地铁盾构隧道设计.ppt
二.盾构机选型,一.盾构简介,三.地铁盾构结构设计,四.附属结构设计,五.盾构隧道防水设计,六.地铁盾构设计重难点,一.盾构简介,盾构法施工的概念使用盾构机，一边保持开挖面及围岩稳定，一边进行隧道掘进、出渣，并在盾尾内拼装管片形成衬砌，及时实施注浆，尽可能不扰动围岩条件下修建隧道的方法。第一条盾构隧道1818年，法国的布鲁诺尔(M.I.Brune1)，最早提出了用盾构法建设隧道的设想，并在英国取得了专利。1825年，他第一次在伦敦泰晤河下开始用一个断面高6.8m、宽11.4m的矩形盾构修建隧道。1843年，经过18年施工，完成了全长458m的第一条盾构法隧道。盾构经过四代发展,一.盾构简介,18181880年 敞口式手掘盾构,一.盾构简介,18801960年 机械式盾构、气压式盾构,一.盾构简介,19601980年 闭胸式盾构,一.盾构简介,1980至今 大断面，大深度，长距离，高速化；断面的多样化；,一.盾构简介,一.盾构简介,盾构优点,盾构施工优点地面作业少，隐蔽性好，因噪音、振动引起的环境影响小。自动化程度高、劳动强度低、施工速度快；因隧道衬砌属工厂预制，质量有保证；穿越地面建筑群和地下管线密集的区域时，周围受施工影响小；对于地质复杂、含水量大、围岩软弱的地层可确保施工安全；在费用和技术难度上不受覆土深度影响。,一.盾构简介,盾构缺点,盾构施工缺点一次性投入大，施工设备费用较高；覆土较浅时，地表沉降较难控制；用于施作小曲率半径（R20D）隧道时掘进较困难。,一.盾构简介,盾构组成,刀盘,盾体,后配套设备,前盾 中盾 尾盾,配套台车、管片运输设备、出土设备、注浆系统、监控系统等。,二.盾构机选型,盾构机的选型及设计工程在前期准备时最重要的工作盾构机选型考虑因素地层土质条件断面大小线路周边环境排土方式地铁盾构常用的机型泥水平衡盾构土压平衡盾构,二.盾构机选型,泥水平衡式盾构,土压平衡式盾构,二.盾构机选型,泥水平衡式盾构,二.盾构机选型,土压平衡式盾构,二.盾构机选型,泥水平衡式盾构,土压平衡式盾构,比较项目,二.盾构机选型,土层地质,三.地铁盾构结构设计,主要设计原则,抗震设防烈度：度，结构设计按7度采取构造处理措施,结构设计使用年限：100年结构的安全等级：一级,消防要求：联络通道设置间距，沿隧道纵向方向不大于600m,抗浮安全系数：不考虑侧摩阻力时，大于等于1.1,三.地铁盾构结构设计,设计原则,单管大洞方案内径10米，外径11米；双管小洞方案内径5.4米，外径6.0米；,三.地铁盾构结构设计,断面方案,管片类型钢管片钢筋混凝土管片,三.地铁盾构结构设计,管片结构,衬砌环形式普通环左转弯环+直线环+右转弯环通用环一种楔形环管片的不同角度的旋转拟合线路,三.地铁盾构结构设计,管片结构,管片拼装形式通缝拼装拼装难度小，衬砌空间刚度稍差。错缝拼装接缝刚度分布均匀，整体性较好，管片精度要求高，拼装难度较大。,三.地铁盾构结构设计,管片结构,管片接缝连接弯螺栓连接斜螺栓连接直螺栓连接,三.地铁盾构结构设计,管片结构,管片环宽.5m；外径6.0m管片 楔形量45mm；C50通用环管片；管片厚度 300mm；管片分6块，5+1模式，小封顶,三.地铁盾构结构设计,管片结构,武汉地铁管片,三.地铁盾构结构设计,衬砌内力分析,地层结构法（有限元法）二维平面分析三维空间分析荷载结构法弹性均质圆环法弹性铰接圆环法 日本修正惯用法,二维平面分析,三维空间分析,弹性均质圆环法,弹性铰接圆环法,三.地铁盾构结构设计,衬砌内力分析,日本修正惯用法考虑管片接头影响，进行刚度折减后按均质圆环进行计算；地层抗力按三角形抗力考虑；计算结果考虑管片环间错缝拼装影响进行内力调整。,管片内力Mg：计算的弯矩为（1+）M，轴力为N；接头内力Mf：计算的弯矩为（1-）M，轴力为N；：弯距调整系数，一般取0.30.5。,三.地铁盾构结构设计,衬砌内力分析,计算结果示意,三.地铁盾构结构设计,衬砌内力分析,土压力计算土柱理论（H=2D）,三.地铁盾构结构设计,变形分析,地面变形阶段分五个阶段,三.地铁盾构结构设计,变形分析,地面变形机理,三.地铁盾构结构设计,变形分析,地面变形计算Peck公式数值计算有限元法、有限差分法进行隧道开挖施工过程模拟分析应用于盾构施工对周边构筑物影响分析。,三.地铁盾构结构设计,变形分析,施工对周边构筑物影响桥梁、民建桩基础桩顶位移小于6mm铁路任意10m范围内的最大沉降差5mm。铁路两条钢轨间的横向高差4mm地下车行、人行通道变形控制：-20+10mm敏感构筑物相关规范的允许范围地下管线相关规范的允许范围,地铁8号线穿越竹叶山高架立交桥桩,地铁8号线下穿友谊大道通道,地铁8号线下穿徐东平价人行通道,三.地铁盾构结构设计,变形分析,变形控制盾构施工控制严格控制开挖面的出土量提高施工的速度和连续性及时同步注浆,缩短衬砌脱出盾尾的暴露时间地层改良高压旋喷桩、搅拌桩、灌浆隔离桩,四.隧道附属结构设计,四.附属结构设计,工作井,工作井盾构始发盾构接受盾构调头盾构过站站内过站、站外过站,四.附属结构设计,工作井,洞门密封洞圈与盾构外径有一定的间隙防止盾构出洞时及施工期间土体及浆液从该间隙中流失在洞圈周围安装由橡胶帘布、扇形压板等组成的密封装置。,四.附属结构设计,端头加固目的控制地下水压力防止盾构掘进时由超挖而引起的土砂流入。方式高压旋喷桩、搅拌桩、灌浆,工作井,四.附属结构设计,联络通道,联络通道设置距离间距不大于600 m方式独立联络通道联络通道与泵房合建,四.附属结构设计,联络通道,特殊衬砌环特殊钢管片局部拆除钢筋混凝土管片 局部切割采用特殊的配筋设计,四.附属结构设计,联络通道,施工方法矿山法施工地基加固 冻结法高压旋喷地面注浆,五.盾构隧道防水设计,五.盾构隧道防水设计,设计原则标准,设计原则以防为主，刚柔结合，多道设防，因地制宜，综合治理。以结构自防水为主，关键处理好环纵缝的防水。设计标准结构防水等级为二级,五.盾构隧道防水设计,防水设计,管片自防水混凝土等级为C50，抗渗等级P10。接缝防水海绵橡胶弹性密封垫嵌缝（聚硫密封胶）螺栓孔的防水 采用遇水膨胀橡胶密封圈,海绵橡胶,嵌缝,弹性密封垫,六.地铁盾构设计重难点,六.地铁盾构设计重难点,注重与线路专业协调沟通平面设计 避绕构筑物纵面设计 地质选线 最低点控制盾构始发、接收工作井洞门破除 端头加固临时防水 掌子面稳定 联络通道与盾构隧道连接节点加固方案施工配合增强现场分析解决问题的能力,
