水下盾构法铁路隧道管片衬砌结构的原型加载试验研究_何川
［收稿日期］2010－08－07
［基金项目］高铁联合基金重点项目（U1134208）；国家973计划（2010CB732105）；国家自然科学基金（50925830，51208432）［作者简介］何
川（1964—），男，重庆市人，西南交通大学教授，博士，主要从事公路、铁路及城市地铁隧道的科研、教学工作；E －mail ：chuanhe21@163．com
水下盾构法铁路隧道管片衬砌结构的
原型加载试验研究
何
川
1，2
，封坤
1，2
，晏启祥1，2，齐
春
1，2
（1．西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室，成都610031；
2．西南交通大学地下工程系，成都610031）
［摘要］针对我国第一条水下铁路盾构法隧道———狮子洋隧道，采用“多功能盾构隧道结构体试验系统”装置原型管片衬砌结构，在通缝和错缝不同的拼装方式下进行了原型结构加载试验，对其结构力学性能进行深入探讨。试验结果表明，不同水压条件下管片衬砌结构力学特征不同，尤其是当结构开裂后，高水压对于结构内力与形变的发展有明显的减缓作用。狮子洋隧道采用的榫式接头管片结构在通缝与错缝拼装下的破坏特征不同，通缝拼装时结构在高水压条件下纵缝附近区域易发生局部剪切破坏，该研究成果可为同类工程的设计提供有价值的参考。
［关键词］水下盾构法铁路隧道；管片衬砌结构；原型试验；榫式接头；破坏特征
［中图分类号］U459．1［文献标识码］A ［文章编号］1009－1742（2012）10－0065－08
1前言
铁路作为长距离交通的重要手段，成为保障我
国经济发展的基石［1］
。随着我国高速铁路的大力建设，新建铁路中隧道数量、隧线比急剧增大，铁路
隧道常常面临着穿越江河等水域阻隔的难题［2］
。我国采用盾构法修建水下隧道的技术很成熟，
近年来多座水下隧道均采用了盾构法修建［3 5］
，如杭州庆春路隧道、上海崇明越江隧道、武汉长江隧
道、南京长江隧道等，将其应用于水下铁路隧道的修建，前景十分广阔。
对于水下铁路盾构法隧道，由于穿越距离长、埋置较深、所处水文地质条件复杂，所要求结构断面大，其受力性能不同于一般铁路隧道或地铁区间隧道［6 7］
，对其结构力学性能的评价十分关键，有必要对原型隧道结构进行试验研究。
国内外相关原型试验开展较少，
2000年及2004年，上海和广州地铁曾进行了1?1水平整环试
验
［8 9］
；2003年，日本曾进行了双圆断面盾构衬砌
原型试验［10］
；2005年，
上海崇明隧道曾对其衬砌整环进行了加载试验［11］
。上述试验均采用了多点施
加综合荷载的加载方式，
即将土压和水压混合在一起施加。而水下盾构隧道所受土压和水压这两种力之间关联性差，通常以水压成分为主导，因此要较真实地测试出拟建水下隧道结构的各种力学特征，须将水压及土压分离控制。
2工程概况
狮子洋隧道是我国第一条水下铁路隧道，也是我国第一条采用盾构法施工的水下长隧，该隧道工程范围全长10．8km ，盾构段长9．34km ，目标速度值世界第一，设计行车速度为350km /h ，被誉为“中国铁路世纪隧道”
。隧道位于东涌站—虎门站区间，下穿狮子洋等多条河道，纵断面图见图1。盾构段穿越地层为淤泥质土、粉质黏土、粉细砂、中粗砂、全风化泥质粉砂
5
62012年第14卷第10期
岩、弱风化泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、砂砾岩，穿越弱风化基岩、半岩半土、第四系覆盖物地层的长度分别占掘进长度的73．3%、13．3%、13．4%。基岩的最大单抗压强度为82．8MPa，基岩层的渗透系数达6．4?10－4m/s。隧道承受最大水压力达0．67MPa，为目前国内水压力最大的盾构隧道
。
图1狮子洋隧道工程纵断面图
Fig．1Longitudinal profile of Shiziyang shield tunnel project
隧道采用单层装配式钢筋混凝土管片衬砌，并
且在入口段施设一层厚为300mm的素混凝土作为
满足高速铁路隧道功能要求的衬砌。隧道外直径
10800mm，内直径9800mm，管片厚度500mm，管
片采用通用环拼装，平均幅宽2000mm，衬砌环分成
8块，纵缝布置24颗环向螺栓，纵向螺栓22颗，封顶
块圆心角为16?21'49．09?，邻接块和标准块中心线
圆心角为49?5'27．27?，衬砌结构布置如图2所示
。
图2狮子洋隧道工程管片布置图
Fig．2Segment layout of Shiziyang shield tunnel
3试验装置及量测系统
3．1试验装置
根据狮子洋隧道结构特征和荷载条件，采用
“多功能盾构隧道结构体试验系统”装置，对隧道结
构在通缝及错缝拼装条件下分别进行加载，见图3
和图4。
如图5所示，对拉梁为管片环原型试验提供径
向对拉力以对结构导入弯矩内力，环箍梁提供环向
环箍力以导入轴力模拟水压。每根对拉梁上设4孔
，
图3单环（通缝）管片结构加载实况
Fig．3Sketch of straight assembling
segmental lining structure test
66中国工程科学
钢绞线从孔内穿越，一端锚固于对拉梁，另一端锚固于另一对拉梁上的千斤顶以实现张拉。环箍梁也同样设有孔位，钢绞线绕管片环一圈后张拉端与固定端设在同一根环箍梁上
。
图4组合环（错缝）管片结构加载图Fig．4
Sketch of staggered assembling
segmental lining structure
test
图5原型盾构隧道管片结构加载示意图
Fig．5
Diagram of load application
3．2加载模式
试验针对最不利的情况进行加载研究，具体加载布置见图6。对于单环（通缝）的情况，管片布置如图6中内环的情况；对于组合环（错缝）的情况，分别将上下半环相对中间目标环管片旋转180?布置。3．3
试验系列
试验分别模拟了20m 、
30m 、40m 、50m 、60m 水压，10m 、20m 、30m 、40m 、50m 土压等情况，采用若干级小步长分级加载加至目标荷载，每级稳载时间不低于10min ，待应变仪和位移计数值显示稳定后开始读数，试验目标加载工况见表1
。
图6加载布置图
Fig．6
Plan of load mode 表1
试验加载工况Table 1
Load cases
组号试验模拟工况水压/m 土压/m 备注
12010230103401045010560106202073020840209502010
6020112030仅错缝
12303013
4030145030156030163040仅错缝174040仅错缝
185040196040204050仅错缝215050仅错缝226050
仅错缝
23
破坏加载试验
7
62012年第14卷第10期
3．4量测系统
试验测试的内容包括管片衬砌结构内力、变形、接缝张开以及混凝土裂缝的产生和发展，并于关键区域预埋混凝土应变计、钢筋计，以保证测试的准确性。
1）管片衬砌结构内力。采用胶基电阻应变片以16?21'49．09?为单位在管片环结构内、外侧对称布设，测试内外侧应变值，以此计算出管片环结构截面内力，并于关键区域布置应变片，考察应力状态，如图7所示
。
图7
应变测点布置图
Fig．7
Layout of surface strain sensor
2）管片衬砌结构径向位移。管片环位移主要
考察中间目标环，沿圆周分布12个径向测点，每30?设置一处，对于组合环管片（错缝拼装），由于上
下半环与中间环位移有差异，
遂于上下半环各设置12个径向测点，亦按30?均布。位移量测采用
0．01mm 精度的差动式位移传感器，如图8所示
。
图8
管片径向位移测点布置图
Fig．8
Layout of radial displacement measuring points
3）管片纵缝张开量。在管片目标环接缝处上
下侧，
沿内弧面和外弧面布置两对钢弦式位移测缝计，对接缝的张开进行实时量测，如图9所示
。图9
管片纵缝张开量测点布置图Fig．9
Layout of longitudinal seam stretching-
amount measuring points
4
试验结果分析
4．1
不同水压条件下管片衬砌结构力学特征
狮子洋隧道的大部分区段位于江底，受水位影
响明显。随着珠江水位涨落，
管片衬砌结构的内力将有所不同，试验分别用水压力为20m 、30m 、40m 、50m 、60m 对应不同的土压力情况，对通缝拼装与错缝拼装两种结构进行加载研究。
4．1．1结构内力的变化
从通缝拼装管片的加载情况来看，如图10所示，随着水压增大，最大正、负弯矩都呈缓慢增长趋势。对于10m 土压，当结构承受高水压时（50m 、60m 水压），通缝结构最大正、负弯矩有明显增幅，这是由于高水压使结构轴力显著增加，从而增强了通缝管片的整体刚度，引起结构弯矩增长。而当土压较大时，弯矩增长并不明显
。
图10不同土压条件下通缝拼装结构最大弯矩随水压变化图
Fig．10
The maximum bending moment of
straight assembling structure changing with water pressure under different earth pressure
当通缝结构出现裂缝后，弯矩增长较明显。当
土压从30m 增至40m 时，结构最大正、负弯矩增幅
86中国工程科学
达31．66%和24．89%。
不同条件下错缝拼装管片最大弯矩随水压的变化如图11所示，与通缝相似，弹性状态下弯矩随水压的增加缓慢增长。当结构出现裂缝时，弯矩明显增大，如土压50m的情况，当水压由60m降至50m 时，最大正弯矩由511．07kN·m增至548．71kN·m，增幅达7．39%，最大负弯矩由－389．10kN·m增至－410．94kN·m，增幅达5．68%；而当水压由50m降至40m时，最大正弯矩增至656．05kN·m，增幅达19．56%，最大负弯矩增至－459．14kN·m，增幅达11．73%。可见，随着裂缝的不断开展，结构弯矩迅速增长且非线性变化显著。
图11不同土压条件下错缝拼装结构
最大弯矩随水压变化图
Fig．11The maximum bending moment of staggered assembling structure changing with water
pressure under different earth pressure
选取30m土压的情况，将通缝与错缝结构轴力的变化情况进行对比，如图12所示，实线为最大轴力，虚线为最小轴力，随着水压增大，二者显著增大，相同荷载条件下错缝结构最大轴力均略大于通缝结构，其最小轴力略小于通缝结构，而当结构开裂时，水压力由30m降至20m，两者最大轴力并未降低，而最小轴力降幅明显，其中通缝结构最小轴力由5267．00kN降至4056．90kN，降幅为22．98%，错缝结构最小轴力由5475．20kN降至4244．80kN，降幅为22．47%。可见，结构开裂时，错缝结构最小轴力的降幅小于通缝结构，而最大轴力降幅不显著。
图12结构轴力随水压变化图
Fig．12Axial force changing with water pressure
从结构偏心距的变化来看，随水压增大，结构偏心距减小，如图13所示。当结构开裂时，通缝与错缝结构偏心距均增加，通缝结构由于轴力的骤减，使其偏心距显著增大
。
图13结构最大偏心距随水压变化图
Fig．13The maximum eccentricity changing
with water pressure
4．1．2结构形变的发展
选取30m土压的情况，将通缝与错缝结构形变的发展情况进行对比，如图14所示，随着水压的增长，二者的最大变形量缓慢增长，通缝结构的变形量大于错缝结构。而当结构发生裂缝时，二者最大变形量大幅增加，当水压从30m降至20m时，通缝结构最大变形量由9．035mm增至11．798mm，增幅达30．58%；错缝结构最大变形量由7．399mm增至9．001mm，增幅达21．65%，可见，错缝结构对结构形变的控制更好，结构开裂后变形开展更为缓慢
。
图14结构最大变形量随水压变化图
Fig．14The maximum deformation changing
with water pressure
4．1．3纵缝张开的变化
从结构纵缝张开的情况看，随水压增加，通缝与错缝结构的纵缝张开量均呈减小的趋势。如图15所示，30m土压的情况，在弹性状态下，通缝结构最大纵缝张开量大于错缝结构，而当水压从30m降至20m时，结构开裂，此时通缝结构最大张开量由0．804mm增至1．32mm，增幅达64．13%；错缝结构最大张开量由0．71mm增至1．099mm，增幅为
96
2012年第14卷第10期
54．7%，可见，弹性状态下高水压对于结构张开量的控制有益
。
图15
纵缝最大张开量随水压变化图
Fig．15
The maximum longitudinal seam stretching-amount changing with water pressure
4．2高水压条件下不同土压对管片衬砌结构的影响
试验着重对于高水压条件下（60m 水压力）通
缝拼装与错缝拼装两种结构在不同土压力的情况进行了加载研究。4．2．1
结构内力的变化
从两种结构的弯矩来看，在高水压条件下，随着土压增长，结构最大正负弯矩逐步增长，相对而言，错缝拼装结构的弯矩量值较大，如图16所示。而当
通缝结构于40m 土压时出现裂缝后，
其结构最大正负弯矩显著增加，其中最大正弯矩变化尤为明显，由
272．435kN ·m 变化至658．699kN ·m ，增幅达141．78%
。
图16高水压条件下结构最大弯矩随土压变化图Fig．16
The maximum bending moment changing
with earth pressure under high water pressure
从两种结构的轴力变化来看，在高水压条件下，随着土压增长，结构最大、最小轴力有所增长，但增幅不大。在弹性状态下，错缝与通缝拼装结构的轴力基本处于同一水平，如图17所示。而当通缝结构于40m 土压时出现裂缝后，其结构最大、最小轴力明显降低，而最小轴力的降幅更为明显，由8336．00kN 降至6020．20kN ，降幅达27．78%
。图17
高水压条件下结构轴力随土压变化图
Fig．17
Axial force changing with earth
pressure under high water pressure
从结构偏心距的变化来看，在高水压条件下，随
着土压增长，结构最大偏心距逐步增长，相对而言，错缝拼装结构的最大偏心距量值较大，如图18所示。而当通缝结构于40m 土压时出现裂缝后，其结构最大偏心距由0．033m 骤增至0．109m ，明显大于错缝结构的情况
。
图18高水压条件下结构最大偏心距随土压变化图Fig．18
The maximum eccentricity changing with earth pressure under high water pressure
4．2．2结构形变的发展
从结构形变的发展来看，在高水压条件下，随着
土压增长，通缝与错缝拼装结构变形量均逐步增长。当通缝结构于40m 土压时出现裂缝后，其结构最大变形量由9．994mm 骤增至26mm ，明显大于错缝
结构的情况。可见在高水压条件下，错缝结构对于结构最大变形量的控制能力更强。
图19高水压条件下结构最大变形量随土压变化图Fig．19
The maximum deformation changing with earth pressure under high water pressure
07中国工程科学
4．2．3纵缝张开的变化
从结构纵缝张开的情况来看，在高水压条件下，随着土压增长，通缝与错缝拼装结构变形量均逐步增长，通缝结构最大纵缝张开量略大于错缝结构。当通缝结构于40m 土压时出现裂缝后，其结构最大纵缝张开量由0．597mm 骤增至1．605mm ，明显大于错缝结构的情况。可见，在高水压条件下，错缝结构对于结构纵缝张开的控制能力更强
。
图20高水压条件下纵缝最大张开量随土压变化图Fig．20
The maximum longitudinal seam stretching-amount changing with earth pressure
under high water pressure
4．3榫式接头管片结构在通缝与错缝拼装下的破坏特征
狮子洋隧道管片结构纵缝的设计，采用了榫式接头结构，如图21所示。其优点在于能够有效地减小拼装误差，然而由于纵缝接触面上榫头与榫槽等细部结构的存在，给结构局部受力，特别是高水压条件下结构的力学分布带来了不利的影响
。
图21
榫式接头结构（单位：mm ）
Fig．21
Plan of longitudinal seam joint （unit ：mm ）
由于高水压条件下结构通常轴力较大，而通缝结构受力后产生的变形显著，纵缝张开较大，实际受压区域很小，局部压应力已超过混凝土承载力，多处接缝突然出现大面积压溃与剪坏，剪坏区多沿环向螺栓的走向发展，如图22 图25所示，
B3块、L2块纵缝出现从榫头处沿结构内侧的剪切裂缝，B5块与F 块出现从榫头处沿结构外侧的剪切裂缝与压溃区
。
图22
B3块内侧接缝处剪坏Fig．22
Shear failure at inside longitudinal
seam of
B3
图23
L2块内侧接缝处剪坏Fig．23
Shear failure at inside longitudinal
seam of
L2
图24
B5块外侧接缝处剪坏Fig．24
Shear failure at outside longitudinal
seam of
B5
图25F 块外侧接缝处剪坏
Fig．25Shear failure at outside longitudinal
seam of F
1
72012年第14卷第10期
高水压条件下通缝管片结构的破坏过程，大致可分为几个阶段，首先拱顶与拱底变形显著增加，管片内弧面边沿出现可见微裂缝→内弧面裂缝发展，纵缝处局部压溃→内弧面出现贯通裂缝，外弧面出现可见微裂缝→结构大变形，出现多处压溃区，局部接缝突然剪坏→内弧面出现多条贯通裂缝，结构失稳破坏。
而对于错缝结构，结构整体性好于通缝，结构变形、纵缝张开量较小，不易发生结构纵缝处的剪切破坏。其破坏过程为，拱顶与拱底变形增大，管片内弧面出现可见微裂缝→管片内弧面裂缝缓慢发展→管片内弧面出现贯通裂缝，外弧面出现微裂缝→结构变形显著，出现多处贯通裂缝→荷载不变，位移不断增大，结构失稳破坏。
5结语
采用“多功能盾构隧道结构体试验系统”装置对狮子洋隧道原型管片结构在通缝与错缝两种拼装方式下进行了加载试验，得出有益结论如下：
1）在正常使用状态下，随着水压力的不断加大，在不同的土压条件下通缝与错缝拼装管片结构的最大正负弯矩均略有增长，轴力的增长较为显著，结构最大偏心矩均明显减小。两种结构最大变形量缓慢增加，纵缝最大张开量明显减小。
2）高水压条件下，随着土压力的增加，通缝与错缝拼装管片结构的最大正、负弯矩均显著增长，结构最大偏心矩均明显增加，最大变形量与纵缝最大张开量缓慢增加，错缝结构对于结构内力与形变的控制能力更强。
3）当结构出现裂缝时，通缝拼装结构弯矩骤增，结构最小轴力骤减，结构最大偏心矩骤增，最大变形量与纵缝最大张开量均显著增大。而错缝结构开裂后内力增幅小于通缝，其最大变形量与纵缝最大张开量的增长并不大，高水压明显减缓了结构内力与形变的发展。错缝拼装结构的整体稳定性好于通缝结构，对于水下隧道，错缝拼装结构对于接缝张开量的控制作用尤为明显。
4）榫式管片在通缝拼装时，结构纵缝附近区域在高水压条件下易发生局部剪切破坏，须严格控制其变形与纵缝张开量的发展。
5）对于水下盾构法隧道榫式管片，出于结构防水、承载力、破坏特征以及长期安全储备等方面的综合考虑，建议优先采用错缝拼装方式。
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（下转89页）
27中国工程科学
slurry and PE
3-BGF/SiO
2
composite abrasives slurry respectively．The surface roughness R
a
of copper wafer（with
5μm?5μm district）is decreased from0．166μm to3．7nm，2．6nm and1．5nm，and the surface peak-valley values R
pv
are less than20nm，14nm and10nm using these kinds of slurries respectively．［Key words］chemical mechanical polishing；polishing slurry；composite abrasives；polyelectrolyte；copper
（上接72页）
Prototype test study on mechanical characteristics of segmental lining structure of underwater railway shield tunnel
He Chuan1，2，Feng Kun1，2，Yan Qixiang1，2，Qi Chun1，2（1．MOE Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering，Southwest Jiaotong University，
Chengdu610031，China；2．Department．of Tunnel and Underground Engineering，Southwest
Jiaotong University，Chengdu610031，China）
［Abstract］In view of the first underwater railway shield tunnel，Guangzhou Zhujiang River Shiziyang shield tunnel，the prototype test is carried out against its segmental lining structure by using“Multi-function Shield Tunnel Structure Test System”．And the mechanical characteristics of segmental lining structure using straight assembling and staggered assembling are studied deeply．The results show that the mechanical characteristics of segmental lin-ing structure vary from different water pressure．Especially after cracking，the high water pressure plays a signifi-cant role in slowing down the growing inner force and deformation．It is also testified that the failure characteristic varies between straight assembling structure and staggered assembling structure．Shear failure often occurs nearby longitudinal seam when using straight assembling．
［Key words］underwater railway shield tunnel；segmental lining structure；prototype test；tenon joint；failure characteristics
98
2012年第14卷第10期
盾构隧道下穿高铁施工变形控制
盾构隧道下穿高铁施工变形控制 发表时间：2019-07-17T15:20:04.323Z 来源：《基层建设》2019年第13期作者：卢雨田[导读] 摘要：本文介绍了杭州至海宁城际铁路某区间盾构隧道下穿高铁桥梁工程的施工情况。 中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉 430000摘要：本文介绍了杭州至海宁城际铁路某区间盾构隧道下穿高铁桥梁工程的施工情况。由有限元建模分析和现场施工可得到结论：施工按照沉降控制和位移控制的要求，通过建立盾构试验段，设置隔离防护桩，掘进过程中结合现场监测数据，合理选择土压力、推进速度、同步注浆、二次补偿注浆等掘进参数，这一系列技术措施可有效保证地表沉降、桥墩位移处于可控范围，达到了预期的施工效果，为 后续工程和类似工程提供参考。 关键词：盾构隧道;有限元分析;隔离桩;穿越施工;现场监测 Abstract:This paper introduces the construction of shield tunnel under the high-speed railway bridge project of hangzhou-haining intercity railway. Conclusions can be drawn from finite element modeling analysis and on-site construction, according to the requirements of settlement control and displacement control, a series of technical measures such as the shield test section is established, and the isolation guard pile is set. Combined with the in-situ monitoring data during the excavation process, the soil pressure, propulsion speed, synchronous grouting and secondary compensation grouting are reasonably selected，which ensure the surface settlement, the displacement of the pier is in a controllable range, and the expected construction effect is achieved. Key words:shield tunnel; finite element analysis; isolation piles; crossing construction; in-situ monitoring 0引言 近年来随着城市轨道交通开发受到越来越广泛的关注[1-2]，盾构近距离穿越高铁桩基的问题就显得更为突出。杭州、无锡、南京等地的地铁施工都面临盾构超近距离穿越高铁桩基的情况，而高速铁路需严格控制变形，导致了盾构隧道下穿高铁工程施工的困难性、复杂性。而现在关于盾构超近距离穿越高铁桩基的工程经验相对较少，对于采用何种保护措施、怎样控制施工过程及效果如何等问题尚还处于探索阶段[3]。 本文结合杭州至海宁城际铁路(以下简称“杭海城际”)某区间盾构下穿高铁桩基的一个典型工程现场试验研究，先后进行有限元建模分析[4-5]，设置隔离防护桩，掘进过程中结合现场监测数据，合理选择盾构隧道掘进参数，最终完成该区段的施工，积累了处理该类型工程的经验，得出一些有意义的结论，可为高铁桩基周边盾构穿越施工行为的理论研究提供参考。 1工程概况 杭海城际是浙江省都市圈城际铁路网中的一条放射型线路，该铁路工程第四标段为海宁高铁站～长安镇站区间地下区间部分，其中穿越桐海特大桥段受影响桩基为575号、576号、577号共3根桥桩，运营里程DK129+461.518～DK129+526.918，区间隧道与桐海特大桥夹角约50°，下穿大桥段长约18m。每个桥墩由8根Φ1000钻孔桩支撑，桩长69～85m，左线盾构隧道距离桥桩最小距离为6.2m，右线盾构隧道距离桥桩最小距离为5.9m。杭海城际区间隧道与桐海特大桥相对位置关系如图1所示。 区段工程施工工法为盾构法，施工采用内径5500mm、外径6200mm、衬砌厚度350mm、环宽1200mm单圆盾构衬砌。衬砌环全环由六块组成，即一块小封顶块K、两块邻接块L和三块标准块B构成，环间采用错缝拼接方式，管片采用M30弯螺栓连接。盾构机选用德国海瑞克公司生产的S-997土压平衡盾构机，并配备同步注浆系统。 盾构区间全区间处在淤泥质黏土和粉质黏土的软土地层中，其中下穿高铁区段埋深约5.5m，属于浅埋盾构软弱地层高标准下穿既有高铁桥梁施工，施工难度大技术要求高。且根据上海铁路局要求，施工期间高铁限速至200km/h，桥墩变化值控制在1mm以内，为全线的重难点工程之一。 图1杭海城际区间隧道与沪杭甬客运专线桥梁平面关系图 Fig.1 Plane relationship diagram between Hangzhou-Haining inter-city tunnel and Shanghai-Hangzhou-Ningbo passenger line 本区段工程隧道主要穿越土层为④1层淤泥质黏土（土层厚1.2～14.0m，流塑）、⑤1层粉质黏土(土层厚2.2～7.0m，硬塑)和⑤2层粉质黏土夹粉土(土层厚约2.7～5.6m，可塑)。本区间工程地表水属上塘河水系，地下水类型主要可分为第四系松散土类孔隙潜水和孔隙微承压水。根据周边环境调查情况显示，盾构区间除高铁桥梁及高速桥梁外无其他建构筑物，周边以农耕地及荒地为主。 2施工变形控制 2.1隔离桩加固施工 盾构施工将不可避免的造成地层损失和引起周边土体的扰动，从而盾构上方土体及地面将产生一定的沉降，对邻近铁路桥梁将产生一定的影响。本区间隧道已进入铁路保护影响范围，为保证盾构能够安全顺利通过且不影响既有高铁桥梁正常运营，使地铁盾构施工对沪杭高铁桥梁的影响降到最低，拟采用在盾构下穿前在洞外设置隔离桩的防护措施，王国富等研究了采用合理形式的隔离桩对变形控制效果的可操作性、适用性[6-7]。
隧道斜井洞口施工方案
Xx隧道1#斜井洞口施工方案 1、工程概况 xx隧道1#斜井全长284m，位于xx隧道DK221+300左侧，与线路正线夹角为111°，斜井纵坡为11%的下坡，为双车道辅助坑道，净空尺寸为7.7m（宽）x6.2m（高），设单侧排水沟，IV、V 级围岩为模筑砼（耐腐蚀）衬砌，Ⅲ、Ⅱ级围岩为锚喷砼支护（均根据初步设计图及设计院了解资料，如有最新设计资料及时更新）。该斜井施工正洞1995m，施工里程DK220+945～DK222+940。 2、施工总体布置 2.1、临时工程 （1）便道：便道设为双车道，行车路面宽5.5m，路堑边坡内侧设单侧排水沟；由于与S308省道连接200m坡度较大（约14%），设为混凝土路面，混凝土厚20cm。跨寨蒿河设10米宽过水路面，过水路面采用φ100cm钢筋砼管，设6排。 （2）临时房屋：生活房屋设于斜井口右侧15m，主要为架子队工人、隧道二队二分队管理人员居住。生产房屋除澡堂、食堂、厕所等外均采用活动板房。空压机房、发电房、配电房等生产房屋设置于斜井口左侧，采用砖房。以上共计约850m2。 （3）高压水池：生产用水采用斜井左侧山谷自流溪水，设置一个浆砌片石拦水坝，根据调查流水量能满足生产需求,出口管采用φ100钢管，水池与洞顶高差30米，满足水压要求。 （4）临时用电：进洞前临时配一台300KW发电机过渡，满足生活及前期施工需要，进洞后接大电，洞口配一台630KVA变压器。 （5）临时用风：前期配一台12m3内燃空压机用于边仰坡施工，
后安装5台22m3电动空压机陆续投入施工，能满足进入正洞后全断面施工需要。 （6）生产、生活排污及垃圾处理和环境保护设施：生产污水和生活区四周设通畅的排水系统，污水集中进行处理排放，生产、生活区各修建1个污水处理池，生产生活垃圾分类集中存放，定点、定期运至垃圾场。 另为满足前期进洞喷浆及临时工程混凝土搅拌需要，配置一台小型搅拌机。 2.2施工队伍设置 该队除队长、技术主管设置1名外，副队长、技术员、施工员、测工、按工点不同分别设置。 3、工期目标 2.1斜井施工 1#斜井施工期为2个月，4月30日进入隧道主洞。其中3月份开挖支护100m，4月份开挖支护184m。根据经理部要求1#斜井2009年2月25日正式进洞施工。 2.2具体工期要求 2月5日开始2月10日完成过水路面施工； 2月11日开始2月15日完成板房基础浇筑，2月20日拼装完成，达到入住条件； 2月11日开始2月22日完成生产区房屋建筑； 2月11日开始2月22日完成拦水坝施工，并完成水管安装。 2月12日开始2月18完成洞顶截水沟土体开挖及抹面；
盾构工法
第五章盾构法施工 第一节概述 盾构法是暗挖隧道的专用机械在地面以下建造隧道的一种施工方法。盾构是与隧道形状一致的盾构外壳内，装备着推进机构、挡土机构、出土运输机构、安装衬砌机构等部件的隧道开挖专用机械。采用此法建造隧道，其埋设深度可以很深而不受地面建筑物和交通的限制。近年来由于盾构法在施工技术上的不断改进，机械化程度越来越强，对地层的适应性也越来越好。城市市区建筑公用设施密集，交通繁忙，明挖隧道施工对城市生活干扰严重，特别在市中心，若隧道埋深较大，地质又复杂时，用明挖法建造隧道则很难实现。而盾构法施工城市地下铁道、上下水道、电力通讯、市政公用设施等各种隧道具有明显优点。此外，在建造水下公路和铁路隧道或水工隧道中，盾构法也往往以其经济合理而得到采用。 盾构法是一项综合性的施工技术。盾构法施工的概貌如图5－1所示。构成盾构法的主要内容是：先在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位。盾构从竖井或基坑的墙壁预留孔处出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的设计预留孔洞推进。盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制衬砌，再传到竖井或基坑的后靠壁上。盾构是一个能支承地层压力，又能在地层中推进的圆形、矩形、马蹄形及其他特殊形状的钢筒结构，其直径稍大于隧道衬砌的直径，在钢筒的前面设置各种类型的支撑和开挖土体的装置，在钢筒中段周圈内安装顶进所需的千斤顶，钢筒尾部是具有一定空间的壳体，在盾尾内可以安置数环拼成的隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向盾尾后面的衬砌环外周的空隙中压注浆体，以防止隧道及地面下沉，在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。 盾构是进行土方开挖正面支护和隧道衬砌结构安装的施工机具，它还需要其它施工技术密切配合才能顺利施工。主要有：地下水的降低；稳定地层、防止隧道及地面沉陷的土壤加固措施；隧道衬砌结构的制造；地层的开挖；隧道内的运输；衬砌与地层间的充填；衬砌的防水与堵漏；开挖土方的运输及处理方法；配合施工的测量、监测技术；合理的施工布置等。此外，采用气压法施工时，还涉及到医学上的一些问题和防护措施等。
水下盾构隧道纵向抗震性能分析及SMA柔性减震节点研究
水下盾构隧道纵向抗震性能分析及SMA柔性减震节点研究 随着城市建设的发展和地下空间的开发,大型水下盾构隧道正朝着超长、大 断面、高水压和地质条件复杂的方向发展,这对盾构隧道的抗震研究提出了更高 的要求和挑战。然而,过去人们普遍认为,地下结构受周围土体约束,较难受到地震灾害的影响,导致地下结构的抗震研究严重滞后于地上结构。 盾构隧道作为地下结构的重要组成部分,其整体纵向抗震的研究相对较少,且大型盾构法隧道结构系统尚未真正经受强震作用的考验。为保障高烈度区大型盾构法隧道的安全,探索新型有效的隧道抗震、减震措施十分有必要。 本文依托某大型水下盾构隧道工程,结合盾构隧道纵向抗震相关理论,建立能反映盾构隧道整体纵向受力特性的有限元模型,分析结构在地震作用下的动力 响应;针对隧道沿纵向土层变换处,环缝接头张开量超过防水限值的情况,提出了一种“哑铃式”形状记忆合金(SMA)柔性减震节点,布置于盾构隧道管环薄弱位置,并开展一系列不同SMA材料形式的力学性能试验,探讨SMA柔性减震节点用于隧道的可行性。具体研究内容如下:(1)归纳、总结盾构隧道纵向抗震计算常见的分 析模型和分析方法,对不同分析模型和分析方法优缺点、适用条件进行对比,并给出隧道接头弹簧参数的计算方法;通过总结地震动参数确定方法和人工合成地震 波相关理论,以及ANSYS/LS-DYNA的无反射边界理论,确定可以采用时域法生成 谱拟合人工地震波及得到粘性人工边界,为后续隧道纵向抗震奠定理论基础。 (2)依托某大型水下盾构隧道工程,采用梁-弹簧模型理论,利用ABAQUS软件,建立盾构隧道整体纵向有限元模型;基于经典广义反应位移法及无反射边界 (non-reflecting boundary)理论,利用ANSYS/LS-DYNA软件,建立隧道位置处土体三维有限元模型,分析得到土体的位移时程响应,并将该位移响应通过地层弹
隧道斜井专项施工方案
新建龙岩至厦门铁路ZD-Ⅰ标斜井专项施工方案 中铁隧道集团有限公司 龙厦铁路ZD-1标项目经理部 二○○七年二月十二日
目录 第一章斜井优化设计 (3) 第二章施工平面、立体布置 (12) 第三章有轨斜井提升能力计算分析 (27) 第四章斜井施工主要设备配备 (38) 第五章施工排水 (42) 第六章斜井正洞有轨和无轨运输的比较 (53) 第七章竖直投料孔方案 (57) 第八章斜井提升安全措施 (63)
* 第一章斜井优化设计
前言 2006年12月25日龙厦铁路重点工程开工典礼举行后，项目部及各工区人员即火速进场。根据招标用施工图，项目部组织各工区相关技术人员对现场进行认真踏勘，结合工期要求、各斜井施工提升运输方案、提升设备的配置等因素对象山隧道5个斜井的洞口位置、井身设置、断面尺寸等设计方案进行了优化。截止目前，斜井方面的优化工作已基本完成。现将各斜井的优化变更情况分述如下。 一、1#斜井 1、斜井位置 象山隧道原设计1#斜井井身长945.31米，综合坡度9.13%，井底与正洞右线单联斜交，交点里程为YDK22+555。井口位于滑坡体处，暗洞口进入山体坡脚40多米，仰坡开挖高度达60多米，暗洞口底板标高高出既有便道约4米。由于山体地形较陡，造成开挖边坡较高、土石方量较大、边仰坡防护量大，且不利于边仰坡稳定，无法实现早进洞施工。 将暗洞口位置向设计左侧移动41米（避开滑坡体），标高下降2.6米（比既有便道高1.4米）。在保持原设计坡度总体不变的情况下，井底联接处位置相应发生改变，交点里程为YDK22+452.5。此方案可避免洞口段的高边坡开挖，实现早进洞。此外井身长度缩短46.2米，在降低工程造价的同时，可提前进入正洞施工。 附：象山隧道1#斜井井身位置调整平面图
第六讲盾构衬砌结构
地下工程设计原理第06章盾构衬砌结构 主讲教师：胡敏云
本章主要内容 ?什么是盾构技术？ ?盾构构造和分类 ?盾构尺寸和千斤顶推力 ?盾构推进及衬砌拼装 ?装配式圆形衬砌构造 ?内力计算与管片结构设计 学习要求： ?了解盾构隧道的功能和适用环境； ?掌握圆形衬砌构造、内力计算与管片结构设计。
盾构法是暗挖隧道的 专用机械——盾构机在地面以下建造隧道的一种施工方法。 构成盾构法的主要内容是：先在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位。盾构从竖井或基坑的墙壁预留孔处出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的设计预留孔推进。盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制衬砌，再传到竖井或基坑的后靠壁上。 盾构法施工
什么是盾构技术？ ?盾构（shield ）是一种钢制的活动防护装置或活动支撑，是通过软弱含水层，特别是河底、海底，以及城市居民区修建隧道的一种机械。 ?头部可以安全地开挖地层,尾部可以装配预制管片或砌块，迅速地拼装成隧道永久衬砌。 ?盾构推进主要依靠盾构内部设置的千斤顶。 适用条件 ?在松软含水地层中修建隧道、水底隧道及地下铁道时采用各种不同形式的盾构施工最有意义； ?暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节等条件的影响。 发展历史 ?用盾构法修建隧道开始于1818年，法国工程师布鲁诺尔； ?1825年在英国泰晤士河下首次用矩形盾构建造隧道； ?近代，日本盾构法得到了迅速发展，用途越来越广，并研制了大量新型盾构； ?我国于1957年北京下水道工程中首次出现2.6m 小盾构； ?上海市延安东路过江道路隧道使用11.0 m 直径的大盾构；
盾构隧道排水通风具体内容
盾构隧道排水通风具体内容 采用盾构为施工机具，在地层中修建隧道和大型管道的一种暗挖式施工方法。施工时在盾构前端切口环的掩护下开挖土体，在盾尾的掩护下拼装衬砌（管片或砌块）。在挖去盾构前面土体后，用盾构千斤顶顶住拼装好衬砌，将盾构推进到挖去土体空间内，在盾构推进距离达到一环衬砌宽度后，缩回盾构千斤顶活塞杆，然后进行衬砌拼装，再将开挖面挖至新的进程。如此循环交替，逐步延伸而建成隧道。 采用盾构为施工机具，在地层中修建隧道和大型管道的一种暗挖式施工方法。施工时在盾构前端切口环的掩护下开挖土体，在盾尾的掩护下拼装衬砌（管片或砌块）。在挖去盾构前面土体后，用盾构千斤顶顶住拼装好衬砌，将盾构推进到挖去土体空间内，在盾构推进距离达到一环衬砌宽度后，缩回盾构千斤顶活塞杆，然后进行衬砌拼装，再将开挖面挖至新的进程。如此循环交替，逐步延伸而建成隧道。 历史和发展 用盾构法修建隧道已有150余年的历史。最早进行研究的是法国工程师M.I.布律内尔，他由观察船蛆在船的木头中钻洞，并从体内排出一种粘液加固洞穴的现象得到启发，在1818年开始研究盾构法施工，并于1825年在英国伦敦泰晤士河下，用一个矩形盾构建造世
界上第一条水底隧道（宽11.4米、高6.8米）。在修建过程中遇到很大的困难，两次被河水淹没，直至1835年，使用了改良后的盾构，才于1843年完工。其后P.W.巴洛于1865年在泰晤士河底，用一个直径2.2米的圆形盾构建造隧道。1847年在英国伦敦地下铁道城南线施工中，英国人J.H.格雷特黑德第一次在粘土层和含水砂层中采用气压盾构法施工，并第一次在衬砌背后压浆来填补盾尾和衬砌之间的空隙，创造了比较完整的气压盾构法施工工艺，为现代化盾构法施工奠定了基础，促进了盾构法施工的发展。20世纪30～40年代，仅美国纽约就采用气压盾构法成功地建造了19条水底的道路隧道、地下铁道隧道、煤气管道和给水排水管道等。从1897～1980年，在世界范围内用盾构法修建的水底道路隧道已有21条。德、日、法、苏等国把盾构法广泛使用于地下铁道和各种大型地下管道的施工。1969年起，在英、日和西欧各国开始发展一种微型盾构施工法，盾构直径最小的只有1米左右，适用于城市给水排水管道、煤气管道、电力和通信电缆等管道的施工。 中国于第一个五年计划期间，首先在辽宁阜新煤矿，用直径 2.6米的手掘式盾构进行了疏水巷道的施工。中国自行设计、制造的盾构，直径最大为11.26米，最小为3.0米。正在修建的第二条黄浦江水底道路隧道，水下段和部分岸边深埋段也采用盾构法施工，盾构的千斤顶总推力为108兆牛，采用水力机械开挖掘进。在上海地区用盾构法修建的隧道，除水底道路隧道外，还有地铁区间隧道、通向河海的排
某隧道斜井进洞施工方案
XX隧道斜井进洞施工方案 1. 编制目的 为明确斜井开挖作业的工艺流程、操作要点和相应的工艺标准，指导、规范斜井施工，尽可能地减少超、欠挖，保证斜井的开挖作业安全，确保斜井施工质量，特编制本施工方案。 2. 编制依据 ⑴《客运专线铁路隧道工程施工指南》（TZ214-2005） ⑵《客运专线铁路隧道工程施工质量验收标准》铁建设[2005]160号 ⑶ XX隧道设计图纸及相关隧参图 3. 工程概况 3.1 隧道概况 XX隧道位于XX省XX市境内，为双线隧道，隧道起迄里程为DK63+332～DK66+700，全长3368m。隧道所经地区地势平缓，相对高差约2~5m，最大埋深近65m。XX隧道下穿XX市新区，与多条道路及建筑设施立体交叉，主要有：DK63+585~602下穿310国道；DK64+130~220下穿新310国道和铁路专用线；DK65+442~514下穿市政道路紫荆南路；DK66+230~430为浅埋地段以明挖通过；隧道上方地面有多处民宅等建筑设施，多为1~3层，基础深度1~2m。 3.2 斜井工程概况 为加快施工进度，满足工期要求，本隧道设置斜井一座，斜井设于DK65+450线路前进方向右侧，与隧道中线大里程方向的平面夹角为45o，斜井水平长度135m，斜长135.47m。斜井采用无轨运输。斜井净空采用单车道断面，斜井纵坡9%，其中斜井与正洞交接段以及错车道段采用2%缓坡。斜井的支护型式采用喷锚支护整体式衬砌，斜井交叉点等薄弱环节衬砌采用降低一级。隧道建成后斜井改做紧急出口通道，为满足使用要求，隧道施工完成后应自施工斜井出口衔接一段水平长度为25.1m的紧急出口通道结构，坡度为20%。斜井及紧急出口通道总长161.1m。紧急出口通道外场坪设向洞外10%的坡，防止洞外地表水进入斜井。 3.3 自然及地质条件 斜井地段地表水及地下水不发育，对斜井无不利影响。XK0+000-XK0+91段 粘质黄土，棕红色，褐红色，硬塑，结构较致密，局部为为Ⅳ级围岩，dl+plQ 2 砂质粘土，地下水不发育。XK0+91-XK0+161.1段为Ⅴ级围岩，上部为al+plQ 3
隧道斜井二次衬砌施工方案(大坡度斜井)
隧道斜井 二衬施工专项方案 编制： 复核： 审核：
隧道斜井二衬施工方案 一.编制依据 1.本标段风道施工图纸以及现场实际情况。 2.省高指隧道施工标准化指南 3.福建省高速公路隧道施工要点 4.《公路隧道施工技术规范》JTG F60-2009 5.《公路工程质量检验评定标准》JTG F80/1-2004 6.斜井作业区施工方案。 二、工程概况 1.总体工程概况 斜井为xx隧道永久性通风通道，分左右两洞，右斜井洞口位于右洞YK20+678洞轴线右偏120m,长度686.8m，左斜井洞口位于右洞YK20+681洞轴线右偏142m,长度609.8m。左右斜井各设送、排风道，其中右斜井排风道设计为施工加宽段，作为左右斜井和正洞斜井施工段的运输通道。 设计采用地表风机房。右正洞送排风道合并到右斜井，左正洞送排风道合并到左斜井，斜井设置中隔板。左斜井洞身坡度为19.8%，右斜井洞身坡度为18.5%。 ZXJZ0，YXJZ0，ZXJZ5-1，YXJZ5-1，ZXJZ5，YXJZ5段设仰拱，其余地段设计不设仰拱。 2.设计参数 斜井段支护类型和衬砌形式见下表 Φ12@200 Φ12@200 25
（1）钢筋：仰拱全部设钢筋。ZXJZ0，YXJZ0拱墙和仰拱钢筋环向为双层Φ20@200mm，纵向为双层Φ12@200mm,层距390mm，保护层厚度为55mm,层间设Φ12@600mm架立筋。ZXJZ5-1，YXJZ5-1拱墙和仰拱钢筋环向为双层Φ20@200mm，纵向为双层Φ12@200mm,层距290mm，保护层厚度为55mm,层间设Φ12@600mm架立筋。ZXJZ5，YXJZ5拱墙和仰拱钢筋环向为双层Φ16@200mm，纵向为双层Φ12@200mm,层距300mm，保护层厚度为50mm,层间设Φ12@600mm架立筋。ZXJZ4-1，YXJZ4-1拱墙钢筋环向为双层Φ16@200mm，纵向为双层Φ12@00mm,层距250mm，保护层厚度为50mm,层间设Φ12@600mm架立筋。 （2）混凝土：仰拱混凝土为C25混凝土，拱墙混凝土为C25防水混凝土。 （3）防排水：二衬砼采用C25防水砼，在初期支护和二衬背后均设置EVA防水板1.2mm 厚+无纺土工布300g/㎡，在初支和土工布之间环向铺设Φ50mmHDPE单壁打孔盲管将地下水引入边墙两侧Φ100mmHDPE双壁打孔波纹管集水，有仰拱段通过Φ100mmPVC横向排水管将水引入Φ200mmU-PVC双壁打孔波纹管中央排水管，再通过中央排水管引入主洞侧式排水沟排出主洞洞外，无仰拱段直接通过两侧Φ100mmHDPE管将水引入主洞侧式排水沟排出洞外。二衬沉降缝和环向施工缝采用中埋式橡胶止水带进行防水。路面水通过设在斜井两侧的10×20cm的路缘三角沟，引入联络风道的沉沙井，然后通过Φ100mmU-PVC双壁波纹管将水引入主洞电缆沟，排出主洞洞外。 （4）一般断面图
盾构法隧道结构防水
盾构法隧道结构防水 8．1．1 (原规范6．1．1，修改条文) 原条文对盾构法隧道防水作了总体规定，故予以保留。其中“工程处于侵蚀性介质时，应采用……耐侵蚀性附加防水层”一句，因这种防水层为涂于管片外背面的防水涂料而非防水卷材、防水砂浆类材料，故明确地改写为“外防水涂料”。 8．1．2 (增加条文) 针对不同防水等级的盾构隧道确定相应的防水措施。表8．1．2主要依据国内多年盾构隧道防水的实践总结，同时参照了盾 构隧道建设实践较多的上海市的市标“盾构法隧道防水技术规程”而制定；考虑到“阴极保护与金属埋露件防腐”等主要是关于防腐蚀措施，“回填注浆”措施主要是控制盾构推进，防止地面沉降，它们虽与防水也有关系，但不直接影响防水等级，故不予列入。 对嵌缝密封的意义与功效国内外评价不尽相同，因此即使防水等级为一级的工程也不要求“必选”，而用“应选”。混凝土内衬往往也是加强初次衬砌的防水措施，它可以按要求全断面或局部(如底部)采用，但考虑到造价、工期等因素，对防水等级为一级的工程用“宜选”，二级的工程为“局部宜选”。应该指出的是，随着盾构法施工技术的发展，除了二次衬砌(内衬)在减少，嵌缝作业也有减少的趋势。 外防水涂料采用与否，虽然由地层中是否有侵蚀性介质为主要确定因素，隧道防水等级为次要因素。但外防水涂料不仅有防腐蚀作用，也能起到防渗作用，故仍列入。在一级防水等级中用“宜选”，在二、三级防水等级中，因并非隧道经过的全部地段都有侵蚀性介质，并且各地段埋深差异也可能很大，因而要求也不尽相同，故规定“部分区段宜选”。 8．1．3 (原规范6．1．2，修改条文) 管片的精度直接影响拼装后隧道衬砌接缝缝隙的防水，应予列入。考虑到精度不高的砌块可用于防水等级4级的隧道工程， 因此，原6．1．2条对管片尺寸精度规定为“不应大于1.5mm”，就欠妥当了。本条对钢筋混凝土管片的制作钢模及管片本身的尺寸误差作了相应规定，以保证管片拼装后隧道衬砌接缝缝隙的防水性能。
盾构隧道设计基本概念
盾构隧道设计基本概念 1盾构管片的几何设计 1.1隧道线形的选择—平纵断面的拟合 隧道的中线是由直线及曲线组成。设计常常采用楔形衬砌环（见图1-1），来实现盾构隧道在曲线上偏转及纠偏，楔形衬砌环最大宽度与最小宽度之差称为楔形量。一般来说，楔形量的确定具有经验性，应考虑管片种类、环宽、直径、曲线半径、曲线区间楔形管片环使用比例、管片制作的方便性、盾尾操作空隙因素综合确定；管片楔形量还必须为施工留出适当的余裕。如下图所示，阴影部分是管片的平面投影图，圆弧是隧道设计中心线，圆弧中心点O1是隧道的转弯半径所在的中心点，O2是理论上能拼出的最小转弯半径时的圆心，则O2P＜O1P。 a）普通环b）单侧楔形环c）两侧楔形环 图1-1 楔形衬砌环（β-楔形角、△-楔形量） 图1-2 楔形量与转弯半径示意图 日本曾统计管片外径与楔形量的相关关系，如下图所示。
图1-3 楔形量的施工统计 《盾构工程用标准管片（1990年）》规定管片环外径与楔形量的关系如表1-1所示。 表1-1 楔形量与管片环外径的关系 目前，多采用楔形衬砌环与直线衬砌环的组合、左右楔形衬砌环以及通用型管片。 1.1.1标准环+楔形环 管片拼装时，根据隧道线路的不同，直线段采用标准环管片，曲线段采用楔形管片（左转弯环、右转弯环）用于隧道的转弯和纠偏。楔形环的楔形角由标准管片的宽度、外径和施工曲线的半径而定。采用这类管片时，至少需三种管片模具，即标准环管模、左转弯环管模和右转弯环管模。 a）直线段b）曲线段 图1-4 标准环+楔形环拟合线路 通常，以短折线拟合曲线，在设计时常以2标准环+1楔形环来拟合；不得以（极端困难）时，以1标准环+1楔形环来拟合。
地铁盾构隧道下穿铁路安全控制分析
地铁盾构隧道下穿铁路安全控制分析 发表时间：2018-09-07T16:01:58.857Z 来源：《防护工程》2018年第9期作者：谭帅[导读] 针对施工过程的安全性提出了地铁盾构隧道下穿铁路的安全施工策略，建议对施工过程中出现的各种意外和突发情况做好预案，制定科学的解决方案，保障了盾构工法的顺利施行。谭帅 中国水利水电第七工程局有限公司摘要：本文对以往的地铁盾构隧道下穿铁路案例进行分析，探讨各个单位的施工情况及安全控制问题。根据地层变化的规律，分析了地层沉降、轨道差异及盾构推力对铁路工程的不良影响，为此提出不同情况下是否采取地基加固及线路加固的举措来保证列车运行的安全性问题。同时也针对施工过程的安全性提出了地铁盾构隧道下穿铁路的安全施工策略，建议对施工过程中出现的各种意外和突发情况做好预案，制定科学的解决方案，保障了盾构工法的顺利施行。关键词：地铁盾构隧道；下穿铁路；地层沉降；轨道差异 1、引言 城市化规模的不断扩张推动着地面建筑的发展，地下管线等构筑物也越来越多的出现在大众视野，大大提高了地面空间的使用面积，做到了空间利用的合理规划。最早盾构法隧道的第一次使用出现在英国伦敦，著名工程师Brunel利用一台矩形盾构打造了一条隧道供行人们的方便出行，至今这条隧道还保留在泰晤河下。盾构法的优势在于其对地面的占用率小、在土层的适用范围方面广、施工方面安全性高，另外盾构法机械化程度较高，其已成为打造隧道的主流方法。本文分析了铁路路基的总体沉降以及差异沉降，探究了盾构法在施工过程中地层的变化规律，从而对可能产生的沉降进行准确的预判并对其进行有效控制，对今后的地铁盾构隧道工程具有现实指导意义。 2、地层变化规律的影响因素 利用盾构法来打造地铁隧道无疑对地层结构产生了一定的影响，这种地层上结构发生的变化是存在一定规律的。例如对于土性分布简单、土层适宜的穿铁路施工来说，盾构姿态控制也相对简单，而对于土层较薄、且土性呈不均匀分布的盾构来说，则很难对其进行良好的控制。因此研究此规律可以解决不同土层情况下所出现的问题以及能够提出更科学更有效的解决方案。分析和运用这种土层变化的规律，要注意方式方法，最重要的不能忽略其关键的影响因素。 （1）盾构过度超挖情况严重的话会造成土地资源的大量损失，还需注意盾构与衬砌之间间隙，不宜过大或过小，否则也会造成土体资源损失及浪费。 （2）掌子面关乎着支护压力，需要严格控制掌子面的支护压力，避免盾构本身的变形以及盾构在工作过程对地下水位的不利影响而导致地层固结沉降。一旦地层出现固结沉降，就会大大增加施工过程的事故概率，影响工作进程，列车的出行轨道设置安全性无法的到保障。 （3）盾构工法在使用的过程中要考虑盾壳与周围土体的摩擦力，摩擦力的大小与施工过程的安全性联系紧密，需要严格把控，过大过小都会阻碍施工进程。明确施工过程中地层变形规律，才能对施工过程采取行之有效的举措，进而提高施工效率，今后列车的出行安全性问题也可以得到有力的保障。 3、地铁盾构隧道掘进对铁路的影响 铁路是我国重要的公共交通设施，其安全性的问题已经成为当代社会关注的焦点。不可置疑的是，列车运行过程中的每一个环节都不可轻视，这也对底层沉降以及轨道差异沉降问题提出着更严格的高标准，从而保证列车的正常运行，避免的灾害问题产生。因此对地铁盾构工法应予以更高的重视，对其的研究分析直接影响着铁路事业的蓬勃发展。 3.1地层沉降的不良影响 轨枕支座是具有弹性，原因在于其需要在承受较大压力时通常会产生沉陷，弹性力可以使沉陷自动恢复到初始稳定的状态，从而保证列车运行的安全性问题。地少数情况下会遇到土地沉降的问题，严重的会导致轨枕所处的位置状态也会不断下降。由于软枕支座是属于超镇定系统环节的构件，因此，上述遇到的偶发情况会严重破坏轨道多支座超镇定系统，土地沉降导致轨道断裂，进而对列车的安全运行造成强烈的冲击，情况轻则导致列车产生连续振动，严重时会导致列车发生出轨翻车大型事故。另外动不可忽视的是列车的载荷作用，通常轨枕所产生的严重变形会提升轨道自身的应力。根据底层沉降的不良影响判断，列车运行的速度与列车出轨率成正比。 3.2轨道差异沉降的不良影响 一般情况下，地铁盾构工法的不足之处在于施工过程中会出现差异性沉降。若铁路的轴线和盾构掘进轴线所呈夹角越与土地沉降量呈现差异的明显程度是成正比的，即夹角越大土地沉降量的差异越明显，与铁轨是否处于同一断面无关。极少数情况下，由于沉降差异明显的情况下列车自镇相互作用会造成严重的侧翻事故。 3.3盾构推力的不良影响 将土仓压力设置为水土压力可以有效避免盾尾推力过大引起的地层沉降现象，保证了地铁盾构工法在施工过程中的质量与效率。土仓压力关系着土体状态的稳定性，当然也影响着铁路轨道的稳定性。土仓压力把控不到位，土体自身产生表面隆起或断裂的概率大大上升，对列车运行的安全性产生了极大的威胁。因此严格控制土仓压力进而控制地面与轨道的稳定状态十分重要。 4、地铁盾构隧道下穿铁路安全施工策略 4.1地基加固 在盾构隧道穿铁路施工过程中的重要举措是根据地质情况以及隧道的埋深度情况对地基进行分块加固。通常情况下有两种方法可以采用，分别是铁路两侧建设旋喷桩以及旋喷浆。旋喷桩能够避免浆液由于大面积扩散而造成的土体资源浪费，也能起到一定的对土体压力的隔断作用，从而控制好地面的变形，进而保证了地基加固的效果。旋转浆的采用使得地基加固主次分明，有利于加固强度的有效过渡以及对线路变形的良好控制。最后，在盾构工法的推进过车中需要引起重视的是对施工速度的严格把控以及对施工过程监管工作和养护工作的顺利进行。
隧道斜井进正洞施工方案
长岭岗1号隧道斜井进入正洞挑顶施工方案 新建铁路云桂线（云南段） XX隧道斜井 XX隧道斜井进正洞施工方案 编制： 复核： 批准: XX集团有限公司 云桂铁路云南段项目经理 20 年月日 斜井进正洞施工方案 1、编制依据 ⑴《XX隧道设计图》 ⑵《时速250公里铁路双线复合式衬砌》（云桂隧参-04） ⑶《双线隧道辅助施工措施及施工工法》(云桂隧参-08) ⑷《斜井衬砌图》(云桂隧参-14) ⑸《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》(铁建设[2005]160号) ⑹《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010） ⑺我单位类似工程施工经验。
长岭岗1号隧道斜井进入正洞挑顶施工方案 2、工程概况 XX 隧道斜井长620m ，与正洞相交里程DK604+450，与左线中线夹角67°9′2″，下坡度11.5%。斜井内净空为7.5m （宽）*6m （高），运输方式为无轨双车道。该洞线区属云贵高原南缘中山区构造腐蚀地貌，自然坡度约15°～30°。本段主线经过主要XX 交扭背斜，XX 扭曲背斜与主线相交于DK604+405，交角约65.7°。小里程翼岩层产状N60°E/61°SE ，大里程翼岩层产状N40～47°E/44～47°NW 。两翼大致对称，背斜轴部，岩体破碎，节理、裂隙发育，岩体完整性差。地震动峰值加速度为0.15g ，反应谱特征周期0.45s 。斜井开挖方法为全断面法，属Ⅳ级围岩，交接处正洞为Ⅳ级B 型复合，正洞开挖方法为台阶法。 3、总体施工方案 为使斜井及主洞排水畅通，在斜井右侧XJK0+015位置设置集水坑。进入主洞前5米为斜井调整段后，设置异形钢架，调整支护断面角度，使其与正洞中线平行；底板开挖至正洞隧道右侧钢架内弧时，高程至与正洞填充面高程一致。斜井施工到达交接处后，向左侧旋转22°50′58″按垂直于正洞中线方向进入正洞。斜井采用V 级围岩支护参数进行加强支护，并施作二次衬砌。进入正洞后，先向小里程开挖支护至DK604+420后，再向大里程方向施工，为开挖台车、钢筋台车、二衬台车提供拼装条件，待二衬台车拼装完成后，及时施作交接段的二次衬砌，确保交接段的施工安全。大小里程同时开挖。 4、施工流程及顺序 4.1、工艺流程： 工艺流程见下页图一。 图一.施工工艺流程图 4.2、施工顺序 4.2.1、设置集中抽水泵房 根据工程特点，结合以往施工经验，于XJK0+008处开始，在斜井右侧设置一洞室为集水坑，,一次
水下交通隧道的设计与施工(王梦恕)
［收稿日期］ ２００９－０３－１６ ［作者简介］ 王梦恕（１９３８－），男，河南温县人，中国工程院院士，北京交通大学教授，博士生导师、研究方向为隧道及地下工程设计、施工新 技术；Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｍｓ３２７３＠２６３．ｎｅｔ 水下交通隧道的设计与施工 王梦恕 （北京交通大学，北京１０００４４） ［摘要］ 综合论述了水下隧道在穿越江河湖海时所有的优势，介绍了水下交通隧道的设计与施工概况，讨论了水下隧道勘察设计、施工的几项关键技术，详细介绍了水下隧道施工的常用方法。［关键词］ 水下隧道；设计；施工 ［中图分类号］ Ｕ４５９．５ ［文献标识码］ Ａ ［文章编号］ １００９－１７４２（２００９）０７－０００４－０７ 就跨越江河湖海的可选方式而言，目前主要有 轮渡、水下隧道与桥梁。轮渡方式虽然投资少，但由于其受交通运输量小、等候时间长、气候影响大等不利因素的限制，与现代城市快节奏交通运输不相适应，所以现在选用较少。跨越江河湖海的方式越来越多地在水下隧道与桥梁之间做出选择。 1 水下隧道穿越江河湖海的综合优势 选择水下隧道还是选择桥梁，主要依据航运、水文、地质、生态环境以及工程成本等具体建设条件进行全面的比较、论证而定。经过论证得出水下隧道与桥梁相比有以下几项显而易见的优势。ａ．很强的抵抗战争破坏和自然灾害的能力。ｂ．不侵占航道净空，不影响航运，不干扰岸上航务设施。ｃ．水下隧道能全天候越江通车，不受气候变化的影响，有稳定、畅通无阻的通行能力。ｄ．具有很强的超载能力，不像桥梁通行车辆载重受设计荷载的限制。ｅ．结构耐久性好，维护保养费用比桥梁低很多。ｆ．建设时钢用量比桥梁少，且只需普通建筑钢，比桥梁造价更低。ｇ．在建设时能做到不拆迁或少拆迁，占地少，不破坏环境，从而降低建设成本。ｈ．设计可以做到一洞多用，可以把城市供水、供电、供气和通讯等设施安排在比较安全稳定的环境中。ｉ．对生态环境影响小，能避免噪声尘土对周围环境的影响。 近２０年来，国外有优先考虑采用水下隧道作 为跨越江河湖海方式的趋势。随着我国经济的高速发展、隧道修建技术的日臻完善以及人们环保意识的不断增强，水下隧道也逐渐被国人所接受，并付诸建设。 2 国内外水下隧道技术发展现状 据不完全统计，国外近百年来已建的跨海和海峡交通隧道已逾百座，其中挪威所建跨海隧道占大多数。国外著名的跨海隧道有：日本青函海峡隧道、英吉利海峡隧道、日本东京湾水下隧道、丹麦斯特贝尔海峡隧道、挪威的莱尔多隧道等。这些已建的跨海隧道对我国类似工程的建设具有很好的参考作用。 我国建成的水下隧道有很多条，但跨海隧道只有６条，均集中在港澳台地区，大陆建成的水下隧道均为跨越江域的水下隧道，它们主要集中在上海、南京、武汉及厦门等地，有多条隧道穿越黄浦江、长江。建设中的水下隧道有：厦门翔安海底隧道（中国大陆第一条跨海隧道）、胶州湾湾口海底隧道以及广州生物岛———大学城隧道等。拟建的水下隧道有：琼州海峡跨海工程、渤海湾（大连—蓬莱）跨海工程（含隧道和海中悬浮隧道桥方案）、杭州湾（上海—宁波）外海工程、大连湾水下隧道、台湾海峡跨海隧道（实施尚有待时日）等。表１至表４为部分国内外建成、在建、拟建的水下隧道一览表。 4 中国工程科学
盾构下穿铁路技术的总结
天津地铁6号线工程土建施工第8合同段 北宁公园站～天津北站站区间下穿京津高铁、天津北站铁路施工总结 中铁六局集团有限公司 天津地铁6号线工程土建施工第8合同段项目经理部 2015年6月5日
目录 第一章工程概况 (1) 1.1工程概况 (1) 1.1.1工程规模 (1) 1.1.2结构形式 (1) 1.1.3隧道平、纵断面设计 (1) 1.2工程地理位置 (1) 1.3盾构下穿铁路股道及京津高铁工程概况 (1) 1.3.1天津北站站场多股道概况 (1) 1.3.2京津城际铁路概况 (2) 1.3.3地铁区间与铁路相互关系 (3) 1.4下穿铁路段工程地质与水文地质 (5) 1.4.1工程地质 (5) 1.4.2水文地质 (6) 1.4.3穿越铁路地段所处地层 (7) 1.5盾构区间穿越施工对铁路的影响及控制标准 (8) 1.6数值模拟 (9) 1.6.1盾构区间下穿北站站国铁线路模拟分析 (9) 1.6.2盾构区间侧穿京津城际桩基模拟分析 (11) 第二章试验段施工要点 (14) 第三章盾构机适应性分析及改造 (15) 3.1盾构机选型 (15) 3.2盾构机改造 (17) 3.2.1刀盘中心清洗系统改造 (17) 3.2.2二次注浆系统改造 (18) 第四章盾构下穿北站股道及京津城际掘进参数控制 (20) 4.1土压的控制 (20) 4.2推进速度及推力设定 (20) 4.3掘进方向的控制 (21) 4.4以平衡的推力、速度、扭矩控制掘进 (21) 4.5出土量的控制 (22) 4.6同步注浆的注浆量和压力的控制 (22) 第五章盾构下穿北站股道及京津城际铁路沉降控制措施 (24) 5.1盾构掘进沉降机理 (24)
隧道二次衬砌专项施工方案
XXX省XXXX（XXX界）至XXXX公路XX隧道二次衬砌专项施工方案 编制： 复核： 批准：
XX隧道二次衬砌专项施工方案 一、编制依据及原则 1、编制依据： xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx合同《两阶段施工图设计》施工设计图纸； 《公路工程质量检验评定标准》JTG F80/1-2004； 《公路隧道施工技术规范》JTG F60-2009； 《河北省茅荆坝（蒙冀界）至承德公路施工标准化实施细则》；本公司历年来积累的施工经验，施工管理、技术与质量管理水平，技术装备实力和各专业人才技术条件。 2、编制原则： 科学组织施工，满足建设单位对本工程工期、质量、安全等方面要求，合理进行施工组织安排，充分利用各种条件，确保工程顺利施工和保证施工安全。根据本工程施工特点建立适合本工程的管理机构和质量体系，满足于本项目质量、安全目标顺利实现。 二、工程概况 1、本合同系XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX合同段，全长7.113Km。XX隧道为分离式隧道，右线起讫桩号K64+252～K67+162，总长2910m，其中Ⅲ级围岩1670m，Ⅳ级围岩930m，Ⅴ级围岩310m；左线起讫桩号ZK64+248.9～ZK67+194，总长2945.1m，其中Ⅲ级围岩1670m，Ⅳ级围岩950m，Ⅴ级围岩325.1m。洞门形式为端墙式。项目区属亚湿润中温带大陆性季风气候，四季分明，雨热同季，季风显著，水流受季节影响较大。该区域年蒸发量1838.7mm,年平均日照2800-2900h,无霜期150d，气象条件造成每年有效施工期较短。 2、隧道结构设计 隧道按新奥法原理设计，结构采用锚、网、喷、钢拱架组成初期支护与二次模筑砼相结合的复合式衬砌型式；二衬采用C30防水砼，抗渗等级不小于S8。仰拱采用普通C25砼。隧道主洞、紧急停车带内轮廓一般采用三心圆、曲边墙形式；拱墙采用1.5mm厚复合式防水卷材 2.3人员组织概况 管理人员10人、开挖班40人、支护班60人、模板班40人、二次衬砌班40人。 三、总体施工方案 3.1 总体施工安排