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1、地铁区间隧道结构及施工地铁区间隧道结构及施工 地铁区间隧道选型的原则地铁区间隧道选型的原则地铁区间隧道的结构形式地铁区间隧道的结构形式 地铁区间隧道的截面设计与构造地铁区间隧道的截面设计与构造 地铁区间隧道结构设计方法地铁区间隧道结构设计方法一、地一、地铁铁区区间间隧道隧道选选型的型的原原则则区间隧道即连接两个车站之间的隧道；区间隧道的走向和埋深，受到工程地质和水文地质条件、地面和地下环境影响，施工方法等因素制约，直接关系到造价的高低和施工的难易；地铁区间隧道结构包括：行车隧道、渡线、折返线、地下存车线、联络线以及其它附属建筑物；地铁区间隧道衬砌结构与构造主要取决于隧道的用途、沿线地形、地物、
2、水文地质、工程地质、施工方法、环境要求、维修管理、工期要求以及投资高低等因素。二二地地铁铁区区间间隧道的隧道的结结构形式构形式 特殊地段区间隧道结构形式4明挖法修建的地铁区间隧道结构形式1矿山法修建的地铁区间隧道结构形式2盾构法修建的地铁区间隧道结构形式3明挖法修建的地铁区间隧道结构形式明挖法修建的地铁区间隧道结构形式明挖法修建的地铁区间隧道结构形式1)整体式衬砌结构2)装配式衬砌结构3)区间喇叭口隧道4)渡线隧道、折返线隧道5)联络通道及其他附属结构明挖法修建的地铁区间隧道结构形式明挖法修建的地铁区间隧道结构形式矿山法修建的地铁区间隧道结构形式矿山法修建的地铁区间隧道结构形式明挖法施工明挖法
3、施工明挖法明挖法-系指由地面挖开的基坑中修筑地下构筑物的方法系指由地面挖开的基坑中修筑地下构筑物的方法明明挖挖法特点法特点有利于提高工效、缩短工期有利于提高工效、缩短工期综合工程造价优势显著综合工程造价优势显著施工降、排水容易施工降、排水容易对周围环境或道路交通影响大对周围环境或道路交通影响大须采取措施防止基坑变形须采取措施防止基坑变形施工安全施工安全地地铁车铁车站的站的结结构构设计设计明挖法施工工序图明挖法施工工序图-复合墙结构复合墙结构盖挖法施工的车站结构盖挖法施工的车站结构是在地面修筑维持地面交通的临时路面及其支撑后，自上而下开是在地面修筑维持地面交通的临时路面及其支撑后，自上而下开挖土
4、方至坑底设计标高，再自下而上修筑结构的方法挖土方至坑底设计标高，再自下而上修筑结构的方法。地地铁车铁车站的站的结结构构设计设计地地铁车铁车站的站的结结构构设计设计Company L盖挖法施工盖挖法施工盖挖法盖挖法盖挖逆筑法盖挖逆筑法盖挖顺筑法盖挖顺筑法是在地面修筑维是在地面修筑维持地面交通的临持地面交通的临时路面及其支撑时路面及其支撑后，自上而下开后，自上而下开挖土方至坑底设挖土方至坑底设计标高，再自下计标高，再自下而上修筑结构的而上修筑结构的方法方法其作业顺序与明其作业顺序与明挖法相反，方法挖法相反，方法是开挖地面修筑是开挖地面修筑结构顶板及其竖结构顶板及其竖向支撑结构后，向支撑结构后，在顶
5、板的下面自在顶板的下面自上而下分层开挖上而下分层开挖土方、分层修筑土方、分层修筑结构。结构。明挖法施工系指从地面向明挖法施工系指从地面向下开挖至基坑底面后，再下开挖至基坑底面后，再自下而上浇注车站结构，自下而上浇注车站结构，然后回填恢复路面。然后回填恢复路面。 盖挖法施工的车站结构盖挖法施工的车站结构暗挖法施工现场图暗挖法施工现场图暗挖法暗挖法 当车站通过繁忙交通地段，或因其它原因不允许封闭路面交通或车当车站通过繁忙交通地段，或因其它原因不允许封闭路面交通或车站位于较完整的岩石地层且地下水不发育时，可采用暗挖法施工站位于较完整的岩石地层且地下水不发育时，可采用暗挖法施工法国法国-大型盾构机施工
6、大型盾构机施工的地下车站的地下车站暗挖法施工现场图暗挖法施工现场图（全断面法）（全断面法）暗挖法暗挖法暗挖法施工现场图暗挖法施工现场图暗挖法暗挖法盾构法盾构法暗挖法暗挖法矿山法矿山法顶管法顶管法矿山法矿山法（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）主要适用于施工时不主要适用于施工时不允许干扰地面交通，允许干扰地面交通，或因埋深过大，或拆或因埋深过大，或拆迁过多，采用明、盖迁过多，采用明、盖挖施工非常不经济时挖施工非常不经济时在第四系的松散地层在第四系的松散地层中用矿山法修建地铁中用矿山法修建地铁车站时，必须与明、车站时，必须与明、盖挖方案进行全面比盖挖方案进行全面比较，经过充分论证后较，经过充分
7、论证后采用采用在埋深较大、硬在埋深较大、硬质围岩时，矿山质围岩时，矿山法车站有较好的法车站有较好的适应性适应性对饱和软土地层无法疏对饱和软土地层无法疏干地下水，或者即便进干地下水，或者即便进行预加固和预处理，开行预加固和预处理，开挖后的自稳性仍很差时，挖后的自稳性仍很差时，可视为不适合采用矿山可视为不适合采用矿山法施工法施工矿山法矿山法适用情形适用情形矿山法修建的地铁区间隧道结构形式矿山法修建的地铁区间隧道结构形式矿山法修建的地铁区间隧道结构形式矿山法修建的衬砌结构形式矿山法是一种传统的施工力法，是人们在长期的施工实践中发展起来的。它是以木或钢构件作为临时文撑，待隧道开挖成型后逐步将临时支撑撤
8、换下来，而代之以整体式厚衬砌作为永久性支护的施工方法。木构件支撑：其耐久性差且对坑道形状的适应性差，支撑撤换：既麻烦又不安全，且对围岩行所扰动，因此，目前已很少使用。钢构件支撑具有较好的耐久性和对坑道形状的适应性等优点，施工中可以不撤换，也更安全。由于衬砌的设计工作状态与实际工作状态不一致，以及临时支撑存在的一些缺陷等，在一定程度上限制了它的发展和应用。矿山法的基本理论依据是，隧道开挖后受爆破影响，造成岩体破裂形成松弛状态，随时都有可能坍落，基于这种松弛荷载理论依据，其施工方法是采取分割式按分部顺序一块一块的开挖，并要求边挖边撑以策安全，所以支撑复杂，材料耗费多。这种施工方法，因其工作面小，不
9、能使用大型的凿岩钻孔设备和装卸运输工具，故施工进度慢，建设周期长，机械化程度低，耗用劳力多，难以适应现代建设工期的需要。复合式衬砌构造矿山法修建的地铁区间隧道结构形式矿山法修建的地铁区间隧道结构形式a.由初期支护由初期支护防水层隔离和防水层隔离和二次衬砌组成。外层为初期支二次衬砌组成。外层为初期支护，喷锚支护；护，喷锚支护；b.内层为二次支护，模筑混凝内层为二次支护，模筑混凝土；土；c.一般用于土质隧道或车站折一般用于土质隧道或车站折返线等大跨度隧道。返线等大跨度隧道。复合式衬砌复合式衬砌盾构法修建的地铁区间隧道结构形式盾构法修建的地铁区间隧道结构形式盾构法修建的地铁区间隧道结构形式盾构掘进盾
10、构掘进盾构法修建的地铁区间隧道结构形式盾构法修建的地铁区间隧道结构形式单层装配式衬砌圆环的构造图盾构法修建的地铁区间隧道结构形式盾构法修建的地铁区间隧道结构形式装配式衬砌预制装配式衬砌是用工厂预制的构件(称为管片)，在盾构尾部拼装而成；管片种类按材料可分为钢筋混凝土、钢、铸铁以及由几种材料组合而成的复合管片；钢和铸铁管片价格较贵，一般都采用钢筋混凝土管片。盾构法修建的地铁区间隧道结构形式盾构法修建的地铁区间隧道结构形式按管片螺栓手孔成型大小，可将管片分为箱形和平板形两类。a.箱形管片是指因手孔较大而呈肋板形结构。方便拼装，便于运输和拼装，易开裂。只有金属管片才采用箱形结构。 箱形管片盾构法修建
11、的地铁区间隧道结构形式盾构法修建的地铁区间隧道结构形式b.平板形管片是指因螺栓手孔较小或无手孔而呈曲板形结构的管片。对盾构千斤顶推力具有较大的抗力，钢筋混凝土管片多采用平板形结构。平板形管片盾构法修建的地铁区间隧道结构形式盾构法修建的地铁区间隧道结构形式箱形管片的纵向接缝（径向接缝）和横向接缝（环向接缝）一般都是平面状的；平板形管片的接缝除可采用平面状外，为提高装配式衬砌纵向刚度和拼装精度，也有采用样槽式接缝的；衬砌环内管片间以及各衬砌环间的连接方式，可分为柔性连接和刚性连接；盾构法修建的地铁区间隧道结构形式盾构法修建的地铁区间隧道结构形式实践证明刚性连接不仅拼装麻烦、造价高，而且会在衬砌环中
12、产生较大的次应力，带来不良后果。因此，目前较为通用的是柔性连接，常用的有以下几种形式：a.单排螺栓连接按螺栓形状又可分为弯螺栓连接、直螺栓连接和斜螺栓连接三种；b.销钉连接销钉连接可用于纵向接缝，亦可用于横向接缝；c.无连接件在稳定的不透水地层中，圆形衬砌的径向接缝也可不用任何连接件连接。盾构法修建的地铁区间隧道结构形式盾构法修建的地铁区间隧道结构形式双层衬砌盾构法修建的地铁区间隧道结构形式盾构法修建的地铁区间隧道结构形式双层衬砌圆环构造图挤压混凝土整体式衬砌挤压混凝土衬砌（Extrude Concrete Lining，简称ECL）是随着盾构向前掘进，用一套衬砌施工设备在盾尾同步灌注的混凝土
13、或钢筋混凝土整体式衬砌，因其灌注后即承受盾构千斤顶推力的挤压作用，故有此名称；挤压混凝土衬砌可以是素混凝土的或钢筋混凝土的，但应用最多的是钢纤维混凝土的；新浇注的混凝土在活动的端模板和可伸缩的弧形模板作用下，同时承受盾构千斤顶和四周围岩的作用，处于三向受力状态。盾构法修建的地铁区间隧道结构形式盾构法修建的地铁区间隧道结构形式4.盾构法施工时特殊地段的衬砌曲线段的衬砌楔形衬砌环，保证隧道的前进方向区间联络通道和中间泵站衬砌联络通道可设在线路最低点，并和排水泵合并建造；隧道内侧需留出宽约250400cm的洞门；一般情况下都是矿山法施工。渡线和折返线衬砌结构明挖法施工，衬砌同明挖法施工的衬砌盾构法修
14、建的地铁区间隧道结构形式盾构法修建的地铁区间隧道结构形式5.特殊地段隧道衬砌结构沉管法隧道沉管法是在水底建筑隧道的一种施工方法。沉管隧道就是将若干个预制段分别浮运到海面（河面）现场，并一个接一个地沉放安装在已疏浚好的基槽内，以此方法修建的水下隧道。沉管法是预制管段沉放法的简称，是在水底建筑隧道的一种施工方法。其施工顺序是先在船台上或干坞中制作隧道管段（用钢板和混凝土或钢筋混凝土），管段两端用临时封墙密封后滑移下水(或在坞内放水)，使其浮在水中，再拖运到隧道设计位置。定位后,向管段内加载,使其下沉至预先挖好的水底沟槽内。管段逐节沉放，并用水力压接法将相邻管段连接。最后拆除封墙，使各节管段连通成为
15、整体的隧道。浮箱吊沉法是比较新的一种管段沉放法(图1)。通常在管段上方放4只方形浮箱,用吊索直接将管段系吊，浮箱分成前后两组,每组两只浮箱用钢桁架联成整体,并用锚索将各组浮箱定位，在浮箱顶上安设起吊卷扬机和浮箱定位卷扬机。管段的定位须在其左右前后另用锚索牵拉，其定位卷扬机则设于定位塔的顶部。这一沉放法的主要特点是设备简单，适用于宽度20米以上的大、中型管段。处理沉放管段基础的目的是使沟槽底面平整，而不是为了提高地基的承载力。在水下开挖的沟槽，其底面凹凸不平，如不加以整平，管段沉放后会因地基受力不均匀而导致局部破坏，或因不均匀沉陷而开裂。为了提高沟槽底面的平整性，至今绝大多数建成的水底隧道采用垫
16、平的方法。早期大多采用一种在管段沉放之前先铺砂石作为垫层的先铺法。它是在作业船上通过卷扬机和钢索操纵特制的刮铺机或钢犁，沿着沟槽底面两侧设置的、具有规定标高和坡度的导轨，将放下的垫料往复刮平。该法缺点较多。另一种垫平的方法为后填法。即先将管段沉放在沟槽底上的临时支座上，并使管底形成一定的空间（管段底板内预设液压千斤顶，在定位时可以顶向支座，调节管段高程），随后用垫层材料充填密实。后填法中最早用的是灌砂法，仅适用于底宽不大的船台型管段。40年代初创造成功的喷砂法，适用于宽度较大的大型管段。从水面上用砂泵将砂水混合料通过伸入管段底下的喷管向管底空间喷注，使形成一厚实均匀的砂垫层，喷砂作业须设专用台
17、架和一套喷砂与回吸用的L形钢管（图3）。喷砂开始前,可利用它清除沟槽底上回淤土或塌方土。喷砂完毕，随即松开定位千斤顶，利用管段重量将砂垫层压实。这一基础处理方法在欧洲用之较多。优点点采用沉管法施工的水下段隧道，比用盾构法施工具有较多优点。主要有：容易保证隧道施工质量。因管段为预制，混凝土施工质量高，易于做好防水措施；管段较长,接缝很少,漏水机会大为减少，而且采用水力压接法可以实现接缝不漏水。工程造价较低。因水下挖土单价比河底下挖土低；管段的整体制作,浮运费用比制造、运送大量的管片低得多;又因接缝少而使隧道每米单价降低；再因隧道顶部覆盖层厚度可以很小，隧道长度可缩短很多，工程总价大为降低。沉管法
18、隧道1)施工要点2)横断面有圆形和矩形，H水45m时圆形；H水35m矩形3)沉管结构混凝土等级为C30C50，抗剪4)每节沉管的长度一般为60140m，多数为100m，最长达268m5)水中混凝土连接和水压压接两种方式6)管段沉放和连接后应对基础进行灌砂或以其他方法进行处理。顶进法施工的区间隧道结构1)穿越地面铁路地下管网群交叉路口等情况时常采用顶进法施工；2)分为顶入法中继间法和顶拉法三种；3)结构形式一般为箱形框架结构；4)使用阶段和施工阶段的强度验算。三三地地铁铁区区间间隧道的截面隧道的截面设计设计与构造与构造明挖法修建的地铁区间隧道1矿山法修建的地铁区间隧道2盾构法修建的地铁区间隧道3
19、明挖法修建的地铁区间隧道内部净空尺寸的确定根据建筑接近限界曲线半径超高道床施工误差等因素确定隧道结构断面厚度尺寸的拟定根据设计经验或模拟法，进行试算，先假定截面尺寸，然后进行计算，进行调整。明挖法修建的地铁区间隧道明挖法修建的地铁区间隧道矿山法修建的地铁区间隧道区间隧道衬砌横断面形状用矿山法修建的区间隧道的界面尺寸应符合建筑限界要求，还要考虑施工测量误差以及结构固有的变形量，可按工程模拟法确定，无资料时按下表所示；级围岩变形量很小，设计时不考虑；曲线段时内轮廓需加宽。围岩类别单线隧道双线隧道355757710特殊设计特殊设计 预留变形量(cm) 矿山法修建的地铁区间隧道矿山法修建的地铁区间隧道
20、理论和实践经验得出：a.当区间隧道衬砌主要承受竖向荷载和不大的水平荷载时，衬砌拱部轴线采用单心圆弧线或三心圆弧线，墙部可采用直线；b.当衬砌承受竖向荷载的同时，还承受较大的水平荷载，结构轴线用多段圆弧连接而成。矿山法修建的地铁区间隧道矿山法修建的地铁区间隧道衬砌截面尺寸拟定包括初期支护的各设计参数以及二次衬砌的各设计参数；初期支护采用工程模拟法拟定；一般的二次衬砌采用C20素混凝土，2030cm即可；将围岩较差地段的衬砌向围岩较好地段延伸510m；初期支护与二次衬砌的结构缝应设在一起。矿山法修建的地铁区间隧道矿山法修建的地铁区间隧道围岩类别单线双线喷射混凝土厚度510cm设置锚杆，长度2.0m
21、，间距11.2m ，必要时局部设置钢筋网喷射混凝土厚度1015cm设置锚杆，长度2 .5m，间距11.2m ，必要时配置钢筋网喷射混凝土厚度1015cm设置锚杆，长度2.02 .5m，间距1m，必要时配置钢筋网喷射混凝土厚度15cm设置锚杆，长度2 .53.0m，间距1m，设置钢筋网喷射混凝土厚度15cm设置锚杆，长度2 .5m，间距0 . 81m，配置钢筋网，应施作仰拱喷射混凝土厚度20cm设置锚杆，长度33 .5m，间距0 . 81m，配置钢筋网，必要时设置钢支撑，仰拱喷射混凝土厚度20cm设置锚杆，长度3.0m，间距0 . 6 0 . 8 m，配置钢筋网，必要时设置钢支撑，应施作仰拱通过
22、实验或计算确定 复合衬砌初期支护的参数设计 矿山法修建的地铁区间隧道矿山法修建的地铁区间隧道盾构法修建的地铁区间隧道横截面内轮廓尺寸根据建筑限界施工误差道床类型预留变形量等条件，还要考虑最小曲线半径问题管片厚度一般为(0.050.06)D,上海为350mm,广州为300mm管片宽度10001500mm管片类型与结构依据材料或形状或其他方面分类管片接缝类型与结构有螺栓连接无螺栓连接盾构法修建的地铁区间隧道盾构法修建的地铁区间隧道区间直线地段圆形隧道限界(尺寸单位：mm)盾构法修建的地铁区间隧道盾构法修建的地铁区间隧道衬砌环的分块若干标准管片(A),两块相邻管片(B) 一块封顶管片(K）；若干A型
23、管片,一块B型管片一块K型管片；封顶块的拼装方式有径向楔入和纵向插入两种；衬砌环的拼装方式有通缝和错缝两种。管片分块方法螺栓和注浆孔的配置分为纵向连接螺栓和环向连接螺栓两种；螺栓直径一般为1636mm.螺栓孔直径须大于螺栓48mm；注浆孔直径为50100mm。隧道防水基本原则是以防治为主堵漏为辅多道防线因地制宜综合治理；允许渗漏量每昼夜部大于0.1L/m2；管片采用C50，抗渗等级部低于S6。其他构造四四地地铁铁区区间间隧道的隧道的结结构构设计设计方法方法国内外隧道结构设计模型1隧道施工和设计方法2国家盾构开挖的软土隧道锚喷、钢拱支护的软土隧道中硬石质深埋隧道明挖施工的框架结构澳大利亚弹性介质
24、中全支承圆环(全周弹簧模型)；Muir Wood法、Curtis法或假定隧道变形法初期支护；Proctor-white法；二次支护；弹性介质中全支承圆环；Muir Wood法、Curtis法或假定隧道变形法初期支护：Proctor-white法；二次支护；弹性介质中全支承圆环；Muir Wood法、Curtis法或假定隧道变形法箱形框架弯矩分配奥地利弹性地基圆环弹性地基圆环；FEM；收敛约束法经验方法弹性地基框架德国覆盖2D，顶部无支承的弹性地基圆环(部分弹簧模型)；覆盖3D，全支承的弹性地基圆环(全周弹簧模型)；FEM覆盖2D，顶部无支承的弹性地基圆环；覆盖3D，全支承的弹性地基圆环；FEM
25、全支承的弹性地基圆环；FEM；连续介质或收敛约束法弹性地基框架(底压力颁布简化) 国内外隧道结构设计模型 国家盾构开挖的软土隧道锚喷、钢拱支护的软土隧道中硬石质深埋隧道明挖施工的框架结构中国弹性地基圆环；经验法初期支护：FEM；收敛约束法；二次支护：弹性地基圆环初期支护：经验法永久支护：作用反作用模型；大型洞室：FEM箱形框架弯矩分配瑞士作用反作用模型FEM；经验法；收敛约束法矫形框架弯矩分配英国弹性地基圆环；Muir Wood法收敛约束法；经验法FEM；经验法；收敛约束法弹性地基连续框架美国弹性地基模型弹性地基圆环；Proctor-white法；FEM；锚杆法；经验法续上表国家盾构开挖的软土
26、隧道锚喷、钢拱支护的软土隧道中硬石质深埋隧道明挖施工的框架结构瑞典通常为经验法，有时用作用反作用模型、连续介质模型、收敛约束法比利时Schulze-Duddek法刚架法国随意性地基圆环；FEMFEM；作用反作用模型；经验法连续介质模型；收敛约束法；经验法日本局部支承圆环；梁弹簧模型局部支承的弹性地基圆环；经验法加量测；FEM弹性地基框架；FEM；特征曲线法弹性地基框架；FEM续上表序号施工方法断面形式衬砌支护形式结构设计计算方法1明挖法矩形和直墙拱形现浇钢筋混凝土、预制钢筋混凝土砌块软弱土层中弹性连续矩形、拱形框架，结构力学方法或假定抗力结构力学方法2矿山法(钻爆法、凿岩机掘进法)拱形、直墙拱
27、形和圆形钢拱架、喷射混凝土锚杆支护、现浇钢筋混凝土复合衬砌、预制钢筋混凝土砌块局部变形理论的弹性地基梁方法、反分析法、新奥法、数值分析方法3盾构法圆形钢、铸铁、钢筋混凝土(或钢纤维)管片地层衬砌位移协调弹塑性解析解，数值分析法、弹性无铰自由变形圆环、弹性多铰局部抗力约束圆环 隧道施工、设计方法分类 序号施工方法断面形式衬砌支护形式结构设计计算方法4顶管法圆形或矩形钢筋混凝土预制管段同35沉管法矩形预制钢筋混凝土箱段同16配合上述施工方法的辅助工法：注浆加固；降低水位；冻结法；管棚法圆形、直墙拱形、矩形钢拱架临时支护，现浇钢筋混凝土的衬砌支护同2续上表地铁隧道施工对既有铁路路基沉降的影响地铁隧道
28、施工对既有铁路路基沉降的影响概述概述1 顶管施工对既有城市轨道交通路基变形的影响顶管施工对既有城市轨道交通路基变形的影响2既有城市轨道交通路基变形控制既有城市轨道交通路基变形控制3总结总结4主要影响因素变形理论分析变形规律 伴随着大量城市轨道交通隧道以及其他市政隧道的建设，出现了越来越多的各种地下穿越过程。尤其当下穿对变形严格控制的铁路线的时候，其施工及运营中的沉降变形控制常成为重点与难点。 因此，研究隧道施工过程中土体变形的机理和原因，以及各种变形因素的影响规律和影响程度对变形的控制具有重要意义。 概述概述顶管施工对既有城市轨道交通路基变形的影响顶管施工对既有城市轨道交通路基变形的影响一顶管
29、施工的过程采用液压千斤顶或具有顶进牵引功能的设备，以顶管工作井作为承压壁，将管子按设计高程、方位、坡度逐根顶入土层直至到达目的地。1工作井的开挖2掘进机的进出洞3管道的顶进正面推进力的控制注浆减摩中继环的使用定向测量及纠偏顶管施工引起的土体变形理论分析顶管施工引起的土体变形理论分析地面变形机理分析根本原因：顶管施工对周围土体的扰动1）掘进机到达前的地面变形掘进机到达前的地面变形在在扰动作用扰动作用下，空隙中的水和气体被排出，土体颗粒相对移动，下，空隙中的水和气体被排出，土体颗粒相对移动，土体产生一定的压缩，地面会出现微小的沉降。土体产生一定的压缩，地面会出现微小的沉降。随着掘进机距离的靠近，土
30、体受到千斤顶的随着掘进机距离的靠近，土体受到千斤顶的挤压力作用挤压力作用，地面出，地面出现隆起，且掘进机越靠近，土体变形也越快越大。现隆起，且掘进机越靠近，土体变形也越快越大。2）掘进机到达时的地面变形掘进机到达时的地面变形应力状态复杂：千斤顶推力的挤压，刀盘切削剪切力，振动荷载应力状态复杂：千斤顶推力的挤压，刀盘切削剪切力，振动荷载由于开挖导致土体应力松弛使水平应力减小；又由于顶进推力和由于开挖导致土体应力松弛使水平应力减小；又由于顶进推力和平衡泥浆或气体压力使水平应力增加。平衡泥浆或气体压力使水平应力增加。1、若由此引起的、若由此引起的水平应力水平应力的减小值大于主动土压力，的减小值大于主
31、动土压力，则开挖面的土体将坍塌。由此产生的则开挖面的土体将坍塌。由此产生的超挖将造成较大的地面沉降，甚至使土层失稳。超挖将造成较大的地面沉降，甚至使土层失稳。2、水平应力的增水平应力的增大值大于被动土压力大值大于被动土压力，则使土体向外挤出引起隆起变形。，则使土体向外挤出引起隆起变形。土体的剪胀或剪缩及振动液化土体的剪胀或剪缩及振动液化3）掘进机通过时的地面变形）掘进机通过时的地面变形掘进机外壳和土层间会形成剪切滑动面，剪切滑动面掘进机外壳和土层间会形成剪切滑动面，剪切滑动面的附近的土层产生剪切应力，的附近的土层产生剪切应力，剪切应力剪切应力引起地面变形。引起地面变形。推进速度越快，剪切应力越
32、大，土体位移越大。推进速度越快，剪切应力越大，土体位移越大。4）掘进机通过后的地面变形）掘进机通过后的地面变形为减小摩阻力，后续管节的直径比掘进机的直径小为减小摩阻力，后续管节的直径比掘进机的直径小2-5cm，所以掘进机尾部通过时管道周围的土体会向管，所以掘进机尾部通过时管道周围的土体会向管壁移动以填补管道外围的壁移动以填补管道外围的空隙空隙。为保持土层稳定及减小摩阻力，施工过程中必须在管为保持土层稳定及减小摩阻力，施工过程中必须在管节外围节外围注浆注浆并保持适当的注浆压力。并保持适当的注浆压力。顶管施工引起的土体顶管施工引起的土体变形变形理论分析理论分析地面变形机理分析1）土体受到扰动）土体
33、受到扰动顶管施工引起的土体变形理论分析顶管施工引起的土体变形理论分析引起地面变形的原因分析 顶管施工前土体只受初始应力作用，施工时由于千斤顶推力、刀盘切削力的作用打破原有的内部平衡，土体结构和力学参数发生改变，应力状态或路径产生变化。2）地层损失）地层损失顶管施工引起的土体变形理论分析顶管施工引起的土体变形理论分析引起地面变形的原因分析 在管道顶进施工过程中，通常被挖出的土体体积将大于管道的体积，这些体积由注浆部分填充，同时随着时间的发展，这部分体积差将在重力作用下闭合，其闭合的量值即为地层损失GAP。 因此在分析地层损失的量值时，必须综合考虑两方面的因素：超挖和注浆。管道顶进施工过程中的管道
34、顶进施工过程中的超挖超挖主要来源于：主要来源于：顶管施工引起的土体变形理论分析顶管施工引起的土体变形理论分析地层损失1.掘进机控制土压力变化引起的超挖，即开挖掘进机控制土压力变化引起的超挖，即开挖面的超挖面的超挖2.土体填补后续管节外围空隙产生的超挖。该土体填补后续管节外围空隙产生的超挖。该部分大小与空隙大小和注浆方法有关部分大小与空隙大小和注浆方法有关3.纠偏操作引起的土体超挖纠偏操作引起的土体超挖4.顶管顶进时因摩阻力而对外围土体产生拖带顶管顶进时因摩阻力而对外围土体产生拖带效应带走部分土体产生的超挖效应带走部分土体产生的超挖注浆的影响注浆的影响顶管施工引起的土体变形理论分析顶管施工引起的
35、土体变形理论分析地层损失 由于顶管施工采用同步注浆工艺，从而抑制了地层损失的发展，因而在考虑超挖引起的地层损失时必须计入注浆率的影响，注浆率是指注浆填补的实际空隙量与地层损失量的比值。 对于薄覆土土层，当注浆压力过大时在土体中可能产生劈裂，土体随浆液冒出，引起地层损失。 顶管进出洞口土体的流失，土体的固结，土质的变化正面推进力的作用正面推进力的作用沉降变形规律分析沉降变形规律分析（2）同时，开挖面土体的位移又会进一步引起后方土体的沉降，掘进机压力越大，引起掘进机后方的土体沉降也越大；（3）地表隆起的最大值并不在掘进面轴线上方，因为隆起的最高点是沿土体的滑裂面上升，最终反映到距掘进机前方一定距离
36、的地面上。（1）当正面推进力较大时，使开挖面土体向远离开挖面的方向挤出，开挖面前方土体出现隆起现象。掘进机压力增大会使掘进机前方土体的隆起值明显增大；正面推进力的作用正面推进力的作用沉降变形规律分析沉降变形规律分析 在02MPa的正面推进力作用下，管道顶进轴线平面上取x=0，0.5D处沿轴线方向位移变化曲线 在正面推进力作用下，除土体竖向位移值得关注外，土体水平方向的位移不容忽视。地层损失的作用地层损失的作用沉降变形规律分析沉降变形规律分析沿Y轴方向竖向位移曲线1） 施工中各种原因引起的地层损失使得地表发生沉降变形较大。2）在推进面前方，随着与推进面的距离增大，地表沉降量逐渐减小；3）在推进面
37、后方，地表沉降越往后越大，到距离推进面2D(D为管道直径)左右时趋向稳定。 地层损失引起的地层移动主要是土体在自重作用下的竖向运动，水平向运动很小。地层损失的作用：横向沉降地层损失的作用：横向沉降沉降变形规律分析沉降变形规律分析 该图是距离开挖面18m处与管道轴线垂直方向地表沉降曲线。地层损失引起的地表横向沉降最大值出现在管道轴线的正上方，并随着与轴线的距离增大，变形逐渐减小，其分布规律近似于正态分布，这与Peck得出的地面位移分布规律一致。Peck认为：在不排水情况下，隧道开挖引起的地表沉降槽体积与地层损失体积相等。假设地层损失在纵向上均匀分布，则隧道施工产生的地表横向沉降近似呈正态分布。共
38、同作用共同作用沉降变形规律分析沉降变形规律分析工况1：正面推进力；工况2：地层损失；工况3：正面推进力+地层损失；工况4：正面推进力+地层损失+摩擦力1）正面推进力、地层损失、摩擦力这三个引起地层运动的因素对土体的作用具有耦合性，三者共同作用的结果并非三者独立作用的简单加合。2）正面推进力的设置及施工中各种超挖引起的地层损失是影响顶管施工造成地面变形的重要因素，施工中应严加控制正面推进力的大小，并减小掘进机偏斜等各种原因引起的地层损失。3）对比3和4，由于注浆减摩的作用，摩擦力对地表变形影响甚小，施工中应保证注浆质量。共同作用共同作用沉降变形规律分析沉降变形规律分析 土体变形云图 顶管施工中土
39、体变形呈现明显的三维特征。 盾构施工引起的京津城际铁路路基及地表的沉降特征及规律盾构施工引起的京津城际铁路路基及地表的沉降特征及规律双线隧道施工影响分析双线隧道施工影响分析 北京地铁十四号线马家堡东路站永定门外大街站区间隧道下穿既有京津城际铁路 盾构下穿平面图 因为铁路路基与隧道轴线为斜交，致使盾构掘进在影响到盾构正前方的路基之前，先影响到盾构斜前方的路基。所以左线盾构掘进对路基左侧的影响明显大于右侧。双线隧道施工影响分析双线隧道施工影响分析1）盾构掘进对前方、后方土体的影响范围分别为20m、30m。2）开挖面前的沉降、通过沉降和盾尾空隙沉降均较大。 地表的纵向沉降曲线大体可被划分为五个阶段：
40、前期沉降阶段，开挖面前的沉降和隆起，通过沉降，盾尾空隙沉降，后续沉降。 因此，在实际施工阶段，应重点控制开挖面前的沉降、通过沉降和盾尾空隙沉降三个阶段。双线隧道施工影响分析双线隧道施工影响分析 由于轨道与列车荷载的作用，右线隧道施工对左线隧道周围土体的扰动明显，最大沉降点由左线隧道正上方，移至两隧道中间地带，这主要是因为右线盾构掘进和轨道与列车荷载的影响。 因此，当地势不平坦或者存在地面荷载情况下，地表最大沉降量发生在隧道正上方附近，地表最大沉降量偏离隧道正上方的距离要视地面荷载和覆土厚度决定。变形控制措施变形控制措施1、选择合理的施工工艺、选择合理的施工工艺既有城市轨道交通路基变形控制既有城
41、市轨道交通路基变形控制 对于顶管施工，为了将对近邻既有线产生的影响控制在最小，可以从三方面入手采取控制变形的措施。1、选择合理的施工工艺、选择合理的施工工艺1)选择合理的管径和埋深。选择合理的管径和埋深。2)根据不同土质、埋深、管径、地下水根据不同土质、埋深、管径、地下水位等情况设置合理的施工参数位等情况设置合理的施工参数3)注浆。注浆。4)在管道项进过程中要处理好管道接头在管道项进过程中要处理好管道接头的密封问题。的密封问题。5)做好进出洞技术的处理。做好进出洞技术的处理。变形控制措施变形控制措施2、对既有线与顶管之间的地层采取相应措施。、对既有线与顶管之间的地层采取相应措施。既有城市轨道交
42、通路基变形控制既有城市轨道交通路基变形控制1、选择合理的施工工艺、选择合理的施工工艺强化顶管的周边土体，以降低产生与顶强化顶管的周边土体，以降低产生与顶管周边的地基的松动及扰动为目的；管周边的地基的松动及扰动为目的；强化既有线的支承地基，为降低既有线强化既有线的支承地基，为降低既有线的变形而实施；的变形而实施；、的具体工法多半选用药液注入工法、的具体工法多半选用药液注入工法、高压喷射搅拌工法等地基改良工法高压喷射搅拌工法等地基改良工法隔断伴随顶管的推进产生的地层变形。隔断伴随顶管的推进产生的地层变形。在盾构与既有线之间修建刚度高的结构体。在盾构与既有线之间修建刚度高的结构体。一般采用高压喷射搅拌工法、柱列桩工法、一般采用高压喷射搅拌工法、柱列桩工法、钢管桩工法、地下连续墙工法等。钢管桩工法、地下连续墙工法等。3、直接加固既有线以增加刚度的方法、直接加固既有线以增加刚度的方法谢谢！谢谢！
