第一篇：地鐵盾構(gòu)隧道課程設(shè)計(jì)說明書

柱下獨(dú)立基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)

計(jì)算書

[基礎(chǔ)工程] 課程設(shè)計(jì)

姓

名：

學(xué)

號(hào)：

班

級：

指導(dǎo)教師：

吳興征

課程編號(hào)：141238 總學(xué)時(shí)：1.5周周學(xué)時(shí)：40h學(xué)分：1.0 適用年級專業(yè)（學(xué)科類）：三年級，土木工程專業(yè) 開課時(shí)間：2017-2018 學(xué)年春學(xué)期

河北大學(xué)建筑工程學(xué)院

2018年6月

基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)

姓名

學(xué)號(hào)

目錄

第一章

課程題目介紹...........................................................................................1 第二章

荷載計(jì)算...................................................................................................3 第三章

內(nèi)力計(jì)算...................................................................................................5 第五章

施工圖繪制...............................................................................................6 參考資料...................................................................................................................7

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第一章

課程題目介紹

如圖1所示，為一軟土地區(qū)地鐵盾構(gòu)隧道橫斷面，有一塊封頂塊K，兩塊鄰接塊L，兩塊標(biāo)準(zhǔn)塊B以及一塊封底塊D六塊管片組成，襯砌外D0?6200mm，厚度t?350mm，采用通縫拼裝，地層基床系數(shù)k?20000kN/m3?；炷翉?qiáng)度為C50，環(huán)向螺栓為5.8級（可用8.8級）M30，管片裂縫寬度允許值為0.2mm，接縫張開允許值為3mm。地面超載為20kPa。試計(jì)算襯砌受到的荷載，并用荷載-結(jié)構(gòu)法按均質(zhì)圓環(huán)計(jì)算襯砌內(nèi)力，畫出內(nèi)力圖，并進(jìn)行隧道抗浮、管片局部抗壓、裂縫、接縫張開等驗(yàn)算及一塊標(biāo)準(zhǔn)管片配筋計(jì)算。

q=20kN/m250010001500人工填土????kN/m3褐黃色粘土??????kN/m38KL1738L273B2***53500灰色砂質(zhì)粉土??????kN/m3灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土????kN/m3c=12.2kPa ?????B1138D***502925灰色淤泥質(zhì)粘土??????kN/m3c=12.kPa ????? 圖1 軟土地區(qū)地鐵盾構(gòu)隧道橫斷面

說明：

1）灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土上層厚度1350mm，根據(jù)后3位學(xué)號(hào)ABC調(diào)整，1350?ABC?50基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)

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學(xué)號(hào)

（mm），故在本設(shè)計(jì)中灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土上層厚度取為：1350?65?50?4600mm。

2）采用慣用修正法進(jìn)行內(nèi)力的計(jì)算。3）課程設(shè)計(jì)計(jì)算書、圖Email形式提交。

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第二章

荷載計(jì)算

計(jì)算時(shí)，統(tǒng)一單位：kN、m；水的重度為：?w?10kN/m3；其中C50混凝土的彈性模量?。篍?3.45?107kPa，??26kN/m3；襯砌圓環(huán)厚度取：h?350mm，襯砌圓環(huán)彎剛度：。

其中由于在計(jì)算荷載與襯砌內(nèi)力時(shí)，所使用公式是建立在線彈性體系的理論基礎(chǔ)上，所計(jì)算得出的內(nèi)力值與荷載成線性相關(guān)，所以可以在進(jìn)行荷載內(nèi)力組合之前的荷載計(jì)算時(shí)就考慮荷載的分項(xiàng)系數(shù)，從而使得在計(jì)算各個(gè)分項(xiàng)荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力值時(shí)，就已經(jīng)考慮了荷載的分項(xiàng)系數(shù)，則在荷載的組合效應(yīng)分析中，可以直接將荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力值進(jìn)行組合，不需要再次考慮荷載的分項(xiàng)系數(shù)！

圖4中的細(xì)實(shí)線示意了荷載位移測試數(shù)據(jù)經(jīng)過擬合后的雙曲線。

1200040%Q(KN)70%Q(KN)100%Q(KN)均值線中值線最優(yōu)分布順義Q(kN)***000100001020s(mm)3040

圖4 給定荷載相應(yīng)沉降量的概率密度分布、均值和中值曲線

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表2給出y值分別服從正態(tài)和最優(yōu)分布時(shí)的模型參數(shù)值。

表2 給定條件下各場地y值假定服從正態(tài)分布與最優(yōu)分布時(shí)的模型參數(shù)

分布類型 正態(tài)分布 最優(yōu)分布 灌注樁 CFG樁 錨桿 灌注樁 CFG樁 錨桿 場地

40%Qmax

給定荷載Q(KN)

70%Qmax

100%Qmax

參數(shù)1 參數(shù)2 參數(shù)1 參數(shù)2 參數(shù)1 參數(shù)2 2.1 4.54 1.1 0.73 4.92

0.28 1.07 0.09 0.13 4.96

4.3 8.98 2.31 9.21 8.98 0.84

0.55 1.82 0.12 4.53 1.82

7.43 14.94 4.12 9.43 2.69

1.02 2.84 0.22 7.85 0.19 68

189.54 171.74 0.05 280.33 備注：參數(shù)1和參數(shù)2對于正態(tài)分布為均值和標(biāo)準(zhǔn)差；對數(shù)正態(tài)分布分別為對數(shù)均值和對數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差；伽瑪分布為形狀和尺度參數(shù)；威布爾分布為形狀和比率參數(shù)；耿貝爾分布為a和b。

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第三章

內(nèi)力計(jì)算

在以上計(jì)算出襯砌圓環(huán)所受到的荷載后，可以采用慣用修正法進(jìn)行襯砌圓環(huán)的內(nèi)力計(jì)算。其中襯砌圓環(huán)內(nèi)力計(jì)算公式如下。

該模型包含兩個(gè)參數(shù)h1和h2，可寫為：

Q?S

h1?h2S

（1）

式中S為位移量，單位為（mm）；Q為荷載值，單位為（KN）；h1和h2是雙曲線擬合參數(shù)的荷載位移曲線。這些曲線擬合參數(shù)在物理上是有意義的，h1和h2的倒數(shù)分別等于初始斜率和漸近值。

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第五章

施工圖繪制

根據(jù)設(shè)計(jì)與計(jì)算結(jié)果，繪制出CAD圖紙兩張（見附件），其中圖紙包括襯砌圓環(huán)構(gòu)造圖一張、標(biāo)準(zhǔn)管片B構(gòu)造圖一張：

圖紙簡略情況如圖7所示。

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參考資料

[1] 趙明華, 徐學(xué)燕, 鄒新軍.基礎(chǔ)工程（第三版）.高等教育出版社, 2017.[2] 周景星, 李廣信, 張建紅, 虞石民, 王洪瑾.基礎(chǔ)工程（第二版）.清華大學(xué)出版社.2015.注意事項(xiàng)：

[1] 所有圖形要有圖標(biāo)題，放在圖形的下面。并在正文中引出。比如，荷載-沉降曲線如圖3所示（請不要使用圖3-2等編號(hào)，全文統(tǒng)一編號(hào)，表格也類似）。

然后下面插入圖形

[2] 所有表格要有表標(biāo)題，放在表格的上面。并在正文中引出。比如，荷載-沉降的計(jì)算成果如表12所列。

[3] 不允許在正文引述中出現(xiàn)，如上圖，如下表等表達(dá)。要具體引出圖表編號(hào)。[4] 每一章要重新開始一頁，也就是在每一章的最后插入分頁符即可。[5] 所有公式的要采用公式編輯器

完成輸入，盡量（課上已強(qiáng)調(diào)過）不要使用插入 的形式。

具體參見文件141238S HBUWu FE 741 word formula and symbol.doc。

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第二篇：上海地鐵盾構(gòu)隧道縱向變形分析

上海地鐵盾構(gòu)隧道縱向變形分析

【摘 要】隧道若發(fā)生縱向變形將嚴(yán)重影響到隧道結(jié)構(gòu)的安全。分析探討了縱向變形的發(fā)生、變化情況以及隧道結(jié)構(gòu)和防水體系所允許的縱向變形控制值。結(jié)合工程實(shí)踐,對隧道發(fā)生的典型沉降曲線規(guī)律進(jìn)行了深入的分析,其結(jié)論對有效控制隧道縱向變形具有指導(dǎo)意義?！娟P(guān)鍵詞】隧道;通縫拼裝;縱向變形;環(huán)縫;錯(cuò)臺(tái);防水;失效

至2020年,上海將建成軌道交通運(yùn)營線路達(dá)到20條、線路長度超過870 km以及540余座車站的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。這其中,以盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)為主的地下線路幾乎占到一半。控制隧道縱向變形是確保隧道結(jié)構(gòu)安全的重要因素之一。在研究隧道縱向變形時(shí),我們首先要關(guān)注這種變形是以何種方式發(fā)生、又是如何發(fā)展變化以及隧道變形控制值是多少等問題,本文對這些問題進(jìn)行了分析探討。

1、盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)和構(gòu)造設(shè)計(jì)

盾構(gòu)法隧道是由預(yù)制管片通過壓緊裝配連接而成的。與采用其它施工方法建成的隧道相比,盾構(gòu)隧道明顯的特點(diǎn)就是存在大量的接縫。1 km長的單圓地鐵盾構(gòu)隧道需要五~六千塊管片拼裝而成,接縫總長度約是隧道長度的20余倍。因此,盾構(gòu)隧道的多縫特點(diǎn)已成為隧道發(fā)生滲漏水最直接或潛在的因素之一(見圖1)。在盾構(gòu)拼裝結(jié)構(gòu)中,接縫有通縫和錯(cuò)縫之分,現(xiàn)以單圓通縫盾構(gòu)隧道為例進(jìn)行隧道縱向變形分析。1.1 盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)與構(gòu)造設(shè)計(jì) 1.1.1 管片厚度、分塊及寬度

單圓通縫隧道管片厚度350mm,管片為C55高強(qiáng)混凝土,抗?jié)B等級為1 MPa。一環(huán)隧道由6塊管片拼裝而成(一塊封頂塊F、兩塊鄰接塊L、兩塊標(biāo)準(zhǔn)塊B和一塊拱底塊D),圓心角分別對應(yīng)16°、4×65°和84°(見圖2a)。封頂塊拼裝方便,在拱底塊上布置了兩條對稱的三角形縱肋。整個(gè)道床位于拱底塊內(nèi),底部沒有縱縫,對底部環(huán)縫滲漏水有一定程度的抑制作用,可大大降低處理底部滲漏水的難度。

1.1.2 縱縫和環(huán)縫構(gòu)造

在管片環(huán)面中部設(shè)有較大的凸榫以承受施工過程中千斤頂?shù)捻斄?可有效防止環(huán)面壓損,既利于裝配施工,又易于整個(gè)環(huán)面凹凸榫槽的平整密貼,提高管片外周平整度;并可提高環(huán)間的抗剪能力,控制環(huán)與環(huán)之間的剪動(dòng),同時(shí)也可減少對盾尾密封裝置的磨損?？拷饣∶嫣幵O(shè)彈性密封墊槽,內(nèi)弧面處設(shè)嵌縫槽。環(huán)與環(huán)之間以17根M30的縱向螺栓相連,在管片端肋縱縫內(nèi)設(shè)較小的凹凸榫槽,環(huán)向管片塊與塊之間以2根M30的環(huán)向螺栓壓密相連,能有效減少縱縫張開及結(jié)構(gòu)變形,環(huán)、縱向螺栓均采用熱浸鋅或其它防腐蝕處理。

這種構(gòu)造設(shè)計(jì)使得隧道在拼裝完成后形成具有一定剛度的柔性結(jié)構(gòu),環(huán)向面之間以及縱向面之間可以達(dá)到平整密貼裝配,既能適應(yīng)一定的縱向變形能力,又能將隧道縱向變形控制在滿足列車運(yùn)行及防水要求的范圍內(nèi);同時(shí),滿足結(jié)構(gòu)受力、防水及耐久性要求。

錯(cuò)縫拼裝與通縫拼裝略有不同,其拼裝方式是隔環(huán)相同,拱底塊不設(shè)三角肋,在道床底部有一條縱縫, 6塊管片所對應(yīng)圓心角分別為20°、2×68.75°、3×67.5°(見圖2b)。不論是通縫還是錯(cuò)縫拼裝,隧道總體上呈“環(huán)剛縱柔”的特點(diǎn)。

1.2 裝配隧道對縱向變形的適應(yīng)性分析

錯(cuò)臺(tái)是指兩環(huán)隧道之間發(fā)生的徑向相對位移,隧道縱向變形的適應(yīng)性是指在保障隧道結(jié)構(gòu)安全前提下各組成構(gòu)件所允許的最大環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量。從以下幾方面分析各自對環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量的適應(yīng)情況。1.2.1 環(huán)面構(gòu)造對錯(cuò)臺(tái)量的適應(yīng)性

如圖3a示,在管片環(huán)面中部設(shè)了較大的凹凸榫槽。因環(huán)面裝配部位的凹槽比凸榫稍大,存在約8mm的極限裝配余量,可允許凸榫在凹槽內(nèi)沿著徑向作微量移動(dòng)或滑動(dòng)。這種環(huán)面間的相對移動(dòng)表現(xiàn)在隧道壁上就是錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象(見圖3)。無論環(huán)面凹凸榫槽的初始裝配關(guān)系如何,當(dāng)環(huán)間錯(cuò)臺(tái)達(dá)到4~8mm時(shí),凸榫的頂部邊緣將與凹槽的底部邊緣相接觸,若繼續(xù)發(fā)生錯(cuò)臺(tái),凹凸榫槽將發(fā)生剪切。應(yīng)當(dāng)說環(huán)面上設(shè)置的凹凸榫槽對提高環(huán)間的抗剪切能力是有益的。從環(huán)面構(gòu)造可知,當(dāng)環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量超過4~8mm時(shí),環(huán)面縫隙將按線性張開。所以, 4~8 mm錯(cuò)臺(tái)量應(yīng)是環(huán)面裝配和錯(cuò)臺(tái)的控制值。1.2.2 密封墊對錯(cuò)臺(tái)量的適應(yīng)性

在環(huán)面上靠近外壁約30 mm處設(shè)有密封墊(現(xiàn)多為三元乙丙橡膠材料),按照設(shè)計(jì)構(gòu)想,理想裝配條件下密封墊徑向?qū)挾鹊闹丿B達(dá)23 mm,并可抵御環(huán)面間張開4~6 mm而不會(huì)發(fā)生滲漏水。通過對密封墊試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算分析發(fā)現(xiàn),當(dāng)環(huán)面之間發(fā)生錯(cuò)臺(tái)時(shí),密封墊表現(xiàn)出復(fù)雜的形狀,不同部位呈拉壓剪等十分復(fù)雜的受力狀態(tài)。從理論上講,當(dāng)環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量為4~8 mm(甚至更大一些)時(shí)兩塊壓緊狀態(tài)的密封墊是不會(huì)產(chǎn)生滲漏水的。由于環(huán)面上的密封墊不是完整的(分別粘貼在12塊不同管片上),裝配后單側(cè)整環(huán)密封墊長達(dá)19.415 m,且存在許多棱角組合,加之防水材料質(zhì)量及施工技術(shù)條件等制約因素,多數(shù)滲漏水發(fā)生在錯(cuò)臺(tái)量<8 mm(甚至更小)的情況下(見圖4)。

1.2.3 螺栓孔和螺栓對錯(cuò)臺(tái)量的適應(yīng)性

為便于管片拼裝緊固,一般螺栓孔設(shè)計(jì)的要比螺栓稍大,螺栓孔徑為35mm,螺栓直徑為30 mm,在管片拼裝或產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)時(shí)可允許螺栓適當(dāng)調(diào)整。當(dāng)環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量較小時(shí),螺栓會(huì)隨管片發(fā)生移動(dòng),螺栓拉伸量相當(dāng)有限。不論螺栓與螺栓孔的初始裝配關(guān)系如何,在錯(cuò)臺(tái)量達(dá)到6~12 mm后,螺栓孔與螺栓的對應(yīng)位置關(guān)系都趨于極限,螺栓將發(fā)生拉彎,同時(shí)對手孔部位的混凝土產(chǎn)生壓剪作用。因手孔部位增強(qiáng)了配筋,螺栓會(huì)在手孔部位的混凝土壓壞之前先于拉壞。

通過以上分析可知,隧道環(huán)面構(gòu)造、防水體系及螺栓等在隧道發(fā)生變形過程中所起的作用不盡相同,對錯(cuò)臺(tái)量的適應(yīng)性也并不完全一樣。但將它們裝配成一條完整的隧道后就必須要求管片間的變形要協(xié)調(diào),即只有當(dāng)錯(cuò)臺(tái)量同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)抗剪、螺栓受拉及防水有效等要求時(shí),隧道安全才有保障。受管片制作、拼裝施工、密封墊質(zhì)量等因素的影響,通常在隧道投入運(yùn)營之初,環(huán)縫、十字縫或管片接縫處就已發(fā)生了滲漏水,隧道在施工過程中已經(jīng)用掉了大部分結(jié)構(gòu)變形和防水預(yù)留量,而留給運(yùn)營期間允許發(fā)生的變形余量非常少。因此,綜合多方面因素,將環(huán)面間的錯(cuò)臺(tái)量控制在4~8mm即可保障隧道的安全。

2、隧道縱向變形分析

在隧道防水設(shè)計(jì)中,一般取縱縫和環(huán)縫張開量來確定密封墊的性能,彈性密封墊在隧道張開量達(dá)到4~6 mm時(shí)還具有防水能力。但隧道縱向變形究竟是以隧道頂?shù)撞縿傂詮堥_方式還是以環(huán)面錯(cuò)臺(tái)方式進(jìn)行的?或是兩者兼之?下面分別對兩種情形進(jìn)行討論分析。

2.1 假定隧道縱向變形是以剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的方式進(jìn)行的

將單環(huán)隧道假定為一個(gè)理想的剛體,允許環(huán)與環(huán)之間發(fā)生小角度θ的剛體轉(zhuǎn)動(dòng),隧道頂(底)部張開量Δ,形成隧道縱向沉降變形(見圖5)。當(dāng)隧道發(fā)生沉降時(shí),隧道頂部壓緊,底部張開(或閉合)量Δ;反之,隧道頂部張開Δ,底部壓緊。根據(jù)剛體轉(zhuǎn)動(dòng)幾何條件,隧道環(huán)寬w、直徑D、環(huán)間張開(或閉合)量Δ及隧道縱向沉降曲線半徑R之間有如下幾何關(guān)系:

當(dāng)取環(huán)寬為1.0 m、隧道外徑為6.2 m,隧道縱向沉降(或隆起)與環(huán)縫張開關(guān)系見表1。若依此計(jì)算,當(dāng)環(huán)縫張開量為6 mm時(shí),隧道防水已經(jīng)失效。但在隧道實(shí)際變形中,如此小沉降半徑(甚至更小)是存在的,但防水體系并沒有發(fā)生失效現(xiàn)象。這說明將隧道縱向變形視作整環(huán)隧道剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的假定與隧道實(shí)際發(fā)生的縱向變形有著較大出入。在已建隧道中,隧道長度與直徑之比L/D>150,隧道縱向端點(diǎn)與車站錨固聯(lián)結(jié),車站剛度較大,而且隧道與周圍土層之間存在一定的抗剪力,對隧道沿縱向移動(dòng)有較大約束,加之管片之間螺栓緊固作用等,對隧道整環(huán)發(fā)生剛體轉(zhuǎn)動(dòng)或沿縱向產(chǎn)生較大的水平位移(縫隙)起到極大約束作用。一般情況下,沿隧道縱向難以產(chǎn)生較大的環(huán)間縫隙或剛體轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2 假定隧道縱向變形是以環(huán)間錯(cuò)臺(tái)方式進(jìn)行的

從上述分析得知,隧道環(huán)與環(huán)之間可以發(fā)生小量級的錯(cuò)臺(tái)而不破壞隧道的安全性,假定隧道縱向變形曲線視作是由環(huán)與環(huán)之間發(fā)生不同錯(cuò)臺(tái)而形成的,現(xiàn)分析沉降曲線為等圓的錯(cuò)臺(tái)情況。將最下部的一環(huán)定為第1環(huán),稱之為基準(zhǔn)點(diǎn),第1環(huán)隧道底部與沉降曲線最低點(diǎn)之間沉降差定義為初始錯(cuò)臺(tái)變形δ1,第2環(huán)與第1環(huán)之間的錯(cuò)臺(tái)變形量δ2,第i環(huán)隧道與i-1環(huán)之間的錯(cuò)臺(tái)變形量δi。根據(jù)圖6a示,第一環(huán)的初始錯(cuò)臺(tái)量為δ1,則有:

根據(jù)表2和圖6分析可知:①沉降曲線半徑越大,沉降影響范圍越大,環(huán)間錯(cuò)臺(tái)發(fā)展速度越緩慢;反之,沉降曲線半徑越小,沉降影響范圍越小,環(huán)間錯(cuò)臺(tái)發(fā)展就越快(即錯(cuò)臺(tái)很快就超出安全控制值)。②沉降曲線半徑越大,沉降范圍內(nèi)的累積沉降量越大。由式(3)可以看出,即使環(huán)間的錯(cuò)臺(tái)量是一個(gè)較小的數(shù)據(jù),但在一個(gè)較大范圍的隧道累計(jì)變形量來說仍然很可觀。③即使在等半徑沉降曲線上,不同距離的環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量是不同的。由式(2)可知,距離基準(zhǔn)點(diǎn)越遠(yuǎn),環(huán)與環(huán)之間的錯(cuò)臺(tái)變形量就越大。

隧道安全取決于隧道結(jié)構(gòu)和防水體系的安全,通過對隧道的長期現(xiàn)場監(jiān)護(hù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn),隧道結(jié)構(gòu)沉降變形和防水之間又是相互影響和相互促進(jìn)的,隧道滲漏水會(huì)引起隧道變形加大,隧道變形加大又會(huì)加劇隧道滲漏水,形成惡性循環(huán)。

在隧道發(fā)生滲漏水的許多部位,沉降曲線半徑超過15 000m,滿足隧道縱縫張開的設(shè)計(jì)要求;在發(fā)生較大沉降變形區(qū)段,沉降曲線半徑遠(yuǎn)小于15 000m,隧道沒有發(fā)生滲漏水,也未發(fā)現(xiàn)隧道頂?shù)撞康霓D(zhuǎn)動(dòng)張開;在幾處發(fā)生過險(xiǎn)情的隧道區(qū)間,隧道沉降半徑遠(yuǎn)小于500 m,發(fā)生漏水的整環(huán)隧道多位于沉降曲線的直線段,個(gè)別環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量達(dá)數(shù)厘米,在隧道內(nèi)壁上表現(xiàn)為明顯錯(cuò)臺(tái)形式。理論分析和隧道發(fā)生滲漏水的實(shí)際情況都證明了隧道縱向變形方式是以環(huán)間錯(cuò)臺(tái)方式進(jìn)行的,將隧道縱向沉降曲線視作是由一系列環(huán)間錯(cuò)臺(tái)構(gòu)成的這一假定是合理的。

2.3 隧道縱向變形過程分析 在隧道發(fā)生沉降(隆起)后,隧道總長度增加,沉降變化越多,變化量越大,隧道總長度增加量就越大。當(dāng)錯(cuò)臺(tái)量較小時(shí),隧道縱向增加量較小,可用下式來表達(dá):

當(dāng)錯(cuò)臺(tái)量超過4~8 mm時(shí),隧道縱向長度計(jì)算還應(yīng)考慮縱向環(huán)面縫隙的增加量w0。下面根據(jù)不同程度的錯(cuò)臺(tái)量對隧道結(jié)構(gòu)安全和防水影響進(jìn)行分析:(1)當(dāng)環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量為1~4 mm時(shí),這個(gè)量級的錯(cuò)臺(tái)可以通過隧道環(huán)面構(gòu)造設(shè)計(jì)本身加以調(diào)整,但會(huì)對密封墊產(chǎn)生一定的拉壓作用。從幾何意義上講,變形前密封墊徑向重疊厚度至少可達(dá)約23 mm,發(fā)生錯(cuò)臺(tái)后密封墊仍可保持約19 mm的重疊厚度。根據(jù)式(4)計(jì)算,若錯(cuò)臺(tái)為1 mm,單環(huán)隧道增加長度0.005 mm;若環(huán)間錯(cuò)臺(tái)4 mm,單環(huán)隧道增加長度0.008 mm。這個(gè)量級的小錯(cuò)臺(tái)量引起隧道縱向長度的增加非常小,環(huán)間縫隙寬度不增加。

隨著環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量的增大,密封墊不同部位表現(xiàn)為十分復(fù)雜的拉壓剪等受力狀態(tài),密封墊一般不會(huì)發(fā)生滲漏水現(xiàn)象,但環(huán)面間的防水能力在一定程度上被大大削弱,隧道發(fā)生滲漏水的概率大為增加?？v向連接螺栓或?qū)⑦M(jìn)一步發(fā)揮抗拉作用,對手孔部位的混凝土施加低水平的壓剪作用。

(2)當(dāng)環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量達(dá)4~8 mm時(shí),即在前一階段變形基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)生錯(cuò)臺(tái)4 mm(見圖3b)。不論環(huán)面凹凸榫槽最初裝配位置如何,此刻凹凸榫槽處在極端配合狀態(tài),凸榫頂邊緣與凹槽底邊緣相接觸,凹凸榫槽直接發(fā)生剪切,螺栓也處在進(jìn)一步拉緊狀態(tài),密封墊的變形和受力狀態(tài)也隨錯(cuò)臺(tái)量的加大而加劇,但密封墊徑向重疊厚度仍可達(dá)15 mm。根據(jù)式(4)計(jì)算,若錯(cuò)臺(tái)達(dá)到4~8 mm,單環(huán)隧道長度增加將達(dá)0.032 mm。這個(gè)級別的錯(cuò)臺(tái)引起隧道總長度的增加量依然很小,環(huán)間縫隙寬度不增加,但密封墊之間、密封墊與管片之間都可能會(huì)直接發(fā)生滲漏水現(xiàn)象,環(huán)間防水能力被極大削弱,隧道發(fā)生滲漏水的幾率成倍增加,必須引起警惕,采取措施控制錯(cuò)臺(tái)的進(jìn)一步發(fā)展。

(3)當(dāng)環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量達(dá)8~13 mm時(shí)(見圖3c),環(huán)面凹凸榫槽已發(fā)生直接剪切,凹凸榫槽局部會(huì)出現(xiàn)裂縫,而導(dǎo)致防水失效,這個(gè)錯(cuò)臺(tái)量會(huì)引起環(huán)面凹凸榫槽出現(xiàn)“艱難爬坡”現(xiàn)象,環(huán)間縫隙呈線性擴(kuò)大,螺栓被拉流。盡管密封墊徑向重疊厚度仍有10~15 mm,但因管片局部發(fā)生破壞、環(huán)面間縫隙超過防水標(biāo)準(zhǔn)而失去防水作用。根據(jù)式(4)計(jì)算,若環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量達(dá)到13mm,隧道長度增加迅速,單環(huán)隧道增加量也達(dá)13.083mm,環(huán)縫張開量將迅速增加超過6 mm,環(huán)間防水體系基本失效,將會(huì)有大量水土流入隧道,環(huán)縫漏水嚴(yán)重。圖7是整環(huán)隧道發(fā)生豎向錯(cuò)臺(tái)示意圖,當(dāng)環(huán)間發(fā)生豎向錯(cuò)臺(tái)時(shí),依附于管片上的密封墊將隨同管片一起發(fā)生錯(cuò)臺(tái)。在隧道頂?shù)撞课诲e(cuò)臺(tái)最為顯著,其它部位并不明顯,但此時(shí)環(huán)面上凹凸榫槽還處在咬合狀態(tài),錯(cuò)臺(tái)將呈直線方式發(fā)展。隧道處于此種狀態(tài)十分危險(xiǎn),若變形繼續(xù)發(fā)展,后果不堪設(shè)想。

(4)當(dāng)環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量為13~23 mm時(shí)(見圖3d),環(huán)面間持續(xù)剪切導(dǎo)致凹凸榫槽結(jié)構(gòu)進(jìn)一步破壞,防水體系完全失效,凹凸榫槽還處在咬合狀態(tài),錯(cuò)臺(tái)將呈線性發(fā)展直至結(jié)構(gòu)失穩(wěn),尤其當(dāng)隧道下臥土層是砂性土層的狀況時(shí)風(fēng)險(xiǎn)性更大。

分析表明:①若錯(cuò)臺(tái)量在幾毫米以內(nèi),隧道總長度增加量很少,環(huán)間縫隙寬度并不增加,隧道結(jié)構(gòu)安全尚處在可控狀態(tài),但會(huì)大大削弱密封墊的防水效果;②若錯(cuò)臺(tái)量超過環(huán)面凹凸榫槽配合極限之后,環(huán)間縫隙按線性發(fā)展,管片會(huì)發(fā)生破損、防水失效等現(xiàn)象,給隧道安全帶來災(zāi)難性威脅。因此,徑向錯(cuò)臺(tái)的增加不僅會(huì)引起隧道環(huán)面發(fā)生剪切,還將導(dǎo)致隧道縱向水平位移(環(huán)面縫隙)的增加。

以上僅是對隧道豎向發(fā)生徑向錯(cuò)臺(tái)進(jìn)行分析,實(shí)際上隧道發(fā)生縱向變形遠(yuǎn)比此復(fù)雜。隧道在裝配完成受力后其環(huán)面并不是一個(gè)真圓,環(huán)面凹凸榫槽的裝配關(guān)系隨之發(fā)生變化,這些變形會(huì)沿著隧道縱向進(jìn)行傳遞,隧道縱向和橫向變形在一定范圍內(nèi)相互影響。

3、隧道縱向變形典型曲線及工程實(shí)例 3.1 隧道縱向沉降典型曲線

圖8是典型縱向沉降曲線,沉降曲線呈對稱漏斗型。一半曲線是一條反S沉降曲線,曲線的上部向下彎曲,下部向上彎曲,中間呈直線段變化?？蓪⑶€劃分成三段,現(xiàn)逐一分析如下: 第一段為向下彎曲段(沉降加速段)。該段隧道受擾動(dòng)影響較小,環(huán)間錯(cuò)臺(tái)較小,縱向變形量小,環(huán)與環(huán)之間的錯(cuò)臺(tái)迅速變大,環(huán)間縫隙基本上沒有張開,也不發(fā)生滲漏水,此階段的縱向變形累計(jì)量較小。

第二段為直線變形段(沉降均速段)。該階段隧道受擾動(dòng)影響較大,該段環(huán)與環(huán)之間的錯(cuò)臺(tái)量較大,凹凸榫槽相扣處在剪切狀態(tài),錯(cuò)臺(tái)基本上呈直線型發(fā)展,沒有明顯彎曲,縱向沉降累積量迅速變大,環(huán)間縫隙防水失效,有大量水土涌入隧道。

第三段為向上彎曲段(沉降減速段),也是最后一個(gè)階段。該段環(huán)與環(huán)之間的錯(cuò)臺(tái)變形由大變小,曲線呈向上彎曲狀,此階段的縱向累計(jì)沉降量達(dá)到最大。

近年來發(fā)生的幾起隧道險(xiǎn)情大沉降與上述隧道縱向變形曲線非常吻合。3.2 工程實(shí)例

(1)圖9是上海軌道交通2號(hào)線某停車場出入庫線下行線隧道泵站發(fā)生事故后形成的沉降曲線。因泵站施工引起隧道大量漏水漏砂,隧道發(fā)生了較大錯(cuò)臺(tái)變形,個(gè)別環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量達(dá)到數(shù)厘米,最大累計(jì)沉降量達(dá)26 cm,后經(jīng)及時(shí)搶險(xiǎn)才得以控制隧道危情。

(2)4號(hào)線大連路區(qū)間隧道因結(jié)構(gòu)存在固有缺陷導(dǎo)致隧道漏水漏砂,環(huán)間發(fā)生了較大錯(cuò)臺(tái)沉降,縱向累計(jì)和差異沉降變形都很大,環(huán)間發(fā)生錯(cuò)臺(tái)量達(dá)到3~5 mm,累計(jì)沉降達(dá)9 cm,影響范圍超過100m,后經(jīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)搶險(xiǎn)并最終得到根治。環(huán)間過大的錯(cuò)臺(tái)變形勢必會(huì)引起隧道結(jié)構(gòu)開裂,導(dǎo)致隧道受損或破壞,防水體系失效,給隧道結(jié)構(gòu)安全帶來直接威脅,多處隧道發(fā)生的縱向大變形驗(yàn)證了這一變形過程。

4、結(jié)語

本文通過對地鐵盾構(gòu)隧道縱向變形進(jìn)行分析,得到如下結(jié)論:(1)地鐵盾構(gòu)隧道縱向變形基本上是以徑向錯(cuò)臺(tái)方式進(jìn)行的。

(2)徑向錯(cuò)臺(tái)的增加不僅會(huì)引起隧道環(huán)面發(fā)生剪切,同時(shí)會(huì)引起環(huán)縫間隙按線性發(fā)展,導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)損壞、防水失效。必須嚴(yán)格控制各類因素引起的環(huán)間錯(cuò)臺(tái)量。

(3)研究了不同沉降曲線半徑的環(huán)間錯(cuò)臺(tái)變化規(guī)律,等半徑沉降曲線上不同位置的錯(cuò)臺(tái)量是不同的。結(jié)合工程險(xiǎn)情研究了典型的隧道沉降曲線。

(4)隧道安全與隧道結(jié)構(gòu)變形和防水密切相關(guān),防水的成敗關(guān)系到其長久安全,“見水就堵”是十分重要的。這些分析結(jié)論進(jìn)一步加深了對隧道發(fā)生沉降方式和變形控制值的認(rèn)識(shí),對指導(dǎo)地鐵盾構(gòu)隧道安全監(jiān)控具有重要的意義。

第三篇：淺析地鐵盾構(gòu)隧道的施工測量管理

淺析地鐵盾構(gòu)隧道的施工測量管理

呂宏權(quán)

（中鐵隧道集團(tuán)有限公司第一工程處 河南 新鄉(xiāng) 453000）

摘要：本文通過廣州地鐵二號(hào)線三元里～火車站區(qū)間、南京地鐵南北線一期工程南京站～許府巷～玄武門區(qū)間隧道盾構(gòu)施工的測量過程實(shí)施，總結(jié)出地鐵盾構(gòu)隧道施工測量管理的幾點(diǎn)體會(huì)。關(guān)鍵詞：地鐵 盾構(gòu)隧道 施工測量 管理 1 前言

進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，城市地鐵建設(shè)發(fā)展迅猛，用盾構(gòu)法修建的地鐵區(qū)間隧道也呈上升趨勢。地鐵盾構(gòu)隧道施工技術(shù)含量高、防滲漏、快速安全，但要求準(zhǔn)確度高，盾構(gòu)機(jī)只能從預(yù)埋好鋼環(huán)的洞門進(jìn)出，并且盾構(gòu)機(jī)只能前進(jìn)、不能后退，這給地鐵盾構(gòu)隧道施工測量技術(shù)對地下線性工程的控制提出了更高的要求。從現(xiàn)以營運(yùn)的廣州地鐵二號(hào)線三～火區(qū)間和已貫通的南京地鐵南北線一期工程南～許～玄區(qū)間隧道的測量過程實(shí)施看，地鐵盾構(gòu)隧道施工測量管理的重要性更為突出。在南京地鐵南北線一期工程許~玄區(qū)間隧道測量實(shí)施過程中，結(jié)合廣州地鐵二號(hào)線三～火區(qū)間盾構(gòu)隧道施工測量管理和南京地鐵南北線一期工程的測量技術(shù)規(guī)定，對地鐵盾構(gòu)隧道施工測量中的管理和方法作了分析、改進(jìn)、總結(jié)。2 地鐵盾構(gòu)隧道施工測量的特點(diǎn)

采用盾構(gòu)法施工的地鐵隧道，隧道工程機(jī)械化程度較高，通過電子全站儀與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，一種快速、準(zhǔn)確地測出盾構(gòu)機(jī)即時(shí)姿態(tài)的施工測量新技術(shù)、新方法——盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)導(dǎo)向系統(tǒng)被成功應(yīng)用，如英國的ZED、德國的VMT和日本的GYRO等。廣州地鐵二號(hào)線三元里～火車站區(qū)間、南京地鐵南北線一期工程南京站～許府巷～玄武門區(qū)間隧道盾構(gòu)施工采用的是德國海瑞克（HERRENKNECHT）公司制造的土壓平衡模式盾構(gòu)機(jī)。盾構(gòu)機(jī)沿設(shè)計(jì)路線向前推進(jìn)，靠與它相配套的VMT自動(dòng)測量導(dǎo)向系統(tǒng)來控制，達(dá)到盾構(gòu)推進(jìn)的線形管理。地鐵盾構(gòu)隧道施工測量管理與山嶺隧道相比，技術(shù)含量、自動(dòng)化程度高，過程也較復(fù)雜，單位測量項(xiàng)目多，測量人員素質(zhì)、測量精度要求高。3 地鐵盾構(gòu)隧道施工測量管理

地面控制測量完成后，根據(jù)測量成果、區(qū)間隧道的設(shè)計(jì)線路長度和盾構(gòu)的施工方法，進(jìn)行區(qū)間隧道的貫通誤差設(shè)計(jì)估算，根據(jù)估算結(jié)果和誤差分析后的分配情況，進(jìn)行盾構(gòu)井的聯(lián)系測量、地下控制測量的測量設(shè)計(jì)。結(jié)合區(qū)間隧道的貫通長度，根據(jù)誤差傳播定律，隧道橫向貫通中誤差、導(dǎo)線法測角中誤差二者之間的關(guān)系可以按下述公式確定： m2=±{mβ*sk/ρ}2*(n±3)/12（1）

以此來確定盾構(gòu)隧道的測量精度等級、施測參數(shù)及測量方法。式中：m為隧道橫向貫通中誤差（mm）；mβ為導(dǎo)線測角中誤差（″）；sk為兩開挖洞口間長度（mm）；

ρ為常數(shù)206265″；n為導(dǎo)線邊數(shù)；若計(jì)算洞外值時(shí)取n-3，洞內(nèi)值取n+3。依據(jù)測量設(shè)計(jì)進(jìn)行施工測量的過程管理。地鐵盾構(gòu)隧道施工測量主要包括聯(lián)系測量、洞門預(yù)埋鋼環(huán)檢查測量、盾構(gòu)機(jī)的始發(fā)定位測量、地下控制測量、盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)施工測量、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)人工復(fù)核測量、襯砌環(huán)管片拼裝檢查測量、施工測量資料管理與信息反饋、貫通誤差測量、竣工測量。南京地鐵南北線一期工程南京站～許府巷～玄武門區(qū)間，盾構(gòu)隧道長度分別為1448.607m、826.274m。在進(jìn)行地面控制測量時(shí)，把兩個(gè)區(qū)間隧道作為一個(gè)長

隧道進(jìn)行控制，平面采用光電測距精密導(dǎo)線閉合環(huán)，邊長、角度按照三等導(dǎo)線施測，導(dǎo)線環(huán)測角中誤差mβ=±0.79″,邊長相對閉合差md/D=1/1410000，達(dá)到三 等導(dǎo)線測量精度要求；高程按城市二等水準(zhǔn)測量精度mw=±4.0mm/KM進(jìn)行。地面 控制測量引起的橫向貫通中誤差為m =±0.006m小于南京地鐵南北線一期工程的測量技術(shù)規(guī)定的0.025m。3.1聯(lián)系測量 聯(lián)系測量工作通常包括地面趨近導(dǎo)線、水準(zhǔn)測量；通過豎井、斜井、通道定向測量和高程傳遞測量以及地下趨近導(dǎo)線、水準(zhǔn)測量。在地鐵施工中，根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行豎井定向可采用傳統(tǒng)的礦山測量中懸吊鋼絲的聯(lián)系三角形法；若地鐵車站面積較大、通視條件良好，可采用雙豎井投點(diǎn)法；隨著陀螺經(jīng)緯儀精度的提高，也可采用全站儀、垂準(zhǔn)儀和陀螺儀組成的聯(lián)合測量方法；當(dāng)?shù)罔F隧道埋深較淺時(shí)，則可采用地上、地下布設(shè)光電測距精密導(dǎo)線環(huán)的方法，形成雙導(dǎo)線來傳遞坐標(biāo)和方位，若隧道貫通距離較長時(shí)，還可采用在隧道上鉆孔，進(jìn)行鉆孔投點(diǎn)、加測陀螺方位角的方法。

南京地鐵南北線一期工程南～許～玄區(qū)間地鐵隧道埋深較淺，貫通距離分別為1448.607m、826.274m，聯(lián)系測量均采用光電測距精密導(dǎo)線環(huán)進(jìn)行定向。地面趨近測量和地面控制測量同時(shí)進(jìn)行，地面趨近導(dǎo)線點(diǎn)納入地面高精度控制網(wǎng)進(jìn)行平差，這樣既可減少誤差累積又提高了地面趨近點(diǎn)位的精度；定向測量和地下趨近導(dǎo)線測量也同時(shí)進(jìn)行，達(dá)到等精度控制，定向測量分別在盾構(gòu)始發(fā)、盾構(gòu)掘進(jìn)100m和距貫通面200m時(shí)獨(dú)立定向三次，三次聯(lián)系測量的地下趨近導(dǎo)線的基線邊Z5-Z2的方位角中誤差達(dá)到≤2.5″，在進(jìn)行定向測量時(shí)，地面、地下趨近導(dǎo)線控制樁點(diǎn)均采用強(qiáng)制觀測墩，消除了儀器對中誤差，導(dǎo)線網(wǎng)構(gòu)成有檢核條件的幾何圖形，坐標(biāo)和方位向下傳遞時(shí)，俯仰角控制在20o左右；高程傳遞采用鋼絲法、光電三角高程法，兩種方法相互檢核，獨(dú)立進(jìn)行三次，互差均達(dá)到≤1mm，坐標(biāo)、方位和高程的三次加權(quán)平均值指導(dǎo)隧道的貫通，每次聯(lián)系測量完成后，以書面資料上報(bào)現(xiàn)場監(jiān)理，監(jiān)理復(fù)測簽字再上報(bào)業(yè)主測量隊(duì)，業(yè)主測量隊(duì)經(jīng)復(fù)測確認(rèn)無誤后，下發(fā)采用成果坐標(biāo)通知，形成社會(huì)性的三級復(fù)核制。

3.2 洞門預(yù)埋鋼環(huán)檢查測量

洞門鋼環(huán)的安裝定位是在作車站連續(xù)墻的過程中進(jìn)行,由于車站施工往往是另一施工單位，鋼環(huán)的制作和使用是盾構(gòu)掘進(jìn)單位，因此鋼環(huán)安裝定位好后，需進(jìn)行復(fù)核檢查測量。經(jīng)雙方施工、監(jiān)理、業(yè)主測量單位復(fù)核檢查完成后，方可進(jìn)行連續(xù)墻砼的澆注，拆摸后再檢查一遍，作為最終的鋼環(huán)姿態(tài)，以此來影響盾構(gòu)機(jī)出洞時(shí)始發(fā)姿態(tài)的測量定位和進(jìn)洞時(shí)盾構(gòu)機(jī)的進(jìn)洞姿態(tài)。

3.3 盾構(gòu)機(jī)始發(fā)姿態(tài)定位測量

盾構(gòu)機(jī)始發(fā)姿態(tài)的定位主要通過始發(fā)臺(tái)和反力架的精確定位來實(shí)現(xiàn)，始發(fā)臺(tái)為盾構(gòu)機(jī)始發(fā)時(shí)提供初始的空間姿態(tài)（見圖1），反力架為鋼結(jié)構(gòu)，主要提供盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)時(shí)所需的反力，反力架的姿態(tài)直接影響盾構(gòu)機(jī)在始發(fā)階段推進(jìn)時(shí)的盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)。始發(fā)臺(tái)事先用全站儀和水準(zhǔn)儀精確定位，然后根據(jù)盾構(gòu)機(jī)的前體、中體、后體直徑的不同，沿垂直于盾構(gòu)機(jī)始發(fā)軸線方向上，在前體與刀盤連接的端面上、前中體連接處端面上、中后體連接處端面上、后體盾尾端面上作出準(zhǔn)確的里程標(biāo)記點(diǎn)，并標(biāo)注至始發(fā)軸線的支距，以此來檢查盾構(gòu)機(jī)放在始發(fā)臺(tái)上之后的姿態(tài)，一般盾構(gòu)機(jī)出洞就是便于加速的下坡地段，且始發(fā)階段不能調(diào)向，所以在始發(fā)臺(tái)定位時(shí)要預(yù)防盾構(gòu)機(jī)脫離始發(fā)臺(tái)、導(dǎo)軌和駛出加固區(qū)后容易出現(xiàn)的叩頭現(xiàn)象，因而要抬高盾構(gòu)機(jī)的始發(fā)姿態(tài)20mm左右；反力架的安裝和定位主要做到使反力架 <±2 3.4 長度可以加設(shè)副導(dǎo)線，構(gòu)成導(dǎo)線環(huán)，以便檢核，也可提高導(dǎo)線的精度。南京地鐵南北線一期工程許~玄區(qū)間長度860m，洞內(nèi)控制測量誤差估算值為0.015m，考慮洞內(nèi)軌枕和管線，布設(shè)一條直伸支導(dǎo)線，直線和半徑大于800m的曲線段導(dǎo)線邊長≥150m，測角中誤差要求達(dá)到±1.8″，測距相對中誤差達(dá)到1/60000，導(dǎo)線點(diǎn)設(shè)置為強(qiáng)制對中點(diǎn)（如圖2），用10mm的鋼板預(yù)先加工好，用三顆Φ14的膨脹螺栓錨在砼管片上，位置靠近邊墻以觀測方便為原則，避開洞內(nèi)運(yùn)渣車輛的干擾，這樣同定向測量、地下趨近導(dǎo)線一起，觀測時(shí)儀器均采用強(qiáng)制歸心，由于剛襯砌成形的砼管片不太穩(wěn)定，避免導(dǎo)線點(diǎn)的空間位置發(fā)生變化，強(qiáng)制對中點(diǎn)要距刀盤200m左右布設(shè)；水準(zhǔn)點(diǎn)可借助安裝好的管片螺栓，在螺栓頭棱角突出處作一標(biāo)記點(diǎn)，位置選在導(dǎo)線點(diǎn)附近。觀測時(shí)采用2″、2+2ppm以上的全站儀，左右角各測6測回，左右角平均值之和與360o較差≤4″，邊長往返觀測各4測回，往返觀測平均值較差≤2mm，每次延伸控制導(dǎo)線前，對已有的相鄰三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢核，幾何關(guān)系無誤后再向前傳遞，水準(zhǔn)控制點(diǎn)引測，先檢查兩個(gè)相鄰已知點(diǎn)，然后按南京地鐵南北線一期工程有3個(gè)盾構(gòu)標(biāo)，4臺(tái)盾構(gòu)機(jī)，其中3臺(tái)是德國海瑞克的土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)，該機(jī)有一套與之相配套的自動(dòng)測量控制系統(tǒng)VMT（如圖3）該系統(tǒng)主要有ELS靶、徠佧TCA系列全站儀+參考棱鏡、黃盒子、計(jì)算機(jī)（PC機(jī)）五部分組成，ELS靶安裝在盾構(gòu)機(jī)前體上，全站儀和參考棱鏡放于錨在砼管片上的吊籃上，PC機(jī)安裝了SLS-T數(shù)據(jù)交換、姿態(tài)測量、管片拼裝軟件，盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)時(shí)全站儀定時(shí)自動(dòng)發(fā)射激光至ELS靶，ELS靶接受的信息通過數(shù)據(jù)傳輸電纜傳至PC機(jī)，經(jīng)過軟件處理轉(zhuǎn)化成較為直觀的盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，在直角坐標(biāo)系中形象顯示，由于盾構(gòu)機(jī)預(yù)留的測量空間和電纜長度有限(120m)，需要不定時(shí)地進(jìn)行全站儀的搬站，即進(jìn)行施工導(dǎo)線的延伸測量。3.5.2 施工導(dǎo)線延伸測量

盾構(gòu)機(jī)的構(gòu)造形式及其預(yù)留的有限測量空間（如圖4），決定了施工導(dǎo)線只能是一條支導(dǎo)線，每次進(jìn)行施工導(dǎo)線延伸測量時(shí)，先在襯砌好管片的適當(dāng)位置安裝吊籃（如圖5），全站儀直接利用已復(fù)核的導(dǎo)線點(diǎn)測出吊籃的坐標(biāo)，然后移動(dòng)全站儀至延伸點(diǎn)，延伸點(diǎn)距刀盤的位置不能太近，以避免襯砌管片初期沉降、盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)振動(dòng)而影響延伸點(diǎn)，但是作為延伸點(diǎn)的吊籃不能立即出現(xiàn)在主控制導(dǎo)線的觀測范圍內(nèi)，只有當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)50m左右時(shí)，才能利用主控制導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行復(fù)

觀測中線、水平，只有通過其預(yù)留的有限測量空間，精確測出ELS靶下前視棱鏡的三維坐標(biāo)，將坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為棱鏡中心至盾構(gòu)機(jī)軸線的平面支距，然后與盾構(gòu)機(jī)制造時(shí)的設(shè)計(jì)值比較，此較差應(yīng)和PC機(jī)桌面上的中線、水平偏差一致，通過復(fù)核，使盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)軸線最優(yōu)化。3.7 襯砌環(huán)管片拼裝檢查、隧道凈空限界測量

襯砌環(huán)管片拼裝完成后，PC機(jī)上顯示的管片姿態(tài)是在即將安裝管片時(shí)，靠人工量取管片的盾尾間隙，然后輸入計(jì)算機(jī)，通過SLS-T的管片安裝軟件計(jì)算而

得的。由于人工操作誤差、推進(jìn)時(shí)管片承受巨大的壓力和管片背襯注漿的壓力，管片在推進(jìn)的過程中難免會(huì)發(fā)生位移，穩(wěn)定后的管片實(shí)際姿態(tài)需要用人工方法進(jìn)行檢查測量，直線上每10環(huán)、曲線上每5環(huán)檢測一次。管片姿態(tài)檢測方法較多，廣州地鐵二號(hào)線三～火區(qū)間采用的是最小二乘曲線擬合的方法，需均勻測出同一環(huán)管片上任8-12個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，從而計(jì)算出管片環(huán)的中心坐標(biāo)和環(huán)的橢圓度，這種方法受盾構(gòu)機(jī)零部件的遮擋，不易操作，而且測量工作量大、計(jì)算過程復(fù)雜；南京地鐵南京站～許府巷～玄武門區(qū)間采用的是確定管片環(huán)端面中心的平面、高程，即將一根帶有管水準(zhǔn)氣泡的5m精制鋁合金尺水平橫在管片環(huán)兩側(cè)，尺的中央就是環(huán)片的中心，然后用全站儀直接測出其中心坐標(biāo)，或者測出尺的兩端點(diǎn)坐標(biāo)，取平均值即為環(huán)片的中心坐標(biāo)；高程直接用水準(zhǔn)儀配合塔尺，測出環(huán)片中央上、下的最大讀數(shù)，算出環(huán)片的實(shí)際豎徑，然后由下部或上部高程推算即可。3.8施工測量資料管理與信息反饋

盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)時(shí)，VMT時(shí)刻都在自動(dòng)測量，PC機(jī)同時(shí)也在進(jìn)行記錄，除了人工進(jìn)行觀測和監(jiān)理、業(yè)主測量隊(duì)下發(fā)的測量資料，PC機(jī)儲(chǔ)存的大量測量資料需要定期的進(jìn)行備份，并輸出來分析檢查，特別是管片的資料，在南京地鐵許府巷~玄武門區(qū)間右線剛開始，通過拼裝管片的檢查測量，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定后的管片的高程較拼裝時(shí)高了40mm左右，有的甚至超限，幾乎每隔幾十環(huán)，就會(huì)出現(xiàn)這種情況，后來經(jīng)過仔細(xì)調(diào)查和跟蹤測量，發(fā)現(xiàn)管片在注漿后和拖出盾尾時(shí)，都要出現(xiàn)上浮，將此信息反饋給盾構(gòu)操作手，通過調(diào)整上、下管道的注漿壓力、速度（由于注的是雙液漿）和盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)時(shí)的高程，逐步解決了這一問題，并為以后掘進(jìn)提供了值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)。3.9 貫通誤差測量 地鐵隧道的貫通面一般是盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞的預(yù)留洞門端面。如南京地鐵許府巷~玄武門區(qū)間的貫通面在玄武門站洞門預(yù)埋鋼環(huán)面上，貫通時(shí)進(jìn)行了隧道的縱向、橫向、方位角和高程的誤差測量。

3.10 竣工測量

地鐵隧道完成后，要進(jìn)行竣工測量。根據(jù)≤南京地鐵南北線一期工程測量技術(shù)規(guī)定≥，南京地鐵南京站～許府巷～玄武門區(qū)間的竣工測量，主要進(jìn)行了隧道的斷面凈空、中心線、高程和隧道掘進(jìn)長度計(jì)算以及竣工測量圖的繪制。4 施工測量與盾構(gòu)施工各工序的銜接管理 在進(jìn)行盾構(gòu)隧道的各項(xiàng)施工測量過程中，測量工作常常與盾構(gòu)的其它施工工序相互交錯(cuò)進(jìn)行。進(jìn)行聯(lián)系測量，在地面趨近點(diǎn)支鏡時(shí)，盡量避開龍門吊的起吊作業(yè)時(shí)間，否則，測量時(shí)應(yīng)設(shè)2～3人，其中1人專門防護(hù)龍門吊的起吊對儀器的操作安全，也確保施工過程的正常、順利進(jìn)行；檢查預(yù)埋鋼環(huán)的測量，應(yīng)在鋼環(huán)固定后、澆注砼連續(xù)墻的腳手架搭設(shè)前進(jìn)行，測量時(shí)，設(shè)專人看護(hù)，避免機(jī)械、物體傷及人和儀器；在洞內(nèi)進(jìn)行各施工測量時(shí)，應(yīng)遵守有軌運(yùn)輸?shù)男熊嚢踩?guī)則，如：在軌道上架設(shè)登高設(shè)備進(jìn)行導(dǎo)線延伸測量、在軌道內(nèi)進(jìn)行管片的檢查測量、在盾構(gòu)機(jī)停掘，利用管片安裝的間隙時(shí)間進(jìn)行的盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)人工復(fù)核測量等，既要協(xié)調(diào)好電瓶車的行車（出碴、運(yùn)輸管片）時(shí)間，又要把握好管片的安裝及注漿時(shí)間。5 結(jié)束語

5.1地鐵盾構(gòu)隧道施工測量過程導(dǎo)線控制點(diǎn)均采用強(qiáng)制對中點(diǎn)，消除了儀器的對中誤差，同時(shí)操作方便，節(jié)省人員和時(shí)間，提高了工作效率，也便于樁點(diǎn)的保護(hù)。

第四篇：盾構(gòu)法施工地鐵隧道的防水堵漏技術(shù)

盾構(gòu)法施工地鐵隧道的防水堵漏技術(shù)

鐵工

1401班 第2組

組長：常博

組員: 趙 昶 郭相凱 王同祥

劉 鵬 袁自程

目 錄

一、國內(nèi)外隧道建設(shè)及防水情況……………………………………2

二、盾構(gòu)法隧道的防水設(shè)計(jì)…………………………………………2

1、管片結(jié)構(gòu)的自防水…………………………………………………3

2、管片外防水涂層……………………………………………………3

3、管片接縫防水………………………………………………………4

4、注漿防水……………………………………………………………7

5、盾尾防水密封………………………………………………………7

三、盾構(gòu)法隧道的堵漏………………………………………………7

1、盾構(gòu)法隧道滲漏水的原因…………………………………………8

2、盾構(gòu)法隧道滲漏水的措施…………………………………………8

四、總結(jié)………………………………………………………………9

共 9頁 第 1 頁摘 要 介紹國內(nèi)外盾構(gòu)法隧道防水堵漏的技術(shù)方法，分析隧道滲漏水的機(jī)理，總結(jié)盾構(gòu)法隧道防水堵漏技術(shù)措施，以及一些常見問題及其應(yīng)對措施。

關(guān)鍵詞 城市地鐵 防水技術(shù) 隧道防水 隧道堵漏

一、國內(nèi)外隧道建設(shè)及防水情況

國內(nèi)外已建成大量地鐵、隧道，逐步形成了較成熟的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論與工程實(shí)踐體系，但是在隧道及地下工程的防水方面認(rèn)識(shí)則相對落后。地鐵不可避免地要經(jīng)過含水量較高的地層(如上海地鐵所處地層大多為飽和含水軟粘土層)，所以必將受到地下水的有害作用。如果沒有可靠的防水、堵漏措施，地下水就會(huì)侵入隧道，影響其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與附屬管線，乃至危害到地鐵的運(yùn)營安全和降低隧道使用壽命。

盾構(gòu)隧道滲漏水的位置是管片的接縫、管片自身小裂縫、注漿孔和手孔等。其中以管片接縫處為防水重點(diǎn)。通常接縫防水的對策是使用密封材料，以西德為代表的歐洲方面，采用非膨脹合成橡膠，靠彈性壓密，以接觸面壓應(yīng)力來止水，以耐久性與止水性見長。以日本為代表的方面，則采用水膨脹橡膠，靠其遇水膨脹后的膨脹壓止水。它的特點(diǎn)是可使密封材料變薄、施工方便，但耐久性尚待驗(yàn)證。國內(nèi)主要采用水膨脹橡膠，并已開始研究開發(fā)水膨脹類材料與密封墊兩者的復(fù)合型。

二、盾構(gòu)法隧道的防水設(shè)計(jì)

一般而言，盾構(gòu)法隧道防水的原則是“以防為主、多道防線、綜合治理”。盾構(gòu)法隧道防水主要要求是在一定的水壓作用下，除了管片必須具有防水抗?jié)B能力外，更應(yīng)滿足管片環(huán)縱縫在預(yù)定張開量下的

共 9頁 第 2 頁防水能力。其防水施工的內(nèi)容主要包括：管片自防水、管片外防水涂層、管片接縫防水(彈性密封墊防水、嵌縫防水、螺栓孔防水、二次襯砌防水）、注漿防水、滲漏處理(盾尾充填注漿等)。

1、管片結(jié)構(gòu)的自防水

管片結(jié)構(gòu)自防水是防水的根本，只有襯砌管片混凝土滿足自防水的要求，隧道的防水才有了基本保證。

因此，管片結(jié)構(gòu)的自防水是盾構(gòu)法隧道防水的首要措施，在設(shè)計(jì)和施工中，主要通過滿足管片混凝土的抗?jié)B要求和管片預(yù)制精度要求來實(shí)現(xiàn)。盾構(gòu)法隧道襯砌管片多用外加劑防水混凝土，抗?jié)B可達(dá) S12以上，滲透系數(shù) K<（10～11）cm/s。管片的自防水應(yīng)在管片制作中解決，其主要要求與措施應(yīng)是：

(1)保證強(qiáng)度；

(2)生產(chǎn)時(shí)不允許產(chǎn)生裂縫；

(3)限制水泥用量，控制水灰比、坍落度，控制砂石含泥量，添加高效減水劑和活性填桃磨細(xì)粉煤灰、高爐礦碴粉或硅粉)等外摻劑；

(4)管片采用蒸氣養(yǎng)護(hù)或浸水養(yǎng)護(hù)等；

2、管片外防水涂層

管片外防水涂層需根據(jù)管片材質(zhì)而定，凡有較深裂紋的管片一般都要增加外防水涂層。對鋼筋混凝土管片而言，一般要求：

①涂層應(yīng)能在盾尾密封鋼絲刷與鋼板的擠壓磨損條件下保持完好，不損傷、抗?jié)B水；

②當(dāng)管片弧面的裂縫寬度達(dá)0.3mm 時(shí)，仍能抗0.8MPa 的水壓，共 9頁 第 3 頁長期不滲漏；

③涂層應(yīng)具有防迷流的功能，其體積電阻率、表面電阻率要高：

④涂層應(yīng)具有良好的抗化學(xué)腐蝕、抗微生物侵蝕能力和足夠的耐久性，且無毒或低毒；

⑤涂層要有良好的施工季節(jié)適應(yīng)性，施工簡便，成本低廉。

管片外防水涂層，除應(yīng)涂抹于管片背面外，還應(yīng)涂抹在環(huán)、縱面橡膠密封條外側(cè)的混凝土上。但應(yīng)指出，若管片制作質(zhì)量高，采用抗侵蝕水泥，不做外防水層也是可以的。

3、管片接縫防水

管片接縫防水是盾構(gòu)法隧道防水的核心，而管片接縫防水的關(guān)鍵是接縫面防水密封材料的采用及其設(shè)置。管片接縫防水措施主要包括：密封墊防水、嵌縫防水、螺栓孔防水、二次襯砌防水等。(1)彈性密封墊防水

在使用高精度管片的基礎(chǔ)上，采用彈性密封原理、線性密封方式、密封材料預(yù)制成型施工法，制成具有特殊斷面形式的彈性密封墊。它通常加工成框形、環(huán)形，套裹在環(huán)片預(yù)留的凹槽內(nèi)，形成線防水。彈性密封墊防水的各種要求： ① 功能要求

短期防水要求密封材料因壓縮產(chǎn)生的接觸面應(yīng)力大于設(shè)計(jì)水壓力；長期防水要求接觸面應(yīng)力不小于設(shè)計(jì)水壓力；密封墊在設(shè)計(jì)水壓力下允許張開值應(yīng)滿足下式：

?≤BD/(ρmin-0.5D)十?0 十?S------（1—1）

共 9頁 第 4 頁式中： δ--環(huán)縫中彈性防水密封墊在設(shè)計(jì)水壓力下允許的縫張開值(mm)；

ρmin--隧道縱向撓曲的最小曲率半徑(mm)； D--襯砌外徑(mm)； B--管片寬度(mm)；

??0--生產(chǎn)、施工中可能產(chǎn)生的環(huán)縫間隙(mm)；

S--鄰近建筑物引起的接縫張開值(mm)。

② 耐久性要求

包括防水功能耐久性、耐水性、耐動(dòng)力疲勞性、耐干濕疲勞性、耐化學(xué)腐蝕性等。③ 密封材料種類

可分為單一材料的、合成材料的及水膨脹的?，F(xiàn)多采用水膨脹橡膠。它大大改善了盾構(gòu)法隧道的防水性，是今后的發(fā)展方向。在設(shè)計(jì)時(shí)必須根據(jù)實(shí)際情況確定合適的膨脹倍率、膨脹時(shí)間及環(huán)境可能造成的影響。(2)嵌縫防水

嵌縫防水是以接縫彈性密封墊防水作為主要防水措施的補(bǔ)充措施。即在管片環(huán)縫、縱縫的內(nèi)側(cè)設(shè)置嵌縫槽，用止水材料在槽內(nèi)嵌填密實(shí)來達(dá)到防水目的。

嵌縫填料要求具有良好的不透水性、粘結(jié)性、耐久性、延伸性、抗老化性，特別要能與潮濕的混凝土良好結(jié)合，并具有不流墜的抗下垂性，以便在潮濕環(huán)境下進(jìn)行施工。目前多采用環(huán)氧樹脂、聚硫橡膠、共 9頁 第 5 頁聚氨脂、環(huán)氧焦油等作為嵌縫材料。

嵌縫作業(yè)在環(huán)片拼裝完成后過一段時(shí)間才能進(jìn)行，亦即在盾構(gòu)推進(jìn)力對它無影響，襯砌變形相對穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行。(3)螺栓孔防水

螺栓孔防水也是管片接縫防水的一種補(bǔ)充方式。管片拼裝完成后，若管片接縫外側(cè)的防水彈性密封墊止水效果好，一般不會(huì)從接縫內(nèi)側(cè)的螺栓孔發(fā)生滲漏。但在密封墊失效和環(huán)片拼裝精度差的部位，螺栓孔處會(huì)發(fā)生滲漏，因此，必須對螺栓孔進(jìn)行專門的防水處理。

目前，我國普遍采用橡膠、聚乙稀及合成樹脂等做成環(huán)形密封墊圈，靠擰緊螺栓時(shí)的擠壓作用充填到螺栓孔間，以達(dá)到止水的目的。在日本，采用塑料螺栓孔套管進(jìn)行防水，（4）二次襯砌防水

在管片的上述接縫防水措施不能完全滿足止水要求時(shí)，可在其內(nèi)側(cè)再澆筑一層素混凝土或鋼筋混凝土二次襯砌，構(gòu)成雙層襯砌。

二次襯砌做法各異，主要有直接在管片內(nèi)側(cè)澆筑混凝土內(nèi)襯砌；在管片內(nèi)表面先噴一層15～20mm厚的找平層后，粘貼油氈或合成橡膠類防水卷材，再在防水卷材內(nèi)側(cè)澆筑混凝土內(nèi)襯。混凝土內(nèi)襯的厚度根據(jù)防水及施工的需要確定，一般為150～300mm。

目前，大多數(shù)國家都致力于研究解決單層襯砌防水技術(shù)，逐步以單層襯砌防水取代二次襯砌防水，從而提高盾構(gòu)法隧道建造的經(jīng)濟(jì)效益。

4、注漿防水

共 9頁 第 6 頁當(dāng)管片脫 離盾尾后, 在土體與管片之間會(huì)形成一道寬度為115mm~ 14 0mm左右的環(huán)形空隙。

同步注漿的目的是為了盡快填充環(huán)形間隙使管片盡早支撐地層, 防止地 面變形過大, 同時(shí)也對后期運(yùn)營時(shí)的滲漏水有很大的作用。在盾構(gòu)法隧道施工中注漿是一道基本程序, 對注漿 的控制主要表現(xiàn) 在對注漿量、注漿壓力和注漿材料的控制。對注漿工藝也在進(jìn)行不斷的改革和創(chuàng)新。

5、盾尾防水密封

盾構(gòu)推進(jìn)中, 拼裝管片是在盾殼的保護(hù)下進(jìn)行的。為此,在盾尾和管片外壁之間間隙中裝有阻擋泥沙密封的盾尾密封裝置。盾尾密封裝置一般為刷式密封,通常設(shè)置2或3道密封.密封腔之間應(yīng)該填滿潤滑油脂等。提高密封的耐磨性。盾尾密封油脂有密封、防蝕和減少鋼絲刷(嚴(yán)格說是鋼絲刷與小彈簧鋼片 的組合)磨損的效果, 并共同阻擋土層泥砂與盾尾注漿材料 回流。

盾尾封油脂應(yīng)具有耐水壓性、耐水沖性、可泵性、與金屬附著力和保油性等。此外, 油脂應(yīng)不侵蝕橡膠密封墊,不易附著在管片混凝 土表面, 以及設(shè)有難燃型的品種.此外還必須要求盾尾密封油脂的生物降解性,以減少對環(huán)境的污染。

三、盾構(gòu)法隧道的堵漏

滲漏水調(diào)查是堵漏過程中的首要環(huán)節(jié)。調(diào)查的內(nèi)容一般側(cè)重于漏水或漏泥的位置和型式、混凝土管片的損壞情況等。主要是查清滲漏水的原因和水的滲入途徑，并由此制定滲漏水治理方案。

共 9頁 第 7 頁盾構(gòu)法圓環(huán)隧道的滲漏水治理效果很大程度上取決于堵漏作業(yè)人員的經(jīng)驗(yàn)。而缺少嚴(yán)格、正確的滲漏水調(diào)查也是堵漏失敗的一大原因，這一點(diǎn)必須得到足夠的重視。

1、盾構(gòu)法隧道滲漏水的原因

(1)管片壁后注漿的質(zhì)量差、充填不密實(shí)，不能使圍巖和襯砌整體協(xié)調(diào)受力，造成受力不均，局部變形過大，首道防水層失去作用而引起滲漏水。

(2)管片在制作時(shí)養(yǎng)護(hù)不合理、水灰比過大，出現(xiàn)氣孔和微裂紋。

(3)管片在運(yùn)輸、拼裝中受擠壓、碰撞、缺邊掉角。

(4)遇水膨脹橡膠密封墊粘貼不牢，或過早浸水使膨脹止水效果降低。

(5)管片拼裝質(zhì)量差、螺栓未擰緊，造成接縫張開過大，手孔、注漿孔等薄弱部位封孔質(zhì)量差，螺栓孔未加防水密封墊圈等。

2、盾構(gòu)法隧道滲漏水的措施

(1)對于集中成片滲漏區(qū)，宜利用環(huán)片注漿孔注漿壁后回填。即鉆穿注漿孔，再注入超細(xì)早強(qiáng)水泥漿、有溶性聚氨酯漿液等堵漏。

(2)對于管片環(huán)縫、縱縫的局部線漏、滴漏，宜采用鉆新孔環(huán)片壁后注漿堵漏。具體方法是：在滲漏嚴(yán)重處先打一小孔，直徑一般為2-3cm，插入塑料細(xì)管引排滲漏水，同時(shí)插入注漿管，向管片壁后壓注水玻璃水泥漿、聚氨酯漿等材料封堵滲漏水通道。當(dāng)確認(rèn)不滲漏水時(shí)剪斷注漿管，最后用快凝水泥封閉孔及周邊縫。

(3)對于管片裂縫引起的滲漏水，可根據(jù)裂縫寬度，按如下兩種

共 9頁 第 8 頁情況處理：

① 寬度大于0.2mm 的裂縫應(yīng)先注漿堵漏，再用氯丁膠乳、丙烯酸乳液等進(jìn)行表面涂抹封閉裂縫，這些材料具有很大的彈性、粘結(jié)性和自身強(qiáng)度，能適應(yīng)裂縫以后的發(fā)展變形。

② 寬度小于等于0.2mm 的微裂縫，據(jù)實(shí)踐調(diào)查表明，在具有一定厚度(300mm 以上)和承受的水壓不大時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)影響隧道使用的明顯滲漏；當(dāng)水壓不太大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)潮濕裂縫或輕微滲漏水，這時(shí)混凝土的裂縫具有自愈能力，同時(shí)滲漏水對鋼筋銹蝕影響也不明顯。

因此，處于地下水中的混凝土裂縫的允許寬度，其上限一般定為0.2mm。對于這類型裂縫，只需采用 AS 混凝土墻面涂料、SWF 水泥密封材料等作表面涂刷封閉處理，即能達(dá)到堵漏的要求。

四、總結(jié)

盾構(gòu)法施工隧道的防水，必須采取“以防為主，多道防線，綜合治理，標(biāo)本兼治”的原則。不但要從防水設(shè)計(jì)、施工著手，還要從襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、管片拼裝質(zhì)量、控制隧道的后期不均勻沉降等方面進(jìn)行綜合處理。經(jīng)過合理正確的設(shè)計(jì)，精心科學(xué)的施工，可靠的質(zhì)量保證體系，相信可以取得預(yù)計(jì)的效果。

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第五篇：結(jié)合廣州地鐵談盾構(gòu)隧道施工

結(jié)合廣州地鐵談盾構(gòu)隧道施工

摘要：結(jié)合廣州市軌道交通三號(hào)線[天~華]區(qū)間盾構(gòu)工程為實(shí)例，闡述了海瑞克土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在地鐵盾構(gòu)隧道施工中的主要內(nèi)容，并針對施工中遇到的一些具體問題提出了解決辦法。

關(guān)鍵詞：地鐵盾構(gòu)隧道

1、工程概況廣州市軌道交通三號(hào)線[天~華]區(qū)間盾構(gòu)工程分為兩個(gè)區(qū)間（天河客運(yùn)站~五山站區(qū)間以及五山站~華師站區(qū)間），主要由兩條圓形盾構(gòu)隧道為主組成，雙線長6259.615m。隧道標(biāo)稱內(nèi)徑為5400mm；埋深為11~28m；平面最小曲線半徑為350m；最小豎曲線半徑為3000m；最大坡度為19‰；最小坡度為3‰。天~五區(qū)間隧道主要是在殘積層和全風(fēng)化層中穿過，頂?shù)装宀町惒淮?，在中部偶見夾有球狀微風(fēng)化巖石。近五山段頂板出現(xiàn)少量砂層。隧道洞身天然單軸抗壓強(qiáng)度最大值為153.40MPa。五~華區(qū)間隧道主要是在強(qiáng)風(fēng)化層中穿過，頂?shù)装鍘r土分層有一定差異，存在上軟下硬或有夾層現(xiàn)象。中部為瘦狗嶺斷層破碎帶，以北均為花崗巖、花崗片麻巖帶或風(fēng)化層，以南為白堊系紅層巖系?？拷A師站段隧道全斷面在微風(fēng)化層中穿過。地表地形地貌變化也比較大。白堊系紅層隧道上方發(fā)育有較長段含水砂層。

2、盾構(gòu)掘進(jìn)2.1刀具配臵地質(zhì)情況對刀具配臵起決

定作用，隧道圍巖為I、II類(按《地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范》中隧道圍巖分類)時(shí)，一般采用刮刀(俗稱羊角刀)，而對于III~VI類圍巖則使用盤形滾刀效果較好。盤形滾刀又有單刃和雙刃之分，單刃滾刀適合較硬巖或強(qiáng)度不均勻的圍巖，而雙刃滾刀適合一般硬巖及強(qiáng)度均勻的圍巖。針對本工程的地質(zhì)情況，均配臵單刃盤形滾刀。2.2掘進(jìn)參數(shù)控制(1)、控制刀盤扭矩。根據(jù)保護(hù)刀具、降低刀具磨損的要求，必須將刀盤扭矩控制在某一容許范圍內(nèi)，而控制扭矩的主要依靠以下方法：◆減小推力：這是最簡單、有效的方法，但同時(shí)也會(huì)降低掘進(jìn)速度?！魷p小刀具的貫入度：即在保持掘進(jìn)速度基本不變的情況下，提高刀盤轉(zhuǎn)速，一般達(dá)2.5~3r/m左右。當(dāng)開挖面為全斷面硬巖時(shí)，減小刀具貫入度，能顯著降低刀盤扭矩。但刀盤高轉(zhuǎn)速不適用有孤石的圍巖，因?yàn)楣率苋菀自斐傻毒弑懒??！粝蜷_挖面、土倉內(nèi)加入土質(zhì)改良劑：常見的土質(zhì)改良劑及適用地層膨潤土適用砂~砂礫地層發(fā)泡劑適用粘土~粗砂地層高吸水性樹脂適用固結(jié)粘土~砂礫地層其中發(fā)泡劑較為常用。另外，在全斷面硬巖或孤石地層，可以向開挖面、土倉內(nèi)加入冷卻水，以降低刀盤、刀具的溫度來保護(hù)刀具。(2)、保持適當(dāng)?shù)耐翂?。若隧道圍巖能夠自立，則可以采取空倉掘進(jìn)的模式；若隧道圍巖無法自立，為了保持開挖面的穩(wěn)定，則必須保持適當(dāng)?shù)耐翂阂苑€(wěn)定開挖面，控制地面沉降。土壓過低，則可能出現(xiàn)超挖；土壓過高，則有

效推力降低，掘進(jìn)速度降低，且地面可能隆起，造成后期沉降較大。土壓的確定與隧道埋深、地質(zhì)情況、地面建筑物情況有很大關(guān)系，可以采用庫侖或朗肯等理論估算。在實(shí)際施工中，也可以根據(jù)出土量的情況來確定適當(dāng)?shù)耐翂?。在本工程掘進(jìn)過程中一般保持1.5~2.0bar的土壓。(3)、在刀盤扭矩、土壓、出土量滿足要求的情況下，盡可能加大推力，以提高掘進(jìn)速度(80mm/min以上)，加快工程進(jìn)度。而在掘進(jìn)速度較快的情況下，則要注意控制好盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)、保持土壓穩(wěn)定、同步注漿量。2.3同步注漿及二次注漿由于刀盤的直徑為Φ6280mm，而管片外徑Φ6000mm，所以在管片離開盾尾后，理論上管片與圍巖之間將會(huì)有寬度為140mm的空隙，為控制地面沉降，必須用砂漿將空隙填滿。(1)、盾尾同步注漿。出現(xiàn)的主要問題：◆堵管出現(xiàn)堵管的情況，其原因主要是以下幾方面：①砂漿配比不好，以致砂漿初凝時(shí)間太短、砂漿易沉淀離析、砂漿流動(dòng)性差②原材料不好，如砂太粗③盾尾漿管回砂④長時(shí)間停注前未注射膨潤土液洗管◆漏漿主要原因及處理辦法：①盾尾間隙過大?？刂坪枚軜?gòu)機(jī)姿態(tài)，選擇適當(dāng)?shù)墓芷?，以保持良好的盾尾間隙②尾刷損壞。在管片迎水面墊厚約15cm左右的海綿或者更換尾刷。③盾尾油脂注入量不夠。加大油脂注入量。(2)、二次注漿。當(dāng)?shù)孛娉两递^大或隧道下坡且地下水豐富時(shí)，可以進(jìn)行管片背后二次注漿來穩(wěn)定地面或堵水。注漿材料可以用純水泥漿、砂漿或雙液漿。

注漿設(shè)備可以采用注漿機(jī)或盾構(gòu)機(jī)臺(tái)車上的同步注漿泵。注漿時(shí)應(yīng)注意監(jiān)控注漿壓力，如果壓力過大可能造成管片錯(cuò)臺(tái)或縱裂。2.4常見問題及處理辦法(1)、若螺旋輸送機(jī)被卡住(即扭矩超限)，無法正常出渣，可反復(fù)伸、縮螺桿并同時(shí)正、反轉(zhuǎn)，如低速正轉(zhuǎn)同時(shí)伸、縮螺桿，若超限則反轉(zhuǎn)同時(shí)伸、縮螺桿，如此反復(fù)，基本上都可以脫困。(2)、若啟動(dòng)刀盤時(shí)刀盤被卡住，則將部分推進(jìn)千斤頂收縮，使土壓力、刀具貫入度減小即可以轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤。(3)、在非粘性地層，如砂層，若鉸接千斤頂拉力較大，說明刀盤的擴(kuò)孔能力較差，則要檢查刀盤的邊緣刀是否磨損過量而應(yīng)該更換。

3、管片拼裝3.1管片型號(hào)的選擇一般主要根據(jù)盾尾間隙、線路特點(diǎn)、推進(jìn)千斤頂行程來確定管片型號(hào)。選擇適當(dāng)?shù)墓芷梢杂行У卣{(diào)節(jié)盾尾間隙，保證盾尾間隙和千斤頂行程比較均勻，有利于管片的受力。若盾尾間隙過小，則可能造成管片難以安裝、管片迎水面被盾尾壓崩、盾尾尾刷損壞、千斤頂撐靴與管片嚴(yán)重錯(cuò)臺(tái)導(dǎo)致管片止水條損壞和管片崩缺等問題。3.2常見質(zhì)量問題(1)、管片在拼裝前一般要先檢查管片是否完好、型號(hào)是否正確、緩沖墊和止水條是否貼牢。在拼裝過程中一定要注意對止水條的保護(hù)，若止水條損壞嚴(yán)重則很可能出現(xiàn)滲漏水的質(zhì)量問題。(2)、千斤頂撐靴正常情況下應(yīng)該不會(huì)同時(shí)頂在兩塊管片的角上，但如果隧道管片發(fā)生扭轉(zhuǎn)，則可能會(huì)出現(xiàn)這種情況，那么要特別注意拼管片或掘進(jìn)時(shí)會(huì)管片發(fā)生崩裂。

(3)、管片扭轉(zhuǎn)：如果拼裝管片時(shí)，盾構(gòu)機(jī)的滾動(dòng)角較大而且一直朝同一個(gè)方向，則可能會(huì)發(fā)生隧道管片扭轉(zhuǎn)的情況。因此應(yīng)該通過調(diào)整刀盤的旋轉(zhuǎn)方向來減小盾構(gòu)機(jī)在拼裝時(shí)的滾動(dòng)角。(4)、管片錯(cuò)臺(tái)：在小半徑曲線(本工程最小曲線半徑R=350m)線路施工時(shí)，因推進(jìn)千斤頂對管片有環(huán)向分力而造成管片環(huán)向錯(cuò)臺(tái)。解決辦法是在推進(jìn)后及時(shí)復(fù)緊管片連接螺栓約束管片的環(huán)向位移，或者在拼裝時(shí)人為地將管片拼成與轉(zhuǎn)彎方向一致的錯(cuò)臺(tái)。

4、專題4.1壓氣換刀主要作業(yè)步驟：(1)、準(zhǔn)備換刀工具、材料并檢查壓氣時(shí)要用的相關(guān)設(shè)備常用的換刀工具有：刀具磨損量具、手拉葫蘆、液壓千斤頂、螺桿千斤頂、分離式千斤頂、撬棒、扳手(開倉門及拆、裝刀具時(shí)用)、氣動(dòng)打磨機(jī)、鐵錘準(zhǔn)備的材料有：刀具及其配件(拉緊塊、U型塊、螺絲等)、吊耳要檢查的設(shè)備有：空壓機(jī)（包括備用空壓機(jī)）、管路(水管、氣管)及接口、照明設(shè)施、人閘及土倉的壓力表、人閘與指揮室的通訊(2)、排出土倉內(nèi)的渣土，當(dāng)土壓降至較低時(shí)(0.5bar以下)，向土倉加入壓縮氣體，同時(shí)土倉內(nèi)加入膨潤土，轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤，繼續(xù)出渣。一段時(shí)間后停止加入膨潤土。當(dāng)螺旋機(jī)后閘門有較連續(xù)且較大壓力的氣體噴出即可停止出土，然后等待半個(gè)小時(shí)左右看土倉內(nèi)的氣壓是否能夠保持穩(wěn)定，即氣壓上下浮動(dòng)不能超過0.1bar。如果土倉內(nèi)的氣壓，無法上升到預(yù)定值，且空壓機(jī)排壓較低，或者氣壓上下浮動(dòng)過大都說明土倉漏氣。檢查地面、鉸接、盾尾是

否漏氣。(3)、土倉內(nèi)氣壓穩(wěn)定后，換刀人員進(jìn)入人閘，相關(guān)材料工具也要運(yùn)進(jìn)去。準(zhǔn)備好后，向人閘內(nèi)加壓，加壓程序要按照有關(guān)帶壓作業(yè)規(guī)范的要求。(4)、當(dāng)人閘的氣壓與土倉的氣壓基本一致時(shí)，打開平衡閥，換刀人員打開土倉門進(jìn)入土倉開始換刀作業(yè)。常見問題及處理辦法：(1)、若換刀時(shí)刀具不慎掉入土倉內(nèi)，而土倉內(nèi)泥渣較多很難定位刀具及打撈時(shí)，則換刀人員進(jìn)倉作業(yè)時(shí)帶上鐵鍬和編織袋，將土倉內(nèi)的渣土裝袋即可。(2)、若作業(yè)過程中，發(fā)生氣管爆裂、空壓機(jī)故障等問題時(shí)，首先要冷靜，想辦法穩(wěn)住氣壓，同時(shí)盡快通知作業(yè)人員進(jìn)入人閘以便及早減壓出來。(3)、要做好各項(xiàng)人員安全措施及災(zāi)害防治措施。對工作人員要進(jìn)行全面體檢，體檢不合格的人員禁止入內(nèi)。要注意壓氣作業(yè)過程中因焊接、漏電、打磨等作業(yè)可能引起火災(zāi)。各種應(yīng)急設(shè)備如高壓氧艙、單架等應(yīng)處于準(zhǔn)備狀態(tài)。4.2盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)(1)、到達(dá)前要做好以下工作：①校核盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)及位臵，盾構(gòu)機(jī)軸線應(yīng)較洞門軸線稍微高1~3cm②洞門臨時(shí)擋土墻鑿除③盾構(gòu)機(jī)接收平臺(tái)的鋪設(shè)④洞門環(huán)板、壓板的設(shè)臵⑤搶險(xiǎn)物資設(shè)備的準(zhǔn)備(2)、始發(fā)時(shí)要做好以下工作：①盾構(gòu)機(jī)、始發(fā)架、反力架的安裝、測量定位②洞門臨時(shí)擋土墻鑿除③洞門環(huán)板、壓板的設(shè)臵④搶險(xiǎn)物資設(shè)備的準(zhǔn)備

5、施工管理5.1人員配臵以德國海瑞克土壓平衡盾構(gòu)機(jī)為例：(1)、技術(shù)管理人員隧道領(lǐng)班工程師兼盾構(gòu)機(jī)操作手1人機(jī)電工程師3人(機(jī)械、電氣、液壓

各1人)(2)、勞務(wù)工人崗位班長兼管片拼裝手配合管片拼裝雙軌梁操作手同步注漿出土兼千斤頂操作電工機(jī)修工合計(jì)人數(shù)1312113125.2材料、設(shè)備配臵(1)日常消耗材料主軸承密封油脂、潤滑油脂、盾尾密封油脂、發(fā)泡劑、砂漿、隧道照明材料(照明燈、電線、線架)、通信材料、循環(huán)水管、軌道、軌枕、排污水管、編織(2)日常工具、設(shè)備電焊機(jī)、氣割、潛水泵、千斤頂、葫蘆、扳手、鐵錘.7