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1、二.盾构机选型,一.盾构简介,三.地铁盾构结构设计,四.附属结构设计,五.盾构隧道防水设计,六.地铁盾构设计重难点,一.盾构简介,盾构法施工的概念 使用盾构机，一边保持开挖面及围岩稳定，一边进行隧道掘进、出渣，并在盾尾内拼装管片形成衬砌，及时实施注浆，尽可能不扰动围岩条件下修建隧道的方法。 第一条盾构隧道 1818年，法国的布鲁诺尔(M.I.Brune1)，最早提出了用盾构法建设隧道的设想，并在英国取得了专利。 1825年，他第一次在伦敦泰晤河下开始用一个断面高6.8m、宽11.4m的矩形盾构修建隧道。 1843年，经过18年施工，完成了全长458m的第一条盾构法隧道。 盾构经过四代发展,一.
2、盾构简介,18181880年 敞口式手掘盾构,一.盾构简介,19601980年 闭胸式盾构,一.盾构简介,1980至今 大断面，大深度，长距离，高速化；断面的多样化；,一.盾构简介,一.盾构简介,盾构优点,盾构施工优点 地面作业少，隐蔽性好，因噪音、振动引起的环境影响小。 自动化程度高、劳动强度低、施工速度快； 因隧道衬砌属工厂预制，质量有保证； 穿越地面建筑群和地下管线密集的区域时，周围受施工影响小； 对于地质复杂、含水量大、围岩软弱的地层可确保施工安全； 在费用和技术难度上不受覆土深度影响。,一.盾构简介,盾构缺点,盾构施工缺点 一次性投入大，施工设备费用较高； 覆土较浅时，地表沉降较难控
3、制； 用于施作小曲率半径（R20D）隧道时掘进较困难。,一.盾构简介,盾构组成,刀盘,盾体,后配套设备,前盾 中盾 尾盾,配套台车、管片运输设备、出土设备、注浆系统、监控系统等。,二.盾构机选型,盾构机的选型及设计 工程在前期准备时最重要的工作 盾构机选型考虑因素 地层土质条件 断面大小 线路周边环境 排土方式 地铁盾构常用的机型 泥水平衡盾构 土压平衡盾构,二.盾构机选型,泥水平衡式盾构,土压平衡式盾构,二.盾构机选型,泥水平衡式盾构,二.盾构机选型,土压平衡式盾构,二.盾构机选型,泥水平衡式盾构,土压平衡式盾构,比较项目,二.盾构机选型,土层地质,三.地铁盾构结构设计,主要设计原则,抗震设
4、防烈度：度， 结构设计按7度采取构造处理措施,结构设计使用年限：100年 结构的安全等级：一级,消防要求：联络通道设置间距， 沿隧道纵向方向不大于600m,抗浮安全系数： 不考虑侧摩阻力时，大于等于1.1,三.地铁盾构结构设计,设计原则,单管大洞方案 内径10米，外径11米； 双管小洞方案 内径5.4米，外径6.0米；,三.地铁盾构结构设计,断面方案,管片类型 钢管片 钢筋混凝土管片,三.地铁盾构结构设计,管片结构,衬砌环形式 普通环 左转弯环+直线环+右转弯环 通用环 一种楔形环管片的不同角度的旋转拟合线路,三.地铁盾构结构设计,管片结构,管片拼装形式 通缝拼装 拼装难度小，衬砌空间刚度稍差
5、。 错缝拼装 接缝刚度分布均匀，整体性较好，管片精度要求高，拼装难度较大。,三.地铁盾构结构设计,管片结构,管片接缝连接 弯螺栓连接 斜螺栓连接 直螺栓连接,三.地铁盾构结构设计,管片结构,管片环宽 .5m；外径6.0m 管片 楔形量45mm； C50通用环管片； 管片厚度 300mm； 管片分6块，5+1模式，小封顶,三.地铁盾构结构设计,管片结构,武汉地铁管片,三.地铁盾构结构设计,衬砌内力分析,地层结构法（有限元法） 二维平面分析 三维空间分析 荷载结构法 弹性均质圆环法 弹性铰接圆环法 日本修正惯用法,二维平面分析,三维空间分析,弹性均质圆环法,弹性铰接圆环法,三.地铁盾构结构设计,衬
6、砌内力分析,日本修正惯用法 考虑管片接头影响，进行刚度折减后按均质圆环进行计算； 地层抗力按三角形抗力考虑； 计算结果考虑管片环间错缝拼装影响进行内力调整。,管片内力Mg：计算的弯矩为（1+）M，轴力为N； 接头内力Mf：计算的弯矩为（1-）M，轴力为N； ：弯距调整系数，一般取0.30.5。,三.地铁盾构结构设计,衬砌内力分析,计算结果示意,三.地铁盾构结构设计,衬砌内力分析,土压力计算 土柱理论（H=2D）,三.地铁盾构结构设计,变形分析,地面变形阶段 分五个阶段,三.地铁盾构结构设计,变形分析,地面变形机理,三.地铁盾构结构设计,变形分析,地面变形计算 Peck公式 数值计算 有限元法、
7、有限差分法进行隧道开挖施工过程模拟分析 应用于盾构施工对周边构筑物影响分析。,三.地铁盾构结构设计,变形分析,施工对周边构筑物影响 桥梁、民建桩基础 桩顶位移小于6mm 铁路 任意10m范围内的最大沉降差5mm。 铁路两条钢轨间的横向高差4mm 地下车行、人行通道 变形控制：-20+10mm 敏感构筑物 相关规范的允许范围 地下管线 相关规范的允许范围,地铁8号线穿越竹叶山高架立交桥桩,地铁8号线下穿友谊大道通道,地铁8号线下穿徐东平价人行通道,三.地铁盾构结构设计,变形分析,变形控制 盾构施工控制 严格控制开挖面的出土量 提高施工的速度和连续性 及时同步注浆,缩短衬砌脱出盾尾的暴露时间 地层
8、改良 高压旋喷桩、搅拌桩、灌浆 隔离桩,四.隧道附属结构设计,四.附属结构设计,工作井,工作井 盾构始发 盾构接受 盾构调头 盾构过站 站内过站、站外过站,四.附属结构设计,工作井,洞门密封 洞圈与盾构外径有一定的间隙 防止盾构出洞时及施工期间土体及浆液从该间隙中流失 在洞圈周围安装由橡胶帘布、扇形压板等组成的密封装置。,四.附属结构设计,端头加固 目的 控制地下水压力 防止盾构掘进时由超挖而引起的土砂流入。 方式 高压旋喷桩、搅拌桩、灌浆,工作井,四.附属结构设计,联络通道,联络通道设置 距离 间距不大于600 m 方式 独立联络通道 联络通道与泵房合建,四.附属结构设计,联络通道,特殊衬砌
9、环 特殊钢管片 局部拆除 钢筋混凝土管片 局部切割 采用特殊的配筋设计,四.附属结构设计,联络通道,施工方法 矿山法施工 地基加固 冻结法 高压旋喷 地面注浆,五.盾构隧道防水设计,五.盾构隧道防水设计,设计原则标准,设计原则 以防为主，刚柔结合，多道设防，因地制宜，综合治理。 以结构自防水为主，关键处理好环纵缝的防水。 设计标准 结构防水等级为二级,五.盾构隧道防水设计,防水设计,管片自防水 混凝土等级为C50，抗渗等级P10。 接缝防水 海绵橡胶 弹性密封垫 嵌缝（聚硫密封胶 ） 螺栓孔的防水 采用遇水膨胀橡胶密封圈,海绵橡胶,嵌缝,弹性密封垫,六.地铁盾构设计重难点,六.地铁盾构设计重难点,注重与线路专业协调沟通 平面设计 避绕构筑物 纵面设计 地质选线 最低点控制 盾构始发、接收 工作井洞门破除 端头加固 临时防水 掌子面稳定 联络通道 与盾构隧道连接节点 加固方案 施工配合 增强现场分析解决问题的能力,
