[工学]第五章 盾构施工技术 第4-7节.ppt
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1、盾构施工技术,山东科技大学土建学院 乔卫国 教授,第五章 盾构施工技术 第四节 盾构尺寸和盾构 千斤顶推力的确定,盾构是针对性很强的专用施工机械。 每个盾构法施工的隧道要根据地质水文条件、隧道断面尺寸、建筑限界、衬砌厚度、衬砌拼装方式等专门设计制造专用盾构。 盾构设计内容: 1、盾构的几何尺寸:盾构外径D、盾构本体长度Lm、盾构灵敏度Lm/D; 2、千斤顶的推力。,一、盾构外径D 盾构外径D根据管片外径、盾尾空隙、盾尾板厚确定。 D=D0+2(x+t) 式中 D0管片外径; t盾尾钢板厚度,根据经验公式选用t=0.02+0.01(D-4), 当D4m时,第二项为0;即当D4m时,t=20mm;
2、当D=10m时,t=80mm。 x盾尾空隙。管片组装时富裕量,x=0.01 D00.008 D0,根据日本经验,x=20 30mm。,二、盾构长度L 盾构长度L盾构前端至后端的最大距离, 即全长。 盾构本体长Lm盾构壳体范围内的盾构长度。 Lm=LH+LG+Lr 式中 LH切口环长度, LH=L1+L2 L1切口环前檐长度,取300 500mm。 L2 开挖所需长度,(能容纳开挖机具) 一般小于2m。,LG支撑环长度,取决于千斤顶长度 (与管片宽度b有关); LG=b+(200 300mm), 200 300mm 为便于维修千斤顶的富余量。 Lr 盾尾长度, Lr=kb+m+c 式中 k盾尾遮
3、盖衬砌长度系数, 取1.3 2.5; m千斤顶尾座长度; c管片安装富余量,取200 300mm。,三、盾构灵敏度 Lm/D 盾构灵敏度从盾构结构上保持或改变掘进方向 的难易程度。采用Lm/D 表示。 保证盾构灵敏度和推进稳定性的经验数据 (灵敏度): 小型盾构: D=2 3m时, Lm/D =1.5 中型盾构: D=3 6m时, Lm/D =1.0 大型盾构: D=6 9m时, Lm/D =0.75 特大型盾构: D=9 12m时, Lm/D =0.45 0.75,四、千斤顶推力的确定 千斤顶群推力应足以克服盾构推进所遇阻力。 设计推力盾构推进所遇各种阻力总和。 装备推力各种推进阻力总和以及
4、富裕量。 1、推进阻力主要包括: 1)盾构壳体与地层间的摩擦力或粘结力F1; 2)切口环切入土层产生的贯入阻力F2 ; 3)开挖面正面阻力F3 :对机械化开挖盾构, F3 为作用于刀盘的推进阻力; 4)曲线施工、纠偏时的变向阻力F4 ; 5)盾尾板与衬砌间的摩擦阻力F5; 6)盾构后面平台车的牵引阻力F6 ;,2、设计推力 盾构千斤顶推进阻力总和F F=F1+F2+F3+F4+F5+F6 砂性土; 粘土。,钢与土的摩擦系数; 钢与钢或砼的摩擦系数; 车轮与钢轨间的摩擦系数; G1盾构重量; G2衬砌重量; G3平台车重量; Pm作用在盾构上的平均土压力; Pf开挖面正面阻力; C土的粘结力;
5、Kp被动土压力系数; R地层抗力; u开挖面周长;,t切环刀口贯入深度; S阻力板(与盾构推进方向垂直伸出的板,以控制盾构方向)在推进方向的投影面积。 可用F1 +F3定义设计推力 因为,F1 、F3占总推力的9599%。 3、装备推力Fe 盾构装备推力必须大于各种推进阻力总和(即设计推力)。 (1)根据设计推力和安全系数确定Fe Fe= AF A安全系数,通常取2。,(2)经验估算法 根据盾构外经和经验推力估算。 Fe=0.25D2P 式中:P开挖面单位面积经验推力。 P=700KN/m21100KN/m2 (人工、半机械化) P=1000KN/m21300KN/m2 (闭胸式,土压、 泥水
6、加压平衡式),4、千斤顶数量、每个千斤顶推力 与断面大小有关。 千斤顶数量N估算公式 N=(D/0.3)+(23) 中小断面:2030台,6001500KN/台 大断面:3140台,16002500KN/台 例: (1)上海打浦路隧道D=10.2m,重量400t, 40台,2000KN/台,总推力8000t; (2)上海延安东路隧道D=11.26m,重量 480t, 40台,2200KN/台,总推力8800t。,第五节 隧道衬砌,一、 衬砌结构 根据隧道功能、外围土层特点、隧道受力等条件,隧道衬砌结构分为:,11等分管片拼装图,单层结构 双层结构,1、单层结构 预制管片装配式,隧道掘进时,随掘
7、随装。 施工工艺简单,施工周期短,投资省。优先采用。,二次衬砌的实例,2、双层结构 在管片衬砌内再整体套砌一层混凝土(或钢筋混凝土)内衬(二次衬砌)。 多用于管片补强、防蚀、防渗、矫正中心线偏离、防震、使内表面光洁、隧道内部装饰。,按隧道使用要求,二次衬砌分为: 浇注底板混凝土 浇注1200下拱混凝土 浇注2400下拱混凝土 浇注全内衬混凝土。,二、 隧道衬砌管片类型,1、按管片材料分类 (1)铸铁管片成本高、脆。应用少。 (2)钢管片成本高、易锈蚀、变形。 做临时衬砌(主隧与旁侧通道相接处)。 (3)钢筋混凝土管片(RC管片)易加工、耐腐蚀、造价低、运输安装易损坏。广泛应用。C40以上。 (
8、4)复合管片 钢壳混凝土管片(SSPC) 扁钢加筋混凝土管片(FBRC) 用于矩形、椭圆形等特殊断面。 (5)挤压混凝土衬砌盾尾现浇混凝土衬砌。 施工速度快、防水效果好、造价低。应用少,发展方向。,2、按管片位置不同分类 标准管片若干块,两侧直边。 邻接管片封顶管片两侧各1块, 标准管片侧直边,封顶 管片侧斜边 封顶管片1块,两侧均为斜边 楔形管片转弯时用,上海地铁隧道外径6.2m,环宽1m,管片厚0.35m,由6块管片拼装而成。,平板式管片(标准片),平板式管片(封顶管片、邻接管片),3、按形状分类 (1)箱型管片由主肋、接头板或纵向肋构成 的凹形管片。 (2)平板型管片具有实心断面的弧板状
9、管片。,三、钢筋混凝土管片尺寸与制作 1、管片几何尺寸考虑因素 (1)运输能力水平运输、垂直运输 (2)拼装机举重臂能力 (3)盾构千斤顶行程大小 2、管片宽度(衬砌环宽度)B B=7501500mm,1000mm左右,3、管片厚度 根据隧道直径、埋深、围岩荷载、施工荷载、材质等因素确定。 一般=0.040.06D 当D6m时, =250350mm 当D6m时, =350600mm 4、管片最大弧弦长度:小于4m,管片钢筋笼制作,高精度管片钢模,高精度钢筋 混凝土管片,管片堆放及 防水条、衬垫,四、衬砌环管片数量 与隧道直径D有关。 小直径 D=3m左右,4块 中直径 D=6m左右,68块 大
10、直径 D=10m左右,810块 五、管片拼装形式 1、通缝拼装施工简单,用于主隧道完工后需建旁侧通道,便于拆卸管片。常用。 2、错缝拼装空间刚度好,结构变形小,应优先采用。但应用较少。,上海地铁隧道直缝拼装,南京长江隧道错缝拼装,南京长江隧道错缝拼装,武汉长江隧道错缝拼装,武汉长江隧道错缝拼装,管片试拼装,隧道拼装作业,9.4 双圆隧道结构试验,第六节 盾尾建筑空隙注浆,盾尾建筑空隙 = 管片和土体之间的建筑空隙 一、注浆的作用 1、防止和减少地面沉降; 2、改善衬砌受力状态; 3、提高衬砌防水抗渗能力。,二、注浆浆液的选择 1、 壁后注浆主要材料 水泥、石灰膏、黏土、粉煤灰、黄沙、 水玻璃等
11、。 2、浆液选择考虑的因素 土质条件、工法的种类、施工条件、价格等因素。 应在掌握浆液特性的基础上,按实际条件选用最合适的浆液材料。,(1)双液型浆液根据施工经验,在地层不稳定、易塌方的砂砾层和的砂层时,同步注浆,60%使用双液型浆液(瞬凝型浆液); 淤泥层、黏土层中使用双液型浆液的小于50%; 砂层、淤泥层,使用砂浆中添加纸浆纤维的浆液比例占 10%(速凝)。 (2)单液型浆液土体稳定,无须壁后注浆一定与掘进同时进行。对于砂砾层地下水含量大的地层来说,应选定不易被水稀释的浆液。,目前施工中使用最多的石灰膏浆液材料配合比见表 注浆材料配合比 (体积比 ),三、注入时期和注入方法 1、壁后注浆的
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