地鐵盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)施工要點(diǎn)城建設(shè)計(jì)研究總院仁摘：鐵號(hào)首在區(qū)用構(gòu)修地隧，構(gòu)驗(yàn)工已取成。于構(gòu)道設(shè)計(jì)施在大度依于質(zhì)件而和地條差較，此通盾試段程設(shè)計(jì)和工行系的究。一、程背及構(gòu)道基情1、地五線概地鐵五號(hào)線起豐臺(tái)區(qū)的宋家，北至昌平區(qū)的太平莊。線路全長(zhǎng)，四環(huán)南北別采用了地下和地面、高架線路型式，南段的地下線16.9km北部的面和高架線。設(shè)22座車站，其地下站座高架和面站座。1地鐵五號(hào)線工程線示意圖。圖地鐵五線工程線路示意圖在地五號(hào)工程下線段，分線受環(huán)條件制，道基在現(xiàn)狀矮破的建筑下通，對(duì)地沉降要求高，加工程質(zhì)和水地質(zhì)件復(fù)雜地面降水條，因采用構(gòu)法工。采用盾法施的區(qū)為宋家～家地段、單～平里北地段。2、盾構(gòu)驗(yàn)段況由于往沒(méi)采用構(gòu)法施地鐵道的工經(jīng)驗(yàn)且本地的地條件與其他用過(guò)構(gòu)法工的城有比大的別，為確保鐵五號(hào)正式工能夠利進(jìn)，首先擇正典型地段展試驗(yàn)段施以摸索和掌握區(qū)特條件下盾構(gòu)道設(shè)施工術(shù)。試段選北新站～和宮區(qū)間路的（西，試隧道度約688m。試驗(yàn)段路平面圖2，由圖可以看出，試驗(yàn)段隧道基本在現(xiàn)狀建物下方穿過(guò)。圖平面圖3、試驗(yàn)段工程地質(zhì)及水地質(zhì)條件(1)工程地條沿線道通的地均為四紀(jì)洪積層，表層填土，主有粘、粉、砂卵石地層，其中石的大粒為250mm。圖為試驗(yàn)段地質(zhì)縱斷面。(2)水文地條根據(jù)程察告地中存上滯、水承水上層水水埋在～7.0m之間潛在右。潛水具有弱承壓性，水位高出含水層頂板為～2.8m承壓水：含層的頂板埋深為21.0～25.0m水頭高含水層板為～3.0m。4、試驗(yàn)段盾構(gòu)隧道有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)隧道直徑構(gòu)區(qū)間道采用圓形結(jié)構(gòu)道管片設(shè)計(jì)凈5400mm中考慮隧道施誤差、測(cè)量誤差隧道變形等因素周邊預(yù)留的裕量保限界徑的要求管片度300mm，隧道片砌徑為6000mm(2)管片的型及構(gòu)造(見(jiàn)圖：管片環(huán)寬，環(huán)分6塊即塊標(biāo)準(zhǔn)塊（中心角）2塊接塊（心），一封頂塊（中角）。片間用彎螺栓連（栓直徑24mm環(huán)向縱6接縫環(huán)向螺2個(gè)端面共縱向螺16封塊個(gè)它管端面?zhèn)€(3)管片與環(huán)間采錯(cuò)縫裝方。管端面用平式，在設(shè)防水條處有溝槽(4)管片有3種類型，即標(biāo)準(zhǔn)環(huán)、左轉(zhuǎn)環(huán)和右轉(zhuǎn)環(huán)。二、盾構(gòu)試驗(yàn)段工程的主要研究容盾構(gòu)道的計(jì)與工在大程上依于地條件我國(guó)和已采用盾法成實(shí)施了少工，也過(guò)不少究，但兩地區(qū)地質(zhì)條與差異較大。區(qū)的地為淤泥地層，常松軟，自穩(wěn)力差，側(cè)力比較且分布勻；地的地層在淺表有一層較薄的層外，本為強(qiáng)化～中風(fēng)化～風(fēng)巖，圍巖強(qiáng)度模高，自能力好而河網(wǎng)發(fā)育，下水充，時(shí)有造斷裂現(xiàn)在工程線路；地表層從～基本為第四紀(jì)洪積地，既有層的松回填土層，又從粘土粉土～種粒徑砂層～石層～石層等層交替合形成的地層從性質(zhì)與地區(qū)然不同而與地區(qū)的地也較的區(qū)別。試段工程設(shè)計(jì)、片生產(chǎn)施工等面進(jìn)行了系統(tǒng)研究，要開(kāi)展研究項(xiàng)有：1．盾構(gòu)隧道片地層相互作和管片接頭剛研通室模型驗(yàn)、管接頭試、管片彎試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)量的實(shí)測(cè)試，結(jié)合理分析，探索特有地條件下盾構(gòu)隧管片與層的相作用形式及規(guī)。提出有地層件下，構(gòu)隧道周圍地荷的布、變規(guī)律和值方法基于研成果提出的土分布規(guī)，對(duì)管設(shè)計(jì)進(jìn)優(yōu)化；2．管片生產(chǎn)術(shù)的研究為?；炷芷牧?，對(duì)性能混土配合比、混土構(gòu)件動(dòng)蒸養(yǎng)統(tǒng)、盾管片生產(chǎn)工藝及試設(shè)施、工機(jī)具進(jìn)行研，并編了管片生產(chǎn)企標(biāo)準(zhǔn)和制混凝盾構(gòu)管操作質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。3．盾構(gòu)施工術(shù)的研究在驗(yàn)段施過(guò)程中對(duì)盾構(gòu)發(fā)技術(shù)開(kāi)挖面穩(wěn)定措、管片裝技術(shù)地表沉控制技術(shù)、壁后注技術(shù)、構(gòu)施工測(cè)技術(shù)盾構(gòu)施測(cè)量技術(shù)等進(jìn)研究。三、特有地層件下盾構(gòu)工法道襯砌計(jì)與施工通開(kāi)展上各項(xiàng)研，初步握了特地層條件下盾工法隧襯砌設(shè)和施工術(shù)。1、管接頭研究管片接頭作用力的大小，將直接影響到整環(huán)隧道的受力，一般情況下螺栓的作用越強(qiáng)，隧道的力就越大，另外，螺栓對(duì)隧道的變形有一定的限制作用。我們從兩個(gè)方面研究了采用彎螺栓連接的管片接頭。（）測(cè)試研究我們?cè)谠囼?yàn)段隧道埋設(shè)了螺栓應(yīng)力計(jì)，以測(cè)試管片拼裝后到推出盾尾一段時(shí)間螺栓的受力行為和螺栓應(yīng)力值，每組測(cè)試斷面由兩環(huán)管片組成，相互驗(yàn)證。試驗(yàn)段只進(jìn)行了向栓力試，螺栓應(yīng)力隨時(shí)間化律圖圖示，其應(yīng)力變化過(guò)程要有初始階段、推階段、應(yīng)力維持階段和應(yīng)力上升階等。l始階段對(duì)栓先行定然插入到螺栓中在栓緊前其力持較的平。栓擰緊分兩實(shí)現(xiàn)，一次先行預(yù)，施總緊力的％～30％，二次固到，從圖上以明看出其過(guò)程擰緊栓后，管片位于尾部，螺栓力一維持緊固力的水。l階段隨著構(gòu)推，襯管被出盾尾，此過(guò)，栓應(yīng)均勻降其下幅很有些部甚栓力接近這一過(guò)程顯示出螺的暫時(shí)“失效現(xiàn)象。初步分析其要原因是：隨著構(gòu)管片推出盾尾，具有一定壓力同步注漿漿液逐充滿管片襯砌周圍，產(chǎn)生徑的壓力，使各管之間的橡膠止水帶被進(jìn)一步擠密導(dǎo)致螺栓松弛。l力維階段盾構(gòu)出尾螺栓應(yīng)力松馳，一時(shí)間螺繼續(xù)持低應(yīng)力水，量增不。般況下一段可續(xù)～個(gè)時(shí)右，與漿液的固時(shí)間本一致。初分析其要原因：盾尾漿漿液固并達(dá)到強(qiáng)度前，對(duì)道襯砌作用仍本類似液體作用方，管片以軸力主，與一階段似。l力上升段應(yīng)維階后隨時(shí)推移螺的力呈性升直維與期固力相水平。應(yīng)力升段時(shí)間般續(xù)30天左步其主要，管片與地層間形成了硬性接觸地的變形在管上，又的不同破持的周勻作，使管片接螺受到程度地一個(gè)對(duì)平衡受體，穩(wěn)。根以上各情，步歸納下盾階段主是將，前襯砌環(huán)的穩(wěn)并持襯的形狀；盾尾注漿液的固時(shí)間定了盾隧道與層作用直接作）的早，地鐵號(hào)線盾試驗(yàn)段隧道的一時(shí)間8～小。有條件的情況，應(yīng)盡量縮短液的凝時(shí)間；由地層具比較好自穩(wěn)能，對(duì)圓盾構(gòu)隧道而言隧道與層相互用達(dá)到定的時(shí)間比較長(zhǎng)約30天；隧道與層的受平衡作要靠隧襯砌的形來(lái)形，一般況下螺應(yīng)力上階段的間比較長(zhǎng)，建施工期在管片出盾尾后天右對(duì)螺進(jìn)行二緊固，樣可以對(duì)提早隧道與層間形成受力衡關(guān)系地鐵五號(hào)盾構(gòu)試段螺栓初始緊應(yīng)力為50～100MPa左。（2管片接頭剛度試驗(yàn)研究根據(jù)對(duì)不同接頭剛度的管片環(huán)的力學(xué)分析，接頭剛度大小對(duì)管片的受力有較大影響，而管片接頭剛度由于接觸面受力和變形的復(fù)雜性僅靠理論分析無(wú)法準(zhǔn)確給出因此我們開(kāi)展了管片接頭剛度室試驗(yàn)研究，采用原型管片進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)主要想達(dá)到以下幾個(gè)目的：研究管片環(huán)向接頭彎曲變形特性；研研研試7。圖試驗(yàn)加（加載為狀，頂部加量值軸力施加側(cè)力。軸力由25t～175t，側(cè)力值由0開(kāi)始一直加至件破壞試驗(yàn)得Mθ曲線圖圖接頭破環(huán)式基為管邊緣皮的層剝。試驗(yàn)基本結(jié)論：l通過(guò)試發(fā)現(xiàn)在一定的軸力作用下管片開(kāi)角度與彎矩基本呈直變化但當(dāng)矩超過(guò)某一特定值時(shí)其線關(guān)系斜率增大。該特定值已經(jīng)大大超過(guò)管片的實(shí)際限值l由于管片螺栓布置對(duì)截面的不對(duì)稱，剛度（向彎曲剛度）一般相當(dāng)于外剛度（向外彎曲度）值的倍。l在驗(yàn)段道力作下轉(zhuǎn)角基本上可下述公式描（不軸條件也同樣以類似公式描述：向彎曲：由上述公式可以推導(dǎo)出地鐵五號(hào)線盾構(gòu)試驗(yàn)段管片的向和向外彎曲的接頭剛度為：Kθ＝34000kN·m/radKθ＝17000kN·m/rad考慮地區(qū)層具一定自穩(wěn)力，設(shè)計(jì)實(shí)數(shù)據(jù)一定減后用，建取值：Kθ＝30000kN·m/radKθ＝15000kN·m/rad2、盾構(gòu)隧道與地層的相互作規(guī)律研究為研究盾構(gòu)隧道施工過(guò)程中地層荷載作用的化規(guī)律以荷載分布規(guī)律，我們進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、室模型試驗(yàn)和理論分析等方面的研究。（1現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試研究在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了大量的結(jié)構(gòu)力、隧道與地層的觸應(yīng)力和形測(cè)試。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，無(wú)論管片與地層的接觸力還是鋼應(yīng)力均呈現(xiàn)與前述螺栓軸力基本相似的變化狀態(tài)和規(guī)律。接觸應(yīng)力發(fā)展規(guī)律（見(jiàn)10：l始階段當(dāng)片裝成仍留盾尾部時(shí)，于未到圍荷作，此觸力小。l段管逐步出尾并同步注漿接應(yīng)呈線逐增。要是片推后由注漿液壓形了對(duì)片的作用。過(guò)程般1～2小。l段在片推尾同步漿成后其觸力能維一定值，直注漿液固l發(fā)接觸應(yīng)力在盾構(gòu)剛剛推出盾尾時(shí)在隧道周邊的分布是比較均勻的反映出半流體作的特（見(jiàn)圖1）。當(dāng)漿液凝固后，周邊的接觸應(yīng)力發(fā)展則呈現(xiàn)出不平衡的狀態(tài)，上大下?。ㄒ?jiàn)圖）初分其因在片剛進(jìn)同回注時(shí)，時(shí)的土力本現(xiàn)受液流體力用形，在道邊分布較勻其值注壓基本一，漿力使圍體與管之產(chǎn)一的壓預(yù)），此段土力大。充反映出注壓是片土用發(fā)的一個(gè)最關(guān)鍵因素。當(dāng)漿隨著層重布和超壓減土力布發(fā)了微變化漿造周邊地壓逐減甚消使周邊地土力減。時(shí)由于部超壓減后地層在一圍的塌落作用在道拱兩成馬鞍形的壓分，側(cè)力也基本上下小的形式布。之所以出現(xiàn)這種現(xiàn)象初分是由地好，頂部土層弛載能全遞到隧底最終的壓呈出倒梯形或矩形的態(tài)。根據(jù)盾構(gòu)試測(cè)試果研究示隧道拱部載相于部定超消失成土卸載拱力映出土有部自承用卸載高視隧的埋和質(zhì)條件不同本在～1.6D之（為隧道徑）。由于初注漿預(yù)壓力的用，實(shí)側(cè)壓力遠(yuǎn)較理側(cè)壓力大，在試驗(yàn)段條下，其值接近隧道頂?shù)膲毫?。?cè)壓力高度方的分布本為頂偏大，部偏小但考慮隨時(shí)間移而產(chǎn)的土體變還將成底部壓力逐步上升，因此，設(shè)計(jì)時(shí)基本可按照矩形分布考慮。鋼筋應(yīng)力的發(fā)展規(guī)律基本相似，本文不再贅述。根據(jù)研究的管片接頭及土壓力分布規(guī)律，我們對(duì)隧道進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算和重新設(shè)計(jì)，大的配筋。優(yōu)化前后的鋼筋用量見(jiàn)下表：3、管片構(gòu)造方面需要注意的問(wèn)題（1管片的鋼筋構(gòu)造形式與受力在盾構(gòu)試驗(yàn)段實(shí)施過(guò)程中，我們開(kāi)展了管片鋼筋構(gòu)造式有關(guān)的試驗(yàn)研究，進(jìn)行了原型管片的彎曲驗(yàn)。一般情況下，管片鋼筋可采用網(wǎng)片式分布和肋形分布方式。網(wǎng)片式分布是在管片的外各設(shè)一層由主筋和附加筋組成的網(wǎng)片，兩層網(wǎng)片間設(shè)拉結(jié)鋼筋；肋型布是將管片的鋼筋按照一榀一榀鋼筋骨架的方式布置，類似一條條小梁的鋼筋骨架，鋼骨架之間采用箍連接。我們采用原型管片進(jìn)行了純彎實(shí)驗(yàn)，以測(cè)試構(gòu)件的抗能力。由于肋形布筋方式外側(cè)鋼筋的整體聯(lián)系牢靠，一般情下其承載能力較網(wǎng)片布筋方式高，因此，建今后設(shè)計(jì)時(shí)宜采用肋式布筋方式。（2管片的細(xì)節(jié)構(gòu)造設(shè)計(jì)應(yīng)注的問(wèn)題l管片螺栓手和注漿孔位設(shè)置強(qiáng)。由于管片螺手孔較大（長(zhǎng)度能達(dá)到上），對(duì)管片結(jié)構(gòu)混凝土有明顯的削弱，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮設(shè)置加強(qiáng)筋，這樣除補(bǔ)強(qiáng)外，還可以起到避免螺栓的緊固力對(duì)孔口混凝土的破壞的作用。在管片安裝時(shí)，基本是利用管片注漿孔兼作起吊孔，拉拔試驗(yàn)顯示的破壞形態(tài)證明比較容易產(chǎn)生埋周圍混凝土的拉脫，因此孔周應(yīng)設(shè)螺旋狀加強(qiáng)筋。這樣可以有效提高埋件的抗拉拔能力。管片邊角應(yīng)設(shè)至少的角；螺栓空洞的周倒角，栓穿入。注漿孔埋件在迎土側(cè)應(yīng)?！幕炷翆?，防止同步注漿液流入，注漿孔的滲有積極作用，需由管片注漿可用鋼釬擊預(yù)留混凝土。4、關(guān)于管混土配合盾構(gòu)隧道管一般采用高能混凝土。性能混凝土耐久性、工性、適應(yīng)性強(qiáng)度、體積定性等方面均有高的要求。構(gòu)試驗(yàn)段管高性能混凝的主要要：l塌落40-60m，易于澆和振；l抗壓度于C50；l抗?jié)B級(jí)；l低堿料應(yīng)性即每立方混土的堿量3Kg；l低收性即28天收縮絕值小于（目的是保證管片的尺寸精度）；l硬化混土觀要求無(wú)裂，泡，色勻在上要中強(qiáng)和滲標(biāo)比較容易滿的但裂收要對(duì)凝配比要很滿，通過(guò)種合的驗(yàn)究最采用的管片凝配比下采用配比產(chǎn)管除度滿足要求外也有好外質(zhì)。地鐵號(hào)盾試段程片養(yǎng)護(hù)采用自研的自控溫控濕的養(yǎng)，有地止了混凝土溫度因產(chǎn)生開(kāi)裂。5、掌子面穩(wěn)定、壁后注漿和沉降預(yù)測(cè)在施工過(guò)程中，為確保地層的穩(wěn)定，有效控制沉降，采取了一系列的措施。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，取得了比較的效果，施工完成的隧道，其上方地表沉降基本控制在以，有效防止上方地面筑物的破壞本文僅簡(jiǎn)要闡幾個(gè)主要的果。掌子面的穩(wěn)、壁后注漿沉降控制為輔相成的三方面，只有個(gè)方面都得保證，才能到目的。（1掌子面的穩(wěn)定不同地層條下，應(yīng)采取同措施穩(wěn)定子面。粘質(zhì)粉土粉質(zhì)粘地層土的粘結(jié)力較大，在構(gòu)掘進(jìn)工過(guò)程，易造成粘性附著于盤上造刀盤扭增大，或者土體進(jìn)入土倉(cāng)后被壓密固，造成挖、排均無(wú)法進(jìn)行的況。此應(yīng)通過(guò)盤上的注漿孔刀盤前的土體注入泡沫，在增加體流動(dòng)的同時(shí)降低其粘著性防止開(kāi)土附著刀頭或室壁。b)粉砂砂礫層卵石層由于滲透性大，流性差，對(duì)刀具磨大，施期間僅泡沫的滑和地層良用已不完全滿施工的求。在進(jìn)過(guò)程除了使泡沫以外還輔以膨土漿液，加刀具的滑、冷，改善作狀態(tài)同時(shí)起補(bǔ)充地土體微顆粒的不，高土體動(dòng)性水性的作。掘進(jìn)束時(shí)倉(cāng)的水泡沫容通過(guò)地流失，成土倉(cāng)力的消散給壓力維穩(wěn)定帶來(lái)定困難。時(shí)，在構(gòu)掘進(jìn)結(jié)束，需較長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)時(shí)，應(yīng)向土倉(cāng)注入膨潤(rùn)土漿液并用刀盤充分?jǐn)嚢瑁纳仆羵}(cāng)土體的密閉性，防止開(kāi)挖面坍塌。粉土層砂質(zhì)地層由于粉土與砂土在土較好地和，粉中的粘粒成分善了土土的流性，因此在通這類地層時(shí)，刀盤的扭矩較小掘進(jìn)速接近與質(zhì)粉土粉質(zhì)粘層中的度，唯比較困難的是壓力的持相對(duì)較難，土倉(cāng)壓力散較快，機(jī)需向入膨潤(rùn)土漿液以維持壓和開(kāi)面穩(wěn)定盾構(gòu)密閉艙的土壓力小是保前方土穩(wěn)定的重要因。根據(jù)驗(yàn)段經(jīng)，密閉艙的土力一般宜保持在開(kāi)挖面理論土力的1.3倍左右。圖是工中閉艙壓力開(kāi)挖理論壓力較，中壓力水平高的分是構(gòu)始段，階段確保挖面的定，為加了密艙的壓力。（2）砌背后漿管片砌從尾推時(shí)，片與層間空隙用注漿辦法充。據(jù)地的地條件、程特以及有盾機(jī)的式，液應(yīng)備以性能：具有良好長(zhǎng)期定性流動(dòng)，并保證當(dāng)?shù)哪龝r(shí)間以適盾構(gòu)工以遠(yuǎn)距輸送的求。b.具填性在漿漿體材料來(lái)源豐富、濟(jì)，施工管理方便，并能滿足拌合集運(yùn)、壓注等施工自動(dòng)化技術(shù)要求漿液無(wú)害，價(jià)便宜。根據(jù)上要求，本可以定應(yīng)采惰性漿。我們實(shí)驗(yàn)室惰性漿的成分配比進(jìn)了大量實(shí)驗(yàn)后定了漿的成分凝結(jié)時(shí)。漿液的要成分生石灰粉煤灰細(xì)砂、潤(rùn)土（土）和等材料凝結(jié)時(shí)在10小注是～4bar在砂質(zhì)或砂卵石地層中漿液的擴(kuò)散快因此注入壓力可其它地層的注入壓力適當(dāng)減小。一般每環(huán)管的漿液注入量為，施工中如發(fā)現(xiàn)注入量持續(xù)多時(shí)，必須檢查超挖、漏失等素。而入量低于預(yù)定注入量時(shí)，可以考是注入漿液的配比、注入時(shí)期、盾構(gòu)推進(jìn)速度過(guò)或出現(xiàn)故障所致，須認(rèn)真檢查采取相應(yīng)的措施（3沉降預(yù)沉降控主要是通過(guò)施工中的開(kāi)挖面穩(wěn)定隧道背后注漿實(shí)現(xiàn)。但在施工過(guò)程中應(yīng)根據(jù)不同地質(zhì)條件對(duì)地沉降進(jìn)行初步的預(yù)測(cè)，以指導(dǎo)施采取措施。盾構(gòu)試段工程作了大量的地表沉降觀測(cè)拱頂下沉觀測(cè)，這些實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)反映了盾構(gòu)隧道推過(guò)程