盾构施工完整的毕业设计报告

重庆能源职业学院

毕业设计(论文)

题目：盾构施工

姓名： * * **** 学号： 2********** 班级： **************** 专业： ****************

指导教师： ****************

重庆能源职业学院

毕业设计(论文)成绩表

系专业班评审意见：

指导教师对学生所完成的课题为

的毕业设计(论文)进行的情况，完成情况的意见：

评分：平时成绩（百分制）论文成绩（百分制）

指导教师

年月日答辩：

毕业设计(论文)答辩组对学生所完成的课题为

的毕业设计(论文)经过答辩,成绩为

毕业设计(论文)答辩组负责人

答辩组成员

年月日总成绩（平时成绩30%+论文成绩10%+答辩成绩60%）：

签字：

年月日

重庆能源职业学院

毕业设计(论文)任务书

******* 系 20102322 班学生 ******* 学号 20102322057 毕业设计(论文)课题盾构施工

毕业设计(论文)工作自 2012 年 11 月 30 日起至 2012 年 5 月 28 日止

毕业设计(论文)进行地点： *******

一、课题的背景、意义及培养目标

《盾构施工》是管道穿越里面不可缺少的一个重要环节,长输管道施工中要穿越许多山川及河流，而盾构施工方法可以解决这些管道施工穿越遇到的问题，而且在以后管道运输中才能更加安全。随着石油工业的飞速发展，油气储运设施的建设也越来越快。由于管道的增加，施工更多的管道式必不可少的，为了减少施工时间和施工人数，以及防止一些安全事故的发生，那么管道穿越中用盾构施工是一个很好的方法。

二、设计(论文)的原始数据与资料

《油气储运工程施工》

三、课题的基本要求（含技能技术指标）

1、对盾构施工具有较详细的认识和了解，写出当前的发展状况及今后的发展趋势；

2、了解石油工业管道施工的现状及发展趋势；

3、掌握管道穿越的现状及发展趋势；

5、具备化工识图与制图能力、反应过程运行控制能力；

四、完成任务后提交的书面材料要求(图纸规格、数量，论文字数等)

1、字数6000字

2、格式符合学院要求

主要参考资料

[1]何利民、高祁编著《油气储运工程施工》北京：石油工业出版社，2007.3。

[2]．陈允仁、金维昂、李明主编《油气储运建设工程》北京：中国建筑工业出版社，1999。

[3．高祁主编《长输管道施工作业技术》西安：陕西科学技术出版社，1999。

指导教师:

接受设计(论文)任务日期: （注：由指导教师填写）学生签名：

毕业设计进度计划表

备注：进度计划以周为单位

摘要

盾构施工的基本原理就是一个钢制盾构体沿隧洞轴线，边向前推进边对土壤进行挖掘。该盾构体组成的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排水、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。

盾构施工在隧道穿越工程中应用最多最广泛的方法。有泥水加压平衡盾构施工和衬砌与特殊盾构施工方法。泥水加压平衡盾构施工是主要方法。泥浆控制是大型泥水盾构施工顺利实施的重要保证之一。

盾构施工基本原理：一个盾构体的钢组件沿隧洞轴线，边向前推进边对土壤进行挖掘。该盾构体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。

关键词：盾构施工；压力；

目录

摘要............................................................. I 1绪论 (1)

1．1盾构施工法定义 (1)

1．2盾构施工的优缺点 (2)

1.3注意事项 (2)

1.4盾构施工的条件 (2)

1.5盾构施工的步骤 (3)

2盾构施工中常见的问题及解决方法 (4)

2.1盾构施工中呈“蛇形”前进 (4)

2.2螺旋输送机出料口形成大土堆 (4)

2.3盾构过程中产生泥饼问题 (5)

2.4若螺旋输送机被卡 (6)

2.5同步注浆时遇到堵管情况 (6)

3衬砌与特殊盾构施工方法 (7)

3．1压注混凝土衬砌 (7)

3．2环片衬砌 (7)

3．3扩径盾构施工法 (7)

3．4球体盾构施工法 (7)

4泥水加压平衡盾构机工作原理 (8)

4.1泥水加压平衡盾构机的工作原理 (8)

4.2泥水加压平衡盾构的特点 (8)

5泥水加压平衡盾构施工 (9)

5.1施工流程 (9)

5.2入坑准备作业 (9)

5.3初期掘进 (10)

5.4盾构开挖作业 (10)

5.5出洞准备作业 (10)

6结束语 (11)

致谢 (12)

参考文献 (13)

1绪论

盾构施工的基本原理就是一个钢制盾构体沿隧洞轴线，边向前推进边对土壤进行挖掘。该盾构体组成的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排水、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。

盾构法施工作业均在地下进行，既不影响地面交通，又可减少对附近居民的噪声和震动影响，避免因地上、地下拆迁中断交通所带来的经济损失。同时，它还具备自动化程度高、施工安全、节省人力、工作效率高、施工进度、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响等特点。特备是其不受气候影响、可控制地面沉降等技术优越性，使其在地质条件差、地下水位高、隧洞洞线较长、埋深较大的工程中，质量、安全得到有效的保障。

盾构施工在隧道穿越工程中应用最多最广泛的方法。有泥水加压平衡盾构施工和衬砌与特殊盾构施工方法。泥水加压平衡盾构施工是主要方法。泥浆控制是大型泥水盾构施工顺利实施的重要保证之一。

1．1盾构施工法定义

盾构施工法，即全断面隧道掘进机隧道施工法，是靠旋转并推进刀盘，通过盘形滚刀破碎岩石而使隧洞全断面一次成型的隧道施工方法。自问世以几十年以来，以其高效、安全、环保等优点，已被广泛用在水利交通采矿等领域。盾构施工法施工在国内外已取得了很大的成功，但失败的实例也越来越多地被报道。目前对盾构施工展开的研究多集中在刀具、施工预测及施工技术等方面。在隧道方案选择，特别是长大隧道施工采用常规或是盾构施工法施工的选择上，还是建立在一般的比较上，没有完整的选择方法。隧道工程往往涉及资金投入大、工期长、相关因素多，如何选择合理的施工方案尤为重要。

盾构施工法是使用盾构机在地下掘进，在护盾的保护下，在机内安全的进行开挖和衬砌作业，从而构筑成隧道的施工方法。盾构施工法是由稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌三大部分组成。

1．2盾构施工的优缺点

在管道穿越中盾构施工的优点：安全开挖和衬砌，掘进速度快；盾构的推进、出土、拼装衬砌等全过程可实现自动化作业，施工劳动强度低。不影响地面交通与设施，同时不影响地下管线等设施；穿越河道时不影响航运，施工中不受季节、风雨等气候条件影响，施工中没有噪音和扰动；在松软含水地层中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优越性。

盾构施工的缺点：断面尺寸多变的区段适应能力差；新型盾构购置费昂贵，对施工区段短的工程不太经济。

1.3注意事项

在盾构施工中需注意一些事项：地层的承担能力；盾构机盾尾刷的损坏，引起的漏水现象；刀头的保护；泥浆材料和水泥有效成分的比重、浓度及粘性；泥水输送过程的速度；泥浆输送泵的扬程；盾尾的密闭性；盾构施工过程中的水土压力。

1.4盾构施工的条件

在松软含水地层，或地下线路等设施埋深达到10m或更深时，可以采用盾构法，即；

①线位上允许建造用于盾构进出洞和出碴进料的工作井；

②隧道要有足够的埋深，覆土深度宜不小于6m且不小于盾构直径；

③相对均质的地质条件；

④如果是单洞则要有足够的线间距，洞与洞及洞与其它建（构）筑物之间所夹土（岩）体加固处理的最小厚度为水平方向1.0m,竖直方向1.5m；

⑤从经济角度讲，连续的施工长度不小于300m。

盾构既是一种施工机具，也是一种强有力的临时支撑结构。盾构机外形上看是一个大的钢管机，较隧道部分略大，它是设计用来抵挡外向水压和地层压力的。它包括三部分：前部的切口环、中部的支撑环以及后部的盾尾。大多数盾构的形状为圆形，也有椭圆形、半圆形、马蹄形及箱形等其他形式。

1.5盾构施工的步骤

盾构施工方法由以下几个步骤组成：

第一，在置放盾构机的地方打一个垂直井，再用混泥土墙进行加固；第二，将盾构机安装到井底，并装配相应的千斤顶；第三，用千斤顶之力驱动井底部的盾构机往水平方向前进，形成隧道；第四，将开挖好的隧道边墙用事先制作好的混泥土衬砌加固，地压较高时可以采用浇铸的钢制衬砌加固来代替混泥土衬砌。

盾构法施工中，其隧道一般采用以预制管片拼装的圆形衬砌，也可采用挤压混凝土圆形衬砌，必要时可再浇筑一层内衬砌，形成防水功能好的圆形双层衬砌。

2盾构施工中常见的问题及解决方法

2.1盾构施工中呈“蛇形”前进

由于在盾构机的推进过程中，操作人员在对盾构机中心轴线与隧道中心线出现的偏差进行纠正时，若每次的纠偏量过大，将导致不停地对盾构机进行左右纠偏，造成盾构机呈“蛇形“前进。

对于盾构机中心轴线与隧道中心线出现的偏差，操作人员应及时纠正，盾构机一次（一环）的纠偏量以不超过5 mm为标准，以减少盾构机在推进过程中对地层的扰动，以及盾尾钢板拉伤了管片，损坏了管片的止水条，影响止水效果；若每次纠偏量过大，还会造成盾尾内管片拼装困难，有时会给完成后的隧道使用带来障碍。

2.2螺旋输送机出料口形成大土堆

在粘性土层中，由于土体粘性大，由刀盘切削下来的粘土与土仓内的水难以均匀地混和，造成泥水分离。在螺旋输送机出土时，整团泥土从螺旋输送机出土闸门排出至胶带输送机的胶带上。由于泥和水呈分离状态，所以泥和胶带之间的摩擦力较小，而且胶带向上运转，使泥土在胶带上打滑而不能被及时运走。随着螺旋输送机不停地出土，皮带上的泥土越积越多，土堆越来越大，逐渐被胶带两侧的挡上板支撑住。土堆底部的泥土因受土堆重压而被胶带运走，被胶带两侧挡土板支撑住的泥土堆和胶带不接触，不能被胶带运走，滞留在胶带的上方，结果在螺旋输送机出料口形成大土堆。

当形成大土堆后，螺旋输送机应停止出土，继续运转胶带输送机，采用人工方法进行清除，并通过胶带运走。禁止操作人员为了减少麻烦试图通过螺旋输送机继续出土，增加土堆土方的泥土重量将其压塌，使土堆塌落在胶带上而被运走。若此时螺旋输送机继续出土，大量泥土将从土堆的上方滑落至胶带输送机前端的支撑架上，结果不但不能将土堆压塌，反而会使支撑架上的泥土越积越多，可能造成整个支撑架被压塌的后果。所以当遇到

粘土地层时，在盾构机推进过程中，应使泥和水在泥土仓内尽可能地均匀混和，避免泥水混和不均；同时通过摄像仪观察螺旋输送机的出土情况，当发现有整团泥土在胶带上打滑，滞留在胶带上不能被胶带及时运走时，应减小螺旋输送机出土速度，或停止出土，以防止胶带上的泥土越积越多而形成大土堆，待滞留在胶带上的泥土被运走后，再继续出土。

总之，在遇到粘土地层时，只要操作人员谨慎地操作，注意观察，措施及时，就可避免形成大土堆。

2.3盾构过程中产生泥饼问题

盾构机在粘性土层中施工时，由于粘性土具有内摩擦角小、粘性大和流动困难等特点，使得粘性土体粘附在刀盘上。被刀盘从开挖面上切削下来的粘土，通过刀盘渣槽进入泥土仓后，在泥土仓上压力的作用下容易被压实固结，首先将刀盘支撑臂中心充满填实，并很快地堵死了刀盘中心的渣槽，使刀盘中心正面的土体不能通过中心刀渣槽进入泥土仓，而是在刀盘挤压力的作用下从刀盘四周的渣槽进入泥土仓。逐渐地，整个泥土仓内全部被压实固结的土体充满并堵塞。当刀盘继续旋转切削土体时，固结土体的刀盘和开挖面土体之间产生很大的摩擦力，相互摩擦产生大量的热量，刀盘温度不断升高，使刀盘和泥土仓内的土体不断地被烧结固化，最终在刀盘和整个泥土仓内形成坚硬的“泥饼”。

“泥饼”形成后，刀盘扭矩和盾构机推进阻力均迅速增大，螺旋输送机无法出土，盾构机不能往前推进。泥土仓内过高的温度会缩短刀盘主轴承的使用寿命，加速主轴承的损坏，甚至会出现主轴承“烧结、抱死”的严重后果解决方法为；

⑴适量增加泡沫的注入量，减小碴土的黏附性，降低泥饼产生的几率。

⑵刀盘背面和土仓压力隔板上设搅拌棒，以加强搅拌强度和范围，并通过土仓隔板上搅拌棒的泡沫孔向土仓中注射泡沫，改善渣土和易性，增大渣土流动性。

⑶必要时螺旋输送机内也要加入泡沫，以增加碴土的流动性，利于碴土的排出。

⑷控制循环睡的温度由于刀盘温度高造成的泥饼问题

⑸一旦产生泥饼，可空转刀盘使泥饼在离心力的作用下脱落。确保开挖面稳定的情况

下也可采用人工进仓清除。

2.4若螺旋输送机被卡

解决方法为反复伸、缩螺杆并同时正、反转，如低速正转同时伸、缩螺杆，若超限则反转同时伸、缩螺杆，如此反复，基本上都可以脱困。

2.5同步注浆时遇到堵管情况

出现堵管的情况，其原因主要是：砂浆配比不好，以致砂浆初凝时间太短、砂浆易沉淀离析、砂浆流动性差。；原材料不好，如砂太粗；盾尾浆管回砂；长时间停注前未注射膨润土液洗管。

当遇到同步注浆堵管时有以下几种解决方法：调整浆液配合比，选择合适的胶凝时间。一般为8-10小时；安装管片活或出渣过程中预留部分砂浆，保持管路畅通；改装管路，增加独立的膨润土清洗管路。

3衬砌与特殊盾构施工方法

3．1压注混凝土衬砌

70年代中后期由德国开发了挤压素混凝土整体衬砌。日本、法国在此基础上发展了浇筑钢筋混凝土衬砌法，随着盾构的推进，移动盾尾空隙的时候，通过混凝土加压千斤顶的加压压力及用混凝土浇筑泵的压送力，配合盾构推进量挤压新浇混凝土，修筑与围岩贴紧的牢固衬砌。

3．2环片衬砌

随着盾构的推进，机体尾部通过拼装机构拼装已在地面预制好的混凝土环片。盾构每推进一环距离，就在盾尾的支护下拼装一环衬砌，并向衬砌外围的空隙压注水泥砂浆，以防止隧道及地面的沉降。盾构推进的反力由衬砌环片承担。随着环片逐环拼装，隧道逐渐建成。

3．3扩径盾构施工法

扩径盾构施工法是对原有盾构隧道上的部分区间进行直径扩展。

先依次撤除原有部分衬砌和挖去部分围岩，修建能够设置扩径盾构机的空间作为其出发基地。随着衬砌的撤除，原有隧道的结构，作用荷载和应力将发生变化，所以必须在原有隧道开孔部及附近采取加固措施。

3．4球体盾构施工法

又称直角方向连续掘进施工法，根据变换方法可分为纵、横连续掘进和横、横连续掘进施工，均只使用一台盾构机。

4泥水加压平衡盾构机工作原理

4.1泥水加压平衡盾构机的工作原理

在刀盘后侧设置隔板，它与刀盘之间形成泥水压力室（土仓），将已调整适合土质状态的泥水从送泥泵经送泥管压送至泥水压力室形成泥水压力，通过此压力将泥水与土层间形成泥膜来保持开挖面的稳定。

盾构机掘进时由旋转刀盘切削下来的土砂经土仓内搅拌装置搅拌后形成高浓度的泥浆，再由排泥泵经排泥管输送至地面的泥水分离设备进行土砂与泥水分离处理，分离后土砂运至弃渣场存放，泥水则送入调整槽进行比重与粘度调整，使其达到要求后再循环至开挖面使用，此一连贯动作称之为泥水环流。

在维持开挖面稳定状态下，配合泥水环流进行盾构开挖、推进和环片支撑等循环作业，依次进行至完成隧道施工。

4.2泥水加压平衡盾构的特点

（1）在不稳定的地段中，当盾构开挖受阻时，采用泥水加压盾构能使开挖面保持稳定。

（2）挖土及出土全部机械化，并可在地面上控制，从而改善了隧道内作业条件，提高了工作效率。

（3）因采用管路排泥，能使隧道内保持清洁。

（4）对于大直径砾石层只需增加破碎装置和取砾石的分离装置便能施工。

（5）泥水加压平衡盾构能适应较广的土层条件，可在不同覆土深度及恶劣的地质条件下进行施工，特别适用于地下水位高的不稳定软弱地层及江海底下的隧道施工。

（6）需要泥水环流及分离设备，施工费用昂贵，排放水要符合严格环保标准

（7）设备复杂，技术要求高，占地面积较大，专业维修人员多。

5泥水加压平衡盾构施工

5.1施工流程

发进台安装→盾构机吊装→反力座安装→镜面试水及出发镜面框安装→镜面破除、发进入洞→初期掘进→设备转换→正式掘进→机头碰壁→镜面破除出洞→盾构机及附属设备解体吊离

5.2入坑准备作业

（1）发进台安装；利用发进台组装盾构机及试车校正盾构机的方向及高程。

发进台安装时要精确控制其高程及方向，各构件之间的螺栓或焊接连接必须牢固可靠。

（2）反力座安装；反力座是盾构机初期推进时反力传递的支墩。反力座的拆除须待盾构机全部推进土中，并且环片摩擦力足以承受盾构机最大推力时才可拆除。

反力座在安装时垂直方向必须与发进台的水平方向成直角。

（3）假隧道及发进止水封圈；在盾构机发进前端,首先安装镜面框圈（按设计的中心及高程），其次用钢筋混凝土浇置一假隧道，第三安装橡胶止水圈防止水砂外涌。

（4）盾构机吊装；起重机械作业半径内严禁人员进入；吊挂作业前认真计算荷载和选用钢丝索﹑吊扣，以免发生危险；盾构机吊入时需加强吊车操作与吊挂人员的联系，设专人指挥。

（5）环片假组立；假组立是指反力座至镜面的距离，目的在于将盾构机反作用力传递于反力座上。一般采用钢筋混凝土环片进行假组立，因此环片组立后必须保持其真圆度，同时要用三角楔木打入环片与发进台间的间隙垫高环片，以保持环片的高程。

（6）镜面破除；检查镜面底盘改良段止封水效果和断面大小，清除镜面前的所有杂物，备齐足够的补强、堵漏材料及抽水机等后，即可由下往上凿除镜面。

5.3初期掘进

盾构机进洞后，为了放置后续台车等附属设备，需先进行一段距离的掘进，然后再进行设备转换，这段距离的掘进称为初期掘进。初期掘进距离的最终确定取决于以下距离较长的一段：

（1）盾构机进洞后，环片摩擦力足以承受盾构机最大推力的距离；

（2）能放置后续台车等附属设备的距离。

5.4盾构开挖作业

开启刀盘驱动液压马达，带动切削刀盘转动。开启送、排泥浆泵、空压机，建立起泥浆循环与泥水平衡系统。将一定浓度的泥浆泵送入泥水室中。此时，开启盾构顶进油缸组，使盾构向前推进。盾构切削刀盘的刀具切入岩土中，切下的岩块和土碴与泥浆经过锥形粉碎腔进入泥水泵送管道。在盾构掘进过程中，必须随时检查泥水平衡系统各项参数，并根据实际情况进行调整。

当盾构向前推进到比环片稍宽的宽度，进行环片拼装。整个衬砌环形成后，通过千斤顶提供动力，进行下一次掘进。掘进同时，对已安装的环片进行背填注浆，以填补其后的空隙。

5.5出洞准备作业

盾构机出洞为盾构施工最后阶段的重要作业，为确保盾构机能顺利出洞，需做好出洞准备工作盾构机在出洞前的准备，原则上与进洞类似，唯镜面框及止水胶圈安装须待盾构机进入井壁一半后才能安装，以确保出洞的安全；当安装完隧道内最后一环环片时，以空推方式将盾构机与环片脱离。