螺旋输送机内压缩形成防水土塞,使土仓和螺旋输送机内部产生土压力, 来平衡掌子面的土压力和水压力。土压平衡盾构用开挖出的土料,作为支撑开挖面稳定的介质,对作为支撑介质的土料,要求其具有良好的塑性变形、软稠度、内摩擦角小及渗透率小。除软黠土外, 一般土体不完全具有这种特性,需进行改良。改良的方法通常有加水、膨润土、勃土、CMC 、聚合物或泡沫等, 根据土质情况单独或组合选用。
2. 泥水平衡盾构
(1)泥水平衡盾构( Slurry Pressure Balance Shield ) ,简称SPB 盾构或泥水盾构。泥水平衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔板, 装备刀盘及输送泥浆的送排泥管和推进盾构的推进油缸,在地面上还配有泥水处理设备。
(2)泥水平衡盾构的构成,除了具有刀盘驱动系统、推进系统、管片拼装系统、盾尾密封系统、液压系统、电气系统、同步注浆系统、外加剂注人等土压平衡盾构具有的系统外,还具有以下系统:
1 )可调整泥浆物理性质,并将其送至开挖面, 保持开挖面稳定的泥水循环系统b
2) 综合管理排泥状态、泥水压力及泥水处理设备运转状况的综合管理系统。
3 )泥水分离处理系统。
(3)泥水平衡盾构的开挖面支护原理:
泥水平衡盾构利用循环悬浮液的体积对泥浆压力进行调节和控制,采用膨润土悬浮液(俗称泥浆)作为支护材料。开挖面的稳定是将泥浆送人泥水仓内, 在开挖面上用泥浆形成不透水的泥膜,通过该泥膜的张力保持水压力,以平衡作用于开挖面的土压力和水压力。开挖的土砂以泥浆形式输送到地面,通过泥水处理设备进行分离,分离后的泥水进行质量调整,再输送到开挖面循环利用。
(4 )地质适应范围:
泥水平衡盾构最初是在冲积勃土和洪积砂土交错出现的特殊地层中使用,由于泥水对开挖面的支护作用明显,因此在软弱的淤泥质土层、松动的砂土层、砂砾层、卵石砂砾层、砂砾和坚硬土互层等含水地层中均适用。目前,泥水平衡盾构工法对地层的适用范围不断扩大,即使处于恶劣的施工环境和存在地下水等不良条件下,由于有相应的处理方法,因而几乎能适应所有的地层。
二、盾构选型侬据与原则
盾构选型与配置应适用、可靠、先进、经济, 配置应包括刀盘、推进千斤顶、主驱动系统管片拼装机、螺旋输送机、按接装置、泥水循环系统或渣土改良系统、注浆系统等。
( 一)选型依据
盾构选型依据应包括下列内容:
(1)工程地质和水文地质勘察报告。
(2)隧道线路及结构设计文件。
(3)断面大小。
(4 )施工安全、工程环境风险因素、场地条件、环保要求。
( 5 )施工环境及其保护要求。
( 6 )工期条件。
(7)辅助施工方法。
( 8 )类似工程施工经验。
( 二)选型的基本原则
1.适用性原则
盾构的断面形状与外形尺寸适用于隧道断面形状与外形尺寸,种类与性能要适用工程地质与水文地质条件、隧道埋深、地下障碍物、地下构筑物与地面建筑物安全需要、地表隆沉要求等使用条件。若所选盾构不能充分满足上述使用条件,应增加相应的辅助工法,如压气工法、注浆工法等。由于盾构具有较长使用寿命,可用于多项施工工程,因此应根据使用寿命期内预计的常用使用条件或最不利使用条件选型,以便具有较广泛的适用性。
2. 技术先进性原则
技术先进性有两方面含义:一是不同种类盾构技术先进性不同;二是同一种类盾构由于设备配置的差异与功能的差异而技术先进性不同。选择技术先进的盾构, 一方面为了更好地适应建设单位当前及今后的工程施工要求,提高施工单位的市场竞争力;另一方面在合理使用寿命期内保持技术先进性,从而更加安全、高效施工。技术先进性要以可靠性为前提,要选择经过工程实践验证、可靠性高的先进技术。
3. 经济合理性原则
经济合理性是指所选择的盾构及其辅助工法用于工程项目施工,在满足施工安全、质量标准、环境保护要求和工期要求的前提下,其综合施工成本合理。
(三)盾构选型的配置要求
( 1 )盾构的壳体结构应能保证在其所承受的正常施工荷载作用下,各结构件均应处于安全可靠状态。
( 2 )刀盘应符合下列规定:
1 )刀盘结构的强度和刚度应满足使用功能要求。
2) 刀盘结构形式应适应地质条件,刀盘体应采取耐磨措施,刀盘开口率应能满足盾构掘进和出渣要求。
3 )刀具的选型和配置应根据地质条件、开挖直径、切削速度、单次连续掘进里程、最小曲线半径及地下障碍物情况等确定。
4) 刀盘添加剂喷口的数量及位置应根据地质条件、刀盘结构、刀盘开挖直径等确定。
(3)刀盘主驱动应符合下列规定:
1 )刀盘主驱动形式应根据地质和环境要求确定,最大设计扭矩应满足地质条件和脱困要求。
2 ) 刀盘转速应根据地质条件和施工要求确定,转速应可调。
3 )刀盘驱动主轴承密封应根据覆士厚度、地下水位、添加剂注人压力、掘进里程等确定。
(4 )推进液压缸应采取分区压力控制,每个分区液压缸应具备行程监测功能。总推力应根据推进阻力的总和及所需的安全系数确定。
( 5 )管片拼装机的自由度应满足拼装要求,各动作应准确可靠,操作应安全方便。
( 6 )螺旋输送机的结构和尺寸应根据工程地质和水文地质条件、盾构直径和掘进速度等确定。后闸门应具有紧急关闭功能。
(7)泥水循环系统应根据地质和施工条件等确定,并应具备掘进模式和旁通模式,流量应连续可调,可配置渣石处理装置。
( 8 )较接装置应满足隧道轴线曲率半径的要求,最大推力应大于前后壳体姿态变化引起的阻力, 每组伎接液压缸应具备行程监测功能。
(9 )渣土改良系统和注浆系统应与地质条件及掘进速度相适应。注浆系统应具备浆液注入速度和注人压力调节功能。同时应注意注浆口布置位置及注浆器内外置的形式。
( 10 )人舱和保压系统应满足作业人员开仓作业要求,人舱宜采用并联双舱式。
( 11 )盾构主机和后配套设备结构应满足导向系统的安装和通视要求,盾构掘进管理系统应与导向系统实现数据交互。
三、盾构选型的基本程序
盾构选型应遵循基本原则,采取科学的方法,经过策划、调查、可行性研究、综合比选评价等步骤进行。