2021年一級(jí)建造師考試市政工程考點(diǎn)6：盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)

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2021年一級(jí)建造師考試市政工程考點(diǎn)6：盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)

一、土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)

(一)土壓平衡式掘進(jìn)特點(diǎn)

土壓平衡盾構(gòu)，是將開(kāi)挖下來(lái)的土砂充滿到開(kāi)挖面和隔板之間泥土倉(cāng)，根據(jù)需要在其中注入改良材料，用適當(dāng)?shù)耐翂毫Υ_保開(kāi)挖面的穩(wěn)定性。通過(guò)貫穿隔板設(shè)置的螺旋輸送機(jī)，可在推進(jìn)的同時(shí)進(jìn)行排土。在施工時(shí)，必須在開(kāi)挖兩層隔板之間充滿土砂，對(duì)其進(jìn)行加壓達(dá)到滿足開(kāi)挖面的穩(wěn)定需要的狀態(tài)。為了獲得適合于盾構(gòu)推進(jìn)量的排土量，要對(duì)土壓力和出土盤(pán)進(jìn)行計(jì)量，對(duì)螺旋式排土器的轉(zhuǎn)數(shù)和盾構(gòu)的推進(jìn)速度進(jìn)行控制，達(dá)到平衡狀態(tài)，同時(shí)，還要掌握刀盤(pán)扭矩和推力等，進(jìn)行正確的控制管理以防止開(kāi)挖面的松動(dòng)和破壞。

(二)土倉(cāng)壓力管理

(1)在土壓平衡盾構(gòu)的施工中，為了確保開(kāi)挖面的穩(wěn)定，要適當(dāng)?shù)鼐S持壓力艙壓力。一般，如果土倉(cāng)壓力不足，發(fā)生開(kāi)挖面的涌水或坍塌風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)增大。如果壓力過(guò)大，又會(huì)引起刀盤(pán)扭矩或推力的增大而發(fā)生推進(jìn)速度下降或地面隆起等問(wèn)題。

(2)土倉(cāng)壓力管理的基本思路是：作為上限值，以盡量控制地表面的沉降為目的而使用靜止土壓力;作為下限值，可以允許產(chǎn)生少量的地表沉降，但可確保開(kāi)挖面的穩(wěn)定為目的而使用主動(dòng)土壓力。

(3)掌握開(kāi)挖面的穩(wěn)定狀態(tài)，一般是用設(shè)置在隔板上的土壓計(jì)來(lái)確定土倉(cāng)壓力。

(4)推進(jìn)過(guò)程中，土倉(cāng)壓力維持有如下的方法：

①用螺旋排土器的轉(zhuǎn)數(shù)控制;

②用盾構(gòu)千斤頂?shù)耐七M(jìn)速度控制;

③兩者的組合控制等。

通常盾構(gòu)設(shè)備采用組合控制的方式。

(5)要根據(jù)各施工條件實(shí)施良好的管理。另外，需要確認(rèn)伴隨推進(jìn)所產(chǎn)生的地基的變形、排土狀態(tài)、刀盤(pán)扭矩以及其變化情況，及時(shí)在推進(jìn)中修正土倉(cāng)壓力。

(三)排土量管理

(1)為了一邊保持開(kāi)挖面的穩(wěn)定一邊順利地進(jìn)行推進(jìn)，則需要適量地進(jìn)行排土，以維持排土量和推進(jìn)量相平衡?？墒?，由于圍巖的重度在掘進(jìn)中會(huì)有一定的波動(dòng)，以及受添加劑的種類(lèi)、添加量或排土方式等因素的影響，排出渣土的重度也會(huì)發(fā)生變化，所以要恰當(dāng)?shù)卣莆张磐亮渴潜容^困難的。另外，作為排土，其狀態(tài)可在半固體狀態(tài)到流體狀態(tài)之間變化，其性狀是各種各樣的。因此，僅單獨(dú)根據(jù)排土量的管理來(lái)控制開(kāi)挖面坍塌或地基沉降是困難的，最好是根據(jù)壓力艙的壓力管理和開(kāi)挖土量管理同時(shí)進(jìn)行。

(2)排土量管理的方法可大致分為容積管理法和重量管理法。作為容積管理法，一般是采用計(jì)算渣土搬運(yùn)車(chē)臺(tái)數(shù)的方法或從螺旋排土器轉(zhuǎn)數(shù)等進(jìn)行推算。重量管理法，一般是用渣土搬運(yùn)車(chē)重量進(jìn)行驗(yàn)收。計(jì)算渣土搬運(yùn)車(chē)臺(tái)數(shù)的方法是一種粗略式的估計(jì)，由于應(yīng)用簡(jiǎn)便，在現(xiàn)場(chǎng)使用較多。

(四)渣土改良

土壓平衡盾構(gòu)的渣土排出量必須與掘進(jìn)的挖掘量相匹配，以獲得穩(wěn)定而合適的支撐壓力值，使掘進(jìn)機(jī)的工作處于最佳狀態(tài)。當(dāng)通過(guò)調(diào)節(jié)螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速仍不能達(dá)到理想的出土狀態(tài)時(shí)，可以通過(guò)改良渣土的塑流狀態(tài)來(lái)調(diào)整。

(1)改良渣土的特性：

在土壓平衡工況模式下渣土應(yīng)具有以下特性：

1)良好的塑流狀態(tài)。

2)良好的黏稠度。

3)低內(nèi)摩擦力。

4)低透水性。

(2)當(dāng)渣土滿足不了這些要求時(shí)，需通過(guò)向刀盤(pán)、土倉(cāng)內(nèi)及螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入改良材料對(duì)渣土進(jìn)行改良，常用的改良材料是泡沫或膨潤(rùn)土泥漿。

(五)土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)要點(diǎn)

(1)開(kāi)挖渣土應(yīng)充滿土倉(cāng)，渣土形成的土倉(cāng)壓力應(yīng)與刀盤(pán)開(kāi)挖面外的水土壓力平衡，并應(yīng)使排土量與開(kāi)挖土量相平衡。

(2)應(yīng)根據(jù)隧道工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、埋深、線路平面與坡度、地表環(huán)境、施工監(jiān)測(cè)結(jié)果、盾構(gòu)姿態(tài)以及始發(fā)階段的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定盾構(gòu)刀盤(pán)轉(zhuǎn)速、掘進(jìn)速度和土倉(cāng)壓力等掘進(jìn)參數(shù)。

(3)掘進(jìn)中應(yīng)監(jiān)測(cè)和記錄盾構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)情況、掘進(jìn)參數(shù)變化和排出渣土狀況，并應(yīng)及時(shí)分析反饋，調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)和控制盾構(gòu)姿態(tài)。

(4)應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，向刀盤(pán)前方及土倉(cāng)注入改良劑，渣土應(yīng)處于流塑狀態(tài)。

二、泥水加壓盾構(gòu)掘進(jìn)

(一)泥水加壓式掘進(jìn)特點(diǎn)

(二)泥水倉(cāng)壓力管理

(三)排土量管理

為了一邊保持開(kāi)挖面的穩(wěn)定一邊順利地推進(jìn)開(kāi)挖，開(kāi)挖時(shí)需要使排出和開(kāi)挖的土量相平衡。泥水加壓盾構(gòu)施工，一般是從設(shè)置在送泥管和排泥管上的流量計(jì)和密度計(jì)取得數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算求出偏差流量和開(kāi)挖干砂量，以把握開(kāi)挖面的狀態(tài)。 這一方法也可用來(lái)推斷圍巖的地質(zhì)變化，為此要對(duì)前幾環(huán)的偏差流量和開(kāi)挖干砂量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

(四)泥水處理系統(tǒng)和倉(cāng)內(nèi)破碎技術(shù)

(1)開(kāi)挖下來(lái)的土、砂在泥水倉(cāng)內(nèi)經(jīng)攪拌翼等攪拌混合，通過(guò)排泥管道輸送到地面。運(yùn)到地面的泥漿，用一次分離裝置，除去礫、砂等;粉砂、黏土等添加凝固材料等形成塊(團(tuán)粒)。在此基礎(chǔ)上，用機(jī)械處理或其他的方法，從泥漿中分離出固粒與礫、砂等排出、運(yùn)走。分離后剩余的泥漿，加上水、黏土、蒙脫土、增黏劑等，調(diào)整相對(duì)密度、濃度、黏性、 再被輸送到開(kāi)挖面循環(huán)利用。

(2)泥水加壓盾構(gòu)維持開(kāi)挖面穩(wěn)定的關(guān)鍵是在開(kāi)挖面形成高質(zhì)量的泥膜。因此，要對(duì)排泥管排出的泥水進(jìn)行處理，處理后的泥水經(jīng)調(diào)整后再通過(guò)送泥管泵入泥水倉(cāng)。

(3)對(duì)于大粒徑的礫石，需要用安裝在泥水倉(cāng)內(nèi)的破碎機(jī)粉碎。另外，對(duì)于無(wú)法進(jìn)入刀盤(pán)開(kāi)口的礫石，通過(guò)刀盤(pán)上的滾刀破碎處理 。

(五)泥水加壓盾構(gòu)掘進(jìn)要點(diǎn)

(1)泥漿壓力與開(kāi)挖面的水土壓力應(yīng)保持平衡，排出渣土量與開(kāi)挖渣土量應(yīng)保持平衡，并應(yīng)根據(jù)掘進(jìn)狀況進(jìn)行調(diào)整和控制。

(2)應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件，經(jīng)試驗(yàn)確定泥漿參數(shù)，應(yīng)對(duì)泥漿性能進(jìn)行檢測(cè)，并實(shí)施動(dòng)態(tài)管理。

(3)應(yīng)根據(jù)隧道工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、隧道埋深、線路平面與坡度、地表環(huán)境、施工監(jiān)測(cè)結(jié)果、盾構(gòu)姿態(tài)和盾構(gòu)始發(fā)階段的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定盾構(gòu)刀盤(pán)轉(zhuǎn)速、掘進(jìn)速度、泥水倉(cāng)壓力和送排泥水流量等掘進(jìn)參數(shù)。

(4)泥水管路延伸和更換，應(yīng)在泥水管路完全卸壓后進(jìn)行。

(5)泥水分離設(shè)備應(yīng)滿足地層粒徑分離要求，處理能力應(yīng)滿足最大排渣量的要求，渣土的存放和運(yùn)輸應(yīng)符合環(huán)境保護(hù)要求。

三、管片拼裝控制

(一)拼裝方法

1.管片選型

2.拼裝順序

3.盾構(gòu)千斤頂操作

4.緊固連接螺栓

5.楔形管片安裝方法

6.復(fù)緊連接螺栓

(二)真圓保持

管片拼裝呈真圓，并保持真圓狀態(tài)，對(duì)于確保隧道尺寸精度、提高施工速度與止水性及減少地層沉降非常重要。

管片環(huán)從盾尾脫出后，到注漿漿體硬化并將管片間隙填充密度，達(dá)到約束管片變形的條件時(shí)，多采用真圓保持裝置。

(三)管片拼裝施工要點(diǎn)

(1)管片拼裝前，應(yīng)對(duì)上一襯砌環(huán)面進(jìn)行清理。

(2)應(yīng)控制盾構(gòu)推進(jìn)千斤頂?shù)耐屏托谐?，并?yīng)保持盾構(gòu)姿態(tài)和開(kāi)挖面穩(wěn)定。

(3)應(yīng)根據(jù)管片位置和拼裝順序，逐塊依次拼裝成環(huán)。

(4)管片連接螺栓緊固扭矩應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。管片拼裝完成，脫出盾尾后，應(yīng)對(duì)管片螺栓及時(shí)復(fù)緊。

(5)拼裝管片時(shí)，應(yīng)防止管片及防水密封條損壞。

(6)對(duì)已拼裝成環(huán)的襯砌環(huán)應(yīng)進(jìn)行橢圓度抽查。

(7)當(dāng)盾構(gòu)在既有結(jié)構(gòu)內(nèi)空推并拼裝管片時(shí)，應(yīng)合理設(shè)置導(dǎo)臺(tái)，并應(yīng)采取措施控制管片拼裝質(zhì)量和壁后填充效果。

(8)當(dāng)在富水穩(wěn)定巖層掘進(jìn)時(shí)，應(yīng)采取防止管片上浮、偏移或錯(cuò)臺(tái)的措施。

(9)當(dāng)在聯(lián)絡(luò)通道等特殊位置拼裝管片時(shí)，應(yīng)根據(jù)特殊管片的設(shè)計(jì)位置，預(yù)先調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)和盾尾間隙，管片拼裝應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

(四)管片拼裝誤差及其控制

管片拼裝時(shí)若管片間連接面不平行，導(dǎo)致環(huán)間連接面不平，則拼裝中的管片與已拼管片的角部呈點(diǎn)接觸或線接觸，在盾構(gòu)千斤頂推力作用下管片易發(fā)生碎裂(見(jiàn)圖1K413034-4)。為此，拼裝管片時(shí)，各管片連接面要拼接整齊，連接螺栓要充分緊固。

(五)管片修補(bǔ)

當(dāng)已拼裝完成的鋼筋混凝土管片表面出現(xiàn)一般缺陷時(shí)，應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)。修補(bǔ)后質(zhì)量應(yīng)符合驗(yàn)收要求。

管片修補(bǔ)時(shí)，應(yīng)分析管片破損原因及程度，制定修補(bǔ)方案。修補(bǔ)材料強(qiáng)度不應(yīng)低于管片強(qiáng)度。

四、壁后注漿

壁后注漿是向管片與圍巖之間的空隙注入填充漿液，向管片外壓漿的工藝，應(yīng)根據(jù)所建工程對(duì)隧道變形及地層沉降的控制要求來(lái)確定。根據(jù)工程地質(zhì)條件、地表沉降狀態(tài)、環(huán)境要求及設(shè)備性能等選擇注漿方式。注漿過(guò)程中，應(yīng)采取減少注漿施工對(duì)周?chē)h(huán)境影響的措施。

五、隧道姿態(tài)控制

線形控制的主要任務(wù)是通過(guò)控制盾構(gòu)姿態(tài)，使構(gòu)建的襯砌結(jié)構(gòu)幾何中心線線形順滑，且位于偏離設(shè)計(jì)中心線的容許誤差范圍內(nèi)。

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