盾构隧道纵向沉降模式及其结构响应
文章编号:167320836(2006)0420566205
盾构隧道纵向沉降模式及其结构响应Ξ
廖少明1,白廷辉2,彭芳乐1,徐伟林3
(1.同济大学地下建筑与工程系,上海 200092;2.上海申通集团股份有限公司,上海 200031;
3.上海外高桥地质工程公司,上海 200087)
摘 要:软弱地基的不均匀沉降导致隧道结构产生附加结构变形与次生内力,根据大量工程实测资料,总结了包含盾构隧道施工与长期使用阶段在内的隧道地基沉降的4种典型模式,然后基于弹性地基理论,分别推导并给出了这四种地基沉降模式下隧道结构的纵向变形及结构内力解析表达式,探讨了不同地基变形模式下隧道结构的响应规律,这为隧道的纵向设计及考虑纵向剪切传递影响的横向设计研究奠定了基础。
关键词:盾构隧道;地基沉降模式;纵向结构响应;弹性地基
中图分类号:U455.43文献标识码:B
Longitudinal Settlement Forms and Structural R esponse of Shield Tunnel LI AO Shao2ming1,BAI T ing2hui2,PE NG Fang2le1,X U Wei2lin3
(1.Department o f G eotechnical Engineering,Tongji Univer sity,Shanghai200092,China;
2.Shanghai Shentong Group Co.Ltd,Shanghai200031,China;
3.Shanghai Waigaoqiao G eological Engineering Co.Ltd,Shanghai,200087,China)
Abstract:The uneven settlement w ould cause additional structural deformation and internal forces to tunnel in s oft ground.F our settlement forms are given according to the mass field measurements of metro tunnel in Shanghai S oft ground.
Then,the additional deformation and internal forces produced by the four types of ground settlement forms are deduced based on the elastic foundation beam theory.The response law of tunnel structure under different ground settlement forms is dis2 cussed.The conclusions drawn from the theoretical deduction can serve as the base for the tunnel longitudinal design.
K eyw ords:shield Tunnel;G round settlement forms;Longitudinal structural response;elastic foundation
1 引言
在工程实践中,对隧道本身变形的观测往往是必不可少的,当已知隧道本身的变形时,即可直接求出作用在隧道环面上的剪切荷载[1],进而分析其对隧道纵向和横向结构的影响;在很多岩土工程相互影响的分析或工程实际中,往往并不容易直接计算和量测隧道自身的变形情况,往往是先由地基的沉降变形,通过求解弹性地基上结构的微分方程来分析计算隧道结构变形。不过,对于软土中的柔性隧道,由于隧道纵向刚度较低,所以其变形往往与地基变形差不多。有不少参考文献和工程事例[2,3],为简化分析,将隧道的变形等同于地基变形。但这种“等同”并不意味着两者的变形完全协调,否则隧道与地基不会产生任何共同作用,因此这种“等同”至多是低阶变形分量上的等同,只是满足隧道与地基接触条件而已。
2 典型隧道地基纵向沉降模式
软土地层中的隧道,由于施工扰动、大地下沉,
第2卷 第4期2006年08月
地下空间与工程学报
Chinese Journal of Underground S pace and Engineering
V ol.2
Aug.2006
Ξ收稿日期:2006204206(修改稿)
作者简介:廖少明(19662),男,湖北天门人,工学博士,副教授,主要从事地铁盾构隧道设计优化及信息化施工控制研究。E2mail:liaosm@https://www.wendangku.net/doc/fa8037303.html,
隧道渗漏水等多种因素的影响,会导致隧道地基沉降,不同原因引起的隧道地基沉降规律不同。
沉降曲线特征对隧道纵向剪切荷载传递及隧
道横断面内力相当敏感[1]
,所以在采用假定隧道地基沉降曲线模式对隧道结构进行分析时,首先应对各种可能出现的地基沉降曲线方程进行分析,以确定隧道可能出现的最危险的荷载状态。根据上海
隧道几十年来施工监测的数据[]
,隧道地基沉降归纳为以下4种情况:整体沉降,施工阶段沉降,长期沉降以及工程相互影响的沉降与变形。2.1 整体沉降
地基发生的整体沉降包括整体下沉和整体倾斜两部分,表示为:
W d (z )=δ0(1+k Z )(1a )式中,δ0,k 分别为整体均匀沉降及沉降斜率。 根据弹性地基梁微分方程求解得到:
W =δ0(1+kZ )+[C 1exp (λΖ)+C 2exp (-λZ )]cos λZ
+[C 3exp (λZ )+C 4exp (-λZ )]sin λΖ(1b
)
图1 纵向不均匀地基对隧道纵向变形的影响
Fig.1 The effect of ground condition on the
tunnel longitudinal settlement
上式可简记为:W =珋δ+Δδ,式中珋δ为整体变
形,Δ
δ为不均匀变形(或称局部变形)从上式可以看出,当隧道地基没有遇到任何边界约束时,隧道结构将产生与地基一样的整体变形珋δ,不会对隧道
纵横向产生任何附加内力与变形,即Δ
δ=0;而一旦遇到边界约束或地基条件发生改变时(如左图1),隧道将承受附加不均匀变形或荷载的作用;这
意味着,即使隧道在某些地段只观察到有限范围均匀下沉,也不能排除其在纵向变形传递过程中可能遇到临近约束边界的可能,从而产生附加结构内力与变形。这种隧道附加内力与变形取决于边界条件的情况,对于理解隧道纵向刚度的设计理念至关重要。即:当隧道纵向刚度较弱时,在软弱地层段
会产生较为均匀的下沉,对结构受力是有利的;同
时应注意到,它必将导致不确定性边界可能带来的更为严重的问题。由于地质条件及其他工程环境条件的变化相当复杂,局部的均匀沉降在纵向传递过程中,在边界条件和地层刚度变化较小时,结构变形的变化量较少,曲线平缓,当传递到一定距离后,如遭遇边界约束或刚度较大的地层,则会发生结构的挠曲变形(图1)。这一点应该在工程设计中引起足够的重视。所以,纵向设计应使结构纵向具备一定的刚度,以适应地层的变化,并使结构纵向挠曲能在一定范围内均匀传递和分布,同时也要避免过大的纵向刚度使挠曲变形减小过快,应力过于集中,造成隧道局部损坏。
根据以上分析,在分析地基纵向变形对隧道结构的影响时,一方面在总变形中应扣除整体变形部分的影响;另一方面,则要注意隧道变形在纵向传递过程中可能遇到的地层及边界条件的变化。2.2 隧道施工阶段的沉降曲线模式
根据上海盾构的施工事例,盾构正常推进阶段
有以下两种位移曲线模式[2,4]
: 双曲线型 W 1(z )=
S max
1+
α
Z
(2)
指数型 W 2(z )=S max (1-e
-β
Ζ)
(3)
式中,α,β为与盾构施工参数、隧道尺寸、埋深等相关的常数;S max 为最大沉降值,Z 为纵坐标(以下同)。2.3 相邻工程影响的沉降曲线模式
根据一般隧道工程经验,在很多情况下,如在盾构穿越,在桩基工程、基坑开挖等相邻工程活动的影响下,受影响隧道的变形曲线可以参照Peck (1969)[2]采用高斯曲线来模拟(式4)。
W 3(z )=S max exp (-Z
2
2i
2)(4)
式中,i 为与地质条件相关的曲线拐点参数,S max 为
最大沉降值。在软土地层中,i R =
Z
2R 0.8
,式中,
R 为隧道半径。
2.4 隧道长期沉降曲线模式
根据上海地铁长期纵向沉降的观测资料,对上海地铁隧道长期沉降曲线将进行了归纳,归纳为三
次抛物线[3]
,(见式5(a ),(b ),(c ),(d ))反映了隧道总体的沉降。
根据弹性地基梁微分方程,地基上结构的变形曲线应该具有至少4阶以上的曲线,否则,曲线的
7
652006年第4期 廖少明,等:盾构隧道纵向沉降模式及其结构响应
4阶导数为零,则隧道纵向沉降产生的地基抗力为
零。这说明上海软土地层地铁隧道长期沉降与地
基沉降完全一致,而这只能从隧道的纵向刚度很低且纵向发生了较大拉伸或接头发生了较大张开这一点上得到解释。曲线方程反映隧道在长期沉降后不会发生局部变形,从而也不产生隧道纵向抗力和剪切的传递。但是应该注意到具有一定纵向刚度的衬砌,在地基局部不均匀沉降条件下,隧道的总体沉降可能与地基协调,但局部挠曲变形不可能一致,所以一定在隧道纵向产生抗力和剪切的传递,从而产生结构横断面的弯曲和剪切变形。根据上海地铁一二号线长期观测资料,得到隧道地基长
期沉降模式[4]
如下:
W 14=az 3-(168.34a +0.0005)z 2+ (7836.7a +0.0566)z +δ0接头段(5a )
W 2
4=az 3
-(147.52a -0.002)z 2
+
(4674.5a -0.2091)z +δ0
中间段(5b )
参数b 和c 可由a 表示:
接头段隧道:
b =-168.34a -0.0005
c =7836.7a +0.0566(5c )中间段隧道:
b =-147.52a +0.002
c =4674.5a -0.2091
(5d )参数a 对于接头段隧道不均匀沉降的取值范
围为a =-8×10-5～2×10-4
,对于中间段隧道取
值范围为a =-2×10-4～2×10-4
。
3 典型地基位移模式下隧道纵向变形
在很多岩土工程相互影响的分析或工程实际中,往往并不容易直接计算或量测到隧道自身的变形情况,往往是间接地由地基的变形来分析隧道的结构变形,一般可以通过以下几种方法求得隧道的变形:等价荷载法,位移叠加法,近似解法。
等价荷载法即是将地基沉降按文克尔地基抗力假定等价为作用在地基梁上的荷载;
位移叠加法是按位移影响函数采用等地基刚度法进行叠加求得;
近似解法是通过假定地基梁的位移方程,根据地基梁平衡微分方程,求出位移方程的待定系数。
地基的变形由于受到各种复杂因素的影响,具有多样性和复杂性,而并不是所有位移模式下的弹性地基梁都有显式解析解。只有少数几种位移模式具有显式解析解,如指数曲线等。大多数位移曲线模式只能通过数值叠加、级数展开等近似方法求解。而显式的解析解对于探讨隧道结构在不均匀
变形条件下的结构反应规律具有较大的优越性。
因此本文将对以下几种典型的位移模式分别通过解析和近似解析方法来研究隧道纵向结构的响应。3.1 弹性边界
弹性位移边界,指隧道一端为弹性转动支座,且发生相对线位移变形的情况。这种情况主要适用于模拟隧道与车站端头井或工作井以及其他类型竖井相接的一段隧道;为了减少该处因刚度突变产生的巨大次应力,隧道需设置变形环,即隧道与竖井的接头采用半刚性连接设计,有时还需辅以渐进式的地基加固
[2]
。因此隧道与竖井之间允许产
生差异沉降,且接头能够产生一定程度的转动。据此可以给出以下弹性地基微分方程:
d 2
W b dZ
4
+4λ4
W b =0该微分方程解为[5]
:
W b (Z )=e λΖ
(C 1cos λ
Ζ+C 2sin λΖ) +e
-λ
Ζ(C 3cos λΖ+C 4sin λΖ)
W b (+∞
)=0]C 1=C 2=0;W b (0)=S 0]C 3=S 0W b (Z )=e
-λ
Ζ(S 0cos λΖ+C 4sin λΖ)
假定边界为弹性支座,弹性刚度为:km 则有:
C 4=
K m
K m +2λ(E t I t )eq
S 0
则隧道纵向变形响应记为:
W b (Z )=S 0
-λ
Ζ(cos λΖ+
Km
Km +2λ(E t I t )eq
sin λ
Ζ)(6)
3.2 盾构曲线和纠偏推进
盾构千斤顶偏心荷载作用下隧道弹性地基解析得到的变形响应曲线[3]
为:
W 3(z )=
M
2(EI )l eq
λ21-cos πΖ2l 0(7)
其中l 0=6p
πD τ,M =e 6p ,p ,e 分别为千斤顶顶力
和偏心距,D 为隧道直径,τ为地基摩阻力,λ=
4
K 4(EI )l eq
,K 为弹性地基系数,(EI )l
eq 为考虑隧道环缝影响的纵向等效刚度
[1]
,以下同。
3.3 指数曲线地基沉降模式
指数曲线的变形模式[1]
为W d =S d (1-e -β
Ζ),
其可以分为两个部分:S d 及-S d e
-βZ
,前者为均匀
沉降,对结构内力没有影响,可以不予考虑;后者为
865地下空间与工程学报 第2卷
纯指数曲线,则可按弹性地基微分方程得到解析解。
(EI )eq
d 4
W p
dz
4
+K W p =K W d (8)
令上述微分方程特解为W 3
p =C 0e -βΖ,则得通解
[4]
:
W p (z )=e ζz (C 1cos ζz +C 2sin ζz )+e
-ζz
(C 3cos ζz +C 4sin ζz )+C 0e -βz
(9)
其中,ζ=4
K 4(EI )l ep
,将特解W 3
p 代入微分方程(8)得:
C 0=
-K S d (EI )l eq β4
+K
按无穷边界远处隧道位移为零以及结构的对称条件,得到以下边界条件:
W p (+∞
)=0W p (
1)(0)=0W p
(3)
(0)=0
将边界条件代入式(9)得到:
C 1=C 2=0
C 4=
12βC 0ζ(1+β2
2ζ
2),C 3=12βC 0ζ(β2
2ζ2-1)
将上两式代入式(9)得到隧道结构变形响应表达式为:
W p (z )=12βζC 0e
-ζ
Ζ(β22ζ
2-1)cos ζz +(1+β2
2ζ
2)sin ζz +C 0e
-βz
(10)
隧道纵向弯矩响应表达式为:
M (z )=(EI )l
eq W p (2)(z )
=(EI )l
eq
βζC 0e -ζz
-(1+β22ζ2)cos ζz +(β22ζ2
-1)sin ζz
+β2C 0e
-βz
(11a )
M max =M (0)=(EI )l
eq
-βζC 0(1+
β2
2ζ
2)+β2
C 0(11b )
3.4 高斯曲线地基沉降模式
隧道地基高斯曲线沉降(即Peck 公式)模式[1]
为:
Wd =Sd 3
exp (-bz 2
)
(12)
若按照上式代入弹性地基微分方程求解,不可
能得到精确的解析解,为研究方便,可以采用以下
近似解法。根据工程大量实测以及三维模拟计算结果,隧道结构的纵向变形与地基变形曲线相似,故可以假定微分方程(8)的近似解为:
W p =Sp 3exp (-az 2
)(13) 将式(12)及(13)代入弹性地基微分方程(8)得
到:
d 4
Wp dz
2
=4S p a 2exp (-az 2)(3-12az 2+4a 2z 4
)=4a 2W p (3-12az 2+4a 2z 4
)4W p (λ4+3a 2-12a 3z 2+4a 4z 4
)=4λ4Wd (λ4+3a 2-12a 3z 2+4a 4z 4
)=Wd Wp
λ4
=λ
4
Sd Sp
exp [(a -b )z 2
] 将右式按泰勒级数展开得:
(λ4+3a 2-12a 3z 2+4z 4z 4)
=λ4Sd 2
Sp [1+(a -b )z 2
+(a -b )22
z 4]
按左右两边恒等得到:
3a 2+λ4=λ
4
Sd
Sp
-12a 3=(a -b )λ
4
Sd Sp
4a 4
=
(a -b )22λ4Sd
Sp
联立以上三式解得:a b =3
5
=0.6λ4=15a
2
Sd Sp =65
=1.2(14)
λ4=K 4(EI )eq =15a 2=27b 2
/5
a =
K
60(EI )l eq
b =
5K
108(EI )l
eq
考虑到地基与隧道结构的共同作用效应,采用
Vesic (1961)的假定,对于无限长地基梁:
k ∞=0.65
12
Esd 4
(EI )l eq ?Es
(1-μs )
2
考虑隧道地基受拉侧弹簧时,
k =2k ∞=1.3
12
Esd 4
(EI )l eq ?Es
(1-μs )
2
不考虑隧道地基受拉侧弹簧时,
k =k ∞=0.65
12
Esd 4
(EI )l eq ?Es
(1-μs )
2
式中,E s ,μs 分别为地基土的变形模量和泊松比,d 为隧道的直径。
9
652006年第4期 廖少明,等:盾构隧道纵向沉降模式及其结构响应
至此,地基与隧道纵向变形的相关性得以全部
确定。由此可以看出,结构变形与地基的变形特征有一定的内在联系;假定结构的变形曲线拐点参数为i p ,地基变形曲线的拐点参数为i d ,则有:
a =
12i 2p b =12i 2d
且:
i d
i p
=3
5
≈0.775 因此,隧道结构的变形可以由地基变形推算得到,这样隧道结构纵向弯矩也可由隧道纵向结构变形求得如下:
M (z )=(EI )
l eq
d 2
W p
dz
2(15)
很显然,这一结果并不对所有的隧道都成立,其前提是隧道的变形与地基变形模式相似,也就是说,隧道的纵向刚度与地基刚度相匹配,亦即隧道的纵向应是具有一定刚度的柔性衬砌。
4 讨论
以下就常用地基变形模式W 3下的隧道变形进行具体分析与讨论。
已知某地铁隧道在盾构下方穿越时引起的地基沉降为:
Wd =0.013exp (-0.0018z 2
)
根据式(14)可求得隧道结构纵向变形响应为:
W p =0.0083exp (-0.001z 2
),如图
2所示。进而由式(15)得到隧道纵向结构响应曲线(纵向弯矩)如图3所示。
图2 隧道及地基纵向变形差异
Fig.2 The differential deformation between the
tunnel and ground base
从图中可以看出,隧道自身变形与地基的差异
约为2mm ,尽管很小,但因其隧道纵向弯矩高达4000kN ?m
,当隧道纵向刚度增大时,纵向弯矩增大(图4),但差异沉降减小,曲率半径增大,对抑制
图3 隧道结构纵向内力(弯矩
)
Fig.3 The longitudinal m oment (internal force )of the tunnel
图4 隧道刚度对结构纵向内力(弯矩)的影响
Fig.4 The effect of tunnel stiffness on its longitudinal m oment (internal force )
隧道环缝张开有利,有利于防水。因此隧道纵向设计既要考虑到隧道地基不均匀沉降可能带来的危害,同时亦要注意过大增加纵向刚度亦是有害的。要取得隧道刚度的最优配置,必须结合隧道防水及隧道横向设计一道考虑。
5 结论与建议
通过本文研究得到以下结论和建议:
(1)总结得到了隧道纵向沉降的4种典型沉降模式;
(2)在隧道纵向设计中,除非在隧道的刚度完全柔性的情况下,隧道结构变形不能简单地视为与地基的沉降等同;
(3)结构变形与地基的变形特征有一定的内在联系,地基的变形模式对隧道结构的纵向变形影响较大,地基变形与结构变形的差异导致结构次生内力的发生;
(4)隧道的纵向刚度的设计应与其地基刚度相匹配,如在软土地层中,隧道的纵向应是具有一定刚度的柔性衬砌;
(5)隧道的纵向设计必须对变形影响区范围内出现的地质条件,边界条件变化等进行充分估
计。
(下转第595页)075地下空间与工程学报 第2卷
图7 纵向通风温度升高分布Fig.7 T em perature rise with longitudinal
ventilation
图8 竖井送排式纵向通风温度升高分布
Fig.8T em perature rise with longitudinal ventilation by the shaft
5.2 隧道纵向温度升高分布计算结果
由上图可以看到,几种通风方式中,横向通风和送风型半横向通风的温度在隧道纵深方向上较为平均。横向通风是因为气流由送风管道送入隧道,然后由排放管道排出,不存在沿隧道纵向的气流运动;送风型半横向通风方式是因为,空气在沿隧道纵向运动的过程中,不断有温度较低的新鲜空气送入,吸收了机动车排出的热量,从而可以使得温度较为平均。
纵向通风由于沿程没有空气进入,而机动车不断排出热量,所以在隧道纵深方向上温度不断升高。比较纵向通风和竖井送排式纵向通风可以看到,在设置竖井之后,温度明显下降。所以,竖井的设置对于控制隧道内温度升高具有较好的作用。
6 结论
本文分析了机动车排热的主要途径:废气排热,冷却排热和空调冷凝热。给出了计算机动车排热的一般方法。
横向通风、半横向通风、纵向通风和竖井送排式纵向通风是隧道通风中较为常见的通风方式。本文针对几种不同的通风方式的特点,在一维稳态模型的基础上,得到了隧道纵向温度分布的理论计算公式。
针对实际的工程,根据理论模型,计算了不同通风方式在不同交通量下的纵向温度升高分布。
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(上接第570页)
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595
2006年第4期 韩 星,等:公路隧道稳态纵向温度升高研究
隧道支护结构设计方案
第一部分支护结构设计方案 一、设计依据 1、甲方提供的本工程的岩土工程报告。 2、甲方提供的建筑总平面图、地形图、地下管线图、主体框架平面图和剖面图等。 3、有关设计计算规范和规程： （1）、《南京市地基基础设计规范》DB32/112-95 （2）、《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99） 二、工程概况 拟建的安仁街地下通道北侧副通道位于南京市鼓楼市民广场东侧安仁街路上，过街通道全长55.67m（中线长度），宽14m，南北各建地下人行通道一条，本次为对北侧安仁街地下人行通道进行设计。根据资料，基坑实际开挖深度按如下考虑：基坑西侧小半部分实际开挖深度5.95m，东侧大半部分实际开挖深度7.30m，靠近最东侧局部开挖深度7.05m。 三、周边情况 该地下通道横穿安仁街，其南侧为北京东路和安仁街、丹凤街四叉路口，该通道东侧为正在施工的北极阁地下商场基础，目前已施工至地面，该基坑为地面下-11m，采用的是人工挖孔桩加一层钢支撑的支护结构，本通道将和其相连接，通道东侧还有一个向北的人行出口，基坑西侧为市民广场，有两个出口，一个出口向北，另一个出口向西。在基坑中部，有一连接横穿北京东路的主通道接口，本次支护暂不考虑，沿安仁街中部路面下和东侧路面下分布有较为密集的地下管线。 四、工程地质情况 1、地形地貌 本工程位于南京鼓楼市民广场东侧安仁街上，根据《南京城区地貌类型图》划分，本施工区域地貌属二级阶地及坳沟地貌单元。地形平坦，地面标高在12.0m左右。 2、岩土层分布 经勘探查明，基坑支护范围内土层自上而下分别为： ①1杂填土：杂色，稍湿，结构松散，主要由碎砖石和少量粉质粘土组成，局部夹大量建筑垃圾，厚度0.9～1.4m； ①2素填土：灰黄～灰色，湿～饱和，可～流塑，夹少量碎砖，局部夹淤泥质土，埋深 0.9～1.4m，厚约0.8～2.2m； ②粉质粘土：灰黄色，饱和，可塑，埋深2.0～3.3m，厚约0.4～3.4m； ③粉质粘土：灰色，饱和，局部流塑，夹腐植物等，分布于场区东侧，埋深4.5～6.0m，厚约0.0～3.0m； ④1粉质粘土：灰黄色，饱和，可塑，埋深3.8～8.6m，厚约0.0～3.6m； ④2粉质粘土夹粘土：黄褐色，饱和，硬塑，埋深2.6～11.4m，厚约5.3～10.4m； ３、地下水 本场地地下水属孔隙潜水型。地下水主要赋存于填土层，由大气降水和地表水补给，富
区间盾构隧道结构设计
区间盾构隧道结构设计 1）主要设计原则 ①盾构隧道衬砌结构应满足运营功能要求以及建筑限界、施工工艺、结构防水和城市规划等方面的要求。结构安全等级为一级，按地震烈度为7度进行结构抗震设计，采取相应的构造处理措施，以提高结构的整体抗震能力。结构抗力应满足人防部门的要求，抗力级别为6级。 ②结构类型和施工方法，应根据工程地质、水文地质和周围的环境条件，通过技术经济比选确定，并应按相关规范的规定进行结构设计计算。 ③结构设计应符合强度、刚度、稳定性、抗浮和裂缝宽度验算的要求，并满足施工工艺的要求。 ④对于钢筋混凝土结构应就其施工和正常使用阶段进行结构强度计算，必要时也应进行刚度和稳定性验算。钢筋混凝土结构应进行裂缝宽度验算，其最大裂缝允许值为：明挖法和矿山法施工的结构为0.2～0.3mm；盾构法施工的结构为0.15～0.20mm。结构进行抗浮验算时，其抗浮安全系数不得小于1.05，否则应采取抗浮处理措施。 ⑤采用暗挖法施工时，区间隧道为平行的双洞单线隧道，两隧道的净距一般不宜小于1.0倍隧道洞径。 ⑥所选择的盾构机型，必须对地层有较好的适应性，并同时依据盾构推进速度、周围环境状况、工期、造价等各方面进行技术经济比较后确定。 ⑦严格控制工程施工引起的地面沉降量，其允许数值应根据地铁沿线的地面建筑及地下构筑物等实际情况确定，并因地制宜地采取措施。 ⑧结构防水设计应根据工程地质、水文地质、地震烈度、环境条件、结构形式、施工工艺及材料来源等因素进行，并应遵循“以防为主、多道设防、刚柔结合、因地制宜、综合防治”的原则。车站及出入口通道防水等级为一级；车站风道及区间隧道防水等级为二级。 2）盾构机类型的选择
盾构法隧道基本原理及特点
盾构法隧道基本原理及特点 1．盾构法隧道基本原理 盾构法隧道的基本原理是用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。这个钢质组件在初步或最终隧道衬砌建成前，主要起防护开挖出的土体、保证作业人员和机械设备安全的作用，这个钢质组件被简称为盾构。盾构另一个作用是能够承受来自地层的压力，防治地下水或流沙的入侵。 隧道拱内圈的空洞由盾构本体防护，同时还需要其他辅助措施对工作面进行支护。盾构法隧道主要有以下几种支护土体方法和与之相匹配的盾构类型，见图1，各种类型盾构掘进机的支护面板见图2。 几种支护土体方法和与之相匹配的盾构类型 各种类型盾构掘进机的支护面板 2．盾构法隧道优缺点 盾构法隧道优点： （1）在盾构支护下进行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等条件的影响，能较经济合理地保证隧道安全施工；
盾构法隧道施工不受地面自然条件的影响 （2）盾构的推进、出土、衬砌拼装等可实行自动化、智能化和施工远程控制信息化，掘进速度较快，施工劳动强度较低； 盾构法隧道机械化、自动化高 （3）地面人文自然景观受到良好的保护，周围环境不受盾构施工干扰；在松软地层中，开挖埋置深度较大的长距离、大直径速度，具有经济、技术、安全、军事等方面的优越性。 盾构法隧道能保护地面人文自然，经济效益明显 盾构法隧道缺点： （1）盾构机械造价较昂贵，隧道的衬砌、运输、拼装、机械安装等工艺较复杂；在饱和含水的松软地层中施工，地表沉陷风险极大； （2）需要设备制造、气压设备供应、衬砌管片预制、衬砌结构防水及堵漏、施工测量、场地布置、盾构转移等施工技术的配合，系统工程协调难； （3）建造短于750m的隧道没有经济性；对隧道曲线半径过小或隧道埋深较浅时，施工难度大。
地下建筑结构课程设计 隧道盾构施工
目录 1 荷载计算-------------------------------------3 1.1 结构尺寸及地层示意图-----------------------3 1.2 隧道外围荷载标准值-------------------------3 1.2.1 自重--------------------------------3 1.2.2 均布竖向地层荷载----------------------4 1.2.3 水平地层均布荷载----------------------4 1.2.4 按三角形分布的水平地层压力--------------5 1.2.5 底部反力-----------------------------5 1.2.6 侧向地层抗力--------------------------5 1.2.7 荷载示意图----------------------------6 2 内力计算---------------------------------------6 3 标准管片配筋计算--------------------------------8 3.1 截面及内力确定-----------------------------8 3.2 环向钢筋计算--------------------------------8 3.3 环向弯矩平面承载力验算-----------------------11 4 抗浮验算-------------------------------------10 5 纵向接缝验算--------------------------------12 5.1 接缝强度计算------------------------------12 5.2 接缝张开验算------------------------------14 6 裂缝张开验算------------------------------15 7 环向接缝验算----------------------------16
土压平衡盾构施工工艺
16土压平衡盾构施工工艺 16.1总则 16.1.1适用范围 本标准适用于采用土压平衡式盾构机修建隧道结构的施工。 16.1.2编制参考标准及规范 16.1.2.1地下铁道工程施工及验收规范(GB 50299-1999)。 16.1.2.2地下铁道设计规范（GB 50157-2013）。 16.1.2.3铁路隧道设计规范（TB10003-2016）。 16.1.2.4盾构掘进隧道工程施工验收规范。 16.1.2.5公路隧道施工技术规范(JTJ042－94)。 16.1.2.6公路工程质量检验评定标准(JTGF80/1-2004)。 16.2术语 16.2.1土压平衡式盾构 土压平衡盾构也称泥土加压式盾构，它的基本构成见图16.2.1。在盾构切削刀盘和支承环之间有一密封舱，称为“土压平衡舱”，在平衡舱后隔板的中间装有一台长筒形螺旋输送器，进土口设在密封舱内的中心或下部。用刀盘切削下来的土充填整个
16.2.2 端头加固 为确保盾构始发和到达时施工安全，确保地层稳定，防止端头地层发生坍塌或涌漏水等意外情况，根据各始发和到达端头工程地质、水文地质、地面建筑物及管线状况和端头结构等综合分析，确定对洞门端头地层加固形式。 16.2.3 盾构后座 盾构刚开始掘进时，其推力要靠工作井井壁来承担。因此，在盾构与井壁之间需要设传力设施，此设施称为后座。 16.2.4 添加材 采用土压平衡盾构掘进时，为改善土体的流动性防止其粘附在盾构机上而注入的一些外加剂。添加材的功能是：辅助掘削面的稳定（提高泥土的塑流性和止水性）；减少掘削刀具的磨耗；防止土仓内的泥土压密粘附；减少输送机的扭矩和泵的负荷。 16.3 施工准备 16.3.1 技术准备 16.3.1.1 根据隧道外径、埋深、地质、地下管线、构筑物、地面环境、开挖面稳定及地表隆陷值等的控制要求，经过经济、技术比较后选用盾构设备。盾构选型流程如图16.3.1.1所示。 16.3.1.2 认真熟悉工程设计文件、图纸，对工程地质、水文地质、地下管线、暗
隧道围护结构施工方案
一、编制依据 1、《地铁设计规范》GB50157—2003 2、《地下铁道工程施工及验收规范》GB50299—1999 3、《建筑边坡工程技术规范》GB50330—2002 4、《建筑桩基检测技术规范》JGJ106—2003 5、《建筑桩基技术规范》JGJ94—2008 6、《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202—2002 7、《铁路混凝土与砌体工程施工规范》TB10210—2001 8、《轨道交通车站工程施工质量验收标准》QBD-006-2005 9、《钢筋焊接机验收规程》JGJ18—2003 10、《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086—2001 11、《建筑变形测量规范》JGJ8—2007 12、《城市轨道交通工程测量规范》GB50308—2008 13、《基坑土钉支护技术规程》CECS96:97 二、工程概况 （一）、工程简介 铁科院环形铁道试验基地建成于1958年，现为满足城市轨道交通装备认证检验的需要，特建设城市轨道交通试验线，以满足车辆的各种动态试验及联调试验，也包括对城市轨道交通工程产品的认证检验。 区间隧道起点为K4+375，终点为K5+300，全长925m，其中K4+375～K4+572段为明挖U型槽，长197m；K4+572～K5+085段为明挖矩形断面，长度513m；K5+085～K5+300段为明挖U型槽，长215m。
隧道基坑围护结构如下： （1）、U型槽段：坑深小于4m采用放坡土钉墙支护体系，坑深大于4m，采用钻孔灌注桩加钢支撑围护体系。 （2）、地下段：地下段采用钻孔灌注桩加钢支撑支护体系，机械成孔灌注桩为Φ600@1200（隧道最深处为Φ600@900），钢支撑竖向设置3道，基坑局部最深处钢支撑竖向设置4道（含倒撑），放坡段基坑最深4m，地下段基坑最深13.1m（隧道最低点泵房处）。 （二）、工程地质概况 （1）场地环境概况 本次全线勘察揭露地层最大深度为45m，根据钻探资料及室内土工试验结果，根据地层沉积年代、成因类型，本工程场地勘探范围内的土层分为人工堆积层（Qml）、新近沉积层（Q42al+pl）和一般第四系冲洪积层（Q4al+pl）三大类，本场区按地层岩性及其物理力学性质将土层划分为13个大层。 （2）岩土分层及其概况 1）杂填土①1层：杂色，松散，湿，含灰渣、石灰渣、砖块、碎石、混凝土块、和生活垃圾等。 2）粉土填土①2层：褐黄色～灰褐色，松散～中密，湿，以粉土为主，含少量黏性土、砖渣、煤渣、石块、灰渣。 3）粉质粘土②层：灰褐色～黄褐色，可塑，湿，中高压缩性，含云母，有机物、氧化铁、局部夹有粉土。 4）粉土②1层：褐黄色，中密，湿，中压缩性，含云母，有机物、
公路隧道施工盾构法、沉管法介绍(全国公路水运工程质量检测专业技术人员继续教育)
公路隧道施工盾构法、沉管法介绍 第1题 沉管隧道施工工序中，沉管与连接之后的工序是（）。 A.预制管段 B.修建临时干坞 C.基础处理 D.回填覆盖 答案:C 您的答案：C 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第2题 ？关于盾构法，下列（）的说法是错误的。 A.盾构法是暗挖隧道的一种施工方法 B.盾构法穿越地面建筑群的区域时，周围可不受施工影响 C.盾构机推进系统包括推进千斤顶和液压系统 D.盾构壳体由切口环和支承环两部分组成 答案:D 您的答案：D 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第3题 盾构机的外壳沿纵向从前到后可分为前盾、中盾、后盾三段。通常所指的支承环是（） A.前盾 B.中盾 C.后盾 D.盾尾 答案:B 您的答案：B 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第4题 泥水平衡盾构开挖的渣土以（）形式输送到地面。 A.岩石
B.泥浆 C.土体 D.砂浆 答案:B 您的答案：B 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第5题 以下不属于盾构始发端头加固方法的是（）。 A.旋喷桩法 B.注浆法 C.内嵌钢环 D.冻结法 答案:C 您的答案：C 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第6题 （）盾构机配备有泥水分离处理系统。 A.土压平衡 B.硬岩TBM C.双护盾TBM D.泥水平衡 答案:D 您的答案：D 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第7题 以下（）设备不属于盾构机后配套设备。 A.注浆系统 B.管片运输设备 C.出土设备 D.刀盘 答案:D 您的答案：D
题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第8题 以下（）工序不属于盾构始发阶段。 A.安装反力架 B.凿除洞门 C.拼装负环管片 D.到达端口加固 答案:D 您的答案：D 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第9题 沉管隧道按照管段的制作方式分为（）和干坞型。 A.圆形 B.矩形 C.钢筋混凝土 D.船台型 答案:D 您的答案：D 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第10题 以下（）不属于沉管隧道优势。 A.可浅埋，与两岸道路衔接容易 B.结构为现浇混凝土，造价低 C.防水性能好 D.对地质水文条件适应能力强 答案:B 您的答案：B 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第11题
地铁隧道盾构法施工
地铁隧道盾构法施工 导语：盾构法施工是一种机械化和自动化程度较高的隧道掘进施工方法，从20世纪60年代开始，西方发达国家大量将这种技术应用于城市地铁和大型城市排水隧道施工。我国近年来也开始在城市地铁隧道、越江越海隧道、取排水隧道施工中采用此项技术，以替代原来落后的开槽明挖或浅埋暗挖等劳动密集型施工方法。 关键词：地铁盾构施工盾构施工技术盾构施工测量点击进入VIP充值通道 地铁盾构机分类及组成 地铁盾构机根据其适用的土质及工作方式的不同主要分为压缩空气式、泥浆式，土压平衡式等不同类型。盾构机主要由开挖系统、推进系统排土系统管片拼装系统、油压、电气、控制系统、资态控制装置、导向系统、壁后注浆装置、后方台车、集中润滑装置、超前钻机及预注浆、铰接装置、通风装置、土碴改良装置及其他一些重要装置如盾壳、稳定翼、人闸等组成。海瑞克公司在广州地铁使用的典型土压平衡式盾构机为主机结构（盾体及刀盘结构）断面形状：圆形、用钢板成型制成，材料为：S335J2G3。主要由已下部分构成：刀盘、主轴承、前体、中体、推进油缸、
铰接油缸、盾尾、管片安装机。主机外形尺寸：7565mm（L）Ｘ6250（前体）Ｘ6240（中体）Ｘ6230（盾尾）。 ①压缩空气式盾构 1886 年Greatbhad 首次在盾构掘进隧道中引了这种工法,该工法利用压缩空气使整个盾构都防止地下水的侵入, 它可在游离水体下或地下水位下运作。其工作原理是利用用压缩空气来平衡水压和土压。传统的压缩空气式盾构要求在隧道工作面和止水隧道之间封闭一个相对较大的工作腔,大部分工人经常处于压缩空气下, 这会对掘进隧道和衬砌造成干扰,为了解决这些问题,又出现了用无压工作腔及全断面开挖的压缩空气式盾构和带有无压工作腔及部分断面开挖的压缩空气式盾构等。 ②土压平衡式盾构 20 世纪70 年代日本就开发土压平衡式盾构,不用辅助的支撑介质,切割轮开挖出的材料可作为支撑介质。该法用旋转的刀盘开挖地层,挖下的渣料通过切割轮的开口被压入开挖腔,然后在开挖腔内与塑性土浆混合。推力由压力舱壁传递到土浆上。当开挖腔内的土浆不再被当地的土和水压固化时就达到平衡。如果土浆的支撑压增大超过了平衡,开挖腔的土浆和在工作面的地层将进一步固化。与泥浆式盾构相比优点在于:无分离设备在淤泥或粘土地层中使用,覆盖层浅时无贯穿浆化的支撑泥浆泄露的危险。 ③泥浆式盾构 1912 年,Grauel 首次建造了泥浆式盾构。该法可以适用于各种松
隧道结构设计模型概述
隧道结构设计模型概述 摘要：目前采用的地下结构设计方法可以归纳为以下四种设计模型：○1以参照过去隧道工程实践经验进行工程类比为主的经验设计法；○2以现场量测和实验室试验为主的实用设计方法如收敛——约束法。○3作用与反作用模型，即荷载—结构模型○4连续介质模型，包括解析法和数值法。针对各种模型特点谈谈一下对该四种模型的认识。 1隧道结构体系设计计算模型的建立原则 对于均匀介质中的圆形隧道，当它处于平面轴对称状态时，将围岩与支护结构的相互作用问题抽象为支护需求曲线和支护补给曲线的收敛—约束关系，从而求出围岩与支护结构达到平衡时的支护阻力Pa。有了这个值就可以计算出围岩和支护结构的应力状态。由此可以看出，即使对于如此理想的问题，都需要事先将研究对象的几何形状、初始应力状态、开挖和支护过程、岩体和支护结构的物理力学特性等条件转换为数学力学模型，然后运用数学力学方法求出模型的、作为设计标准的特征值(如应力、位移或极限荷载等)。一个理想的隧道工程的数学力学模型应能反映下列的因素： ①必须能描述有裂隙和破坏带的，以及开挖面形状变化所形成的三维几何形状。 ②对围岩的地质状况和初始应力场不仅要能说明当时的，而且还要包括将来可能出现的状态。 ③应包括对围岩应力重分布有影响的岩石和支护材料非线性特性，而且还要能准确地测定出反映这些特性的参数。 ④如果要知道所设计的支护结构和开挖方法能否获得成功，即想评估其安全度，则必须将围岩、锚杆和混凝土等材料的局部破坏和整体失稳的判断条件纳入模型中。当然，条件必须满足现行设计规范的有关规定。 ⑤要经得起实际的检验，这种检验不能只是偶然巧合，而是需要保证系统的一致性。 这样的理想模型对于科学研究是十分必要的，因为只有准确地模拟围岩性质和施工过程，才能更好地了解围岩与支护结构的实际工作状态，作出符合实际的决策。然而这种理想模型的参数太多又不易精确测定，将各种影响因素都机械地转换到模型中来也是十分困难的。因此，理想模型还不宜直接用于设计实践，必须在可能的情况下，由理想模型推演出一些较简单的计算模型，或称为工程师模型。
盾构隧道结构ansys计算方法
一、盾构隧道结构计算模型 1、惯用法(自由圆环变形法) 惯用法的想法早在1960年就提出了，在日本国内得到了广泛的应用。惯用法假设管片环是弯曲刚度均匀的环，不考虑管片接头部分的柔性特征和弯曲刚度下降，管片截面具有同样刚度，并且弯曲刚度均匀的方法。这种方法计算出的管片环变形量偏小，导致在软弱地基中计算出的管片截面内力过小，而在良好地基条件下计算出的内力又过大。地层反力假设仅在水平方向上下45°范围内按三角形规律分布，这种模型可以计算出解析解。 P 0 k δ
2、修正惯用法 在采用惯用法的60年代，怎样评价错缝拼装效应是一个问题。如果错缝拼装管片，可弥补管片接头存在造成的刚度下降。于是，在对带有螺栓接头的管片环进行多次核对研究时，首次引入了η-ξ对错缝拼装的衬砌进行内力计算，即为修正惯用法。该法将衬砌视为具有刚度ηEI的均质圆环，将计算出的弯矩增大即（1+ξ）M，得到管片处的弯矩；将求出的弯矩减少即（1-ξ）M，得到接头处的弯矩。其中η称为弯曲刚度有效率，ξ称为弯矩增加率，它为传递给邻环的弯矩与计算弯矩之比。管片接头由于存在一些铰的作用，所以可以认为弯矩并不是全部经由管片接头传递，其一部分是利用环接头的剪切阻力传递给错缝拼装起来的邻接管片。 隧 道 纵 向 接头传递弯矩示意图
二、管片计算荷载的确定 1、荷载的分类 衬砌设计所考虑的各种荷载，应根据不同的地质条件和设计方法进行假定并根据隧道的用途加以考虑。衬砌设计所考虑的各种荷载见表所示。 衬砌设计荷载分类表
2、计算断面选择 埋深最大断面 埋深最小断面 埋深一般断面 水位 3、水土压力计算 对于粘性土层，如西安地铁黄土地层、成都地铁二号线膨胀土地层等，应采用水土压力合算的方式进行荷载计算。此时，地下水位以上地层荷载用湿容重计算，地下水位以下用饱和容重计算。 对于透水性较好的砂性地层，如西安地铁粗砂、中砂地层，成都地铁卵石土地层等，应采用水土压力分算的方式进行荷载计算。此时地下水位以上地层荷载用湿容重计算，地下水位以下用浮容重计算。 水土压力合算与分算，主要影响管片结构侧向荷载。一般水土分算时侧向压力更大。 4、松弛土压力 将垂直土压力作为作用于衬砌顶部的均布荷载来考虑。其大小宜根据隧道的覆土厚度、隧道的断面形式、外径和围岩条件等来决定。考虑长期作用于隧道上的土压力时，如果覆土厚度小于隧道外径，一般不考虑地基的拱效应而采用总覆土压力。但当覆土厚度大于隧道外径时，地基中产生拱效应的可能性比较大，可以考虑在计算时采用松弛土压力，一般采用泰沙基公式计算。
盾构隧道设计
盾构隧道设计 发表时间：2018-10-25T09:59:07.767Z 来源：《知识-力量》2018年11月上作者：李帅远周鹏方保江 [导读] 盾构机是现在常用的一种地下隧道挖掘设备，被广泛应用与我国的隧道建设中，本文以汕头市苏埃通道为力，根据地质情况，才去明挖逆作施工法进行施工，进行盾构隧道设计提供相应的方案，并以此为例为其他盾构隧道 （郑州大学机械工程学院，河南郑州 450001） 摘要：盾构机是现在常用的一种地下隧道挖掘设备，被广泛应用与我国的隧道建设中，本文以汕头市苏埃通道为力，根据地质情况，才去明挖逆作施工法进行施工，进行盾构隧道设计提供相应的方案，并以此为例为其他盾构隧道设计提供参考。 关键词：隧道；结构设计 ABSTRACT: Shield machine is now a common underground tunnel excavation equipment, widely used in the tunnel construction of our country, this article to shantou Sue Mr Channel, according to the geological conditions, to Ming dig top-down construction method the construction, shield tunnel design to provide the corresponding solutions, and provide a reference for other design of shield tunnel. Keywords:tunnel, structure desig 引言 本文以汕头苏埃通道为研究路线全长6680m，其中北岸路基长250m，南岸路基长360m，南岸互通立交长770m，隧道长5300m。工程跨越三个不同的地貌单元。南部为丘陵区，基岩埋藏浅，地形高低起伏，建筑物少。北部为滨海三角洲平原区，基岩埋深大，地势低平，为居民区，其间高楼林立，巷道纵横。中部为海区。本文重点对结构进行设计，为工程施工进行参考。 1 盾构隧道设计方案 图0-1 盾构隧道路线图 盾构接收井采取明挖逆作法施工，第一道环框梁(3500mm×1800mm)、第二道环框梁(3500mm×2500mm)与砼支撑同时施工，设置一道中隔墙，厚1200mm。底板为1500mm，侧墙为1200mm，中板为400mm，顶板为800mm。风塔底板为1000mm，侧墙为1200mm，顶板为800mm。见图1-1北岸盾构接收井结构形式。 图1-1 北岸盾构接收井结构形式 1.2盾构始发井的设计 南岸盾构始发井位于围堰内，盾构始发井尺寸为25m(长)×49.9m(宽)×26m(深)。基坑围护结构采用1200mm厚地连墙，竖向设置六道斜砼支撑，中间设置临时中立柱(采用460mm×460mm格构柱)，柱下采用Φ1200mm的钻孔桩基础。盾构始发井采取明挖逆作法施工。第一道环框梁(1000mm×1200mm)、第二道环框梁(3500mm×2500mm)与砼支撑同时施工。设置两道厚1000mm中隔墙，底板厚度为2000mm，侧墙厚
盾构法施工技术
盾构法施工技术 1盾构法 1.1 盾构法简介 盾构法施工是以盾构这种施工机械在地面以下暗挖隧道的一种施工方法。盾构（Shield）是一个既可以支承地层中推进的活动钢筒结构。钢筒的前端设置有支撑和开挖土体的装置，钢筒的中段安装有顶进所需千斤顶；钢筒尾部可以拼装预制工或现浇隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，应在盾尾支护下拼装（或现浇）一环衬砌，并向衬砌环外围的空隙中压注水泥砂浆，以防止隧道及地面下沉。盾构推进的反力由衬砌环承担。盾构施工前应先修建一竖井，在竖井处安装盾构，盾构开挖出的土体由竖井通道送出地面。盾构法施工工艺见图1所示。 图1 盾构法施工示意 1.2盾构法施工的优点及适用范围 盾构施工法所具有的优点： 一、可地盾构支护下安全地开挖、衬砌。 二、掘进速度快。盾构的推进、出土、拼装衬砌等全过程可实现机械化、自动化作业，施工 劳动强度低。 三、施工时不影响地面交通与设施，穿越河道时不影响航运。 四、施工中不受季节，风雨等气候条件影响。 五、施工中没有噪声和振动，对周围环境没有干扰。 六、在松软含水在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。 盾构施工法最适于在松软含水地层中修建隧道，在江河中修建水底隧道，在城市中修建在下铁道及各种市政设施。盾构施工法一般适宜于长隧道施工，有些资料显示，对于短于750m的隧道被认为是不经济的。因为盾构是一种昂贵，针对性很强的专用施工机械，对每一条用盾构法施工的隧道，都需根据地质水文条件、结构断面尺寸专门设计制造，一般不能得意简单的倒用到其它隧道工程中重复使用。此外，对隧道曲线半径过小或隧道顶覆土太浅时，施工困难较大。对水底隧道，覆土太浅时施工不够安全。当盾构施工法有采用全气压方
公路隧道支护结构设计的优化方法研究
公路隧道支护结构设计的优化方法研究 下,将支护结构设计中需要解决的问题表达成数学模型,再根据数学原理求得最优解,它包括设计变量、目标函数和约束条件等3个方面。目标函数是评价设计方案好坏的标准,一般来说,目标函数可以表示为问题变量的解析表达式。目标函数可以是一个,也可以是多个,但应尽量使目标函数的数目少一些。 对于衬砌断面形状的优化,考虑采用洞室开挖断面积最小为目标函数,实际计算时由于开挖断面积不但取决于衬砌净空限界,还与衬砌厚度相关,难度较大。考虑到衬砌内轮廊形状直接影响到隧道衬砌轴线的合理性以及衬砌厚度和开挖量,故采用内轮廊(面以上)所包的隧道净空面积最小为目标函数。 因为公隧道相对铁隧道跨度要稍大,故公隧道采用得较多的断面形状为四心圆、三心圆及单心圆。由于一般隧道断面均为对称结构,故本文只取隧道净空面积(面以上)的一半作为目标函数。根据隧道断面具体形状的不同,目标函数的解析表达式也不同。在一个最优化设计问题中,变量是影响设计质量的可变参数。变量太多,将使问题变得十分复杂, 而变量太少,则设计的自由度少,优化的程度变差, 甚至得出不符合实际的结论,所以要结合具体问题, 合理地选择变量。在满足设计要求的前提下,应减少次要的变量,使问题简化。 为满足限界要求,内轮廊线至少应将隧道建筑界完全包容在内,保证限界边界的任何点均在内轮廊线内,实际上就是保证限界控制点A、B、C
到隧道中心线的水平距离,小于或等于内轮廊线上在同内轮廊线净高应能满足隧道建筑限界净高H 要求,并在此基础上考虑通风要求。隧道的净空断面受通风方式的影响很大,在选择通风方式上,首先需要决定隧道内所需的通风量,然后讨论自然通风和交通风能否满足需要。
隧道工程《盾构法施工》超详细讲解
3 盾构法施工 概述 盾构法是以盾构为核心在地面以下暗挖隧洞的一种施工方法。盾构法始于英国，自1925年布鲁诺尔(Brunel)在伦敦泰晤士河下首次用一台矩形盾构开挖水底隧洞以来，已有170余年历史。在一百多年中，世界各国制造了数以千计的各种类型、各种直径的盾构，盾构掘进机从低级发展到高级，从手工操作到计算机监控机械化施工，使盾构掘进机及其施工技术得到了不断发展和完善。现代盾构已经发展成为集机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧洞衬砌、测量导向纠偏等功能的大型的施工机械设备。 ●盾构法作为一种先进的隧洞施工工法具有： （1）对环境干扰少，对交通及居民生活影响小； （2）盾构推进、出土、衬砌等工序循环进行，易于管理，施工人员少； （3）施工不受地形地貌，江河水域等地表环境条件限制； （4）施工不受天气条件（雨雪等）限制； （5）出土量少，对周围环境及地表沉降影响小； （6）在土质差，地下水位高的地方建大埋深隧洞具有优越性。 由于这些优点，盾构法特别适宜于城市隧洞和穿江越海的施工，目前盾构工法已在城市隧洞的构筑中确定了稳固的统治地位。 ●盾构法是一项综合性的施工技术。构成盾构法的主要内容有： （1）先在隧洞某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位。 （2）盾构机主机和配件吊装下井，在预定位置组装成整机并调试使其性能达到设计要求。 （3）盾构从竖井或基坑的墙壁开口处出发，在地层中沿着设计轴线推进。盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制衬砌，再传到竖井或基坑的后靠壁上。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向盾尾后面的衬砌环外周的空隙中压注浆体，以防止隧洞及地面下沉，在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。 （4）盾构到达预定终点的竖井或基坑时掘进结束，然后检修盾构或解体盾构运出。 ●盾构是进行土方开挖正面支护和隧洞衬砌结构安装的施工机具，它还需要其它施工技术密切配合才能顺利施工。主要有： （1）地下水的降低； （2）稳定地层、防止隧洞及地面沉陷的土壤加固措施； （3）隧洞衬砌结构的制造； （4）隧洞内的运输； （5）衬砌与地层间的充填； （6）衬砌的防水与堵漏； （7）开挖土方的运输及处理方法； （8）配合施工的测量、监测技术； （9）采用气压法施工时，还涉及到医学上的一些问题和防护措施等。 目前在我国主要使用的有土压平衡盾构和泥水平衡盾构。 （1）土压平衡盾构 土压平衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔板，在刀盘的旋转作用下，刀具切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，使土仓和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠盾构推进油缸的推力通过隔板给土仓内的土碴加压，使土压作用于开挖面以平衡开挖面的水土压力。破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，泥土落到土仓底部后，通过螺旋输送机运到皮带输
地铁区间隧道常见结构的设计
地铁区间隧道常见结构的设计 【摘要】结合深圳地铁2号线工程实例,介绍地铁区间隧道常见结构型式的设计,以用于指导建设实践。 【关键词】地铁;区间隧道;结构设计 地铁区间隧道目前主要的设计方案有暗挖马蹄形断面隧道、圆形盾构断面隧道、明挖矩形断面隧道。每种型式各有优缺点,在设计中需根据不同的地质条件、线路埋深和周边环境加以选择。 1、设计结构型式的选择 1.1 明挖矩形结构经过多年的发展,明挖法施工工艺成熟,方法简单、可靠,施工风险小,容易控制;工程进度快,根据需要可以分段同时作业;浅埋时造价及运营费用低;对地质条件要求不高;防水处理容易。但施工对城市地面交通和居民的正常生活也有一定影响,在施工期间对周边环境有一定的破坏;在明挖影响范围的地下管线需拆迁;需较大的施工场地。对于跨度大、埋深浅、地质条件差且地面环境允许,有施工场地的区间段,应优先考虑使用,以减少施工的风险和减少工程造价。 1.2矿山法马蹄形结构 1.2.1矿山法优缺点分析地铁区间隧道采用矿山法施工,是为适应城市浅埋隧道的需要而发展起来的施工方法,也称浅埋暗挖法。在我国地铁区间隧道建设中已广泛采用。它是采用信息化设计和施工,可以根据施工监测的信息反馈来验证或修改设计和施工工艺,具有适应城市地下工程周围环境复杂、地质条件较差、埋深浅、地面沉降控制严格及结构防水要求高等特点。矿山法施工除在施工竖井或洞口位置需占有一定的施工场地外,对地面交通、管线等干扰较少,对周边环境影响较小;废弃土石方量少;对不同的地质情况及周边环境采用不同的工程措施及施工方法,针对性强;对软硬不均地层,可以采用不同的开挖方式进行处理,处理方便容易。矿山法也有自身的弱点:在施工中容易引起地下水流失,从而引起地面沉降或隆起,在重要管线和房屋周边需采取切实可行的保护措施;在施工中处理不当,容易引起地面坍塌,从而造成对周边环境的影响和引发事故。在施工过程中需严格按施工工艺和要求进行施工,并加强施工中的监控量测工作。跨度大时,需分多步进行开挖施工,工序之间干扰大,施工组织麻烦,施工中存在一定的风险。在设计及施工过程中,需要充分论证和考虑隧道周边的环境和工程及水文地质条件,采用合理的工程措施和施工工艺之后,以上弱点才可以弱化并避免的。因此采用矿山法设计和施工时,必须从隧道施工方法、施工程序、辅助工法的采用等方面进行认真研究。 1.2.2计算简图采用荷载-结构模型平面杆系有限单元法。选取地质条件最差、最不利典型横断面进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的计算。计算简图和计算结果见图1~图3。 1.3盾构法圆形结构 1.3.1盾构法优缺点盾构法施工不仅施工进度快,而且无噪音,无振动,对地面交通及沿线建筑物、地下管线和居民生活等影响较少。由于管片采用高精度预制构件,机械化拼装,因而质量易于控制。地铁工程建设经验表明,由于采用高精度管片及复合防水封垫,单层钢筋混凝土管片组成的隧道衬砌可取得良好的防水效果,不需要修筑内衬结构。盾构技术的发展,尤其是泥水式、复合式土压平衡式盾构的开发,使之在含水砂层以及砂质黏性土层等地层中进行开挖成为可能,所以当工程地质和水文地质条件以及周围环境情况等难以用矿山法和明挖法施工时,盾构法是较好的选择。而且采用盾构法施工下穿房屋筏板基础时,能较有效控制地面沉降,减少对房屋的破坏。因此,地铁区间隧道采用盾构技术已成为发展的必然趋势。采用盾构法较矿山法施工有施工风险相对较小、对环境的影响较小、工程投资较省等优点。盾构法施工也有一定的弱点。盾构机在匀质地层中施工是顺利的,但是地层软硬不均,尤其是在软
盾构隧道设计基本概念
盾构隧道设计基本概念 1盾构管片的几何设计 1.1隧道线形的选择—平纵断面的拟合 隧道的中线是由直线及曲线组成。设计常常采用楔形衬砌环（见图1-1），来实现盾构隧道在曲线上偏转及纠偏，楔形衬砌环最大宽度与最小宽度之差称为楔形量。一般来说，楔形量的确定具有经验性，应考虑管片种类、环宽、直径、曲线半径、曲线区间楔形管片环使用比例、管片制作的方便性、盾尾操作空隙因素综合确定；管片楔形量还必须为施工留出适当的余裕。如下图所示，阴影部分是管片的平面投影图，圆弧是隧道设计中心线，圆弧中心点O1是隧道的转弯半径所在的中心点，O2是理论上能拼出的最小转弯半径时的圆心，则O2P＜O1P。 a）普通环b）单侧楔形环c）两侧楔形环 图1-1 楔形衬砌环（β-楔形角、△-楔形量） 图1-2 楔形量与转弯半径示意图 日本曾统计管片外径与楔形量的相关关系，如下图所示。
图1-3 楔形量的施工统计 《盾构工程用标准管片（1990年）》规定管片环外径与楔形量的关系如表1-1所示。 表1-1 楔形量与管片环外径的关系 目前，多采用楔形衬砌环与直线衬砌环的组合、左右楔形衬砌环以及通用型管片。 1.1.1标准环+楔形环 管片拼装时，根据隧道线路的不同，直线段采用标准环管片，曲线段采用楔形管片（左转弯环、右转弯环）用于隧道的转弯和纠偏。楔形环的楔形角由标准管片的宽度、外径和施工曲线的半径而定。采用这类管片时，至少需三种管片模具，即标准环管模、左转弯环管模和右转弯环管模。 a）直线段b）曲线段 图1-4 标准环+楔形环拟合线路 通常，以短折线拟合曲线，在设计时常以2标准环+1楔形环来拟合；不得以（极端困难）时，以1标准环+1楔形环来拟合。
公路隧道施工盾构法、沉管法介绍
第1题 沉管隧道施工工序中，沉管与连接之后的工序是（）。 A.预制管段 B.修建临时干坞 C.基础处理 D.回填覆盖 答案:C 您的答案：C 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第2题 ？关于盾构法，下列（）的说法是错误的。 A.盾构法是暗挖隧道的一种施工方法 B.盾构法穿越地面建筑群的区域时，周围可不受施工影响 C.盾构机推进系统包括推进千斤顶和液压系统 D.盾构壳体由切口环和支承环两部分组成 答案:D 您的答案：D 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第3题 盾构机的外壳沿纵向从前到后可分为前盾、中盾、后盾三段。通常所指的支承环是（） A.前盾 B.中盾 C.后盾 D.盾尾 答案:B 您的答案：B 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第4题 泥水平衡盾构开挖的渣土以（）形式输送到地面。 A.岩石 B.泥浆
C.土体 D.砂浆 答案:B 您的答案：B 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第5题 以下不属于盾构始发端头加固方法的是（）。 A.旋喷桩法 B.注浆法 C.内嵌钢环 D.冻结法 答案:C 您的答案：C 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第6题 （）盾构机配备有泥水分离处理系统。 A.土压平衡 B.硬岩TBM C.双护盾TBM D.泥水平衡 答案:D 您的答案：D 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第7题 以下（）设备不属于盾构机后配套设备。 A.注浆系统 B.管片运输设备 C.出土设备 D.刀盘 答案:D 您的答案：D 题目分数：4
此题得分：4.0 批注： 第8题 以下（）工序不属于盾构始发阶段。 A.安装反力架 B.凿除洞门 C.拼装负环管片 D.到达端口加固 答案:D 您的答案：D 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第9题 沉管隧道按照管段的制作方式分为（）和干坞型。 A.圆形 B.矩形 C.钢筋混凝土 D.船台型 答案:D 您的答案：D 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第10题 以下（）不属于沉管隧道优势。 A.可浅埋，与两岸道路衔接容易 B.结构为现浇混凝土，造价低 C.防水性能好 D.对地质水文条件适应能力强 答案:B 您的答案：B 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第11题 盾构壳体一般分为（）部分。
2018继续教育试验检测测试题答案公路隧道施工盾构法
公路隧道施工盾构法、沉管法介绍 试题 第1题 沉管隧道施工工序中，沉管与连接之后的工序是（）。 A.预制管段 B.修建临时干坞 C.基础处理 D.回填覆盖 答案:C 您的答案：C 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第2题 ？关于盾构法，下列（）的说法是错误的。 A.盾构法是暗挖隧道的一种施工方法 B.盾构法穿越地面建筑群的区域时，周围可不受施工影响 C.盾构机推进系统包括推进千斤顶和液压系统 D.盾构壳体由切口环和支承环两部分组成 答案:D 您的答案：D 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第3题 盾构机的外壳沿纵向从前到后可分为前盾、中盾、后盾三段。通常所指的支承环是（） A.前盾 B.中盾 C.后盾 D.盾尾 答案:B 您的答案：B 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第4题
泥水平衡盾构开挖的渣土以（）形式输送到地面。 A.岩石 B.泥浆 C.土体 D.砂浆 答案:B 您的答案：B 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第5题 以下不属于盾构始发端头加固方法的是（）。 A.旋喷桩法 B.注浆法 C.内嵌钢环 D.冻结法 答案:C 您的答案：C 题目分数：3 此题得分：3.0 批注： 第6题 （）盾构机配备有泥水分离处理系统。 A.土压平衡 B.硬岩TBM C.双护盾TBM D.泥水平衡 答案:D 您的答案：D 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第7题 以下（）设备不属于盾构机后配套设备。 A.注浆系统 B.管片运输设备 C.出土设备 D.刀盘
您的答案：D 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第8题 以下（）工序不属于盾构始发阶段。 A.安装反力架 B.凿除洞门 C.拼装负环管片 D.到达端口加固 答案:D 您的答案：D 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第9题 沉管隧道按照管段的制作方式分为（）和干坞型。 A.圆形 B.矩形 C.钢筋混凝土 D.船台型 答案:D 您的答案：D 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第10题 以下（）不属于沉管隧道优势。 A.可浅埋，与两岸道路衔接容易 B.结构为现浇混凝土，造价低 C.防水性能好 D.对地质水文条件适应能力强 答案:B 您的答案：B 题目分数：4 此题得分：4.0
隧道施工方法之盾构法
盾构法的是利用盾构进行隧道开挖，衬砌等作业的施工方法。用盾构在软质地基或破碎岩层中掘进隧洞的施工方法。盾构是一种带有护罩的专用设备，利用尾部已装好的衬砌块作为支点向前推进，用刀盘切割土体，同时排土和拼装后面的预制混凝土衬砌块。盾构是1874年发明，首先用的是气压盾构。开挖英国伦敦泰晤士河水底隧道。[1] 盾构机掘进的出碴方式有机械式和水力式，以水力式居多。水力盾构在工作面处有一个注满膨润土液的密封室。澎润土液既用于平衡土压力和地下水压力，又用作输送排出土体的介质。 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。
盾构法施工具有施工速度快、洞体质量比较稳定、对周围建筑物影响较小等特点，适合在软土地基段施工。 用盾构法修建隧道已有150余年的历史。最早进行研究的是法国工程师M.I.布律内尔，他由观察船蛆在船的木头中钻洞，并从体内排出一种粘液加固洞穴的现象得到启发，在1818年开始研究盾构法施工，并于1825年在英国伦敦泰晤士河下，用一个矩形盾构建造世界上第一条水底隧道（宽11.4米、高6.8米）。在修建过程中遇到很大的困难，两次被河水淹没，直至1835年，使用了改良后的盾构，才于1843年完工。 盾构法施工工序： 采用盾构法施工时，首先要在隧道的始端和终端开挖基坑或建造竖井，用作盾构及其设备的拼装井（室）和拆卸井（室），特别长的隧道，还应设置中间检修工作井（室）。拼装和拆卸用的工作井，其建筑尺寸应根据盾构装拆的施工要