1、馬蹄形盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)與施工 主講人：申志軍（教高） 蒙西華中鐵路股份有限公司 2016年12月,內(nèi)容提綱,一、問(wèn)題的提出,二、馬蹄形盾構(gòu)比選,三、盾構(gòu)管片設(shè)計(jì)與預(yù)制,四、隧道施工,五、關(guān)鍵技術(shù)和需研究的問(wèn)題,預(yù)留核心土法,三臺(tái)階開(kāi)挖法,一、問(wèn)題的提出,1.土質(zhì)山嶺隧道施工方法,一、問(wèn)題的提出,1.土質(zhì)山嶺隧道施工方法-超前加固,一、問(wèn)題的提出,1.土質(zhì)山嶺隧道施工方法-施工機(jī)械,2、存在的風(fēng)險(xiǎn),安全風(fēng)險(xiǎn)大 施工質(zhì)量差 施工進(jìn)度慢 作業(yè)環(huán)境差 機(jī)械化程度低,隧道塌方,軟巖大變形,拱頂開(kāi)裂,大量施工粉塵,洞壁開(kāi)裂,一、問(wèn)題的提出,一、問(wèn)題的提出,3、盾構(gòu)工法-分類(lèi),一、問(wèn)題的提出,3、盾構(gòu)工法-單圓

2、盾構(gòu),一、問(wèn)題的提出,雙圓盾構(gòu),三圓盾構(gòu),3、盾構(gòu)工法-多圓盾構(gòu),一、問(wèn)題的提出,3、盾構(gòu)工法-非圓盾構(gòu),相比于單圓盾構(gòu)隧道，異形盾構(gòu)隧道（多圓盾構(gòu)隧道和非圓盾構(gòu)隧道）具有斷面利用率高、工程造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)。,矩形盾構(gòu),馬蹄形盾構(gòu),橢圓形盾構(gòu),二、馬蹄形盾構(gòu)方案比選,1、依托工程-白城隧道 白城隧道位于陜西省靖邊縣內(nèi)，隧道全長(zhǎng)3345m，為時(shí)速120km單洞雙線電氣化重載煤運(yùn)鐵路隧道，隧道最大埋深為81m。,1、依托工程-白城隧道,二、馬蹄形盾構(gòu)方案比選,白城隧道主要穿越地層以粉砂、細(xì)砂、砂質(zhì)新黃土為主，細(xì)顆粒含量足夠，天然含水量較低，弱透水。,2、工程特點(diǎn),二、馬蹄形盾構(gòu)方案比選,（1）隧道進(jìn)出

3、口淺埋段較長(zhǎng)，淺埋段為松散的粉細(xì)沙地層，不能自穩(wěn)，容易發(fā)生流砂及坍塌。,（2）隧道穿越的第四系上更新統(tǒng)砂質(zhì)新黃土具濕陷性，隧道洞身部分地段位濕陷深度以?xún)?nèi)，需進(jìn)行基底處理。,二、馬蹄形盾構(gòu)方案比選,（3）白城隧道下穿包茂高速、天然氣管及供水管段，沉降控制要求高，盾構(gòu)穿越施工風(fēng)險(xiǎn)存在。,二、馬蹄形盾構(gòu)方案比選,二、馬蹄形盾構(gòu)方案比選,3、施工工法對(duì)比,4、盾構(gòu)選型 白城隧道主要穿越地層以粉砂、細(xì)砂、砂質(zhì)新黃土為主，細(xì)顆粒含量足夠，天然含水量較低，弱透水。隧道黃土地基承載力為180kPa，盾構(gòu)機(jī)主機(jī)重量與盾體投影面積比值（40kPa）小于該數(shù)值，能夠保證主機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中不會(huì)下沉。 采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)掘

4、進(jìn)時(shí)，易于獲得流塑性良好的渣土，建立土倉(cāng)的平衡壓力，掘進(jìn)時(shí)能夠有效控制地表沉降。并且黃土地層土壓平衡盾構(gòu)施工已經(jīng)有成功經(jīng)驗(yàn)，投資要低于泥水平衡盾構(gòu)。 綜上所述，本隧道工程應(yīng)采用土壓平衡盾構(gòu)。,二、馬蹄形盾構(gòu)方案比選,二、馬蹄形盾構(gòu)方案比選,采用馬蹄形斷面較圓形斷面內(nèi)輪廓可減少約7.1m，減少部位為圓形斷面仰拱底部混凝土仰拱填充，馬蹄形斷面可顯著減少傳統(tǒng)盾構(gòu)的仰拱底部混凝土圬工方，節(jié)省工程投資，推薦采用馬蹄形盾構(gòu)斷面形式。,4、盾構(gòu)選型,二、馬蹄形盾構(gòu)方案比選,4、盾構(gòu)選型,世界首臺(tái)馬蹄形盾構(gòu)工廠組裝整機(jī)圖,2016年7月17日， 馬蹄形盾構(gòu)在中鐵裝備國(guó)家TBM產(chǎn)業(yè)化基地成功下線。,二、馬蹄形盾

5、構(gòu)方案比選,盾構(gòu)外輪廓高10950mm、寬11900mm； 最大推進(jìn)速度60mm/min； 最大推力13948t； 采用液壓驅(qū)動(dòng)； 開(kāi)挖面設(shè)置刀盤(pán)9個(gè)； 單個(gè)刀盤(pán)最大驅(qū)動(dòng)扭矩3044kn/m； 裝機(jī)總功率3726kw。,二、馬蹄形盾構(gòu)方案比選,5、馬蹄形盾構(gòu)基本設(shè)計(jì)參數(shù),整機(jī)長(zhǎng)度118m，整機(jī)重量1600t。 采用雙螺旋輸送機(jī)出土，連續(xù)皮帶機(jī)運(yùn)渣，仰拱棧橋同步進(jìn)行仰供填充。 馬蹄形盾構(gòu)體現(xiàn)的不僅僅是斷面、外觀上的變化，更反映工法、技術(shù)上的革新，它能夠最大程度增加空間利用率。 開(kāi)啟了黃土隧道開(kāi)挖新模式。,二、馬蹄形盾構(gòu)方案比選,6、馬蹄形盾構(gòu)設(shè)計(jì)概況,世界首臺(tái)馬蹄形盾構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)組裝圖,二、馬蹄形盾構(gòu)

6、方案比選,世界首臺(tái)馬蹄形盾構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)組裝圖,二、馬蹄形盾構(gòu)方案比選,世界首臺(tái)馬蹄形盾構(gòu)組裝完成內(nèi)部圖,二、馬蹄形盾構(gòu)方案比選,三、隧道盾構(gòu)管片設(shè)計(jì)與預(yù)制,1.管片設(shè)計(jì)情況 白城隧道斷面為3種半徑4個(gè)圓形，管片設(shè)計(jì)為馬蹄形斷面，設(shè)計(jì)寬度1600mm，厚度500mm，整環(huán)管片分為7片+1片=8片，成環(huán)尺寸高度10590mm、寬度11540mm，管片設(shè)置奇偶環(huán)，無(wú)楔形量，采取錯(cuò)縫拼裝，單片管片最重10t，管片混凝土等級(jí)C50，抗?jié)B等級(jí)P10。,1.管片設(shè)計(jì)情況 管片連接采用螺栓連接，環(huán)向44顆RD30螺栓，縱向16顆RD36螺栓，機(jī)械性能等級(jí)8.8級(jí)。 根據(jù)隧道埋深管片分為淺埋、中埋、深埋管片。 管片生

7、產(chǎn)共使用模具4套，8環(huán)/天產(chǎn)量。管片采取固定生產(chǎn)方式，養(yǎng)護(hù)模式采取蒸汽養(yǎng)護(hù)及水池養(yǎng)護(hù)。白城隧道共計(jì)需要1902環(huán)。,三、隧道盾構(gòu)管片設(shè)計(jì)與預(yù)制,1.管片設(shè)計(jì)情況,三、隧道盾構(gòu)管片設(shè)計(jì)與預(yù)制,2.管片預(yù)制 5月8日開(kāi)始預(yù)制，受天氣及場(chǎng)地條件限制管片預(yù)制于11月13日停止本年生產(chǎn)，截至目前已經(jīng)生產(chǎn)管片966環(huán)，管片剩余936環(huán)。 現(xiàn)場(chǎng)貯備量滿(mǎn)足明年管片預(yù)制復(fù)工前掘進(jìn)使用量。,三、隧道盾構(gòu)管片設(shè)計(jì)與預(yù)制,管片鋼筋籠制作,三、隧道盾構(gòu)管片設(shè)計(jì)與預(yù)制,管片混凝土澆筑,三、隧道盾構(gòu)管片設(shè)計(jì)與預(yù)制,管片水池養(yǎng)護(hù),三、隧道盾構(gòu)管片設(shè)計(jì)與預(yù)制,四、隧道施工,1.盾構(gòu)掘進(jìn) 白城隧道馬蹄形盾構(gòu)于2016年7月17日

8、在國(guó)家TBM產(chǎn)業(yè)化中心下線，2016年10月20日首環(huán)負(fù)環(huán)拼裝，2016年11月11日舉行始發(fā)儀式，目前已經(jīng)掘進(jìn)51環(huán)，合計(jì)81.6m。 本項(xiàng)目前100環(huán)定為始發(fā)段，始發(fā)段主要是設(shè)備、人員磨合、掘進(jìn)參數(shù)及工序組織優(yōu)化階段，目前已經(jīng)初步掌握地層特點(diǎn)及適合地層的掘進(jìn)參數(shù)，單日最高進(jìn)度4環(huán)（6.4m），后期進(jìn)度基本能保證日均6環(huán)（9.6m）。,馬蹄形盾構(gòu)首環(huán)成功拼裝,四、隧道施工,掘進(jìn)參數(shù)控制,四、隧道施工,馬蹄形盾構(gòu)掘進(jìn)出土情況,四、隧道施工,隧道內(nèi)碴土運(yùn)輸連續(xù)皮帶機(jī),四、隧道施工,洞外碴土運(yùn)輸系統(tǒng),轉(zhuǎn)載皮帶機(jī),棄土場(chǎng),連續(xù)皮帶機(jī),四、隧道施工,管片拼裝完成后成型隧道,四、隧道施工,2.進(jìn)度計(jì)劃

9、（1）2016年11月1日30日 ，月掘進(jìn)64米； （2）2016年12月2017年1月，月掘進(jìn)240米； （3）2017年2月2017年9月，月掘進(jìn)300米； （4）2017年10月，月掘進(jìn)160米； （5）2017年11月，接收準(zhǔn)備、隧道貫通。 在盾構(gòu)掘進(jìn)期間可進(jìn)行仰拱可填充、電纜溝槽施工、部分附屬工程施工，沉降觀測(cè)期內(nèi)施工完成出口明洞。,四、隧道施工,五、 關(guān)鍵技術(shù)與研究的問(wèn)題,1、關(guān)鍵技術(shù) 大斷面馬蹄形盾構(gòu)多刀盤(pán)聯(lián)合分步開(kāi)挖技術(shù) 多馬達(dá)平衡負(fù)載協(xié)同驅(qū)動(dòng)技術(shù) 大斷面馬蹄形盾構(gòu)管片拼裝技術(shù) 黃土地層大斷面馬蹄形盾構(gòu)復(fù)合式渣土改良技術(shù) 大斷面馬蹄形盾構(gòu)管片分塊與接頭設(shè)計(jì)技術(shù) 大斷面馬蹄形盾構(gòu)防滾糾偏技術(shù) 大斷面馬蹄形盾構(gòu)機(jī)在線監(jiān)測(cè)與施工控制技術(shù),2、進(jìn)一步研究的問(wèn)題 1.大