第六章盾構(gòu)襯砌結(jié)構(gòu)上海理工大學(xué)土木工程系陳有亮第六章盾構(gòu)襯砌結(jié)構(gòu)上海理工大學(xué)土木工程系1目錄6.1概述6.2盾構(gòu)構(gòu)造和分類6.3盾構(gòu)推進及襯砌拼裝6.4裝配式圓形襯砌構(gòu)造6.5內(nèi)力計算與管片結(jié)構(gòu)設(shè)計目錄6.1概述26.1概述6.1.1定義6.1.2盾構(gòu)法的發(fā)展歷史6.1.3盾構(gòu)法的優(yōu)缺點6.1.4盾構(gòu)機的類型6.1概述6.1.1定義36.1.1定義盾構(gòu)是一種鋼制的活動防護裝置或活動支撐,是通過軟弱含水層,特別是河底、海底以及城市居民區(qū)修建隧道時使用的一種施工機械。在盾構(gòu)的防護下，頭部可以安全地開挖地層，一次掘進相當于裝配式襯砌一環(huán)的寬度。尾部可以裝配預(yù)制管片或砌塊，迅速地拼裝成隧道永久襯砌，并將襯砌與土層之間的空隙用水泥壓漿填實，防止周圍地層的繼續(xù)變形和圍巖壓力的增長。6.1.1定義盾構(gòu)是一種鋼制的活動防護裝置或活動支撐,是通46.1.1定義盾構(gòu)推進主要是依靠盾構(gòu)內(nèi)部設(shè)置的千斤頂，用千斤頂頂在拼裝成的襯砌環(huán)上，使它推進到已挖好的空間內(nèi)，然后縮回活塞桿，為下一環(huán)襯砌拼裝創(chuàng)造條件。重復(fù)上述過程，不斷開挖不斷拼裝，并不斷推進，借助盾構(gòu)這種施工機械可以較快的速度完成隧道施工基本作業(yè)循環(huán)，直至隧道建成。6.1.1定義盾構(gòu)推進主要是依靠盾構(gòu)內(nèi)部設(shè)置的千斤頂，用千56.1.2盾構(gòu)法的發(fā)展歷史1818年法國工程師布魯諾爾取得了隧道盾構(gòu)的發(fā)明專利；1825年在英國泰晤士河下首次用矩形盾構(gòu)建造隧道，實際上它是一個活動的施工防護裝置；1869年英國工程師J.H.Greathead成功地應(yīng)用了P.W.Barlow式盾構(gòu)修建了英國泰晤士河下水底隧道，自此，盾構(gòu)得到了普遍承認。6.1.2盾構(gòu)法的發(fā)展歷史1818年法國工程師布魯諾爾取得66.1.2盾構(gòu)法的發(fā)展歷史1874年在英國倫敦城南線修建隧道時，J.H.Greathead創(chuàng)造了比較完整的用壓縮空氣來防水的氣壓盾構(gòu)施工工藝，使海底隧道施工工藝有了長足的發(fā)展，并為現(xiàn)代化盾構(gòu)奠定了基礎(chǔ)；之后，盾構(gòu)技術(shù)在美國、德國、前蘇聯(lián)、日本等國都得到了迅速發(fā)展。6.1.2盾構(gòu)法的發(fā)展歷史1874年在英國倫敦城南線修建隧76.1.2盾構(gòu)法的發(fā)展歷史我國在1957年北京下水道工程中首次使用了2.6m小盾構(gòu)（當時稱盾甲法）。從1963年起先后設(shè)計制造了外徑為3.6m、4.2m、5.8m、10.2m等不同直徑的盾構(gòu)機械。近年還設(shè)計制造了11.0m直徑的大盾構(gòu)，供上海市延安東路過江隧道使用。6.1.2盾構(gòu)法的發(fā)展歷史我國在1957年北京下水道工程中86.1.3盾構(gòu)法的優(yōu)缺點優(yōu)點：該施工方法屬地表以下暗挖施工，不受地面交通、河道、航運、潮汐、季節(jié)等條件的影響，能比較經(jīng)濟合理地保證隧道安全施工，在松軟含水地層中修建隧道、水底隧道及地下鐵道時采用各種不同形式的盾構(gòu)施工最有意義。缺點：盾構(gòu)的制造、運送、拼裝、拆卸等費用比較昂貴，設(shè)備比較復(fù)雜；它是一項綜合性的施工技術(shù)，除使用盾構(gòu)本身進行土方開挖和襯砌拼裝外，還需要有氣壓供應(yīng)，人工井點降水，襯砌管片的預(yù)制，襯砌防水堵漏，隧道內(nèi)的運輸、測量、施工場地布置等施工技術(shù)的密切配合；用氣壓法施工時，可能會遇到壓縮空氣泄出的危險，要采用醫(yī)學(xué)防護措施，防止減壓病等；盾構(gòu)法的應(yīng)用受到一定條件的限制，如果條件不具備，只有采用其它施工方法。6.1.3盾構(gòu)法的優(yōu)缺點優(yōu)點：該施工方法屬地表以下暗挖施工96.1.4盾構(gòu)機的類型按形狀:圓形（半盾構(gòu)）、矩形、馬蹄形等。圓形因其抵抗水土壓力較理想，襯砌拼裝簡便，構(gòu)件可以互換，較為通用，數(shù)量最多。矩形因四周力的分布不均，操縱不便，用的不多。在圓形盾構(gòu)中，根據(jù)盾構(gòu)開挖面的施工方式不同，可分為敞胸盾構(gòu)和閉胸盾構(gòu)兩大類。按排除地下水穩(wěn)定開挖面的方式可分為人工井點降水、泥水加壓、土壓平衡式的無氣壓盾構(gòu)，局部氣壓盾構(gòu)，氣壓盾構(gòu)等6.1.4盾構(gòu)機的類型按形狀:圓形（半盾構(gòu)）、矩形、馬蹄形106.2盾構(gòu)構(gòu)造和分類6.2.1盾構(gòu)的基本構(gòu)造6.2.2盾構(gòu)分類及其適用范圍6.2.3盾構(gòu)幾何尺寸的選定及盾構(gòu)千斤頂推力計算6.2盾構(gòu)構(gòu)造和分類6.2.1盾構(gòu)的基本構(gòu)造116.2.1盾構(gòu)的基本構(gòu)造如圖6-2所示，盾構(gòu)通常由盾構(gòu)殼體、推進系統(tǒng)、拼裝系統(tǒng)、出土系統(tǒng)等四大部分組成。盾構(gòu)殼體：由切口環(huán)、支承環(huán)、盾尾與豎直隔板、水平隔板組成，并由外殼鋼板連成整體。推進系統(tǒng)：盾構(gòu)的推進系統(tǒng)主要由盾構(gòu)千斤頂和液壓設(shè)備組成，并利用千斤頂上下左右活塞桿伸出長度不同達到糾偏目的。千斤頂一般是沿支承環(huán)周圍均勻分布的。6.2.1盾構(gòu)的基本構(gòu)造如圖6-2所示，盾構(gòu)通常由盾構(gòu)殼體126.2.1盾構(gòu)的基本構(gòu)造盾構(gòu)是由電能帶動液壓設(shè)備而工作的。液壓設(shè)備由啟動輸油泵、啟動高壓油泵、啟動控制油泵等組成。拼裝系統(tǒng)：襯砌拼裝器又稱舉重臂，是拼裝系統(tǒng)的主要設(shè)備，也以油壓系統(tǒng)為動力。一般舉重臂均安裝在支撐環(huán)上，中小型盾構(gòu)因受空間限制有的安裝在后部車架上或平板車上。出土系統(tǒng)：大直徑盾構(gòu)施工要運出大量土方，出土方式恰當與否直接影響到盾構(gòu)推進的速度和施工場地安排是否合理。出土方式一般有三種：6.2.1盾構(gòu)的基本構(gòu)造盾構(gòu)是由電能帶動液壓設(shè)備而工作的。136.2.1盾構(gòu)的基本構(gòu)造有軌運輸；無軌運輸；管道運輸。6.2.1盾構(gòu)的基本構(gòu)造有軌運輸；146.2.2盾構(gòu)分類及其適用范圍具體分類見表6-1。按挖掘方式，盾構(gòu)可分為人工開掘、半機械式開掘和機械式開掘；按構(gòu)造類型可分為敞胸和閉胸兩種方式。6.2.2盾構(gòu)分類及其適用范圍具體分類見表6-1。156.2.2盾構(gòu)分類及其適用范圍人工開掘式、半機械式敞胸盾構(gòu):此類盾構(gòu)可根據(jù)地質(zhì)條件全部敞開,隨時觀察地層變化情況,并配備簡便的液壓、機械挖掘、人工挖掘，當開挖面難以保持穩(wěn)定時，可以采用氣壓等人工措施，如正面支撐、支撐千斤頂?shù)入S挖隨撐。這種盾構(gòu)是最老式、最普通的一種，絕大多數(shù)水底道路隧道都采用這種盾構(gòu)。它的優(yōu)點是構(gòu)造簡單，配套設(shè)備少，造價低。缺點是盾構(gòu)正面敞開，工作面易發(fā)生塌方事故，危及人身及工程安全，道路隧道直徑大，勞動強度大，進度慢。6.2.2盾構(gòu)分類及其適用范圍人工開掘式、半機械式敞胸盾構(gòu)166.2.2盾構(gòu)分類及其適用范圍擠壓式閉胸盾構(gòu):美國紐約厚蘭隧道、林肯隧道和上海打浦路隧道都采用過半擠壓及全擠壓推進的閉胸盾構(gòu)施工，在塑性黏土及淤泥中即使采用氣壓也不能自立，需將盾構(gòu)正面用胸板密閉起來。它是將盾構(gòu)壓入土層，土體從孔中擠入盾構(gòu)，裝車外運，不需要人工開挖與支撐開挖面，施工效率成倍提高。缺點是適用范圍小，只適用于上述這種地層，且全擠壓會造成地表隆起，故又只適用于空曠地段，或河底、海灘等處。用閉胸式盾構(gòu)施工時襯砌結(jié)構(gòu)會發(fā)生一種橢圓率的現(xiàn)象，先是襯砌水平直徑縮小，豎向直徑增大，繼之，盾構(gòu)離遠時，豎向直徑減小，水平直徑增大。這主要是因為隧道上方土壤破壞隆起，形成一個卸載拱，而水平壓力仍然保持初始數(shù)值。6.2.2盾構(gòu)分類及其適用范圍擠壓式閉胸盾構(gòu):美國紐約厚蘭176.2.2盾構(gòu)分類及其適用范圍機械式閉胸盾構(gòu):局部氣壓盾構(gòu)、泥水加壓式盾構(gòu)、土壓平衡式盾構(gòu)6.2.2盾構(gòu)分類及其適用范圍機械式閉胸盾構(gòu):局部氣壓盾構(gòu)18優(yōu)點缺點局部氣壓盾構(gòu)可取代在隧道內(nèi)加壓的全氣壓施工，使施工人員不在氣艙內(nèi)工作，大大改善了勞動條件。存在一些技術(shù)難點，目前尚未很好解決。泥水加壓式盾構(gòu)既能均勻抵抗水壓，又無局部氣壓盾構(gòu)那樣漏氣及連續(xù)出土困難等問題，適用于含水地層、沖擊層、洪積層盾尾漏水問題沒有很好解決；開挖面狀態(tài)不明；要配備許多設(shè)備，如自動控制、泥水輸送系統(tǒng)、泥水處理系統(tǒng)和泥水處理場地等，后者造價很高。土壓平衡式盾構(gòu)用刀盤切削下來的土，如同用壓力泥水一樣充滿整個密封艙，并保持有一定壓力，使切削下來的土與開挖面的土體壓力平衡，開挖面土、砂不會從刀盤面處崩潰坍塌。該盾構(gòu)是在上述兩種機械化盾構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，既避免了漏氣缺點，也省略了投資大的泥水輸送設(shè)備和處理設(shè)備，是最新型盾構(gòu)。失敗和成功例子差別很大，有待完善。優(yōu)點缺點局部氣壓盾構(gòu)可取代在隧道內(nèi)加壓的全氣壓施工，使施工人196.2.3盾構(gòu)幾何尺寸的選定及盾構(gòu)千斤頂推力計算盾構(gòu)外徑盾構(gòu)長度盾構(gòu)靈敏度盾構(gòu)千斤頂推力計算6.2.3盾構(gòu)幾何尺寸的選定及盾構(gòu)千斤頂推力計算盾構(gòu)外徑206.2.3盾構(gòu)幾何尺寸的選定及盾構(gòu)千斤頂推力計算盾構(gòu)設(shè)計、盾構(gòu)幾何尺寸的選定應(yīng)與隧道斷面形式、建筑界限、襯砌厚度與襯砌拼裝方式等相適應(yīng)。大型盾構(gòu)，絕大多數(shù)工程都是專門定制的，很少幾個工程通用一個盾構(gòu)。盾構(gòu)幾何尺寸的選定主要是指盾構(gòu)外徑、盾構(gòu)長度、盾構(gòu)靈敏度的選取。6.2.3盾構(gòu)幾何尺寸的選定及盾構(gòu)千斤頂推力計算盾構(gòu)設(shè)計、21盾構(gòu)外徑D的選取D=d+2(x+δ)d為隧道襯砌外徑;δ為盾尾鋼板厚度;x的物理意義請參考圖6-3，實際工程中x取0.01-0.008d。盾構(gòu)外徑D的選取D=d+2(x+δ)22盾構(gòu)長度L的選取L=L0+L1+L2+L3L0為盾尾長度;L1為支撐環(huán)長度;L2為切口環(huán)長度;L3為前檐長度。L0、L1、L2、L3的物理意義見圖6-4。L3可取300-500mm,視盾構(gòu)直徑大小而定；L2對手掘式盾構(gòu)要考慮人工開挖操作方便，其最大值L2=Dtanφ或小于2.0m,機械化盾構(gòu)要考慮容納開挖機具；L1主要取決于盾構(gòu)千斤頂長度，它與預(yù)制襯砌環(huán)的寬度b有關(guān)，L1=b+(200-300)mm(留富余量，便于維修千斤頂用)；盾構(gòu)長度L的選取L=L0+L1+L2+L323盾構(gòu)長度L的選取盾尾長度L0=m+m1+m2

m、m1、m2的物理意義見圖6-4。

m-盾尾遮蓋襯砌長度，與需要更換的襯砌環(huán)數(shù)和盾尾密封裝置等因素有關(guān)，取1.5-2.5b;m1取0.08-0.20b，選取時應(yīng)考慮穿縱向螺旋及環(huán)面清理工作的方便;

m2-千斤頂頂塊厚度。

盾構(gòu)長度L的選取盾尾長度24盾構(gòu)靈敏度L/D的選取在盾構(gòu)長度L和盾構(gòu)外徑D確定之后，盾構(gòu)靈敏度L/D自然可以獲得。下列經(jīng)驗值可以作為確定普通盾構(gòu)靈敏度的參考：小型盾構(gòu)：D=2-3m，L/D=1.5;中型盾構(gòu)：D=3-6m，L/D=1.00;大型盾構(gòu)：D=6-9m，L/D=0.75;特大型盾構(gòu)：D=9-12m，L/D=0.45-0.75。盾構(gòu)靈敏度L/D的選取在盾構(gòu)長度L和盾構(gòu)外徑D確定之后，盾構(gòu)25盾構(gòu)千斤頂推力計算盾構(gòu)千斤頂應(yīng)有足夠推力克服盾構(gòu)推進時所遇阻力。阻力包括：盾構(gòu)外表面與四周地層的摩阻力F1、盾尾內(nèi)殼與襯砌結(jié)構(gòu)之間的摩阻力F2、盾構(gòu)切口部分韌口切入土層的阻力F3、盾構(gòu)切口環(huán)切入土層時的正面阻力F4、開挖面正面支撐阻力F5以及盾構(gòu)自重引起的阻力、糾偏時的阻力、局部氣壓或泥水壓力、阻力板阻力等。將各項阻力累加起來，并考慮一定的富余量，即為總推力。由于計算是近似的，安全系數(shù)應(yīng)采用1.5-2.0。盾構(gòu)千斤頂推力計算盾構(gòu)千斤頂應(yīng)有足夠推力克服盾構(gòu)推進時所遇阻26盾構(gòu)千斤頂推力計算對手掘式盾構(gòu)，盾構(gòu)推進總阻力計算公式為：∑F=F1+F2+F3+F4+F5+……盾構(gòu)千斤頂推力計算對手掘式盾構(gòu)，盾構(gòu)推進總阻力計算公式為：276.3盾構(gòu)推進及襯砌拼裝6.3.1盾構(gòu)推進6.3.2襯砌拼裝6.3盾構(gòu)推進及襯砌拼裝6.3.1盾構(gòu)推進286.3.1盾構(gòu)推進采用盾構(gòu)施工,首要問題是盾構(gòu)選型。盾構(gòu)是一種施工機具，隨地層性質(zhì)的改變而改變。在進行盾構(gòu)施工時，要依據(jù)地層地質(zhì)條件，慎重選擇盾構(gòu)類型?？v觀以往水底道路隧道所采用過的大直徑盾構(gòu)，大部分采用手掘式敞胸盾構(gòu)或閉胸擠壓盾構(gòu)或者是兩者兼有的盾構(gòu)。很少采用技術(shù)先進的泥水盾構(gòu)或土壓平衡盾構(gòu)。6.3.1盾構(gòu)推進采用盾構(gòu)施工,首要問題是盾構(gòu)選型。盾構(gòu)是296.3.1盾構(gòu)推進人工井點降水加手掘式敞胸盾構(gòu)施工氣壓加手掘式敞胸盾構(gòu)施工泥水加壓盾構(gòu)施工6.3.1盾構(gòu)推進人工井點降水加手掘式敞胸盾構(gòu)施工30人工井點降水加手掘式敞胸盾構(gòu)施工的工作原理在通過盾構(gòu)的兩側(cè)土層中先打入井點管，通過井點汲水濾管把地下水抽出，使井點附近形成一個降水漏斗，地下水位降低，疏干地層，增加土體強度，以保證開挖面穩(wěn)定，由于盾構(gòu)是在地下水位以上通過，施工人員能在較干燥的工作條件下進行操作。人工井點降水加手掘式敞胸盾構(gòu)施工的工作原理在通過盾構(gòu)的兩側(cè)土31人工井點降水加手掘式敞胸盾構(gòu)施工的優(yōu)缺點優(yōu)點：不用氣壓施工，經(jīng)濟實用；缺點：在江河的中段難于使用，只能用在兩岸的岸邊段，且埋置深度不能太深，太深若降水效果不好有時可能會引起盾構(gòu)突然下沉。另外，兩岸建筑物也不能太密集，否則因降水不均而引起建筑物不均勻沉降。人工井點降水加手掘式敞胸盾構(gòu)施工的優(yōu)缺點優(yōu)點：不用氣壓施工，32地層疏干后手掘式敞胸盾構(gòu)施工的具體過程先借助盾構(gòu)千斤頂使盾構(gòu)推進，將切口環(huán)部分切入地層，然后在切口環(huán)保護下進行土體開挖和運輸，這樣對周圍地層擾動較小。開挖從上而下，分層開挖，施工工具為普通手工工具或手持式電動工具。根據(jù)襯砌管片寬度，盾構(gòu)切口長度，每環(huán)管片可分數(shù)次開挖和推進，盾構(gòu)糾偏時可以利用超挖解決。地層疏干后手掘式敞胸盾構(gòu)施工的具體過程先借助盾構(gòu)千斤頂使盾構(gòu)33地層疏干后手掘式敞胸盾構(gòu)施工的具體過程4.若土質(zhì)較差，可借助支撐千斤頂加撐板對開挖面進行臨時支撐。5.當用網(wǎng)格式盾構(gòu)時，根據(jù)地層正面主動土壓力與土和網(wǎng)格周邊的摩阻力相等，土就不會坍入盾構(gòu)內(nèi)部的原理，可以取代上述支撐，保證開挖面的穩(wěn)定，當盾構(gòu)推進時，利用網(wǎng)格頭部的刃口，將土從每一個網(wǎng)格孔眼里呈條狀入盾構(gòu)，這樣邊推進，邊擠入，再用轉(zhuǎn)盤經(jīng)刮板運輸機將土運出。網(wǎng)格大小可視土質(zhì)情況調(diào)整并隨時可以裝拆。地層疏干后手掘式敞胸盾構(gòu)施工的具體過程4.若土質(zhì)較差，可34網(wǎng)格式盾構(gòu)網(wǎng)格式盾構(gòu)35地層疏干后手掘式敞胸盾構(gòu)施工的具體過程6.網(wǎng)格式開挖一般不能超前開挖，全靠調(diào)整千斤頂編組進行糾偏，另外，要防止盾構(gòu)千斤頂縮回時因土的彈性變形促使盾構(gòu)后退，導(dǎo)致地表沉降。地層疏干后手掘式敞胸盾構(gòu)施工的具體過程6.網(wǎng)格式開挖一般36氣壓加手掘式敞胸盾構(gòu)施工在含水松軟不穩(wěn)定地層中采用氣壓來疏干和支護開挖面,以防止涌水、開挖面崩坍,增強地層強度，是一種極古老且行之有效的盾構(gòu)施工方法。日本盾構(gòu)采用氣壓盾構(gòu)施工的約占75%，上海打浦路隧道也是采用氣壓施工。在粉砂及砂礫層中，由于漏氣量太大，用氣壓盾構(gòu)法施工效果較差，覆蓋層較小還有噴出的危險。此外，壓氣量應(yīng)盡量小，宜與井點、注漿、凍結(jié)法等結(jié)合使用，使隧道埋深不致太大。氣壓加手掘式敞胸盾構(gòu)施工在含水松軟不穩(wěn)定地層中采用氣壓來疏干37氣壓加手掘式敞胸盾構(gòu)施工下面主要講二個內(nèi)容：氣壓大小及耗氣量的確定氣壓盾構(gòu)施工氣壓加手掘式敞胸盾構(gòu)施工下面主要講二個內(nèi)容：38氣壓大小及耗氣量的確定理論上，每10m水頭必須用0.1MPa大氣壓來平衡。但實際上，平衡壓力的大小還與周圍地層的性質(zhì)、開挖面土層的干濕程度有關(guān)。上海軟土層的透氣系數(shù)很小，一部分水頭壓力消耗在土體孔隙的阻力上，實際施工所需的空氣壓力僅為理論值的50-60%，所需空氣量僅為理論值的10-50%。氣壓大小及耗氣量的確定理論上，每10m水頭必須用0.1MPa39氣壓大小及耗氣量的確定對于中小型盾構(gòu)，氣壓等于離盾構(gòu)頂端D/2處的地下水壓力，大直徑盾構(gòu)要為2D/3處的地下水壓力，如圖6-5所示。中小型盾構(gòu),P=(H+D/2)*γw大直徑盾構(gòu),P=(H+2D/3)*γw氣壓大小及耗氣量的確定對于中小型盾構(gòu)，氣壓等于離盾構(gòu)頂端D/40氣壓大小及耗氣量的確定用上述方法確定的壓縮空氣壓力值，在盾構(gòu)頂部仍有(1/2-1/3)D的超壓p，施工時為防止空氣泄出，盾構(gòu)頂部必須有足夠厚的覆蓋層，計算式為t=Kp/γ土

γ土為土的重度；K為安全系數(shù)，在砂質(zhì)土層中不小于1.5。氣壓大小及耗氣量的確定用上述方法確定的壓縮空氣壓力值，在盾構(gòu)41氣壓大小及耗氣量的確定耗氣量可采用如下經(jīng)驗公式Q=αD2D-盾構(gòu)外徑

α–氣壓大于0.1MPa時,黏土取3.65，砂土取7.30。氣壓大小及耗氣量的確定耗氣量可采用如下經(jīng)驗公式42氣壓盾構(gòu)施工氣壓盾構(gòu)施工中閘墻和氣閘既能將作業(yè)區(qū)和常壓作業(yè)區(qū)隔開,又能使材料、設(shè)備及工作人員順利進出作業(yè)區(qū)。閘墻必須有足夠的強度和致密性，保證在0.35MPa氣壓作用下不漏氣。大斷面隧道均用鋼閘墻，氣閘是鋼板鉚接或焊接而成的圓筒形結(jié)構(gòu)。人行閘又分為內(nèi)閘和外閘兩部分，內(nèi)閘能容納每班施工人員數(shù)，人行閘的管理是氣壓施工的重要環(huán)節(jié)，要嚴格遵守氣壓作業(yè)的工作時間及進出氣閘的變壓時間，以防減壓病。氣壓盾構(gòu)施工氣壓盾構(gòu)施工中閘墻和氣閘既能將作業(yè)區(qū)和常壓作業(yè)區(qū)43泥水加壓盾構(gòu)施工近年來用泥水加壓盾構(gòu)代替氣壓盾構(gòu)施工，克服了氣壓盾構(gòu)施工的弊病，如地下水移動引起的地面沉降；覆土深時，氣壓太高，無法施工；覆土淺時，要漏氣。泥水加壓出土可以全部實現(xiàn)機械化，用管道水力輸送方式送往地面處理，改善了施工條件，加快了施工速度。泥水加壓盾構(gòu)是將一定壓力的泥水，壓入盾構(gòu)前部密封艙內(nèi)，使其壓力始終高于地下水壓力，這樣就保證了開挖面的穩(wěn)定。泥水加壓盾構(gòu)施工近年來用泥水加壓盾構(gòu)代替氣壓盾構(gòu)施工，克服了446.3.2襯砌拼裝隧道襯砌是在盾構(gòu)尾部殼保護下的空間內(nèi)進行拼裝的。襯砌材料以鑄鐵、鋼、鋼筋混凝土或鋼與鋼筋混凝土的復(fù)合材料等為主，管片或襯砌種類繁多。襯砌的拼裝方法有重臂拼裝和拱拖架拼裝；通縫拼裝和錯縫拼裝；螺栓連接（管片）和無螺栓連接（砌塊）。在拼裝管片或砌塊的過程中，主要應(yīng)解決管片或砌塊的運送、就位、成環(huán)以及襯砌的防水等工作。為此，首先必須充分做好準備工作，如舉重臂的安全檢查、拼裝車架的配合、盾構(gòu)底部的清洗、防止盾構(gòu)的后退、有關(guān)拼裝材料的準備等，管片（或砌塊）應(yīng)按預(yù)定位置放好，以提高拼裝速度。6.3.2襯砌拼裝隧道襯砌是在盾構(gòu)尾部殼保護下的空間內(nèi)進行456.3.2襯砌拼裝拼裝方法按其程序可分為先縱后環(huán)和先環(huán)后縱兩種。先環(huán)后縱是拼裝前將所有盾構(gòu)千斤頂縮回，管片先拼成圓環(huán)，然后拼裝好的圓環(huán)沿縱向靠攏形成襯砌，擰緊縱向螺栓。這種方法的優(yōu)點是環(huán)面平整，縱縫拼裝質(zhì)量好，缺點是在易產(chǎn)生后退的地段，不宜采用。先縱后環(huán)的方法是可以有效地防止盾構(gòu)后退，拼一塊縮回這部分的千斤頂，其它千斤頂仍在支撐著盾構(gòu)。這樣逐塊輪流，直至拼裝成環(huán)，即先縱后環(huán)。采用舉重臂拼裝管片的原則應(yīng)是自下而上，左右交叉，最后封頂成環(huán)。若采用縱向插入的封頂管片，則舉重臂沿隧道軸向移動的距離要加長，盾構(gòu)頂部幾支盾構(gòu)千斤頂?shù)臎_程也要加長，一般均設(shè)計成二級千斤頂。待管片全部拼裝好，再分頭對稱擰緊全部環(huán)向、縱向螺栓，達到設(shè)計要求后，才算一環(huán)管片拼裝完畢。隨著盾構(gòu)不斷地推進，拼裝工作也不斷重復(fù)上述步驟，直至隧道建成。6.3.2襯砌拼裝拼裝方法按其程序可分為先縱后環(huán)和先環(huán)后縱466.3.2襯砌拼裝在拼裝過程中要特別強調(diào)注意保證質(zhì)量。一是保證環(huán)面接縫平整，縱向通縫防水涂料壓密，以防止管片呈喇叭狀，形成漏水、漏泥的通道；二是注意襯砌的準圓度，圓度控制不好，會使襯砌出現(xiàn)外張或內(nèi)張角，導(dǎo)致襯砌漏水。6.3.2襯砌拼裝在拼裝過程中要特別強調(diào)注意保證質(zhì)量。一是47管片運輸管片運輸48盾構(gòu)皮帶機出渣

盾構(gòu)皮帶機出渣496.4裝配式圓形襯砌構(gòu)造裝配圓形襯砌一般都是由稱為管片的多塊弧形預(yù)制構(gòu)件拼裝而成,是建成隧道后的永久性支撐結(jié)構(gòu)。襯砌應(yīng)滿足強度要求和使用要求，并阻止泥水滲入；在施工階段需裝配簡便、容易替換、承受盾構(gòu)千斤頂頂力及其他施工荷載。由于這種襯砌是在工廠預(yù)制的，質(zhì)量較易保證，有利于加快隧道施工。襯砌管片從結(jié)構(gòu)型式上分，有帶肋箱形管片和帶肋平板形管片。從連接方式上看，管片都設(shè)有螺栓與相鄰管片連接起來。平板形管片若去除連接螺栓，即成為砌塊。砌塊四側(cè)設(shè)有幾種不同形狀的接縫槽口，以便相互咬合起來，增加襯砌結(jié)構(gòu)剛度。一般帶肋管片的材料多為鑄鐵和鋼，二十世紀七十年代，上海打浦路隧道第一次采用鋼筋混凝土箱形管片。6.4裝配式圓形襯砌構(gòu)造裝配圓形襯砌一般都是由稱為管片的多50地鐵運行對環(huán)境的影響及地鐵減振技術(shù)課件516.4裝配式圓形襯砌構(gòu)造球墨鑄鐵管片的耐蝕性好，強度高，易于制成薄壁結(jié)構(gòu)，重量輕，搬運安裝方便。使用機械加工的管片尺寸精度高、外形準確、安裝速度快、防水性能好，一般不做二次襯砌。缺點是造價高，特別是具有脆性破壞的特性，不能承受沖擊荷載，故僅在土質(zhì)惡劣的情況下使用。全鋼管片強度高、延性好、重量輕，缺點是剛度小、耐蝕性差，造價和制作精度稍低于鑄鐵管片，內(nèi)部須做二次襯砌。鋼筋混凝土管片有一定強度，加工制作比較容易，采用鋼模制作時，能保證管片的精度，具有耐蝕、造價低等優(yōu)點，使用范圍越來越廣。缺點是比較笨重（最重可達5噸多），運輸安裝過程中邊緣容易碰損，特別象箱形管片在盾構(gòu)千斤頂作用下容易頂裂。6.4裝配式圓形襯砌構(gòu)造球墨鑄鐵管片的耐蝕性好，強度高，易526.4裝配式圓形襯砌管片的構(gòu)造尺寸1)環(huán)寬與厚度國外常用的環(huán)寬是750-1000m。需與盾構(gòu)設(shè)計互相配合，勿使盾尾太長影響盾構(gòu)靈敏度。管片厚度一般為250-600mm。2)分塊一般大斷面隧道可分成6-10塊，小斷面可分成4-6塊。管片的最大弧長一般不超過4m，管片越薄，其長度越短。3)拼裝型式一般有通縫拼裝和錯縫拼裝兩種。縱縫環(huán)環(huán)對齊的稱通縫，適用于需要拆除管片修建旁側(cè)通道或結(jié)構(gòu)需要比較柔的情況下，以便于進行結(jié)構(gòu)處理。縱縫互相錯開猶如砌磚一樣的對稱錯縫，其優(yōu)點在于能加強圓環(huán)接縫剛度，約束接縫變形，使圓形結(jié)構(gòu)近似按均質(zhì)圓環(huán)等剛度考慮，因此，使用比較普遍，缺點是管片制作精度不夠好時（尤其是鋼筋混凝土管片）錯縫拼裝容易使管片頂碎。6.4裝配式圓形襯砌管片的構(gòu)造尺寸1)環(huán)寬與厚度536.4裝配式圓形襯砌管片的構(gòu)造尺寸4)環(huán)向、縱向螺栓環(huán)向螺栓根據(jù)接縫內(nèi)力情況可設(shè)置成單排或雙排。一般在直徑大，管片厚度也較大時采用雙排，外排螺栓抵抗負彎矩，內(nèi)排螺栓抵抗正彎矩。每一排配有2-3個螺栓。單排螺栓孔一般設(shè)置在距離隧道內(nèi)側(cè)h/3處（h為襯砌厚度）?？v向螺栓是按管片分塊、拼裝型式、結(jié)構(gòu)受力等要求配置的，目的是使隧道襯砌結(jié)構(gòu)具有抵抗隧道縱向變形的能力。一般一塊管片設(shè)3-4個螺栓，螺孔位置設(shè)在離隧道內(nèi)側(cè)（1/3-1/4）h處。環(huán)向、縱向螺栓孔一般比螺栓直徑大3-6mm。螺栓材料一般采用高強度合金鋼。通常用直螺栓，加工簡單，受力性能好。彎螺栓的最大缺點是施工拼裝時插入困難，影響拼裝速度。6.4裝配式圓形襯砌管片的構(gòu)造尺寸4)環(huán)向、縱向螺栓546.5內(nèi)力計算與管片結(jié)構(gòu)設(shè)計6.5.1設(shè)計原則6.5.2內(nèi)力計算法6.5.3荷載計算6.5.4襯砌內(nèi)力計算6.5.5管片截面設(shè)計6.5內(nèi)力計算與管片結(jié)構(gòu)設(shè)計6.5.1設(shè)計原則556.5.1設(shè)計原則隧道建設(shè)費用中隧道襯砌費用往往占整個隧道工程造價的40-50%，為此，隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計是隧道工程設(shè)計中最重要的部分。從20世紀60年代開始，裝配式鋼筋混凝土管片逐漸得以推廣應(yīng)用。本節(jié)主要介紹這種管片的設(shè)計和計算原則。6.5.1設(shè)計原則隧道建設(shè)費用中隧道襯砌費用往往占整個隧道566.5.1設(shè)計原則首先，隧道襯砌結(jié)構(gòu)必須根據(jù)工程需要滿足結(jié)構(gòu)的強度和剛度要求，能承受相關(guān)的土層壓力、水壓力以及一些特殊荷載。其次，隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計必須滿足安全質(zhì)量指標要求，如裂縫開裂寬度、接縫變形和直徑變形的允許量、隧道抗?jié)B防漏指標、結(jié)構(gòu)安全度、襯砌內(nèi)表面平整度等指標要求。6.5.1設(shè)計原則首先，隧道襯砌結(jié)構(gòu)必須根據(jù)工程需要滿足結(jié)576.5.2內(nèi)力計算法圓形隧道襯砌內(nèi)力計算的方法很多，分類方法如下：1按襯砌和圍巖的物理模型可分為彈性模型計算法、彈塑性模型計算法和粘彈塑性模型計算法。2按數(shù)學(xué)求解方法可分為解析法、半解析法和數(shù)值方法（有限元法、邊界元法、差分法等）。3綜合考慮應(yīng)力場、滲流場、溫度場等的多場耦合分析方法。6.5.2內(nèi)力計算法圓形隧道襯砌內(nèi)力計算的方法很多，分類方586.5.2內(nèi)力計算法1)整體式自由變形勻質(zhì)圓環(huán)計算法(飽和含水地層);2)有彈性抗力的整體式勻質(zhì)圓環(huán)計算法(土層較好時);3)有彈性抗力的多鉸圓環(huán)計算法;4)接頭按彈性鉸考慮的圓環(huán)計算法6.5.2內(nèi)力計算法1)整體式自由變形勻質(zhì)圓環(huán)計算法(飽和596.5.2內(nèi)力計算法在襯砌內(nèi)力計算中，管片計算比較簡單，比較復(fù)雜的是接頭如何計算。管片之間的環(huán)向接頭和襯砌環(huán)之間的縱向接頭如何考慮，對內(nèi)力、變形和沉降計算結(jié)果的影響非常大。目前關(guān)于接頭的計算模型主要有：（1）連接襯砌環(huán)梁單元模型及考慮接頭影響的剛度修正；（2）梁-彈簧模型。管片視為環(huán)梁，接頭視為彈簧，考慮其軸向、剪切及轉(zhuǎn)動剛度。（3）梁-接頭不連續(xù)模型。6.5.2內(nèi)力計算法在襯砌內(nèi)力計算中，管片計算比較簡單，比606.5.3荷載計算作用在圓環(huán)上的荷載可分為基本荷載（基本使用階段）、臨時荷載（施工階段）和特殊荷載。1）基本荷載：地層壓力、水壓力、襯砌自重、均布底部豎向力；2）臨時荷載：自重引起的臨時荷載、管片拼裝及盾構(gòu)推進引起的臨時集中荷載；3）特殊荷載：是一種瞬時性的、作用時間短的動力荷載?？捎玫褥o載法進行計算。6.5.3荷載計算作用在圓環(huán)上的荷載可分為基本荷載（基本使616.5.4襯砌內(nèi)力計算1）自由變形的勻質(zhì)圓環(huán)計算；2）考慮土層產(chǎn)生側(cè)向彈性抗力的勻質(zhì)圓環(huán)計算。6.5.4襯砌內(nèi)力計算1）自由變形的勻質(zhì)圓環(huán)計算；626.5.5管片截面設(shè)計1）管片縱向接縫計算；接縫張開的驗算、接縫強度的計算。2）管片環(huán)縫計算。6.5.5管片截面設(shè)計1）管片縱向接縫計算；63演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！64第六章盾構(gòu)襯砌結(jié)構(gòu)上海理工大學(xué)土木工程系陳有亮第六章盾構(gòu)襯砌結(jié)構(gòu)上海理工大學(xué)土木工程系65目錄6.1概述6.2盾構(gòu)構(gòu)造和分類6.3盾構(gòu)推進及襯砌拼裝6.4裝配式圓形襯砌構(gòu)造6.5內(nèi)力計算與管片結(jié)構(gòu)設(shè)計目錄6.1概述666.1概述6.1.1定義6.1.2盾構(gòu)法的發(fā)展歷史6.1.3盾構(gòu)法的優(yōu)缺點6.1.4盾構(gòu)機的類型6.1概述6.1.1定義676.1.1定義盾構(gòu)是一種鋼制的活動防護裝置或活動支撐,是通過軟弱含水層,特別是河底、海底以及城市居民區(qū)修建隧道時使用的一種施工機械。在盾構(gòu)的防護下，頭部可以安全地開挖地層，一次掘進相當于裝配式襯砌一環(huán)的寬度。尾部可以裝配預(yù)制管片或砌塊，迅速地拼裝成隧道永久襯砌，并將襯砌與土層之間的空隙用水泥壓漿填實，防止周圍地層的繼續(xù)變形和圍巖壓力的增長。6.1.1定義盾構(gòu)是一種鋼制的活動防護裝置或活動支撐,是通686.1.1定義盾構(gòu)推進主要是依靠盾構(gòu)內(nèi)部設(shè)置的千斤頂，用千斤頂頂在拼裝成的襯砌環(huán)上，使它推進到已挖好的空間內(nèi)，然后縮回活塞桿，為下一環(huán)襯砌拼裝創(chuàng)造條件。重復(fù)上述過程，不斷開挖不斷拼裝，并不斷推進，借助盾構(gòu)這種施工機械可以較快的速度完成隧道施工基本作業(yè)循環(huán)，直至隧道建成。6.1.1定義盾構(gòu)推進主要是依靠盾構(gòu)內(nèi)部設(shè)置的千斤頂，用千696.1.2盾構(gòu)法的發(fā)展歷史1818年法國工程師布魯諾爾取得了隧道盾構(gòu)的發(fā)明專利；1825年在英國泰晤士河下首次用矩形盾構(gòu)建造隧道，實際上它是一個活動的施工防護裝置；1869年英國工程師J.H.Greathead成功地應(yīng)用了P.W.Barlow式盾構(gòu)修建了英國泰晤士河下水底隧道，自此，盾構(gòu)得到了普遍承認。6.1.2盾構(gòu)法的發(fā)展歷史1818年法國工程師布魯諾爾取得706.1.2盾構(gòu)法的發(fā)展歷史1874年在英國倫敦城南線修建隧道時，J.H.Greathead創(chuàng)造了比較完整的用壓縮空氣來防水的氣壓盾構(gòu)施工工藝，使海底隧道施工工藝有了長足的發(fā)展，并為現(xiàn)代化盾構(gòu)奠定了基礎(chǔ)；之后，盾構(gòu)技術(shù)在美國、德國、前蘇聯(lián)、日本等國都得到了迅速發(fā)展。6.1.2盾構(gòu)法的發(fā)展歷史1874年在英國倫敦城南線修建隧716.1.2盾構(gòu)法的發(fā)展歷史我國在1957年北京下水道工程中首次使用了2.6m小盾構(gòu)（當時稱盾甲法）。從1963年起先后設(shè)計制造了外徑為3.6m、4.2m、5.8m、10.2m等不同直徑的盾構(gòu)機械。近年還設(shè)計制造了11.0m直徑的大盾構(gòu)，供上海市延安東路過江隧道使用。6.1.2盾構(gòu)法的發(fā)展歷史我國在1957年北京下水道工程中726.1.3盾構(gòu)法的優(yōu)缺點優(yōu)點：該施工方法屬地表以下暗挖施工，不受地面交通、河道、航運、潮汐、季節(jié)等條件的影響，能比較經(jīng)濟合理地保證隧道安全施工，在松軟含水地層中修建隧道、水底隧道及地下鐵道時采用各種不同形式的盾構(gòu)施工最有意義。缺點：盾構(gòu)的制造、運送、拼裝、拆卸等費用比較昂貴，設(shè)備比較復(fù)雜；它是一項綜合性的施工技術(shù)，除使用盾構(gòu)本身進行土方開挖和襯砌拼裝外，還需要有氣壓供應(yīng)，人工井點降水，襯砌管片的預(yù)制，襯砌防水堵漏，隧道內(nèi)的運輸、測量、施工場地布置等施工技術(shù)的密切配合；用氣壓法施工時，可能會遇到壓縮空氣泄出的危險，要采用醫(yī)學(xué)防護措施，防止減壓病等；盾構(gòu)法的應(yīng)用受到一定條件的限制，如果條件不具備，只有采用其它施工方法。6.1.3盾構(gòu)法的優(yōu)缺點優(yōu)點：該施工方法屬地表以下暗挖施工736.1.4盾構(gòu)機的類型按形狀:圓形（半盾構(gòu)）、矩形、馬蹄形等。圓形因其抵抗水土壓力較理想，襯砌拼裝簡便，構(gòu)件可以互換，較為通用，數(shù)量最多。矩形因四周力的分布不均，操縱不便，用的不多。在圓形盾構(gòu)中，根據(jù)盾構(gòu)開挖面的施工方式不同，可分為敞胸盾構(gòu)和閉胸盾構(gòu)兩大類。按排除地下水穩(wěn)定開挖面的方式可分為人工井點降水、泥水加壓、土壓平衡式的無氣壓盾構(gòu)，局部氣壓盾構(gòu)，氣壓盾構(gòu)等6.1.4盾構(gòu)機的類型按形狀:圓形（半盾構(gòu)）、矩形、馬蹄形746.2盾構(gòu)構(gòu)造和分類6.2.1盾構(gòu)的基本構(gòu)造6.2.2盾構(gòu)分類及其適用范圍6.2.3盾構(gòu)幾何尺寸的選定及盾構(gòu)千斤頂推力計算6.2盾構(gòu)構(gòu)造和分類6.2.1盾構(gòu)的基本構(gòu)造756.2.1盾構(gòu)的基本構(gòu)造如圖6-2所示，盾構(gòu)通常由盾構(gòu)殼體、推進系統(tǒng)、拼裝系統(tǒng)、出土系統(tǒng)等四大部分組成。盾構(gòu)殼體：由切口環(huán)、支承環(huán)、盾尾與豎直隔板、水平隔板組成，并由外殼鋼板連成整體。推進系統(tǒng)：盾構(gòu)的推進系統(tǒng)主要由盾構(gòu)千斤頂和液壓設(shè)備組成，并利用千斤頂上下左右活塞桿伸出長度不同達到糾偏目的。千斤頂一般是沿支承環(huán)周圍均勻分布的。6.2.1盾構(gòu)的基本構(gòu)造如圖6-2所示，盾構(gòu)通常由盾構(gòu)殼體766.2.1盾構(gòu)的基本構(gòu)造盾構(gòu)是由電能帶動液壓設(shè)備而工作的。液壓設(shè)備由啟動輸油泵、啟動高壓油泵、啟動控制油泵等組成。拼裝系統(tǒng)：襯砌拼裝器又稱舉重臂，是拼裝系統(tǒng)的主要設(shè)備，也以油壓系統(tǒng)為動力。一般舉重臂均安裝在支撐環(huán)上，中小型盾構(gòu)因受空間限制有的安裝在后部車架上或平板車上。出土系統(tǒng)：大直徑盾構(gòu)施工要運出大量土方，出土方式恰當與否直接影響到盾構(gòu)推進的速度和施工場地安排是否合理。出土方式一般有三種：6.2.1盾構(gòu)的基本構(gòu)造盾構(gòu)是由電能帶動液壓設(shè)備而工作的。776.2.1盾構(gòu)的基本構(gòu)造有軌運輸；無軌運輸；管道運輸。6.2.1盾構(gòu)的基本構(gòu)造有軌運輸；786.2.2盾構(gòu)分類及其適用范圍具體分類見表6-1。按挖掘方式，盾構(gòu)可分為人工開掘、半機械式開掘和機械式開掘；按構(gòu)造類型可分為敞胸和閉胸兩種方式。6.2.2盾構(gòu)分類及其適用范圍具體分類見表6-1。796.2.2盾構(gòu)分類及其適用范圍人工開掘式、半機械式敞胸盾構(gòu):此類盾構(gòu)可根據(jù)地質(zhì)條件全部敞開,隨時觀察地層變化情況,并配備簡便的液壓、機械挖掘、人工挖掘，當開挖面難以保持穩(wěn)定時，可以采用氣壓等人工措施，如正面支撐、支撐千斤頂?shù)入S挖隨撐。這種盾構(gòu)是最老式、最普通的一種，絕大多數(shù)水底道路隧道都采用這種盾構(gòu)。它的優(yōu)點是構(gòu)造簡單，配套設(shè)備少，造價低。缺點是盾構(gòu)正面敞開，工作面易發(fā)生塌方事故，危及人身及工程安全，道路隧道直徑大，勞動強度大，進度慢。6.2.2盾構(gòu)分類及其適用范圍人工開掘式、半機械式敞胸盾構(gòu)806.2.2盾構(gòu)分類及其適用范圍擠壓式閉胸盾構(gòu):美國紐約厚蘭隧道、林肯隧道和上海打浦路隧道都采用過半擠壓及全擠壓推進的閉胸盾構(gòu)施工，在塑性黏土及淤泥中即使采用氣壓也不能自立，需將盾構(gòu)正面用胸板密閉起來。它是將盾構(gòu)壓入土層，土體從孔中擠入盾構(gòu)，裝車外運，不需要人工開挖與支撐開挖面，施工效率成倍提高。缺點是適用范圍小，只適用于上述這種地層，且全擠壓會造成地表隆起，故又只適用于空曠地段，或河底、海灘等處。用閉胸式盾構(gòu)施工時襯砌結(jié)構(gòu)會發(fā)生一種橢圓率的現(xiàn)象，先是襯砌水平直徑縮小，豎向直徑增大，繼之，盾構(gòu)離遠時，豎向直徑減小，水平直徑增大。這主要是因為隧道上方土壤破壞隆起，形成一個卸載拱，而水平壓力仍然保持初始數(shù)值。6.2.2盾構(gòu)分類及其適用范圍擠壓式閉胸盾構(gòu):美國紐約厚蘭816.2.2盾構(gòu)分類及其適用范圍機械式閉胸盾構(gòu):局部氣壓盾構(gòu)、泥水加壓式盾構(gòu)、土壓平衡式盾構(gòu)6.2.2盾構(gòu)分類及其適用范圍機械式閉胸盾構(gòu):局部氣壓盾構(gòu)82優(yōu)點缺點局部氣壓盾構(gòu)可取代在隧道內(nèi)加壓的全氣壓施工，使施工人員不在氣艙內(nèi)工作，大大改善了勞動條件。存在一些技術(shù)難點，目前尚未很好解決。泥水加壓式盾構(gòu)既能均勻抵抗水壓，又無局部氣壓盾構(gòu)那樣漏氣及連續(xù)出土困難等問題，適用于含水地層、沖擊層、洪積層盾尾漏水問題沒有很好解決；開挖面狀態(tài)不明；要配備許多設(shè)備，如自動控制、泥水輸送系統(tǒng)、泥水處理系統(tǒng)和泥水處理場地等，后者造價很高。土壓平衡式盾構(gòu)用刀盤切削下來的土，如同用壓力泥水一樣充滿整個密封艙，并保持有一定壓力，使切削下來的土與開挖面的土體壓力平衡，開挖面土、砂不會從刀盤面處崩潰坍塌。該盾構(gòu)是在上述兩種機械化盾構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，既避免了漏氣缺點，也省略了投資大的泥水輸送設(shè)備和處理設(shè)備，是最新型盾構(gòu)。失敗和成功例子差別很大，有待完善。優(yōu)點缺點局部氣壓盾構(gòu)可取代在隧道內(nèi)加壓的全氣壓施工，使施工人836.2.3盾構(gòu)幾何尺寸的選定及盾構(gòu)千斤頂推力計算盾構(gòu)外徑盾構(gòu)長度盾構(gòu)靈敏度盾構(gòu)千斤頂推力計算6.2.3盾構(gòu)幾何尺寸的選定及盾構(gòu)千斤頂推力計算盾構(gòu)外徑846.2.3盾構(gòu)幾何尺寸的選定及盾構(gòu)千斤頂推力計算盾構(gòu)設(shè)計、盾構(gòu)幾何尺寸的選定應(yīng)與隧道斷面形式、建筑界限、襯砌厚度與襯砌拼裝方式等相適應(yīng)。大型盾構(gòu)，絕大多數(shù)工程都是專門定制的，很少幾個工程通用一個盾構(gòu)。盾構(gòu)幾何尺寸的選定主要是指盾構(gòu)外徑、盾構(gòu)長度、盾構(gòu)靈敏度的選取。6.2.3盾構(gòu)幾何尺寸的選定及盾構(gòu)千斤頂推力計算盾構(gòu)設(shè)計、85盾構(gòu)外徑D的選取D=d+2(x+δ)d為隧道襯砌外徑;δ為盾尾鋼板厚度;x的物理意義請參考圖6-3，實際工程中x取0.01-0.008d。盾構(gòu)外徑D的選取D=d+2(x+δ)86盾構(gòu)長度L的選取L=L0+L1+L2+L3L0為盾尾長度;L1為支撐環(huán)長度;L2為切口環(huán)長度;L3為前檐長度。L0、L1、L2、L3的物理意義見圖6-4。L3可取300-500mm,視盾構(gòu)直徑大小而定；L2對手掘式盾構(gòu)要考慮人工開挖操作方便，其最大值L2=Dtanφ或小于2.0m,機械化盾構(gòu)要考慮容納開挖機具；L1主要取決于盾構(gòu)千斤頂長度，它與預(yù)制襯砌環(huán)的寬度b有關(guān)，L1=b+(200-300)mm(留富余量，便于維修千斤頂用)；盾構(gòu)長度L的選取L=L0+L1+L2+L387盾構(gòu)長度L的選取盾尾長度L0=m+m1+m2

m、m1、m2的物理意義見圖6-4。

m-盾尾遮蓋襯砌長度，與需要更換的襯砌環(huán)數(shù)和盾尾密封裝置等因素有關(guān)，取1.5-2.5b;m1取0.08-0.20b，選取時應(yīng)考慮穿縱向螺旋及環(huán)面清理工作的方便;

m2-千斤頂頂塊厚度。

盾構(gòu)長度L的選取盾尾長度88盾構(gòu)靈敏度L/D的選取在盾構(gòu)長度L和盾構(gòu)外徑D確定之后，盾構(gòu)靈敏度L/D自然可以獲得。下列經(jīng)驗值可以作為確定普通盾構(gòu)靈敏度的參考：小型盾構(gòu)：D=2-3m，L/D=1.5;中型盾構(gòu)：D=3-6m，L/D=1.00;大型盾構(gòu)：D=6-9m，L/D=0.75;特大型盾構(gòu)：D=9-12m，L/D=0.45-0.75。盾構(gòu)靈敏度L/D的選取在盾構(gòu)長度L和盾構(gòu)外徑D確定之后，盾構(gòu)89盾構(gòu)千斤頂推力計算盾構(gòu)千斤頂應(yīng)有足夠推力克服盾構(gòu)推進時所遇阻力。阻力包括：盾構(gòu)外表面與四周地層的摩阻力F1、盾尾內(nèi)殼與襯砌結(jié)構(gòu)之間的摩阻力F2、盾構(gòu)切口部分韌口切入土層的阻力F3、盾構(gòu)切口環(huán)切入土層時的正面阻力F4、開挖面正面支撐阻力F5以及盾構(gòu)自重引起的阻力、糾偏時的阻力、局部氣壓或泥水壓力、阻力板阻力等。將各項阻力累加起來，并考慮一定的富余量，即為總推力。由于計算是近似的，安全系數(shù)應(yīng)采用1.5-2.0。盾構(gòu)千斤頂推力計算盾構(gòu)千斤頂應(yīng)有足夠推力克服盾構(gòu)推進時所遇阻90盾構(gòu)千斤頂推力計算對手掘式盾構(gòu)，盾構(gòu)推進總阻力計算公式為：∑F=F1+F2+F3+F4+F5+……盾構(gòu)千斤頂推力計算對手掘式盾構(gòu)，盾構(gòu)推進總阻力計算公式為：916.3盾構(gòu)推進及襯砌拼裝6.3.1盾構(gòu)推進6.3.2襯砌拼裝6.3盾構(gòu)推進及襯砌拼裝6.3.1盾構(gòu)推進926.3.1盾構(gòu)推進采用盾構(gòu)施工,首要問題是盾構(gòu)選型。盾構(gòu)是一種施工機具，隨地層性質(zhì)的改變而改變。在進行盾構(gòu)施工時，要依據(jù)地層地質(zhì)條件，慎重選擇盾構(gòu)類型?？v觀以往水底道路隧道所采用過的大直徑盾構(gòu)，大部分采用手掘式敞胸盾構(gòu)或閉胸擠壓盾構(gòu)或者是兩者兼有的盾構(gòu)。很少采用技術(shù)先進的泥水盾構(gòu)或土壓平衡盾構(gòu)。6.3.1盾構(gòu)推進采用盾構(gòu)施工,首要問題是盾構(gòu)選型。盾構(gòu)是936.3.1盾構(gòu)推進人工井點降水加手掘式敞胸盾構(gòu)施工氣壓加手掘式敞胸盾構(gòu)施工泥水加壓盾構(gòu)施工6.3.1盾構(gòu)推進人工井點降水加手掘式敞胸盾構(gòu)施工94人工井點降水加手掘式敞胸盾構(gòu)施工的工作原理在通過盾構(gòu)的兩側(cè)土層中先打入井點管，通過井點汲水濾管把地下水抽出，使井點附近形成一個降水漏斗，地下水位降低，疏干地層，增加土體強度，以保證開挖面穩(wěn)定，由于盾構(gòu)是在地下水位以上通過，施工人員能在較干燥的工作條件下進行操作。人工井點降水加手掘式敞胸盾構(gòu)施工的工作原理在通過盾構(gòu)的兩側(cè)土95人工井點降水加手掘式敞胸盾構(gòu)施工的優(yōu)缺點優(yōu)點：不用氣壓施工，經(jīng)濟實用；缺點：在江河的中段難于使用，只能用在兩岸的岸邊段，且埋置深度不能太深，太深若降水效果不好有時可能會引起盾構(gòu)突然下沉。另外，兩岸建筑物也不能太密集，否則因降水不均而引起建筑物不均勻沉降。人工井點降水加手掘式敞胸盾構(gòu)施工的優(yōu)缺點優(yōu)點：不用氣壓施工，96地層疏干后手掘式敞胸盾構(gòu)施工的具體過程先借助盾構(gòu)千斤頂使盾構(gòu)推進，將切口環(huán)部分切入地層，然后在切口環(huán)保護下進行土體開挖和運輸，這樣對周圍地層擾動較小。開挖從上而下，分層開挖，施工工具為普通手工工具或手持式電動工具。根據(jù)襯砌管片寬度，盾構(gòu)切口長度，每環(huán)管片可分數(shù)次開挖和推進，盾構(gòu)糾偏時可以利用超挖解決。地層疏干后手掘式敞胸盾構(gòu)施工的具體過程先借助盾構(gòu)千斤頂使盾構(gòu)97地層疏干后手掘式敞胸盾構(gòu)施工的具體過程4.若土質(zhì)較差，可借助支撐千斤頂加撐板對開挖面進行臨時支撐。5.當用網(wǎng)格式盾構(gòu)時，根據(jù)地層正面主動土壓力與土和網(wǎng)格周邊的摩阻力相等，土就不會坍入盾構(gòu)內(nèi)部的原理，可以取代上述支撐，保證開挖面的穩(wěn)定，當盾構(gòu)推進時，利用網(wǎng)格頭部的刃口，將土從每一個網(wǎng)格孔眼里呈條狀入盾構(gòu)，這樣邊推進，邊擠入，再用轉(zhuǎn)盤經(jīng)刮板運輸機將土運出。網(wǎng)格大小可視土質(zhì)情況調(diào)整并隨時可以裝拆。地層疏干后手掘式敞胸盾構(gòu)施工的具體過程4.若土質(zhì)較差，可98網(wǎng)格式盾構(gòu)網(wǎng)格式盾構(gòu)99地層疏干后手掘式敞胸盾構(gòu)施工的具體過程6.網(wǎng)格式開挖一般不能超前開挖，全靠調(diào)整千斤頂編組進行糾偏，另外，要防止盾構(gòu)千斤頂縮回時因土的彈性變形促使盾構(gòu)后退，導(dǎo)致地表沉降。地層疏干后手掘式敞胸盾構(gòu)施工的具體過程6.網(wǎng)格式開挖一般100氣壓加手掘式敞胸盾構(gòu)施工在含水松軟不穩(wěn)定地層中采用氣壓來疏干和支護開挖面,以防止涌水、開挖面崩坍,增強地層強度，是一種極古老且行之有效的盾構(gòu)施工方法。日本盾構(gòu)采用氣壓盾構(gòu)施工的約占75%，上海打浦路隧道也是采用氣壓施工。在粉砂及砂礫層中，由于漏氣量太大，用氣壓盾構(gòu)法施工效果較差，覆蓋層較小還有噴出的危險。此外，壓氣量應(yīng)盡量小，宜與井點、注漿、凍結(jié)法等結(jié)合使用，使隧道埋深不致太大。氣壓加手掘式敞胸盾構(gòu)施工在含水松軟不穩(wěn)定地層中采用氣壓來疏干101氣壓加手掘式敞胸盾構(gòu)施工下面主要講二個內(nèi)容：氣壓大小及耗氣量的確定氣壓盾構(gòu)施工氣壓加手掘式敞胸盾構(gòu)施工下面主要講二個內(nèi)容：102氣壓大小及耗氣量的確定理論上，每10m水頭必須用0.1MPa大氣壓來平衡。但實際上，平衡壓力的大小還與周圍地層的性質(zhì)、開挖面土層的干濕程度有關(guān)。上海軟土層的透氣系數(shù)很小，一部分水頭壓力消耗在土體孔隙的阻力上，實際施工所需的空氣壓力僅為理論值的50-60%，所需空氣量僅為理論值的10-50%。氣壓大小及耗氣量的確定理論上，每10m水頭必須用0.1MPa103氣壓大小及耗氣量的確定對于中小型盾構(gòu)，氣壓等于離盾構(gòu)頂端D/2處的地下水壓力，大直徑盾構(gòu)要為2D/3處的地下水壓力，如圖6-5所示。中小型盾構(gòu),P=(H+D/2)*γw大直徑盾構(gòu),P=(H+2D/3)*γw氣壓大小及耗氣量的確定對于中小型盾構(gòu)，氣壓等于離盾構(gòu)頂端D/104氣壓大小及耗氣量的確定用上述方法確定的壓縮空氣壓力值，在盾構(gòu)頂部仍有(1/2-1/3)D的超壓p，施工時為防止空氣泄出，盾構(gòu)頂部必須有足夠厚的覆蓋層，計算式為t=Kp/γ土

γ土為土的重度；K為安全系數(shù)，在砂質(zhì)土層中不小于1.5。氣壓大小及耗氣量的確定用上述方法確定的壓縮空氣壓力值，在盾構(gòu)105氣壓大小及耗氣量的確定耗氣量可采用如下經(jīng)驗公式Q=αD2D-盾構(gòu)外徑

α–氣壓大于0.1MPa時,黏土取3.65，砂土取7.30。氣壓大小及耗氣量的確定耗氣量可采用如下經(jīng)驗公式106氣壓盾構(gòu)施工氣壓盾構(gòu)施工中閘墻和氣閘既能將作業(yè)區(qū)和常壓作業(yè)區(qū)隔開,又能使材料、設(shè)備及工作人員順利進出作業(yè)區(qū)。閘墻必須有足夠的強度和致密性，保證在0.35MPa氣壓作用下不漏氣。大斷面隧道均用鋼閘墻，氣閘是鋼板鉚接或焊接而成的圓筒形結(jié)構(gòu)。人行閘又分為內(nèi)閘和外閘兩部分，內(nèi)閘能容納每班施工人員數(shù)，人行閘的管理是氣壓施工的重要環(huán)節(jié)，要嚴格遵守氣壓作業(yè)的工作時間及進出氣閘的變壓時間，以防減壓病。氣壓盾構(gòu)施工氣壓盾構(gòu)施工中閘墻和氣閘既能將作業(yè)區(qū)和常壓作業(yè)區(qū)107泥水加壓盾構(gòu)施工近年來用泥水加壓盾構(gòu)代替氣壓盾構(gòu)施工，克服了氣壓盾構(gòu)施工的弊病，如地下水移動引起的地面沉降；覆土深時，氣壓太高，無法施工；覆土淺時，要漏氣。泥水加壓出土可以全部實現(xiàn)機械化，用管道水力輸送方式送往地面處理，改善了施工條件，加快了施工速度。泥水加壓盾構(gòu)是將一定壓力的泥水，壓入盾構(gòu)前部密封艙內(nèi)，使其壓力始終高于地下水壓力，這樣就保證了開挖面的穩(wěn)定。泥水加壓盾構(gòu)施工近年來用泥水加壓盾構(gòu)代替氣壓盾構(gòu)施工，克服了1086.3.2襯砌拼裝隧道襯砌是在盾構(gòu)尾部殼保護下的空間內(nèi)進行拼裝的。襯砌材料以鑄鐵、鋼、鋼筋混凝土或鋼與鋼筋混凝土的復(fù)合材料等為主，管片或襯砌種類繁多。襯砌的拼裝方法有重臂拼裝和拱拖架拼裝；通縫拼裝和錯縫拼裝；螺栓連接（管片）和無螺栓連接（砌塊）。在拼裝管片或砌塊的過程中，主要應(yīng)解決管片或砌塊的運送、就位、成環(huán)以及襯砌的防水等工作。為此，首先必須充分做好準備工作，如舉重臂的安全檢查、拼裝車架的配合、盾構(gòu)底部的清洗、防止盾構(gòu)的后退、有關(guān)拼裝材料的準備等，管片（或砌塊）應(yīng)按預(yù)定位置放好，以提高拼裝速度。6.3.2襯砌拼裝隧道襯砌是在盾構(gòu)尾部殼保護下的空間內(nèi)進行1096.3.2襯砌拼裝拼裝方法按其程序可分為先縱后環(huán)和先環(huán)后縱兩種。先環(huán)后縱是拼裝前將所有盾構(gòu)千斤頂縮回，管片先拼成圓環(huán)，然后拼裝好的圓環(huán)沿縱向靠攏形成襯砌，擰緊縱向螺栓。這種方法的優(yōu)點是環(huán)面平整，縱縫拼裝質(zhì)量好，缺點是在易產(chǎn)生后退的地段，不宜采用。先縱后環(huán)的方法是可以有效地防止盾構(gòu)后退，拼一塊縮回這部分的千斤頂，其它千斤頂仍在支撐著盾構(gòu)。這樣逐塊輪流，直至拼裝成環(huán)，即先縱后環(huán)。采用舉重臂拼裝管片的原則應(yīng)是自下而上，左右交叉，最后封頂成環(huán)。若采用縱向插入的封頂管片，則舉重臂沿隧道軸向移動的距離要加長，盾構(gòu)頂部幾支盾構(gòu)千斤頂?shù)臎_程也要加長，一般均設(shè)計成二級千斤頂。待管片全部拼裝好，再分頭對稱擰緊全部環(huán)向、縱向螺栓，達到設(shè)計要求后，才算一環(huán)管片拼裝完畢。隨著盾構(gòu)不斷地推進，拼裝工作也不斷重復(fù)上述步驟，直至隧道建成。6.3.2襯砌拼裝拼裝方法按其程序可分為先縱后環(huán)和先環(huán)后縱1106.3.2襯砌拼裝在拼裝過程中要特別強調(diào)注意保證質(zhì)量。一是保證環(huán)面接縫平整，縱向通縫防水涂料壓密，以防止管片呈喇叭狀，形成漏水、漏泥的通道；二是注意襯砌的準圓度，圓度控制不好，會使襯砌出現(xiàn)外張或內(nèi)張角，導(dǎo)致襯砌漏水。6.3.2襯砌拼裝在拼裝過程中要特別強調(diào)注意保證質(zhì)量。一是111管片運輸管片運輸112盾構(gòu)皮帶機出渣

盾構(gòu)皮帶機出渣1136.4裝配式圓形襯砌構(gòu)造裝配圓形襯砌一般都是由稱為管片的多塊弧形預(yù)制構(gòu)件拼裝而成,是建成隧道后的永久性支撐結(jié)構(gòu)。襯砌應(yīng)滿足強度要求和使用要求，并阻止泥水滲入；在施工階段需裝配簡便、容易替換、承受盾構(gòu)千斤頂頂力及其他施工荷載。由于這種襯砌是在工廠預(yù)制的，質(zhì)量較易保證，有利于加快隧道施工。襯砌管片從結(jié)構(gòu)型式上分，有帶肋箱形管片和帶肋平板形管片。從連接方式上看，管片都設(shè)有螺栓與相鄰管片連接起來。平板形管片若去除連接螺栓，即成為砌塊。砌塊四側(cè)設(shè)有幾種不同形狀的接縫槽口，以便相互咬合起來，增加襯砌結(jié)構(gòu)剛度。一般帶肋管片的材料多為鑄鐵和鋼，二十世紀七十年代，上海打浦路隧道第一次采用鋼筋混凝土箱形管片。6.4裝配式圓形襯砌構(gòu)造裝配圓形襯砌一般都是由稱為管片的多114地鐵運行對環(huán)境的影響及地鐵減振技術(shù)課件1156.4裝配式圓形襯砌構(gòu)造球墨鑄鐵管片的耐蝕性好，強度高，易于制成薄壁結(jié)構(gòu)，重量輕，搬運安裝方便。使用機械加工的管片尺寸精度高、外形準確、安裝速度快、防水性能好，一般不做二次襯砌。缺點是造價高，特別是具有脆性破壞的特性，不能承受沖擊荷載，故僅在土質(zhì)惡劣的情況下使用。全鋼管片強度高、延性好、重量輕