盾構(gòu)法施工畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

PAGEPAGE1671摘要目前，國內(nèi)外地鐵施工方法主要有明挖施工法、蓋挖施工法和暗挖施工法。暗挖施工法包括鉆爆法、盾構(gòu)法、淺埋暗挖法等。其中盾構(gòu)法是將盾構(gòu)機(jī)械在地中推進(jìn)，通過盾構(gòu)外殼和管片支承四周圍巖防止發(fā)生往隧道內(nèi)的坍塌，同時(shí)在開挖面前方用切削裝置進(jìn)行土體開挖，通過出土機(jī)械運(yùn)出洞外，靠千斤頂在后部加壓頂進(jìn)，并拼裝預(yù)制混凝土管片，形成隧道結(jié)構(gòu)的一種機(jī)械化施工方法。本設(shè)計(jì)以合川路站～虹梅路站區(qū)間為實(shí)例，采用盾構(gòu)法進(jìn)行施工。詳細(xì)計(jì)算隧道荷載和管片內(nèi)力，最終進(jìn)行管片配筋和裂縫寬度驗(yàn)算。關(guān)鍵詞：盾構(gòu)法；管片；配筋；施工組織AbstractMethodsofsubwayconstructionathomeandabroadmainlyincludesopencutmethod,coveredexcavationandexcavationsofar.ExcavationincludesDrillingBlastingmethod,Shieldtunnelconstructionaswellasshallowminingmethod.Shieldtunnelmethodisamechanizedconstructivewaytoformatunnelbypushingthroughthegroundusingshieldmachine.Thismethodcanpreventthecollapseofthetunnelbyshiftingthepressuretothemachineitselfandofferingastrutbythepipes.Atthesametimethemachinewillcutoutthegroundbyitstoppingmechanism.Followedbyaunearthedmachinerycarryingtheearthoutofthetunnel.Theliftingjackoffersthepowerfromthebackofthemachine.What'smoretheconcretesegmentneedtobeputup.Thisdesignwasanexampleofconstructionbyshieldmethod.ItcoversHeChuanRoadsubwaystationandHongMeiRoadsubwaystation.Thecalculationoftunnelloadandtheinternalpressureofductpiecesaredetailedcalculated.Lastlythispaperdoublecalculatethewidthofreinforcementofsegmentandthefracture.Keywords:shield-tunnelmethod;ductpiece;reinforcement;constructionorganization目錄TOC\o"1-2"\h\z\u186701緒論 1314911.1設(shè)計(jì)的目的與意義 1303251.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與進(jìn)展 245411.3主要涉及內(nèi)容 438382工程概況 65442.1工程簡介 680552.2工程地質(zhì)情況 6309312.3區(qū)間沿線管線及障礙物情況 8281583隧道施工方案與管片選型設(shè)計(jì) 9324433.1隧道施工方案 9229673.2盾構(gòu)選型 13182643.3管片選型 15205203.4管片設(shè)計(jì) 1762244隧道襯砌荷載計(jì)算 20207324.1土層情況 2022384.2荷載計(jì)算及組合 21155115管片配筋及驗(yàn)算 31200625.1襯砌配筋設(shè)計(jì) 3153835.2簡要驗(yàn)算 353196區(qū)間附屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4080496.1洞門防水設(shè)計(jì) 40291806.2盾構(gòu)進(jìn)出洞設(shè)計(jì) 41127706.3疏散平臺(tái)的設(shè)計(jì) 47201737.區(qū)間隧道防水設(shè)計(jì) 5263157.1防水設(shè)計(jì)原則 52301777.2防水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 5360757.3防水技術(shù)要求 5320297.4盾構(gòu)區(qū)間防水體系 53285528施工組織設(shè)計(jì) 5791728.1隧洞施工準(zhǔn)備 57190828.2施工現(xiàn)場總平面布置 62155608.3界定關(guān)鍵過程 64244128.4主要施工工序 67180198.5盾構(gòu)推進(jìn)主要施工技術(shù)措施 76135569施工監(jiān)測 7937119.1設(shè)計(jì)原則 7985989.2測點(diǎn)布設(shè)原則 7968729.3施工監(jiān)測技術(shù) 808815專題設(shè)計(jì) 8520672參考文獻(xiàn) 10922781附錄1英語原文 1108041附錄2英文翻譯 1429384致謝 1671緒論1.1設(shè)計(jì)的目的與意義隨著中國城市化進(jìn)程的加快，城市人口的增加給城市交通帶來的壓力日漸明顯。傳統(tǒng)的地上交通顯然無法滿足城市發(fā)展的需求，相對(duì)應(yīng)的地下交通則成為緩解城市交通壓力的新渠道。地鐵與公交車、電車相比的優(yōu)勢顯而易見：地鐵單向運(yùn)量每小時(shí)4萬—6萬人次，公交車、電車單向運(yùn)量每小時(shí)1萬人次。從運(yùn)輸方式看，地鐵運(yùn)輸更具多方面的優(yōu)點(diǎn)：舒適、準(zhǔn)時(shí)、快捷、占地少，環(huán)保、節(jié)能、安全，而且不占用地面，街道等。毫無疑問，地鐵交通是綠色工程，而且符合中國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。但是地鐵的發(fā)展主要依賴地下工程隧道開挖等相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，了解相關(guān)的主要技術(shù)進(jìn)步與革新就顯得尤為重要。本次設(shè)計(jì)地段位于上海市合川路至虹梅路之間，處于繁華地段，沿線居民區(qū)和道路較多，汽車和公共交通工具為主要交通運(yùn)輸方式，在上下班高峰期車流量較大，經(jīng)常造成交通堵塞，行車速度慢。公共交通系統(tǒng)難以滿足城市大量的客流量的需求，為緩解交通壓力可以采用耗能低、污染少的地鐵，不但客運(yùn)量大，還有速度快、安全正點(diǎn)、方便的特點(diǎn)。采用隧道的方式不占用地面上建、構(gòu)筑物的面積，又能在施工期間不影響城市的正常交通。城市快速軌道交通的發(fā)展，對(duì)城市功能的合理布局如城市規(guī)劃、交通、經(jīng)濟(jì)乃至社會(huì)環(huán)境等，能夠起到重要的作用。而且地鐵線路帶動(dòng)城市發(fā)展，合理優(yōu)化城市資源，調(diào)整城市發(fā)展方向和布局，加速城市化進(jìn)程?？紤]到施工工地周圍環(huán)境條件，并通過方案的比選，本次開挖支護(hù)采用盾構(gòu)法施工。合川路站～虹梅路站隧道沿宜山路，周邊多為居民區(qū)，道路交通繁忙，車輛和人流眾多，而盾構(gòu)法施工不影響地面交通與設(shè)施，且噪音和擾動(dòng)較小，對(duì)居民的影響小。該區(qū)間內(nèi)分布有上水、煤氣、電力、電話、污水等多種管線，其埋設(shè)深度在地面以下0～4.0m范圍內(nèi)，而盾構(gòu)施工不影響地下管線等設(shè)施。本次施工工期緊，需要在短時(shí)間內(nèi)完成施工，盾構(gòu)法施工速度快，開挖和襯砌安全，盾構(gòu)的推進(jìn)、出土、拼裝襯砌等全過程可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，施工勞動(dòng)強(qiáng)度低。區(qū)間隧道掘進(jìn)范圍內(nèi)的地基土層具有以下性質(zhì)：含水量高，孔隙比大，呈流塑狀態(tài)；強(qiáng)度低，壓縮性高且穩(wěn)定時(shí)間長；滲透性弱，排水固結(jié)時(shí)間長。所以選用土壓平衡式盾構(gòu),使施工更加安全，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化操作，施工易于管理，施工人員也較少，勞動(dòng)強(qiáng)度低，生產(chǎn)效率高。施工不受風(fēng)雨等氣候條件的影響。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與進(jìn)展1.盾構(gòu)的研究情況與發(fā)展盾構(gòu)法施工隧道是在地表以下土層中暗挖隧道的一種現(xiàn)代技術(shù)。用此法修建地下隧道已有170余年歷史。1818年，英國人布魯諾爾從一種食船蟲在船身上打洞一事受到啟發(fā)，研究出了盾構(gòu)施工技術(shù)，并獲得專利。19世紀(jì)末到20世紀(jì)中葉，盾構(gòu)機(jī)技術(shù)取得較快的發(fā)展，主要以氣壓式、手掘式、半機(jī)械式、機(jī)械式盾構(gòu)為主。20世紀(jì)60年代中期至80年代末，在軟粘土中使用了擠壓式盾構(gòu)機(jī)，開發(fā)了閉胸式盾構(gòu)機(jī)并得到廣泛應(yīng)用，形成了現(xiàn)代盾構(gòu)技術(shù)的主流。20世紀(jì)90年代以來，閉胸式的泥水式盾構(gòu)機(jī)和土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)成為世界范圍內(nèi)的主流產(chǎn)品。20世紀(jì)初，盾構(gòu)法施工已在美、法、英、俄等國開始推廣，已用在水底公路隧道、地下鐵道、上下水道、電力、通訊煤氣等市政公用地下設(shè)施管道的施工中。1917年人日本開始在鐵羽越線的折返段隧道施工中引進(jìn)盾構(gòu)法，1938年正式在國鐵關(guān)門隧道應(yīng)用盾構(gòu)法施工，為日本盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1967年由英國提出的泥水加壓系統(tǒng)在日本得到實(shí)施，日本研制成功第一臺(tái)有切削刀盤、水力出土的泥水加壓式盾構(gòu)。1974年日本獨(dú)創(chuàng)性的研制成功土壓平衡盾構(gòu)，同時(shí)德國Wayss&Freytag也研制成功頗具特點(diǎn)的膨潤土懸浮液支撐開挖面的泥水平衡盾構(gòu)。之后，盾構(gòu)技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，已成功應(yīng)用于各種公路隧道、地鐵隧道、引水隧道以及市政公用設(shè)施隧道等。幾十年來，通過對(duì)土壓平衡式、泥水式盾構(gòu)機(jī)中的關(guān)鍵技術(shù)，如盾構(gòu)機(jī)有效封閉、監(jiān)測開挖面的穩(wěn)定及控制盾構(gòu)前進(jìn)的方向、地表塌陷在安全范圍內(nèi)、刀具的使用壽命以及在封閉條件下更換刀具等方面的探索，通過對(duì)盾構(gòu)施工新技術(shù)，如特殊斷面盾構(gòu)施工、復(fù)合盾構(gòu)施工技術(shù)、球形盾構(gòu)施工技術(shù)等研究，地鐵盾構(gòu)法施工技術(shù)有了長足發(fā)展。我國從五十年代開始使用、研制盾構(gòu)，1966年上海采用網(wǎng)格式擠壓盾構(gòu)修建了直徑達(dá)10m的打浦路過江隧道，至今，盾構(gòu)法施工技術(shù)已廣泛應(yīng)用于我國城市的地鐵建設(shè)。21世紀(jì)是我國隧道及地下工程大發(fā)展的世紀(jì),據(jù)有關(guān)專家預(yù)測,到2020年,我國將要完成近6000km的地下隧道建設(shè),平均每年約300km。到2011年,國內(nèi)各種地下工程建設(shè)約需巖石掘進(jìn)機(jī)、盾構(gòu)機(jī)約180臺(tái)(不包括微型機(jī)),年均需求量約為30臺(tái)。截至目前,使用的盾構(gòu)總數(shù)約有200多臺(tái)次。城市地鐵快速發(fā)展,對(duì)盾構(gòu)需求最多。我國城市地鐵正處在高速發(fā)展期,地鐵和軌道交通規(guī)劃總長度已超過3000km。目前已建成和在建的數(shù)量僅占規(guī)劃數(shù)量的10%左右,未來城市地鐵建設(shè)仍將快速發(fā)展。越江隧道建設(shè)方興未艾,對(duì)大直徑和超大直徑盾構(gòu)的需求將有快速增長。至今有10個(gè)城市已建或在建20多座盾構(gòu)法越江隧道。計(jì)劃中的越江盾構(gòu)隧道更多。城市各種地下管線隧道有待發(fā)展,對(duì)盾構(gòu)的潛在需求大。有關(guān)專家預(yù)測,我國城市的給水、排水、電纜、電訊、熱力、輸氣等隧道工程的長度將超過1000km,其對(duì)小型盾構(gòu)、微型盾構(gòu)或掘進(jìn)機(jī)的需求量也相當(dāng)大。2.盾構(gòu)襯砌土壓力的研究現(xiàn)狀作用于陳其上的土壓力實(shí)際上是周圍土層與襯砌共同作用面上的接觸應(yīng)力，其大小與分布形式不僅與地層的物理力學(xué)性質(zhì)、襯砌的剛度有關(guān)，而且與施工方法、隧道的埋深、直徑、形狀等幾何參數(shù)有關(guān)。目前隧道襯砌管片有鋼制管片、混凝土管片、球墨鑄鐵管片和合成管片，其中以混凝土管片使用較多，管片之間可采用柔性連接或剛性連接，一般采用鋼螺栓進(jìn)行連接，對(duì)于特殊地質(zhì)條件（液化地層和軟硬地層的分界面等）和襯砌結(jié)構(gòu)剛度突變位置，可采用特殊的柔性接頭以適應(yīng)變形需要。由于作用于襯砌上的土壓力受諸多因素的影響，對(duì)其進(jìn)行研究非常困難，迄今為止，有關(guān)這方面的論文及研究報(bào)道均不多見。從已有的文獻(xiàn)來看，按其所采用的原理不同，可將襯砌上土壓力的計(jì)算方法分為三種，即簡化計(jì)算法、考慮襯砌與地層相互作用的分析方法、現(xiàn)場量測及模型試驗(yàn)方法等。3.管片接頭剛度的研究由于盾構(gòu)隧道一般是在盾構(gòu)拼裝由預(yù)制管片而成的，必然存在管片接頭。這樣使得管片環(huán)的整體彎曲剛度相對(duì)于現(xiàn)澆的混凝土管片環(huán)而言，有所降低。由于管片環(huán)整體彎曲剛度的降低，其變形必然有所增加，從而可導(dǎo)致被動(dòng)地基抗力的增加，有利于減少管片截面的偏心應(yīng)力，即彎矩。如何評(píng)價(jià)接頭剛度對(duì)管片和變形的影響，是管片設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要內(nèi)容。接頭剛度的確定一般分為兩種，一是經(jīng)驗(yàn)參考或模型研究，另一種為接頭剛度數(shù)值模型。目前大多數(shù)重大地下工程都采用第一種方法確定，但是由于我國地鐵工程起步較晚，隧道設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)缺乏，同時(shí)由于足尺寸的管片接頭或整體試驗(yàn)成本較高，目前這方面的成果很少見諸報(bào)道。為此很多學(xué)者非常重視接頭剛度的整體研究，從而可以得到考慮主要影響因素的接頭剛度計(jì)算理論，而且可以考慮接頭剛度隨外荷載的非線性關(guān)系，從而使得管片設(shè)計(jì)精度得以提高。4.國內(nèi)管片的發(fā)展趨勢國內(nèi)的管片有以下幾個(gè)趨勢（1）通用管片：目前，國內(nèi)通用管片的使用量不大，但國外已大量采用通用管片射中管片給設(shè)計(jì)，生產(chǎn)，施工都能帶來方便較好的經(jīng)濟(jì)效益。通用管片不但能滿足平面曲線的要求而且可以通過調(diào)整封頂塊的位置，滿足豎曲線的要求，不需采用以前使用的楔形片，大大提高防水效果。（2）管片寬度增大，接頭減?。憾軜?gòu)隧道襯砌管片的寬度有增加的趨勢。通過增加襯砌管片的寬度在隧道方向上管片的接頭數(shù)目減少，管片的生產(chǎn)費(fèi)用降低，隧道防水情況得到改善，施工速度提高，工程造價(jià)也得以降低。需注意的是管片寬度的增加是有前提的，在采用高強(qiáng)度連接接頭，管片邊緣部位鋼筋加密等相關(guān)措施，而且要經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證后才可進(jìn)行。1.3主要涉及內(nèi)容上海軌道交通9號(hào)線一期工程合川路站～虹梅路站區(qū)間起于合川路，單線全長1109.64m，沿線多為居民區(qū)和地上交通。對(duì)此單位施工，有如下內(nèi)容：1.進(jìn)行方案的比選施工方法對(duì)結(jié)構(gòu)型式的確定和地鐵土建工程造價(jià)有決定性影響。施工方法的選定，受沿線工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件和環(huán)境條件（地面建筑物和地下構(gòu)筑物的現(xiàn)狀、道路寬度、交通狀況）等多種因素的制約，同時(shí)也會(huì)對(duì)工程的難易程度、工期、造價(jià)，運(yùn)營效果等產(chǎn)生直接的影響。常見的施工方法有明挖法、礦山法和盾構(gòu)法。本次設(shè)計(jì)中選用盾構(gòu)法施工2.區(qū)間隧道襯砌設(shè)計(jì)首先進(jìn)行盾構(gòu)隧道斷面的擬定，并根據(jù)隧道斷面的大小進(jìn)行管片襯砌形式的比選，然后確定管片拼裝方式、厚度、分塊及環(huán)寬。3.隧道襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算(1)對(duì)圍巖壓力進(jìn)行計(jì)算，再根據(jù)其圍巖壓力對(duì)管片的內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算。(2)根據(jù)計(jì)算結(jié)果及分析，計(jì)算管片的配筋，并驗(yàn)算環(huán)向連接螺栓的可靠性。4.結(jié)構(gòu)防水設(shè)計(jì)盾構(gòu)隧道的滲漏一般出現(xiàn)在管片自身小裂縫、管片的接縫、注漿孔和手孔等處，其中以管片自身小裂縫和接縫處滲漏較多，因此盾構(gòu)隧道的防水工作以一次襯砌部分的防水以及環(huán)片接縫的防水為重點(diǎn)。盾構(gòu)隧道襯砌防水體系包括管片結(jié)構(gòu)自防水、接頭防水及隧道與工作井和聯(lián)絡(luò)通道連接處的防水。5.施工組織設(shè)計(jì)確定施工方案以及相應(yīng)的技術(shù)措施、確定施工進(jìn)度計(jì)劃、進(jìn)行施工現(xiàn)場平面布置。根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)編制依據(jù)，充分發(fā)揮各職能部門的作用，按照施工方案的要求進(jìn)行隧道施工，保證工程質(zhì)量和施工安全。6.隧道監(jiān)測方案設(shè)計(jì)包括隧道洞內(nèi)外觀察、隧道相對(duì)凈空變化值的監(jiān)測、隧道拱頂監(jiān)測和地表沉降監(jiān)測等。實(shí)行信息化施工，獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)，反饋信息，指導(dǎo)施工。2工程概況2.1工程簡介上海軌道交通9號(hào)線一期工程途經(jīng)松江、閔行和徐匯三個(gè)區(qū)，工程自松江新城至宜山路站，全程約31公里。沿途共設(shè)車站12座。本工程為合川路站～虹梅路站，單線全長1109.64m。周邊多為居民區(qū)，道路交通繁忙，車輛和人流眾多。施工路段平面圖見下圖。圖2.1施工路段平面圖2.2工程地質(zhì)情況2.2.1土層特征隧道工程影響范圍內(nèi)的土層，自上而下分述如下表：表2.1土層特性表土層層號(hào)土層名稱土層描述①1均有分布，以雜填土為主，含少量碎石等，局部為素填土，含植物根莖等。①2呈黑色淤泥狀，內(nèi)含石子、垃圾等，有臭味。②可塑，均勻，含少量鐵錳質(zhì)結(jié)核，及氧化鐵銹斑，由上而下土質(zhì)變軟，中壓縮性。土層層號(hào)土層名稱土層描述③均有分布，流塑，尚均勻，夾有少量粉性土薄層，局部呈淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，高壓縮性。④均有分布，流塑，均勻，夾少量極薄層粉砂，見零星貝殼碎屑，局部孔層呈淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，高壓縮性。⑤1-1均有分布，流塑，尚均勻，夾薄層粉土、粉砂，局部為粘土，高壓縮性。⑤1-2軟塑，欠均勻，夾薄層粉土，粉砂，局部較多，中壓縮性。⑤2均有分布，很濕，稍密～中密，尚均勻，夾少量粘性土，局部呈粉砂，中壓縮性。⑤3軟塑，尚均勻，夾有薄層狀粉土、粉砂，局部含泥鈣質(zhì)結(jié)核、腐植質(zhì)及少量有機(jī)質(zhì)、腐植質(zhì)，中壓縮性。⑥粉質(zhì)粘土可塑，尚均勻，含氧化鐵斑點(diǎn)，層上部一般呈粘土，下部夾有粉性土，中壓縮性。⑦砂質(zhì)粉土部分孔揭示，很濕～濕，中密，含云母，夾有粉砂及少量粘土片，個(gè)別孔呈青灰色，中壓縮性。2.2.2地質(zhì)情況區(qū)間隧道掘進(jìn)范圍內(nèi)的地基土層具有以下性質(zhì)：含水量高，孔隙比大，呈流塑狀態(tài)；強(qiáng)度低，壓縮性高且穩(wěn)定時(shí)間長；滲透性弱，排水固結(jié)時(shí)間長。隧道掘進(jìn)時(shí)將適當(dāng)控制掘進(jìn)速率，避免對(duì)土體產(chǎn)生過大的擾動(dòng)，以減少施工后的沉降和不均勻沉降。擬建區(qū)間段發(fā)現(xiàn)有暗浜存在、未發(fā)現(xiàn)天然氣等不良地質(zhì)現(xiàn)象。本場區(qū)地下水對(duì)砼無腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性。2.2.3區(qū)間隧道主要土層物理力學(xué)指標(biāo)區(qū)間隧道主要土層物理力學(xué)指標(biāo)見下表。表2.2土層物理力學(xué)指標(biāo)表①1①2②18.434.40.9723.614.5③17.344.71.2514.811.0④17.048.51.3513.911.0⑤1-117.640.91.1517.114.5⑤1-218.034.71.0018.017.0⑤218.231.80.916.327.0⑤317.935.21.0217.418.5⑥粉質(zhì)粘土19.225.80.7633.819.0⑦砂質(zhì)粉土18.530.50.865.527.52.3區(qū)間沿線管線及障礙物情況根據(jù)鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院上海分院物探技術(shù)研究所提供的物探成果報(bào)告，可知該區(qū)間內(nèi)分布有上水、煤氣、電力、電話、污水（雨水）等多種管線，其埋設(shè)深度在地面以下0～4.0mm范圍內(nèi)。沿宜山路方向，在道路北側(cè)有兩路上水管道，管徑為300mm、500mm，管頂埋深約1.2m；有一路18孔電話電纜，埋深為1.0m；道路中央有一雨水管道，管徑為1400mm、1800mm，埋深約3.5m；有一管徑500mm污水管道，埋深2.0m；道路南側(cè)有兩路煤氣管道，管徑為200mm、300mm，埋深約1.2m；沿宜山路方向，在道路北側(cè)有兩路上水管道，管徑為300mm、500mm，管頂埋深約1.1m；有一路18孔電話電纜，埋深為1.2m；道路中央有一雨水管道，管徑為1200mm、1400mm，埋深約2.5m；有一管徑600mm污水管道，埋深3.0m；道路南側(cè)有兩路煤氣管道，管徑為200mm、300mm，埋深約1.1mm；有一路電力電纜，埋深約0.8m。合川路站～虹梅路站隧道沿宜山路，周邊多為居民區(qū)，道路交通繁忙，車輛和人流眾多。3隧道施工方案與管片選型設(shè)計(jì) 3.1隧道施工方案在現(xiàn)有的施工條件下，根據(jù)地下工程的施工方法，本工程可選擇的施工方案有：明挖法、暗挖法、礦山法、頂管法、盾構(gòu)法。以下對(duì)四種施工方法進(jìn)行優(yōu)劣比較，并確定定施工方案。 3.1.1明挖法地下工程施工時(shí)，在埋深較淺的情況下，廣泛采用明挖法。明挖法是先從地表向地下開挖基坑后塹壕，直至設(shè)計(jì)標(biāo)高，再在開挖好的預(yù)定位置灌注地下結(jié)構(gòu)，最后在修建好的地下結(jié)構(gòu)周圍極其上部分回填，并恢復(fù)原來地面的一種地下工程施工方法。主要有：1.放坡開挖放坡開挖是指隧道埋深較淺，周圍土體穩(wěn)定時(shí)，施工對(duì)周圍環(huán)境影響較小，依靠適當(dāng)坡率的邊坡來保持土體穩(wěn)定的基坑開挖方法。這種方法雖然開挖量大，但施工機(jī)械化程度高，施工速度快，質(zhì)量也容易得到保證。受地下水影響的工程也可采用井點(diǎn)降水的方法，以便提高邊坡的穩(wěn)定性及改善基坑內(nèi)施工環(huán)境。2.蓋挖法蓋挖法是由地面向下開挖至一定深度后，將頂部封閉，其余的下部工程在封閉的頂蓋下進(jìn)行施工，主體結(jié)構(gòu)可以順做，也可以逆做。順做法即在支護(hù)基坑的剛樁上架設(shè)鋼梁鋪設(shè)臨時(shí)路面鋪設(shè)臨時(shí)路面維持地面交通，開挖到基坑底后，先澆筑底板，然后澆筑側(cè)墻，最后澆筑頂板。逆作法即用剛度較大的維護(hù)結(jié)構(gòu)取代了鋼樁，用結(jié)構(gòu)頂板用作路面系統(tǒng)和支撐，結(jié)構(gòu)施做順序是上而下，挖土后現(xiàn)澆箱頂板，后澆筑側(cè)墻，最后澆筑底板。與放坡開挖相比，蓋挖法施工的主要優(yōu)點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)水平位移??；結(jié)構(gòu)板作為基坑開挖的支撐，節(jié)省了臨時(shí)支撐；雖短占道時(shí)間，減小地面干擾；受外界氣候影響小。其缺點(diǎn)包括：出土不方便；板墻柱施工接頭須進(jìn)行防水處理；功效低，速度慢；結(jié)構(gòu)框架形成之前，中間立柱能夠支撐的上部荷載有限。此法雖然開挖量大，但施工機(jī)械化程度高，施工速度快，質(zhì)量也容易得到保證，受地下水影響的工程也可采用井點(diǎn)降水的方法，放坡開挖是明挖法的首選方案。3.1.2礦山法礦山法是城市深部地下工程常用的暗挖施工方法，具有不影響地面正常交通與生產(chǎn)，地表下沉量小，適用于軟、硬巖層中各類地下工程，特別是對(duì)于中層巖中。然而礦山法隧道施工的工作環(huán)境惡劣，超挖、欠挖量大，無用功多，對(duì)圍巖的破壞性大，而且進(jìn)度緩慢。主要功法有：1.全斷面開挖發(fā)法全斷面開挖發(fā)是整個(gè)設(shè)計(jì)斷面上一次向前挖掘推進(jìn)的施工方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是：可最大限度的利用洞內(nèi)作業(yè)空間，工作面寬敞，能使用大型高效設(shè)備，加快施工進(jìn)度；斷面一次挖成，施工組織與管理比較簡單；通風(fēng)、運(yùn)輸、管理等輔助工作及各種輔助管線工作均較便利。2.臺(tái)階法臺(tái)階法是將隧道斷面分成若干分層，各分層呈臺(tái)階狀同時(shí)推進(jìn)施工。這種方法最需笨重的鉆孔設(shè)備，它是全斷面開挖法的變化方法。這種方法對(duì)地質(zhì)適應(yīng)性較強(qiáng)。臺(tái)階法根據(jù)臺(tái)階長度不同，可分為長臺(tái)階法、段臺(tái)階法和超段臺(tái)階法三種。在施工中選用何種臺(tái)階，應(yīng)根據(jù)下面兩個(gè)條件判斷：其一，初期支護(hù)形成閉合斷面的時(shí)間要求，圍巖穩(wěn)定性越差，要求閉合時(shí)間越短；其二是上部斷面施工所采用的開挖、支護(hù)、出渣等機(jī)械設(shè)備所需空間大小的要求。按臺(tái)階布置方法的不同，臺(tái)階法可分為正臺(tái)階法和反臺(tái)階法兩種方法。相對(duì)于臺(tái)階法，全斷面開挖適用于設(shè)計(jì)斷面較小，周圍地質(zhì)情況穩(wěn)定的隧道。3.管棚法管棚超前支護(hù)法是近年發(fā)展起來的一種在軟弱圍巖中進(jìn)行隧道掘進(jìn)的新技術(shù)。管棚法最初是作為隧道施工的一種輔助方法，在軟巖隧道施工中穿越破碎帶、松散帶、軟弱地層涌水、涌砂層起到了重要作用。由于預(yù)埋超前管棚做頂板及側(cè)壁支撐，為后續(xù)的隧道開挖奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，且施工快、安全性高、工期短，被認(rèn)為是隧道施工中解決冒頂?shù)淖钣行ё詈侠淼氖┕し椒āｋS后管棚法被用作城市地下鐵道的暗挖施工，在建筑物密集、交通繁忙的城市中心地區(qū)。采用明挖法隧道地下工程必須拆遷大量的地層管網(wǎng)和地面建筑物，隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的呼聲越來高及政府對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，施工方不得不放棄既影響交通又不利于環(huán)境保護(hù)的明挖法而改用暗挖施工法，管棚法作為一種重要的暗挖施工法在日本、美國及歐洲廣泛采用。管棚支護(hù)技術(shù)大大增加了小型隧道開挖的應(yīng)用范圍。使用這種方法，隧道開挖將在預(yù)先頂進(jìn)的鋼管的保護(hù)下進(jìn)行。管棚法是開挖大直徑、短距離隧道的最為安全有效的方法。通常，管棚法運(yùn)用于鐵路下的隧道施工和新型地鐵車站的建設(shè)中。在此類工程中的微型隧道作業(yè)將大規(guī)模進(jìn)行。多數(shù)情況下，使用這種方法是采用鋼管進(jìn)行操作，即把鋼管頂進(jìn)地層中，圍繞隧道建設(shè)區(qū)域形成一個(gè)“安全保護(hù)棚”。機(jī)器掘進(jìn)一段不長的距離后，可以通過一個(gè)設(shè)計(jì)巧妙的閘門裝置向后縮回到始發(fā)隧道中，這樣，它就可以在相同的開挖面上展開另一段隧道的開挖作業(yè)。3.1.3頂管法頂管法是直接在松散土層或富水松軟地層中敷設(shè)中、小型管道的一種施工方法。頂管法一般用于修建排水管、敷設(shè)煤氣罐、輸油管、動(dòng)力電纜和通訊電纜的管道、地下交通隧道及橋梁的墩臺(tái)等，這些管道的內(nèi)徑一般都在2～3m。內(nèi)徑太大和太小的管道頂進(jìn)都較困難，口徑超過3m的較長距離頂管綜合經(jīng)濟(jì)效益不如盾構(gòu)法施工。3.1.4盾構(gòu)法盾構(gòu)法盾構(gòu)法是在地表以下土層或松軟巖層中暗挖隧道的一種施工方法。盾構(gòu)推進(jìn)主要依靠盾構(gòu)內(nèi)部設(shè)置的千斤頂，如此不斷開挖，不斷拼裝，并不斷推進(jìn)，借助盾構(gòu)這種施工機(jī)械可用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。盾構(gòu)法隧道建設(shè)對(duì)地面干擾小，施工速度快、安全、機(jī)械化和自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。盾構(gòu)法的類型很多，按開挖方式不同可分為：手工挖掘式、半機(jī)械挖掘式和全機(jī)械挖掘式三種；按斷面形狀不同可分為：圓形、拱形、矩形和馬蹄形四種；按排除地下水與穩(wěn)定開挖面的方式可分為：泥水加壓、土壓平衡等。3.1.5方案確定

明挖法施工技術(shù)要求較低，費(fèi)用低，但是工期較長，勞動(dòng)強(qiáng)度高，對(duì)環(huán)境影響大，地面場地要求高，而本工程途經(jīng)交通繁忙區(qū)及居民區(qū)，場地要求不允許適合明挖法。礦山法施工與明挖法施工相比，對(duì)地面環(huán)境影響小，地面場地要求低，施工費(fèi)用較高，然而礦山法適用于硬、軟巖層中各類地下工程，特別是對(duì)于中硬巖中。本工程工期要求工期較短，且地下水豐富，土層較軟，因此不選用礦山法施工。本工程設(shè)計(jì)隧道內(nèi)徑較大，管道頂進(jìn)困難，考慮到場地以及經(jīng)濟(jì)效益的影響不選用頂管法施工。盾構(gòu)法和其他的施工方法比較，具有地面作業(yè)少、適應(yīng)性廣、對(duì)周圍環(huán)境影響小、自動(dòng)化程度高、施工快速優(yōu)質(zhì)高效、安全環(huán)保等特點(diǎn)。首先，盾構(gòu)是一種集機(jī)、電、液壓、傳感、信息技術(shù)于一體的隧道施工成套專用特種設(shè)備，盾構(gòu)法施工的掘進(jìn)、出土運(yùn)輸、襯砌拼裝、接縫防水和盾尾注漿充填等作業(yè)都是在盾構(gòu)保護(hù)下進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了工廠化施工，掘進(jìn)速度較快。從而縮短了工期，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和材料消耗，較大的提高了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在土質(zhì)差、水位高、埋深大的隧道施工中、有較高的技術(shù)優(yōu)越性。其次，盾構(gòu)法施工場地作業(yè)少，隱蔽性好，因噪聲、震動(dòng)引起的環(huán)境問題??；穿越地下地面建筑群和地下管線密集區(qū)時(shí)，周圍可不受施工影響；施工時(shí)不影響地面交通；不受氣候條件影響。再次，盾構(gòu)法施工改善了作業(yè)人員的勞動(dòng)條件，減輕了體力勞動(dòng)量，施工在盾殼的保護(hù)下進(jìn)行，可避免人員傷亡，減少安全事故。最后，自動(dòng)化、信息化高。盾構(gòu)采用了計(jì)算機(jī)控制、傳感器、激光導(dǎo)向、測量、超前地質(zhì)探測、通信技術(shù)，是集機(jī)、光、電、氣、液、傳感、信息技術(shù)于一體的隧道施工成套設(shè)備，具有自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)。而且具有施工數(shù)據(jù)采集功能，盾構(gòu)姿態(tài)管理功能，施工數(shù)據(jù)管理功能，施工數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)傳功能，實(shí)現(xiàn)了信息化施工。本區(qū)間工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜，隧道埋深滿足盾構(gòu)施工條件，覆土層埋深大，地下水豐富，工程的工期要求較緊，而且對(duì)于地面沉降要求較高，綜合以上各種施工工法的優(yōu)缺點(diǎn)可知，盾構(gòu)法施工具有進(jìn)度快，對(duì)工程地質(zhì)的適應(yīng)能力強(qiáng)，施工過程安全高等優(yōu)點(diǎn)，采用盾構(gòu)法施工可以很好的發(fā)揮它的優(yōu)點(diǎn)，充分滿足工程的要求，考慮到上海地鐵隧道施工的一般方法，最終確定本隧道區(qū)間采用盾構(gòu)法進(jìn)行施工。3.2盾構(gòu)選型盾構(gòu)的分類方式很多，可按盾構(gòu)正面對(duì)土體開挖與支護(hù)方式分，有手掘式盾構(gòu)、擠壓式盾構(gòu)、半機(jī)械式盾構(gòu)、機(jī)械式盾構(gòu)四大類。但手掘式盾構(gòu)勞動(dòng)強(qiáng)度大，危險(xiǎn)系數(shù)高，效率低，現(xiàn)在大直徑盾構(gòu)中基本不考慮；擠壓式盾構(gòu)對(duì)底層擾動(dòng)較大，地面易產(chǎn)生較大隆起變形，在地面建筑物處不能使用，只能在空曠地區(qū)或跨江跨海隧道施工；半機(jī)械式盾構(gòu)即在手掘式盾構(gòu)的基礎(chǔ)上正面裝上挖掘機(jī)械施工，機(jī)械化程度低。因此，目前地鐵隧道施工普遍使用的為機(jī)械式施工，典型的機(jī)械式施工主要有泥水平衡盾構(gòu)和土壓平衡盾構(gòu)兩種方法。下面就介紹兩種方法的原理與優(yōu)缺點(diǎn)比較。3.2.1泥水平衡盾構(gòu)泥水工盾構(gòu)在機(jī)械式盾構(gòu)刀盤的后方設(shè)置一道封閉隔板，隔板與刀盤間的空間定名為泥水艙。把水、粘土及添加劑混合制成的泥水，經(jīng)輸送管道壓入泥水艙，待泥水充滿整個(gè)泥水艙，如盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)系統(tǒng)工作進(jìn)發(fā)，則推進(jìn)力經(jīng)艙內(nèi)泥水傳遞到掘削面的土體上，即泥水對(duì)掘削面上的土體作用有一定的壓力，該壓力稱為泥水壓力。刀盤掘削下來的土砂進(jìn)入泥水艙，經(jīng)攪拌裝置后掘削土砂的高濃度泥水，經(jīng)泥漿泵泵送到地表的泥水分離系統(tǒng)，待土、水分離后，再把濾除掘削土砂的泥水重新壓送回泥水艙。如此不斷完成掘削、排土、推進(jìn)。泥水平衡盾構(gòu)機(jī)主要是用于地下水壓力大，土體滲流系數(shù)大的地質(zhì)狀況。泥水平衡盾構(gòu)機(jī)是通過大功率泥漿泵將開挖的渣土以泥漿的形式泵送到隧道外，因此具有作業(yè)效率高，工作環(huán)境清潔的特點(diǎn)，但是由于難以確保泥漿處理用地，近年來選用逐漸減少。3.2.2土壓平衡盾構(gòu)土壓平衡盾構(gòu)屬封閉式盾構(gòu)，推進(jìn)時(shí)，其前端刀盤旋轉(zhuǎn)掘削地層土體，切削下來的土體進(jìn)入土艙。當(dāng)土體充滿土艙時(shí)，其被動(dòng)土壓與掘削面上的土，水壓基本相同，故掘削面實(shí)現(xiàn)平衡。土壓平衡盾構(gòu)靠螺旋輸送機(jī)將渣土排入至土箱，運(yùn)至地表。由裝在螺旋輸送機(jī)排土口處的滑動(dòng)閘門或旋轉(zhuǎn)漏斗控制出土量，確保掘進(jìn)面穩(wěn)定。土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)，是在機(jī)械式盾構(gòu)機(jī)的前部設(shè)置隔墻，使土室內(nèi)和排土用的螺旋輸入機(jī)內(nèi)充滿開挖土渣，依靠盾構(gòu)機(jī)千斤頂?shù)耐屏o土室內(nèi)的開挖土砂加壓，使土壓作用于作用于開挖面使其穩(wěn)定。3.2.3泥水平衡盾構(gòu)和土壓平衡盾構(gòu)在開挖方面的比較表3.1泥水平衡、土壓平衡盾構(gòu)的對(duì)比泥水加壓式盾構(gòu)土壓平衡式盾構(gòu)適用土層軟粘性土層、砂礫層、漂礫層固結(jié)淤泥層及含甲烷氣體的特殊地層等等。最適合于洪積層砂性土中掘進(jìn)。沖擊粘土、粉土、粘土、砂質(zhì)粉土、砂質(zhì)粘土、夾砂粉質(zhì)粘土優(yōu)點(diǎn)①泥水盾構(gòu)對(duì)地層的擾動(dòng)小，沉降??；②由于開挖泥漿的作用，刀具和切削刀盤的使用壽命相應(yīng)的增長；③適用于高地下水壓，江底、河底、海底隧道施工；④排查過程始終在封閉狀態(tài)下進(jìn)行，故施工現(xiàn)場與沿途道路十分干凈而不受土渣污染。①內(nèi)部設(shè)置布置簡單，開挖面穩(wěn)定機(jī)制可靠，施工安全可靠，速度較快‘②能適應(yīng)較大的土質(zhì)范圍和地質(zhì)條件；③因排除的是泥土，故排土效率比泥水盾構(gòu)工法高；④因土壓盾構(gòu)工法無需像泥水盾構(gòu)那樣的泥水處理系統(tǒng)，故設(shè)備少、現(xiàn)場占地面積小，成本低。缺點(diǎn)①通過泥水運(yùn)出掘削土砂，故出土效率不高；②由于切削刀盤和泥水室泥漿的阻隔，不能直接觀察到開挖面的工作情況，對(duì)開挖面的處理和故障的排查都十分困難；③由于設(shè)置泥水管理、處理系統(tǒng)，致使工序、設(shè)備復(fù)雜，成本高；④地表施工占地面積大并影響交通、市容。①因添加材料的相對(duì)密度大，故對(duì)掘削地層的滲透作用小，所以掘削摩阻力大，即掘削扭矩大。致使盾構(gòu)機(jī)的裝備扭矩大、功耗大；②切削刀頭、刀盤盤面磨損較大，刀頭壽命比泥水加壓盾構(gòu)短，要求刀頭的耐磨性高；③土壓盾構(gòu)法工法對(duì)周圍地層的擾動(dòng)大，故地層隆起、沉降均較泥水盾構(gòu)略大。泥土輸送方式泥水管道輸送，可連續(xù)輸送，輸送速度快而均勻；管道輸送，施工進(jìn)度較快；占用隧道空間小，更便于隧道內(nèi)的結(jié)構(gòu)和隧道同時(shí)施工。螺旋機(jī)出土，一般用土箱運(yùn)輸，輸送間斷不連續(xù)，施工速度較慢；占用隧道內(nèi)空間大，不便于隧道內(nèi)的結(jié)構(gòu)和路面的同步施工。費(fèi)用情況施工所需費(fèi)用較高較泥水盾構(gòu)費(fèi)用較小3.2.4盾構(gòu)方法具體選型本工程位于上海市內(nèi)，四周交通復(fù)雜，空余場地少，較難提供泥水盾構(gòu)機(jī)所需的地面泥水處理系統(tǒng)。由于上海地質(zhì)情況主要是黏土為主，結(jié)合上海地區(qū)地鐵工程實(shí)際施工中的經(jīng)驗(yàn)，按照適用性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及施工進(jìn)度相統(tǒng)一的原則，最終選擇土壓盾構(gòu)進(jìn)行本工程左右線隧道的施工。3.3管片選型3.3.1建筑限界及內(nèi)徑的確定建筑限界是決定隧道內(nèi)輪廓尺寸的依據(jù)，是在車輛限界以外一個(gè)形狀類似的輪廓。任何固定的結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管線等都不得侵入這個(gè)限界以內(nèi)。建筑限界由車輛限界外增加適量安全間隙來求得，其值一般為150~200mm。本區(qū)間段隧道內(nèi)徑的確定是由《地鐵限界標(biāo)準(zhǔn)》在圓形建筑界限5200mm的基礎(chǔ)上考慮施工誤差、測量誤差、設(shè)計(jì)擬合誤差、不均勻沉降、設(shè)備安裝等諸多因素確定的，根據(jù)技術(shù)要求，在圓形建筑限界5200mm的基礎(chǔ)上再留有150mm的富余量，就能滿足要求，故選用的隧道內(nèi)徑為5500mm。3.3.2單雙層襯砌的比較隧道襯砌是直接支承地層，保持規(guī)定的隧道凈空，防止?jié)B漏，同時(shí)又能承受施工荷載的結(jié)構(gòu)。通常它是由管片拼裝的一次襯砌和必要時(shí)在其內(nèi)面灌注混凝土的二次襯砌所組成。一次襯砌為承重結(jié)構(gòu)的主體，二次襯砌主要是為了一次襯砌的補(bǔ)強(qiáng)和防止漏水與侵蝕而修筑的。近年來，由于防水或截水材料質(zhì)量的提高，可以考慮省略二次襯砌，采用單層的一次襯砌，既承重又防水。對(duì)于有壓的輸水隧道，為了承受較大的內(nèi)水壓力，需做二次襯砌。綜上所述，應(yīng)根據(jù)隧道的功能、外圍土層的特點(diǎn)、隧道受力等條件，分別選用單層裝配式襯砌，或在單層裝配式襯砌內(nèi)在澆筑整體式混凝土。鋼筋混凝土內(nèi)襯的雙層襯砌等。雙層襯砌施工周期長，造價(jià)貴，且它的止水效果在很大程度上還是取決于外層襯砌的施工質(zhì)量、滲漏情況，所以只有當(dāng)隧道功能有特殊要求時(shí)，才選用雙層襯砌。通常在滿足工程使用要求的前提下，應(yīng)優(yōu)先選用單層裝配式鋼筋混凝土襯砌。單層預(yù)制裝配式鋼筋混凝土襯砌的施工工藝簡單，工程施工周期短，節(jié)省投資。近年來，由于鋼筋混凝土制作精度的提高和新型防水材料的應(yīng)用，管片的襯砌滲漏水顯著減少，故已經(jīng)可以省略二次襯砌。例如，我國于1989年建成的上海延安東路水底公路隧道，即已采用單層剛筋混凝土襯砌，防水效果特別好，已達(dá)到國際先進(jìn)水平。本次設(shè)計(jì)隧道工期要求較緊，且由上述內(nèi)容可知，本次設(shè)計(jì)采用一次襯砌支護(hù)。3.3.3襯砌管片類型選擇

盾構(gòu)隧道襯砌用管片按材料可分為鋼筋混凝土管片和鑄鐵管片、鋼管片，復(fù)合管片。鋼筋混凝土管片有一定的強(qiáng)度，加工制作比較容易，耐腐蝕，造價(jià)低，是最為常用的管片形式，但是較為笨重，在運(yùn)輸、安裝施工過程中易損壞。鋼筋混凝土管片又可分為箱型管片和平板型管片。箱型管片一般用于較大直徑的隧道，管片本身強(qiáng)度不如平板型管片，特別是在盾構(gòu)鼎力作用下易開裂。平板型管片用于較小直徑的隧道，單塊管片質(zhì)量較重，對(duì)盾構(gòu)千斤頂頂力具有較大的抵抗能力，正常運(yùn)營時(shí)對(duì)隧道通風(fēng)阻力較小。鑄鐵管片強(qiáng)度高，易鑄成薄壁結(jié)構(gòu)，管片質(zhì)量輕，搬運(yùn)安裝方便，管片精度高，外形準(zhǔn)確，防水性能好。但是管片金屬消耗量大，機(jī)械加工量也大，價(jià)格昂貴。由于鑄鐵管片具有脆性破壞的特性，不宜用作承受沖擊荷載的隧道襯砌結(jié)構(gòu)。鋼管片的優(yōu)點(diǎn)是重量輕，強(qiáng)度高。缺點(diǎn)是剛度小，耐修飾性差，需要進(jìn)行機(jī)械加工已滿足防水要求。成本昂貴，金屬消耗大，國外在使用鋼管片的同時(shí)，再在其內(nèi)澆注混凝土或鋼筋混凝土內(nèi)襯。

復(fù)合管片外殼采用鋼板制成，在殼內(nèi)設(shè)鋼筋，澆注混凝土，組成一個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)，這樣其重量比鋼筋混凝土管片輕，剛度比鋼管片大，金屬消耗量比鋼管片小，缺點(diǎn)是鋼板耐腐蝕性差，加工復(fù)雜冗繁。

鑄鐵管片成本昂貴，金屬消耗量大，所以不予以采用。而本次隧道土層對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土無腐蝕性，故可以排除鋼管片以及復(fù)合管片。由于隧道直徑較小，埋深淺并考慮到經(jīng)濟(jì)性以及國內(nèi)目前的使用情況，本區(qū)間采用鋼筋混凝土平板型管片。3.4管片設(shè)計(jì)3.4.1管片拼裝方式的確定圓環(huán)的拼裝形式有通縫、錯(cuò)縫兩種，所有襯砌環(huán)的縱縫環(huán)環(huán)對(duì)齊的稱為通縫，而環(huán)間縱縫相互錯(cuò)開，猶如磚砌體一樣的稱為錯(cuò)縫。（a）通縫拼裝（b）錯(cuò)縫拼裝圖3.1管片的拼裝方式圓環(huán)襯砌采用錯(cuò)縫拼裝較普遍，其優(yōu)點(diǎn)在于能加強(qiáng)圓環(huán)接縫剛度，約束接縫變形，圓環(huán)近似的可以按均質(zhì)剛度考慮。當(dāng)管片制作精度不夠好時(shí)，采用錯(cuò)縫拼裝形式容易使管片在盾構(gòu)推進(jìn)過程中頂碎。另外在錯(cuò)縫拼裝的條件下，環(huán)、縱縫交錯(cuò)成丁字形，而通縫拼裝時(shí)則為十字形式，在接縫防水上丁字縫比十字縫較容易處理。在某些場合中例如需要拆除管片后修建旁側(cè)通道或某些特殊需要時(shí)，則管片通常采用通縫形式，以便于進(jìn)行結(jié)構(gòu)處理。根據(jù)以上內(nèi)容，以及隧道中的地下水情況，宜采用錯(cuò)縫形式。3.4.2管片厚度的確定大量工程實(shí)例表明，管片的厚度應(yīng)根據(jù)隧道直徑D的大小、埋深、承受荷載情況，以及襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)造、材質(zhì)、襯砌所承受施工荷載（主要是千斤頂頂力）大小等因素來確定。管片厚度一般為（0.05~0.06）D，直徑為6.0m以下的隧道，鋼筋混凝土管片厚度約取250mm~350mm；直徑為6.0mm以上的隧道，約取350~600mm。本隧道內(nèi)徑為5500mm，則可取鋼筋混凝土管片厚度為350mm。3.4.3管片幅寬的確定管片的幅寬應(yīng)根據(jù)隧道的斷面，結(jié)合實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，選擇在經(jīng)濟(jì)性、施工性方面較合理的尺寸。從便于搬運(yùn)、組裝以及出于對(duì)隧道曲線段上施工時(shí)盾尾長度的考慮，管片幅寬是小一些為好。但是從降低管片制造成本，減少易出現(xiàn)漏水等缺陷的接頭部數(shù)量、提高施工速率等方面考慮，則幅寬大一些為好。根據(jù)目前的經(jīng)驗(yàn)，視隧道斷面大小而異，幅寬一般在300~1500mm的范圍之內(nèi)。采用鋼管片時(shí)，多為750~1200mm；采用混凝土管片時(shí)，多為900~1200mm。本次設(shè)計(jì)隧道地下水豐富，且工期緊，故幅寬采用1200mm。3.4.4管片分塊的確定盾構(gòu)隧道的襯砌由多塊預(yù)制管片在盾尾內(nèi)拼裝而成，管片環(huán)的分塊主要由管片制作、運(yùn)輸、安裝等方面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定，但應(yīng)滿足受力要求。單線地下鐵道襯砌一般可分成6~8塊，雙線地下鐵道襯砌可分為8~10塊。小斷面隧道可分為4~6塊。目前在中等直徑隧道中已被6~8塊代替，6~8塊較四塊不但減小了單塊尺寸和重量，而且由于可采用小封頂塊，使拼裝方式從徑向插入改為縱向插入，改善了結(jié)構(gòu)受力。地鐵隧道管片常用分塊數(shù)為六塊（3A+2B+K）和七塊（4A+2B+K）兩種（A為標(biāo)準(zhǔn)塊，B為鄰接塊，K為封頂塊）分六塊和分七塊在制作、運(yùn)輸、施工方面沒有太大的差別。在次設(shè)計(jì)中，地下水較為豐富，而且工期較緊，所以選用六塊襯砌管片。3.4.5楔形環(huán)楔形量的確定盾構(gòu)在曲線段推進(jìn)時(shí)還必須設(shè)有楔形環(huán)，楔形環(huán)的錐度可按隧道曲率半徑計(jì)算。表3.2表示了隧道外徑與管片環(huán)寬錐度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)字。表3.2隧道外徑與管片環(huán)寬錐度的經(jīng)驗(yàn)值隧道外徑（m）D外＜33＜D外＜6D外＞6錐度（mm）15~3020~4030~50(a)普通環(huán)（b）單側(cè)楔形環(huán)（c）兩側(cè)楔形環(huán)圖3.2楔形管片環(huán)本次設(shè)計(jì)中隧道外徑為6200mm，采用單側(cè)楔形環(huán)，錐度可取為40mm。4隧道襯砌荷載計(jì)算4.1土層情況由表2.1可得，各土層的容重基本相同，故最危險(xiǎn)斷面為埋深最大處截面。根據(jù)工程地質(zhì)剖面圖，可得工況的土層地質(zhì)的分布情況，見下圖工況隧道斷面土層分布圖圖4.1工況隧道斷面土層分布圖4.2荷載計(jì)算及組合區(qū)間隧道外徑為6200mm，內(nèi)徑為5500mm。襯砌采用預(yù)制鋼筋混凝土管片，管片厚度為350mm，環(huán)寬1200mm，混凝強(qiáng)度為C55,。荷載計(jì)算取b=1m的單位寬度進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)根據(jù)管片所處地層的特征及地基土的物理力學(xué)性質(zhì)，在計(jì)算水土壓力時(shí)用水土分算的方法?；臼褂秒A段的荷載計(jì)算圖4.2作用在襯砌結(jié)構(gòu)上的荷載簡圖（1）襯砌自重：（4.1）式中g(shù)——襯砌自重，kPa；——鋼筋混凝土容重，取為25kN/m3；——管片厚度，m。將已知數(shù)值代入計(jì)算可得：（2）襯砌拱頂豎向地層壓力：拱頂部：（4.2）式中——襯砌拱頂豎向地層壓力，kPa；——襯砌頂部以上各個(gè)土層的容重，在地下水位以下的土層容重取其浮重度，kN/m3；——襯砌頂部以上各個(gè)土層的厚度，m。拱背部：（4.3）式中——襯砌拱背豎向地層壓力，kPa；——拱背均布荷載，kN/m?！r砌拱背覆土的加權(quán)平均容重，kN/m3——襯砌圓環(huán)計(jì)算半徑，m。將已知數(shù)值代入計(jì)算可得：(3)地面超載由于本隧道埋深不是很深，故須考慮到地面超載的影響，取地面超載為20kPa，并將它疊加到豎向土壓上去，再加上的自重，故總的豎向土壓力為：（4）側(cè)向水平均勻土壓力：（4.4）式中 ——側(cè)向水平均勻土壓力，kPa；——襯砌環(huán)頂部以上各土層內(nèi)摩擦角加權(quán)平均值，（o）；c——襯砌環(huán)頂部以上各土層內(nèi)聚力加權(quán)平均值，kPa；將已知數(shù)值代入計(jì)算可得：（5）側(cè)向三角形水平土壓力：（4.5）式中 ——側(cè)向三角形水平土壓力，kPa；——襯砌環(huán)直徑高度內(nèi)各土層重度的加權(quán)平均值，kN/m3。將已知數(shù)值代入計(jì)算可得：（6）側(cè)向土壤抗力按溫克爾局部變形理論計(jì)算，抗力圖形呈一等腰三角形，抗力范圍按與水平直徑上下呈45o考慮。（4.6）式中k——襯砌圓環(huán)側(cè)向地層彈性抗力系數(shù)，kN/m3；y——襯砌圓環(huán)在水平直徑處的變形量，m；EI——襯砌圓環(huán)抗彎剛度，kN/m2——襯砌圓環(huán)抗彎剛度的折減系數(shù)，=0.25~0.8其中，C55號(hào)混凝土的彈性模量為，故EI=1.268105kN·m2，取為0.7，k取值為20000kN/m3。則有：根據(jù)不同角度，可得到不同的Pk值。（7）靜水壓力：水位距離隧道頂部的高度為20.05m。（8）襯砌拱底反力（4.7）式中 ————水的容重，取為10kN/m3；g——襯砌自重，kPa。將已知數(shù)值帶入計(jì)算可得：對(duì)基本使用階段和特殊荷載階段兩種情況下進(jìn)行計(jì)算。由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱，取左半襯砌圓環(huán)分析，將其均分為九個(gè)部分，各部分分別為0o、22.5o、45o、67.5o、90o、112.5o、135o、157.5o、180o，其中0o表示襯砌圓環(huán)垂直直徑處，22.5o為0o處逆時(shí)針22.5o處，以此類推。計(jì)算中彎矩用M（i）表示，軸力用N(i)表示，終值由結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下得到的內(nèi)力經(jīng)過疊加得到，各斷面內(nèi)力系數(shù)表如下表4.1。表4.1斷面內(nèi)力系數(shù)表荷載截面位置截面內(nèi)力荷載自重0～π上部荷載0～π/2π/2～π底部反力0～π/2π/2～π水壓0～π均布測壓0～π水平彈性抗力0～π/4π/4～π/2△測壓0～π代入數(shù)值可得下表：表4.2管片自重引起的截面內(nèi)力表截面位置自重M(kN·m)自重N(kN)0°37.43086-12.796922.5°29.02994-7.9765645°6.8188845.16499167.5°-20.943422.9595990°-42.730840.20256112.5°-46.615851.32506135°-23.396451.69002157.5°30.6920738.74627180°112.292612.79688表4.3上部荷載引起的截面內(nèi)力表截面位置上部荷載M(kN·m)自重N(kN)0°424.44524-51.443522.5°309.0471823.5452645°25.485755206.2818767.5°-274.2743394.5565390°-435.8016485.31598112.5°-385.3281468.06009135°-126.4253379.54631157.5°301.49137233.25002180°833.2753651.443522表4.4底部反力引起的截面內(nèi)力表截面位置底部反力M(kN·m)底部反力自重N(kN)0°-63.9025647.260921522.5°-53.3798143.6633995445°-23.4135533.4185235467.5°21.43416118.0859736390°74.3355880.00001544112.5°123.45881-49.44142546135°116.14631-125.7586668157.5°-46.43839-148.9914221180°-439.4931-47.26094539表4.5均布測壓引起的截面內(nèi)力表截面位置均布測壓M(kN·m)均布測壓自重N(kN)0°-178.2564469243.769522.5°-126.046363208.070345°-0.0000583121.8847967.5°126.04633135.69922590°178.25644690112.5°126.046344535.699215135°0.00003215121.88473157.5°-126.0463243208.07027180°-178.2564469243.7695表4.6△側(cè)壓引起的截面內(nèi)力表截面位置△測壓M(kN·m)△測壓自重N(kN)0°-34.307634.9638997522.5°-26.511832.1529351245°-4.9673623.0291932167.5°22.522419.3075132390°40.842410.0000023112.5°35.237487.051416296135°4.9673632.82367963157.5°-31.248163.19388314180°-47.377276.74185025表4.7水壓引起的截面內(nèi)力表截面位置水壓M(kN·m)水壓自重N(kN)0°-6.256367.9879722.5°-4.8521567.5079245°-1.1397366.2387167.5°3.50054564.6522990°7.14214463.4073112.5°7.7914963.1853135°3.91053664.51213157.5°-5.1299667.6029180°-18.768972.26578表4.8水平彈性抗力引起的截面內(nèi)力表截面位置水平彈性抗力M(kN·m)水平彈性抗力自重N(kN)0°121.4550237-123.382881222.5°69.55791498-84.365523245°0067.5°-296.493778841.2872570290°-859.2037740.00000000009112.5°-296.493778841.28725702135°00157.5°69.55791498-84.3655232180°121.4550237-123.3828812表4.9管片內(nèi)力組合一覽表截面位置內(nèi)力組合1.2m管片內(nèi)力組合M(kN·m)N(kN)M(kN·m)N(kN)0°307.26811104.705368.72171325.64622.5°220.27621157.72264.33141389.26445°10.949961313.51613.139951576.21967.5°-199.4411480.468-239.3291776.56290°-297.3571570.67-356.8281884.804112.5°-242.8511612.11-291.4211934.532135°-62.7021589.852-75.24241907.823157.5°192.06831510.764230.48191812.917180°466.9161384.882560.29921661.859根據(jù)計(jì)算所得的內(nèi)力圖繪出襯砌的內(nèi)力組合圖如下：圖4.2襯砌內(nèi)力組合圖由內(nèi)力組合值可知，彎矩在拱底處（管片內(nèi)側(cè)受拉，kN·m），在的時(shí)候取得負(fù)的最大值（管片外側(cè)受拉，kN·m），軸力在時(shí)取得最大值kN·m。5管片配筋及驗(yàn)算5.1襯砌配筋設(shè)計(jì)管片配筋取襯砌結(jié)構(gòu)承受彎矩最大值作為設(shè)計(jì)依據(jù)，在內(nèi)力組合中得出的結(jié)果，在=180°時(shí)截面內(nèi)側(cè)受拉彎矩最大，=90°時(shí)截面外側(cè)受拉彎矩最大。故按=180°時(shí)的截面進(jìn)行內(nèi)排鋼筋設(shè)計(jì)，按=90°時(shí)的截面進(jìn)行外排鋼筋設(shè)計(jì)。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，按偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行截面配筋設(shè)計(jì)。（1）=180°時(shí)1）對(duì)受壓側(cè)配筋彎矩M=560.3kN·m軸力N=1661.86kN管片鋼筋選定為HRB400型熱軋鋼筋，選用混凝土等級(jí)為C55混凝土。h=350mm，（ea取20和h/30=350/30=11.7較大者）所以，屬大偏心受壓情況式中 ——截面的初始偏心距，mm；——軸向力在偏心方向上的附加偏心距，mm；——修正截面初始偏心距，mm；——混凝土受壓的保護(hù)層厚度，mm；h——管片的厚度，mm。（5.1）式中 e——軸向力到受拉鋼筋合力點(diǎn)的距離，mm；——截面的偏心距增大系數(shù)；這里取η=1.0。將已知數(shù)值帶入計(jì)算可得：e=482mm。取，對(duì)受壓側(cè)配筋：（5.2）式中 ——受壓側(cè)配筋面積，mm2；——矩形應(yīng)力圖強(qiáng)度與受壓區(qū)混凝土最大應(yīng)力的比值；——混凝土的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,N/mm2;——管片寬度，mm；——界限相對(duì)受壓區(qū)高度；——鋼筋屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,N/mm2;——截面的有效高度,mm根據(jù)選定的HRB400鋼筋和C55混凝土，查表可得：=25.3N/mm2；b=1200mm；=0.508；=360N/mm2；=310mm2。將已知數(shù)值帶入計(jì)算可得：為負(fù)說明混凝土受壓強(qiáng)度已經(jīng)足夠，按最小配筋計(jì)算。最小配筋率，查表得：=1.96N/mm2；==360N/mm2；式中——最小配筋率； ——混凝土的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，N/mm2；——鋼筋的屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，N/mm2。式中——管片寬度，mm；——截面高度，mm。將已知數(shù)值帶入計(jì)算可得：2）對(duì)受拉側(cè)配筋由于受壓區(qū)采用最小配筋，則要重新計(jì)算受壓區(qū)高度： （5.3）解此方程可得到受壓區(qū)高度（5.4）將各參數(shù)代入方程求得=95mm＜=100mm所以受拉區(qū)鋼筋面積：（5.5）將已知數(shù)值帶入計(jì)算可得：（2）時(shí)（外排筋）1）對(duì)受壓側(cè)配筋彎矩軸力N=1884.8kN管片鋼筋選定為HRB400型熱軋鋼筋，選用混凝土等級(jí)為C55混凝土。h=350mm，h0=h–as=h–50=300mmmm（ea取20和h/30=350/30=11.7較大者）所以，屬大偏心受壓情況將已知數(shù)值帶入計(jì)算可得：e=334取，對(duì)受壓側(cè)配筋：根據(jù)選定的Ⅲ級(jí)HRB400鋼筋和C55混凝土，查表可得：=0.99；=25.3；b=1200mm；=0.508；=360；=310mm。將已知數(shù)值帶入計(jì)算可得：為負(fù)說明混凝土受壓強(qiáng)度已經(jīng)足夠，按最小配筋率計(jì)算。查表得：=1.96N/mm2；==360N/mm2；最小配筋率：式中——最小配筋率；——混凝土的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，；——鋼筋的屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，。由于受壓區(qū)采用最小配筋，則要重新計(jì)算受壓區(qū)高度：式中 ——管片寬度，mm；——截面高度，mm。將已知數(shù)值帶入計(jì)算可得：mm2故的值應(yīng)選用2）外側(cè)受拉側(cè)配筋計(jì)算受壓區(qū)高度將各參數(shù)代入方程求得x=68mm>2=100mm，所以受拉區(qū)鋼筋面積：將已知數(shù)值帶入計(jì)算可得：綜合1、2所計(jì)算的數(shù)據(jù)，對(duì)于管片的配筋如下：管片配筋為：內(nèi)筋：選1222@100的鋼筋進(jìn)行布置，As=4559.3mm2>4283.9mm2。外筋：選522@275的鋼筋進(jìn)行布置,As=1899.7mm2>1759.15mm2。驗(yàn)算總的配筋率故，滿足配筋要求。所設(shè)計(jì)的主筋滿足要求。5.2簡要驗(yàn)算5.2.1裂縫寬度驗(yàn)算（1）正彎矩作用下需要驗(yàn)算裂縫寬度。（5.6）式中——構(gòu)件受力特征系數(shù)，受彎和偏心受壓構(gòu)件，；——裂縫之間鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)；——混凝土構(gòu)件裂縫截面處縱向受力鋼筋應(yīng)力；——鋼筋彈性模量，取;c——最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊的距離；——縱向受拉鋼筋的等效直徑；——按有效受拉混凝土截面面積計(jì)算的縱向受拉鋼筋配筋率；縱向受拉筋合力作用點(diǎn)至截面受壓合力點(diǎn)距離：式中——混凝土軸心受拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值構(gòu)件最大裂縫寬度：滿足要求（2）負(fù)彎矩作用下需要驗(yàn)算裂縫寬度。裂縫寬度最大值公式與上相同，即：其中：構(gòu)件最大裂縫寬度：滿足要求5.2.2預(yù)埋件設(shè)計(jì)起吊管片預(yù)埋件設(shè)置在管片內(nèi)弧面軸心處，為保證搬運(yùn)拼裝安全，以最重管片標(biāo)封底塊（180o）為例，對(duì)預(yù)埋件進(jìn)行抗拔計(jì)算：（5.7）式中γh——襯砌管片重度，25kN/mm3；——管片的體積，m3。將已知數(shù)值帶入計(jì)算可得：根據(jù)管片重量，預(yù)埋件的錨筋配置為3根HRB335熱軋鋼筋，，=603mm2。(5.8)式中各符號(hào)的解釋與前面一致。將已知數(shù)值帶入計(jì)算可得：＞4，滿足要求5.2.4抗浮驗(yàn)算根據(jù)隧道斷面土層分布情況。取本隧道覆土最淺處進(jìn)行驗(yàn)算，（1）浮力：(5.9)式中V——隧道襯砌圓環(huán)體積，m3；D——隧道外徑，6.2m；將已知數(shù)值代入計(jì)算可得：（2）結(jié)構(gòu)自重：(5.10)式中——管片重度，25kN/m3；R外——管片外徑，m；R內(nèi)——管片內(nèi)徑，m。將已知數(shù)值代入計(jì)算可得：(3)隧道覆土自重(5.11)式中H——覆土深度，m；D——隧道外徑，m；——土層加權(quán)平均重度，kN/m3。將已知數(shù)值代入計(jì)算可得：（4）抗浮系數(shù)(5.12)將已知數(shù)值代入可得：（1.1為最小抗浮系數(shù)），滿足要求。故配筋合理，即為：內(nèi)筋選1222@100，外筋選522@275。配筋圖如下：圖5.1管片配筋圖6區(qū)間附屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.1洞門防水設(shè)計(jì)6.1.1洞門結(jié)構(gòu)概況洞門環(huán)形鋼筋混凝土保護(hù)圈混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，抗?jié)B等級(jí)：S8，混凝土保護(hù)層35mm。6.1.2施工流程施工準(zhǔn)備工作→環(huán)形保護(hù)圈鋼筋綁扎、安裝→止水條安裝→模板及支撐安裝→混凝土澆筑→澆水養(yǎng)護(hù)→模板拆除及養(yǎng)護(hù)6.1.3施工方法A．施工準(zhǔn)備洞門施工在隧道全部貫通后進(jìn)行，施工前應(yīng)將洞門與隧道襯砌環(huán)狀間隙用鋼板封閉（此項(xiàng)工作已于盾構(gòu)進(jìn)洞時(shí)完成），并從近洞口1～3環(huán)內(nèi)的襯砌壓漿孔內(nèi)向洞圈和管片間充填早凝水泥漿。B環(huán)型保護(hù)圈鋼筋綁扎、安裝根據(jù)鋼筋翻樣圖及標(biāo)高、軸線控制點(diǎn)進(jìn)行鋼筋安裝、綁扎，鋼筋與結(jié)構(gòu)預(yù)埋件應(yīng)焊接牢固，鋼筋搭接焊長度≥10d（雙面焊≥5d）。由于鋼筋籠較高，要求在安裝綁扎鋼筋時(shí)，必須設(shè)置臨時(shí)撐及支架，同環(huán)內(nèi)時(shí)須認(rèn)真掛好保護(hù)層墊層。C止水條安裝用303單組份氯丁-酚醛膠粘劑粘貼并彎折定位鋼筋協(xié)同固定二圈水膨脹橡膠止水條，涂緩脹劑。鋼筋綁扎和止水條安裝完畢后及時(shí)進(jìn)行自檢，合格后會(huì)同現(xiàn)場監(jiān)理進(jìn)行隱蔽工程驗(yàn)收，并辦好隱蔽驗(yàn)收手續(xù)。D模板及支撐安裝模板安裝尺寸應(yīng)準(zhǔn)確，接縫應(yīng)平齊、無間隙，確保不漏漿，并支撐牢固。二腰與頂部預(yù)留砼澆灌口。E混凝土澆注混凝土澆灌應(yīng)獲監(jiān)理工程師批準(zhǔn)，商品砼預(yù)定按設(shè)計(jì)要求滿足砼強(qiáng)度C30及抗?jié)B指標(biāo)S8。首先從洞門二腰預(yù)留的澆灌口澆灌砼，然后封閉二腰澆灌口，從頂部預(yù)留口繼續(xù)澆灌砼。F養(yǎng)護(hù)覆蓋麻袋進(jìn)行噴淋濕潤養(yǎng)護(hù)，避免高溫日照。5天后拆除模板，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)。6.1.4洞門防水設(shè)計(jì)1拆除管片前，將從相鄰管片的中間也注漿以減少滲水。2拆除管片后，對(duì)滲水部位仍要進(jìn)行注漿封堵或預(yù)留引水導(dǎo)管，以確保施工面的干燥。3對(duì)施工接縫要進(jìn)行鑿毛處理，對(duì)止水條的基面要清理干凈并保持平整和干燥。4遇水膨脹止水條要與基面密貼牢靠，搭接足夠，并涂上緩膨劑。5布置鋼筋時(shí)不要觸碰止水條，封閉模板前要仔細(xì)檢查止水條的牢靠性。6澆筑混凝土?xí)r要避免振搗棒碰到止水條，振搗要均勻到們。7澆完混凝土后要及時(shí)養(yǎng)護(hù)14天，在達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度前不得拆除模板，以免出現(xiàn)滲水裂縫。8對(duì)拆模后的滲水部位要及時(shí)進(jìn)行注漿處理，并以環(huán)氧水泥砂漿抹平。6.2盾構(gòu)進(jìn)出洞設(shè)計(jì)6.2.1盾構(gòu)進(jìn)洞施工6.2.1.1盾構(gòu)進(jìn)洞前的準(zhǔn)備工作清除端頭井下積水及所有垃圾及雜物。實(shí)測進(jìn)洞處洞門中心實(shí)際高程及平面坐標(biāo)。縱橫向每間隔3m測出井底實(shí)際高程。在洞門、井底或車站結(jié)構(gòu)段上用紅漆做好軸線、高程等標(biāo)志。6.2.1.2盾構(gòu)進(jìn)洞前的姿態(tài)復(fù)核測量盾構(gòu)貫通前的測量是復(fù)核盾構(gòu)所處的方位、確認(rèn)盾構(gòu)姿態(tài)、評(píng)估盾構(gòu)井洞時(shí)的姿態(tài)和擬定盾構(gòu)進(jìn)洞段的施工軸線、推進(jìn)坡度的控制值和施工方案等的重要依據(jù)，以使盾構(gòu)在此階段的施工中始終按預(yù)定的方案實(shí)施，以良好的姿態(tài)進(jìn)洞，準(zhǔn)確就位在盾構(gòu)接收基座上。在進(jìn)洞前100環(huán)，應(yīng)精確做好軸線貫通測量工作，以后根據(jù)盾構(gòu)推進(jìn)的軸線偏差情況，每推20～30m，復(fù)核一次。最后50環(huán)的推進(jìn)，盾構(gòu)軸線與設(shè)計(jì)軸線的偏差，應(yīng)盡可能控制在3cm內(nèi)，使盾構(gòu)以最佳姿態(tài)進(jìn)洞。6.2.1.3盾構(gòu)接收井地基加固盾構(gòu)進(jìn)洞區(qū)域地基加固也采用深層攪拌樁工法。地基加固寬度為端頭井外3.2m。在盾構(gòu)進(jìn)洞前對(duì)井外地基加固進(jìn)行驗(yàn)收，加固強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，才能進(jìn)行進(jìn)洞推進(jìn)施工，否則應(yīng)采取補(bǔ)救的加固措施。6.2.1.4盾構(gòu)進(jìn)洞前洞門混凝土的鑿除當(dāng)盾構(gòu)逐漸靠近洞門時(shí)，可在洞門混凝土上開設(shè)觀察孔加強(qiáng)對(duì)其變形和土體的觀測，并控制好推進(jìn)時(shí)平衡壓力值。在盾構(gòu)切口距封門50cm時(shí)，停止盾構(gòu)推進(jìn)，盡可能出空平衡倉內(nèi)的泥土使切口正面的平衡壓力降到最低值，以確?；炷练忾T鑿除的施工安全。封門鑿除首先在洞圈內(nèi)搭設(shè)鋼制腳手架。在洞門中心鑿一個(gè)孔，用來觀察外部土體情況，然后分六塊鑿除洞門混凝土，暴露出內(nèi)、外排鋼筋，割去內(nèi)排鋼筋，保留外排鋼筋，并在每塊混凝土中間鑿出一個(gè)吊裝孔，清理干凈落在同圈底部的混凝土碎塊，然后按照先下后上的順序逐塊割斷外排鋼筋，吊出混凝土。6.2.1.5盾構(gòu)進(jìn)洞掘進(jìn)盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)離洞口約剩10環(huán)時(shí)，當(dāng)班工長及盾構(gòu)司機(jī)應(yīng)密切注意刀盤馬達(dá)的油壓顯示，如有升壓趨勢，即可認(rèn)為切口已至地基加固邊緣，此時(shí)應(yīng)立即降低推進(jìn)速度。在洞門混凝土吊除后，盾構(gòu)應(yīng)盡快推進(jìn)并拼裝管片，盡量縮短盾構(gòu)進(jìn)洞時(shí)間。6.2.1.6盾構(gòu)接收井準(zhǔn)備盾構(gòu)接收井施工完成后對(duì)洞門位置的方位測量確認(rèn)，安裝盾構(gòu)接收架，調(diào)整接收架的標(biāo)高及左右位置，為保證盾構(gòu)接收，接收架安置高程可略低于盾構(gòu)進(jìn)洞時(shí)的實(shí)際高程，并將其與井壁可靠地固定。接收井內(nèi)洞門混凝土鑿除和洞門封堵材料等各項(xiàng)工作全部準(zhǔn)備就緒。6.2.2盾構(gòu)進(jìn)洞土體加固盾構(gòu)隧道施工臨近結(jié)束，盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入工作井前的進(jìn)洞口土體必須具有一定的穩(wěn)定性，其加固方法很多，基本上與盾構(gòu)出洞洞口加固方法相同。采用垂直凍結(jié)管的全斷面凍結(jié)，并控制凍結(jié)范圍到最小程度，仍是凍結(jié)法加固的主要方式和加固原則。也有不少工程實(shí)例采用水平圓筒形的凍結(jié)方式。這種凍結(jié)方式雖然要求更高的施工精度和凍結(jié)工藝水平，但它是一種經(jīng)濟(jì)有效的方案。（1）進(jìn)洞土體加固區(qū)間盾構(gòu)端頭地層加固計(jì)劃采用三管旋噴樁加固，加固范圍為隧道襯砌輪廓線外左右兩側(cè)3.0m，頂板以上為3m至底板以下3m。（2）步驟及技術(shù)措施盾構(gòu)始發(fā)步驟及相應(yīng)的主要技術(shù)措施如下：1）洞門鑿除。頤和園站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)為Φ800mm鉆孔灌注樁，洞門鑿除分兩步進(jìn)行：第一步，以手持風(fēng)鎬方式由上至下分塊鑿除鉆孔樁，保留最內(nèi)層鋼筋；第二步，當(dāng)盾構(gòu)組裝調(diào)試完成，并推進(jìn)至距離洞門約1.0m左右時(shí)，再由上至下分層、間隔地割除預(yù)留的最內(nèi)層鋼筋。2）洞門防水裝置安裝。洞門防水裝置由簾布橡膠板、圓環(huán)板、固定板、壓板、墊板和螺栓等組成。在洞門鑿除第一步工作完成后，將前述構(gòu)件按順序安裝在車站施工時(shí)預(yù)埋的洞門圈鋼環(huán)上。為防止盾構(gòu)推進(jìn)洞門圈時(shí)刀盤損壞簾布橡膠板，可在簾布橡膠板外側(cè)涂抹一定量的油脂。隨盾構(gòu)向前推進(jìn)需根據(jù)情況對(duì)洞門密封壓板進(jìn)行調(diào)整，以保證密封效果。3）負(fù)環(huán)管片安裝。當(dāng)前述（1）～（2）及盾構(gòu)組裝調(diào)試等工作完成后，組織相關(guān)人員對(duì)盾構(gòu)設(shè)備、反力提供系統(tǒng)、始發(fā)臺(tái)等進(jìn)行全面檢查與驗(yàn)收。驗(yàn)收合格后，盾構(gòu)開始向前推進(jìn)，并安裝負(fù)環(huán)管片。（3）試掘進(jìn)本合同段將左右線盾構(gòu)每次始發(fā)后的60m作為試掘進(jìn)段。試掘進(jìn)主要任務(wù)包括：（1）進(jìn)一步進(jìn)行盾構(gòu)及設(shè)備能力檢驗(yàn)并掌握盾構(gòu)操作控制方法；（2）摸索在本合同段該類地層中各項(xiàng)盾構(gòu)掘進(jìn)施工參數(shù)的選擇方法；（3）熟練掌握管片拼裝工藝、防水施工工藝、環(huán)形間隙注漿工藝；（4）對(duì)地表隆陷、管片受力、建（構(gòu)）筑物位移等進(jìn)行監(jiān)控量測，依此具體分析在該類地層中，采用一定的掘進(jìn)施工參數(shù)時(shí)的相關(guān)影響，并對(duì)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，為全合同段安全順利施工提供技術(shù)依據(jù)。6.2.3盾構(gòu)出洞施工盾構(gòu)機(jī)的出洞是主體工程的開始，關(guān)鍵是保證安全性，涉及洞口外土體的自立性、洞門混凝土的開鑿的時(shí)間，止水簾布的安裝效果等。6.2.3.1出洞前準(zhǔn)備工作（1）洞口槽壁砼鑿除洞口槽壁混凝土鑿除前，必須復(fù)核洞門中心坐標(biāo)及高程，保證滿足盾構(gòu)機(jī)出洞的要求；同時(shí)盾構(gòu)出洞口用深層攪拌樁和旋噴樁加固的土體，須達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的強(qiáng)度、滲透性、自立性等技術(shù)指標(biāo)，經(jīng)檢測達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，方可開始洞口槽壁砼的鑿除。洞口槽壁砼采用人工用高壓風(fēng)鎬鑿除，鑿除工作須分二層漸進(jìn)，先鑿除外層500mm，并割除鋼筋預(yù)埋件。外層鑿除工作先上部后下部。鋼筋及預(yù)埋件割除須徹底。以保證預(yù)埋門洞的直徑。里層槽壁鑿除方法是將剩余的300mm分割成九大塊體，做法是在洞門中心位置上鑿二條水平槽，沿洞門周圍鑿一條環(huán)槽，然后開二條豎槽，其中一條鑿在地墻接縫處。開槽鑿除砼，露出槽壁鋼筋，同時(shí)在每一塊砼塊上鑿出栓鋼絲繩的位置。拆除洞口腳手架改搭臨時(shí)易拆操作平臺(tái)，鋼筋割斷與混凝土塊吊離應(yīng)先下部后上部，先中間后二側(cè)，割一塊吊一塊。合理安排割斷順序，使用長割具，防止砼塊傾倒。盡可能縮短砼塊吊離工作的時(shí)間，防止土體塌方，吊離完畢后盾構(gòu)機(jī)須迅速進(jìn)入洞門。（2）洞口止水簾布安裝由于洞口與盾構(gòu)（或襯砌）存在建筑空隙，易造成泥水流失，從而引起地表沉降，因此，須在洞口安裝出洞裝置，出洞裝置包括簾布橡膠板、圓環(huán)板、扇形板及相應(yīng)的連接螺栓和墊圈。安裝前須對(duì)簾布橡膠板上所開螺孔位置、尺寸進(jìn)行復(fù)核，確保其與洞圈上預(yù)留螺孔位置一致，并用螺絲攻清理螺孔內(nèi)螺紋。安裝順序?yàn)楹煵枷鹉z板→圓形板→扇形板，自上而下進(jìn)行。安裝時(shí)圓形板的壓板螺栓應(yīng)可靠擰緊，使簾布橡膠板緊貼洞門，防止盾構(gòu)出洞后同步注漿漿液泄漏。（3）后盾反力系統(tǒng)布置盾構(gòu)出洞前，先進(jìn)行后盾施工。后盾反力系統(tǒng)必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，在盾構(gòu)機(jī)強(qiáng)大的后頂力作用下不致發(fā)生變形位移，確保盾構(gòu)初始掘進(jìn)時(shí)的正確位置和方向，后盾系統(tǒng)由鋼反力架、鋼弧形環(huán)、鋼支撐、臨時(shí)襯砌組成。根據(jù)首環(huán)管片的里程，決定反力架的平面位置，安裝反力架時(shí)，用經(jīng)緯儀雙向校正兩根立柱的垂直度，使其形成的平面與推進(jìn)軸線垂直。然后，在反力架上，測出最后一環(huán)后盾管片的位置，彈好控制線，確認(rèn)高程及左右位置與出洞環(huán)管片一致后，用螺栓將其與反力架固定。盾構(gòu)機(jī)井下安裝時(shí)，應(yīng)精確計(jì)算發(fā)射架的安置高程及左右位置，確認(rèn)無誤后，將發(fā)射架與井壁四周用型鋼撐緊焊牢。6.2.3.2盾構(gòu)機(jī)出洞掘進(jìn)盾構(gòu)機(jī)處洞前，為避免刀盤上的刀頭損壞洞口密封裝置，在刀頭和密封裝置上涂抹黃油以減少摩擦力。（1）出洞時(shí)盾構(gòu)應(yīng)迅速上靠，在油壓顯示約等于靜止土壓力時(shí)，用刀盤切削水泥攪拌樁，并穿越加固區(qū)。在這段區(qū)域施工時(shí)，土壓力設(shè)定值應(yīng)略低于理論值，推進(jìn)速度不宜過快，盾構(gòu)坡度可略大于設(shè)計(jì)坡度，待盾構(gòu)出加固區(qū)時(shí)，為防止由于正面土壓變化而造成盾構(gòu)突然“磕頭”，必需將土壓力的值設(shè)定成略高于理論值，施工過程中根據(jù)地層變形量等信息反饋，對(duì)土壓力設(shè)定值、推進(jìn)速度等施工參數(shù)作及時(shí)調(diào)整。（2）盾構(gòu)出洞時(shí)，應(yīng)密切觀察盾構(gòu)機(jī)推力與后盾結(jié)構(gòu)受力情況，要保證后盾結(jié)構(gòu)的安全，如發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形，應(yīng)立即停止推進(jìn)，采取必要措施后，方可恢復(fù)推進(jìn)。（3）由于洞門外側(cè)土體已加固，盾構(gòu)在加固層推進(jìn)時(shí)，應(yīng)由豐富經(jīng)驗(yàn)的盾構(gòu)司機(jī)進(jìn)行操作，盾構(gòu)機(jī)加水慢速推進(jìn)，加固土層力學(xué)性質(zhì)復(fù)雜，加水量，大刀盤轉(zhuǎn)速及油壓、推進(jìn)速度應(yīng)隨時(shí)調(diào)整。6.2.4盾構(gòu)出洞土體加固當(dāng)調(diào)試好的盾構(gòu)機(jī)切土機(jī)構(gòu)抵緊工作井井壁、拆除封門支撐，盾構(gòu)正待轉(zhuǎn)入正常施工推進(jìn)時(shí)，工作井洞口附近的土體承受了巨大的水土壓力。此時(shí)如土體失穩(wěn)、坍塌，將引起地表下陷，并可能危及附近建筑物和各種管線。另一方面，洞口土體即使被加固，但其強(qiáng)度不均，也將導(dǎo)致破土機(jī)具的挖掘困難，甚至引發(fā)盾構(gòu)機(jī)故障，嚴(yán)重影響工程的進(jìn)度與造價(jià)。因而，盾構(gòu)進(jìn)出工作井，特別是出洞口部的土體加固是困擾盾構(gòu)施工的難題。不論是松散的砂土還是含水的軟粘土，其自立程度和防水性均很弱，因此可以用液壓或氣壓向地層注入水泥或其它化學(xué)漿液，使?jié){液和土顆粒膠結(jié)，或采用人工凍結(jié)技術(shù)使含水土層凍結(jié)等方法，對(duì)洞周土體進(jìn)行加固處理。一般要求土體加固后的單軸無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到0.5MPa~1.0MPa，且其強(qiáng)度均勻。（1）出洞土體加固盾構(gòu)自圓明園站端頭井盾構(gòu)出洞時(shí)，隧道主要埋置于粉質(zhì)粘土④-2和粉砂層=5\*GB3⑤中，為了確保盾構(gòu)出洞施工的安全和更好地保護(hù)附近的建筑物，盾構(gòu)出洞前需對(duì)洞口土體進(jìn)行加固。盾構(gòu)始發(fā)出洞端地基加固長度為9m，加固寬度為盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)每側(cè)3m，豎向加固范圍為盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)上下各3m。加固方法為三管旋噴注漿法。加固孔位布置采用梅花形布置，橫向間距1.7m，排距1.5m。（2）混凝土洞門鑿出盾構(gòu)調(diào)試完成，邊布置若干觀察孔，以測定土體的加固情況。在確認(rèn)加固良好的情況下，分九塊鑿除洞門混凝土，首先暴露出內(nèi)、外排鋼筋，割去內(nèi)排鋼筋，保留外排鋼筋，并在每塊混凝土中間鑿出一個(gè)吊裝孔，清理干凈落在洞圈底部的混凝土碎塊，然后按照先下后上的順序逐塊割斷外排鋼筋，吊出混凝土。洞門鑿除要連續(xù)施工，盡量縮短作業(yè)時(shí)間，以減少正面土體的流失量。整個(gè)作業(yè)過程中，由專職安全員進(jìn)行全過程監(jiān)督，杜絕安全事故隱患，確保人生安全，同時(shí)安排專人對(duì)洞口上的密封裝置做跟蹤檢查，起到保護(hù)作用。（3）出洞掘進(jìn)通過試驗(yàn)段的施工經(jīng)驗(yàn)對(duì)推進(jìn)參數(shù)的設(shè)定，地面沉降與施工參數(shù)之間的關(guān)系，并對(duì)推進(jìn)時(shí)的各項(xiàng)技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、統(tǒng)計(jì)、分析，爭取在較短時(shí)間內(nèi)掌握盾構(gòu)