盾构法隧道施工方案.docx

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1、盾构法隧道施工方案圆形区间隧道沿线在繁华市区道路或密集的建筑物下穿过。根据国内外大量施工实践证明，在饱和含水粘质粉土或粉砂土层中采用加泥式土压平衡盾构，可以较好地将盾构施工的地面变形控制在标书要求的+10-30mm范围内，满足深圳市市区内较高的环境保护要求。第一节隧道平纵断面布置5.1.1 概述深圳地铁一期工程第七标段天虹岗厦区间隧道从天虹站西端顺深南中路向西延伸，穿过华富路至福天路口，然后向南离开深南中路，下穿福天河，经过一片荔枝园，过福华路立交桥和福华新村后，再向西到达岗厦站。共分两段盾构段。第七标段第一段中间始发井天虹站，右线长约986.2米，左线长约972.6米总长约1959米；在CK

2、6+35O处建造一个盾构始发工作井，并由此开始采用盾构施工法向位于CK5+338.8处的盾构机到达和撤离井方向掘进。第二段中间始发井岗厦井，右线长约为741.9米，左线长约为770.9米，总长约1513米。在CK6+350处建造一个盾构始发工作井，并由此开始采用盾构施工法向位于CK7+108.601处的盾构机到达和撤离井方向掘进。根据业主提供的招标资料中地质描述，天虹站岗厦站区间地处台地、冲击平原，盾构隧道主要穿越砂层和粘性土层中通过，部分位于全风化强风化的花岗岩中，局部位于中风化的花岗岩中。地下水一般位于2.06.9m,以孔隙潜水为主，水位变幅0.5-1.0m,砂层透水性较好。对于平面断面线

3、型，要求最小平面曲线半径为300m；纵断面，要求最小竖曲线半径3000mo5.1.2 平面曲线地段：选用最小半径30Om进行了楔形环的设置。楔形量25mm,R=300时，圆曲线段设置楔形环；缓和曲线段根据偏角设置楔形环；R300时，圆曲线段沿缓和曲线均按偏角设置楔形环。5.1.3 纵向曲线地段：半径为500Om时，不设楔形块，可在背千斤顶环面上分段粘贴石棉橡胶板，形成踏步形楔形环面，半径为300Om时，每10环衬砌管片标准环中加一环楔形环。5.1.4 各类管片数量统计天虹站一岗厦站左右线总长:3472m圆环出洞进洞变形缝后特殊标准环总环数类型环数环数一1环环转环转环圆环数量4448040919

4、31754尸Z812第二节隧道衬砌设计5.2.1 衬砌选型根据国内外经验，在盾构隧道区间采用有一定接头刚度的单层装配式管片衬砌，是合理和成功地。经过计算校核，本设计中采用的衬砌圆环的强度、最大裂缝宽度、变形、接缝张开及地表沉降控制等，即使在通过特殊地段时，均能满足第2页共25页标书的设计要求。而且单层衬砌施工工艺简明，工程实施周期短，由于衬砌厚度相对两层衬砌要少，可以节省材料，降低投资成本。由此，经过综合的技术和经济比较论证，并参考标书推荐衬砌类型，该隧道盾构衬砌采用单层装配式管片衬砌。5.2.2 隧道及管片具体参数隧道采用单层装配式钢筋混凝土管片衬砌，根据招标文件参考初步设计及线路平纵曲线，

5、对净空限制限界的要求，隧道内径选定为5500mm,管片厚为30Omm,宽120Omm。为便于安装,衬砌环分为6块,下部三块标准块(2SB1,SB2)的圆心角为1.1.1 ,两邻接块(S11,S12)的圆心角为67.5o,封顶块(SF)的圆心角为22.5o使管片衬砌圆环受力合理，变形能得到控制，管片衬砌环在纵向按错缝式拼装，纵向接头为16处，按22.5等角度布置。标准块与邻接块管片环向面上设接头螺栓2只，纵向面上设置接头螺栓3只，螺栓采用直径M30,全用弯螺栓。弯螺栓连接的接头具有一定的自由度，十分便于手工安设，且手孔体积小，管片强度损失很小。同时受外界腐蚀而损坏管片的风险也很小。弯螺栓在德国、

6、法国、英国、新加坡、丹麦等许多国家的地铁交通项目及国内地铁中广泛采用，这种接头系统都非常成功。钢筋碎管片强度等级C50,抗渗等级不得小于1OMPa。衬砌环缝外弧侧设水膨胀型止水片预留槽，内弧侧设嵌缝槽。衬砌纵缝外侧同样设水膨胀型止水片槽,内侧设嵌缝槽;5.2.3 衬砌拼装方式错缝安装施工方便，可在整体上控制安装精度，而且在软弱地层条件下有助于降低衬砌椭圆变型，增强衬砌的整体受力，因此衬砌环采用错缝拼装方式。本第3页共25页投标设计建议施工拼装采用三种方案。第一方案为，以两环为一组，第一环左偏11.250,第二环右偏11.250；第二方案为，以两环为一组，第一环左偏22.50,第二环右偏22.5

7、0方案；第三方案为，以三环为一组，第一环左偏450,第二环不偏转，第三环右偏450。经过精确的计算校核，结果表明，第一方案的管片衬砌圆环受力合理，且变形能得到控制，故本投标设计推荐优先采用第一方案。5.2.4 衬砌管片制作要求钢筋混凝土管片需要在高精度钢模内制造成型，采用防水混凝土制作管片，管片混凝土强度等级C50,抗渗等级大于1oMPa。混凝土应选择经过抗渗试验的合适的配合比，限制水泥用量。水灰比不大于0.45,并掺入不含氯化物的防水外加剂。管片在制作、吊运、堆放时应采取保护措施，防止管片碰撞损伤。管片水泥标号采用525号。衬砌成型精度：单块检验允差-宽度：0.5mm;弧长1.0mm；管片外

8、径：20+-mm；内半径：1.0mm；螺栓孔直径与孔位：1.0mm。整环拼装检验-相邻环环面间隙不得大于1.0mm,相邻管片间间隙不得大于220+-mm；对应环向螺栓孔不同轴度小于1Omm。衬砌表面应密实、光洁、平整，边棱完整无缺损。钢筋骨架须焊接成型，焊接强度与较小直径等强。钢筋落料长度以实际放样尺寸为准。每块管片的内弧面必须清晰地标注不会被磨损的管片号。如(SF),(S11),(S12),等等。管片内外弧面混凝土净保护层厚度须控制在40mm范围。衬砌拼装前，应予以严格检查。止水密封片沟槽两侧及平面转角处不得有剥落、缺损。大缺角应用SC-I混凝土粘接剂修补。沟槽两侧、第4页共25页底面的坑点

9、应用107胶结剂加水泥腻子填实，抹平。检查合格后芳可使用。衬砌制作应符合混凝土工程施工及验收规范及地下铁道工程施工与验收规范中的相应规定。5.2.5 特殊管片除标准环和楔形管片衬砌环（SRR和S1R）外，尚有站端接头环（SRO和SR1）、变形缝处环（SBR）第三节隧道衬砌计算5.3.1 隧道衬砌的计算模式说明5.3.1.1 计算模式管片结构的内力及变形计算采用荷载一一结构模式。目前国内对盾构隧道管片衬砌结构的截面内力计算，多以经验性为主的简化计算法为主。为保证计算准确可靠，本投标设计计算中，首先用简化的计算法（将管片衬砌结构简化为匀质圆环）进行参数的初步确定。其次采用精确计算法计算出截面内力（

10、考虑各类接头位置与刚度、错缝时的环间相互咬合效应，及隧道与周围土体的实际相互作用关系）。然后对两者方法的计算结果进行比较。结果表明，简化计算法因不能明示接头位置，难于反映管片衬砌结构的实际受力状况（如考虑为匀质圆环时，不能反映圆环偏转某一角度后的截面内力及变形变化、不能计算错缝时的纵向接头的剪力等），计算结果受人为影响的因素较大。故本投标设计计算中，采用能考虑接头位置与刚度的精确计算法计算出截面内力，并以此进行各种检算。盾构隧道管片衬砌结构的两种力学计算模式的具体情况如下：匀质圆环计算法将衬砌圆环考虑为弹性匀质圆环，用小于1的刚度折减系数n来体现环向接头的影响，不具体考虑接头的位置，即仅降低衬

11、砌圆环的整体抗弯刚度。用曲梁第5页共25页单元模拟刚度折减后的衬砌圆，在本次计算中，n取0.55,0.65,0.75三种参数环。同时，在计算中用大小1.0的系数已来表达错缝拼装引起的附加内力值，根据国内外经验，在本次计算中，取为120%130%作对比计算分析。考虑接头位置与刚度的精确计算法在一衬砌圆环内，具体考虑环向接头的位置和接头的刚度，用曲梁单元模拟管片的实际状况，用接头抗弯刚度Ke来体现环向接头的实际抗弯刚度。为错缝式拼装时，因纵向接头将引起衬砌圆环间的相互咬合作用，此时根据错缝拼装方式，除考虑计算对象的衬砌圆环外，将对其有影响的前后的衬砌圆环也作为对象，采用空间结构进行计算，并用圆环径

12、向抗剪刚度Kr和切向抗剪刚度Kt来体现纵向接头的环间传力效果。在本计算中，根据采用的弯螺栓接头的受力情况，参照国内外有关试验研究结果（见：DesignofSegment,JapanSocietyofCivi1Engineering,1994.6。圆形隧道装配式衬砌接头刚度模型研究，岩土工程学报，Vo1.22,No.3）,全部环向接头的抗弯刚度K,在隧道内侧受拉时取为5104kNmrad,隧道外侧受拉时取为3104kNm/rad。另外，在本计算中，纵向接头的径向抗剪刚度Kr和切向抗剪刚度Kt均取为无穷大，即认为各环管片在纵向接头处不产生错动。管片衬砌圆环计尊的两种力学模式a.匀质圆环b.考虑接头

13、的位置与刚度管片衬砌圆环计算的两种力学模式5.3.1.2 衬砌圆环与周围土体的相互作用衬砌圆环与周围土体的相互作用通过设置在衬砌全环只能受压的径向弹簧单元和切向弹簧单元来体现，这些单元受拉时将自动脱离，弹簧单元的刚度由衬砌周围土体的地基抗力系数决定。5.3.1.3 荷载模式管片的荷载模式。rrTTf%管片的荷载模式在确定作用在隧道上方的土层压力方面，国内外视地层情况,主要采用卸拱理论（太沙基公式为主体）和按全部地层压力计算土层压力的方法，但均带有较大近似性。故国外也有取最小土压力不小于2D（当计算土压力小于此值时）的经验法。考虑到本次标段的最大和最小埋深分别在14m左右和9m左右，地层以粘性土

14、层为主体，无单独从隧道底部贯通至地表的砂性土地层，故偏于安全地将上覆土体自重完全作用在隧道上进行计算分析，即计算中竖向地层压力按全部地层压力计算。而侧压力当隧道处于粘性土中时按水土和算考虑，在砂性土地层时按水土分算考虑。除土水压力外，实际的计算荷载按施工和使用阶段可能出现的其它最不利荷载组合进行结构强度、变形计算，同时对混凝土裂缝宽度进行验算。5.3.2 设计计算条件5.3.2.1 管片特征隧道外半径R1=3.05m隧道中心半径R2=2.9m隧道内半径R3=2.75m管片宽度B=1.2m管片厚度h=0.3m分块数目=6块管片配筋为：外侧6612+610,内侧10612,均为级钢筋。封顶块管片圆

15、心角为22.5,其余5块管片圆心角均为67.5oo管片衬砌环在纵向按错缝式拼装，纵向接头为16处，按22.5等角度布置，管片衬砌环布置参见下5-3。在本次计算中选两环为一组，左偏11.25,右偏11.25的错缝拼装方案为主体进行各项检算。在具体的计算过程中，取出三环管片进行空间计算，检算对象为中间一环。管片衬砌环布置图的特征等条件，参照地质报告，选取可能出现最不利受力情况的四个典型断面进行计算，四个计算点的主要土质特征条件汇总于下表。计算点土质特征条件计算点计算点一计算点二计算点三计算点四位置右线CK5+665右线CK5+900左线CK6+223右线CK7+086地层特征从上至下分别为素填土（粘土）、砂砾、粘土、砾质粘性土。隧道位于砾质粘性土层中。常时稳定水位6.9mo从上至下分别为素填土（粘土）、中砂、砂砾、砾质粘性土。隧道位于砂砾层中。常时稳定水位6.5mo从上至下分别为素填土（粉质粘土）、中砂、粉质粘土、砾质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、隧道1/3位于砾质粘性土层、1/3位于全风化花岗岩层、1/3位于强风化花岗岩层中。常时稳定水位4