地鐵盾構隧道設計ppt課件

1、二二. .盾構機選型盾構機選型一一. .盾構簡介盾構簡介三三. .地鐵盾構構造設計地鐵盾構構造設計四四. .附屬構造設計附屬構造設計五五. .盾構隧道防水設計盾構隧道防水設計六六. .地鐵盾構設計重難點地鐵盾構設計重難點一一. .盾構簡介盾構簡介 盾構法施工的概念盾構法施工的概念 運用盾構機，一邊堅持開挖面及圍巖穩(wěn)定，一邊進展隧道運用盾構機，一邊堅持開挖面及圍巖穩(wěn)定，一邊進展隧道掘進、出渣，并在盾尾內拼裝管片構成襯砌，及時實施注掘進、出渣，并在盾尾內拼裝管片構成襯砌，及時實施注漿，盡能夠不擾動圍巖條件下建筑隧道的方法。漿，盡能夠不擾動圍巖條件下建筑隧道的方法。 第一條盾構隧道第一條盾構隧道 1

2、8181818年，法國的布魯諾爾年，法國的布魯諾爾(M.I.Brune1)(M.I.Brune1)，最早提出了用盾，最早提出了用盾構法建立隧道的想象，并在英國獲得了專利。構法建立隧道的想象，并在英國獲得了專利。 18251825年，他第一次在倫敦泰晤河下開場用一個斷面高年，他第一次在倫敦泰晤河下開場用一個斷面高6.8m6.8m、寬寬11.4m11.4m的矩形盾構建筑隧道。的矩形盾構建筑隧道。 18431843年，經過年，經過1818年施工，完成了全長年施工，完成了全長458m458m的第一條盾構法的第一條盾構法隧道。隧道。 盾構經過四代開展盾構經過四代開展一一. .盾構簡介盾構簡介 18181

3、880年 敞口式手掘盾構一一. .盾構簡介盾構簡介 18801960年 機械式盾構 、氣壓式盾構 一一. .盾構簡介盾構簡介 19601980年 閉胸式盾構一一. .盾構簡介盾構簡介 1980至今 大斷面，大深度，長間隔，高速化；斷面的多樣化；一一. .盾構簡介盾構簡介一一. .盾構簡介盾構簡介 盾構優(yōu)點盾構優(yōu)點 盾構施工優(yōu)點盾構施工優(yōu)點 地面作業(yè)少，隱蔽性好，因噪音、振動引起的地面作業(yè)少，隱蔽性好，因噪音、振動引起的環(huán)境影響小。環(huán)境影響小。 自動化程度高、勞動強度低、施工速度快；自動化程度高、勞動強度低、施工速度快； 因隧道襯砌屬工廠預制，質量有保證；因隧道襯砌屬工廠預制，質量有保證； 穿越

4、地面建筑群和地下管線密集的區(qū)域時，周穿越地面建筑群和地下管線密集的區(qū)域時，周圍受施工影響?。粐苁┕び绊懶。?對于地質復雜、含水量大、圍巖脆弱的地層可對于地質復雜、含水量大、圍巖脆弱的地層可確保施工平安；確保施工平安； 在費用和技術難度上不受覆土深度影響。在費用和技術難度上不受覆土深度影響。一一. .盾構簡介盾構簡介 盾構缺陷盾構缺陷 盾構施工缺陷盾構施工缺陷 一次性投入大，施工設備費用較高；一次性投入大，施工設備費用較高； 覆土較淺時，地表沉降較難控制；覆土較淺時，地表沉降較難控制； 用于施作小曲率半徑用于施作小曲率半徑R R20D20D隧道時掘進較困隧道時掘進較困難。難。一一. .盾構簡介

5、盾構簡介 盾構組成盾構組成 刀盤盾體后配套設備前盾 中盾 尾盾 配套臺車、管片運輸設備、出土設備、注漿系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等。二二. .盾構機選型盾構機選型 盾構機的選型及設計盾構機的選型及設計 工程在前期預備時最重要的工程在前期預備時最重要的任務任務 盾構機選型思索要素盾構機選型思索要素 地層土質條件地層土質條件 斷面大小斷面大小 線路周邊環(huán)境線路周邊環(huán)境 排土方式排土方式 地鐵盾構常用的機型地鐵盾構常用的機型 泥程度衡盾構泥程度衡盾構 土壓平衡盾構土壓平衡盾構二二. .盾構機選型盾構機選型泥程度衡式盾構泥程度衡式盾構 土壓平衡式盾構土壓平衡式盾構 二二. .盾構機選型盾構機選型 泥程度衡式盾構泥

6、程度衡式盾構 二二. .盾構機選型盾構機選型 土壓平衡式盾構土壓平衡式盾構 二二. .盾構機選型盾構機選型泥程度衡式盾構泥程度衡式盾構 土壓平衡式盾構土壓平衡式盾構 比較工程比較工程 二二. .盾構機選型盾構機選型 土層地質土層地質 粉細砂粉細砂卵石層卵石層粗砂礫層粗砂礫層中細砂礫層中細砂礫層粉細礫層粉細礫層粗砂粗砂泥砂泥砂粘土粘土地層浸透性與盾構選型地層浸透性與盾構選型-10泥水盾構泥水盾構土壓平衡盾構土壓平衡盾構透水系數(shù)透水系數(shù)(m/s)(m/s)-1-10-1-10-2-10-3-10-4-10-5-10-6-10-7-10-8-10-9-10-10三三. .地鐵盾構構造設計地鐵盾構構造

7、設計消防要求：聯(lián)絡通道設置間距，沿隧道縱向方向不大于600m三三. .地鐵盾構構造設計地鐵盾構構造設計 設計原那么設計原那么 單管大洞方案單管大洞方案 內徑內徑1010米，外徑米，外徑1111米；米； 雙管小洞方案雙管小洞方案 內徑內徑5.45.4米，外徑米，外徑6.06.0米；米；三三. .地鐵盾構構造設計地鐵盾構構造設計 斷面方案斷面方案 管片類型管片類型 鋼管片鋼管片 鋼筋混凝土管片鋼筋混凝土管片三三. .地鐵盾構構造設計地鐵盾構構造設計管片構造管片構造 襯砌環(huán)方式襯砌環(huán)方式 普通環(huán)普通環(huán) 左轉彎環(huán)左轉彎環(huán)+ +直線環(huán)直線環(huán)+ +右轉彎右轉彎環(huán)環(huán) 通用環(huán)通用環(huán) 一種楔形環(huán)管片的不同角一種

8、楔形環(huán)管片的不同角度的旋轉擬合線路度的旋轉擬合線路 三三. .地鐵盾構構造設計地鐵盾構構造設計管片構造管片構造 管片拼裝方式管片拼裝方式 通縫拼裝通縫拼裝 拼裝難度小，襯砌空間剛度稍差。拼裝難度小，襯砌空間剛度稍差。 錯縫拼裝錯縫拼裝 接縫剛度分布均勻，整體性較好，接縫剛度分布均勻，整體性較好，管片精度要求高，拼裝難度較大。管片精度要求高，拼裝難度較大。三三. .地鐵盾構構造設計地鐵盾構構造設計 管片構造管片構造 管片接縫銜接管片接縫銜接 彎螺栓銜接彎螺栓銜接 斜螺栓銜接斜螺栓銜接 直螺栓銜接直螺栓銜接三三. .地鐵盾構構造設計地鐵盾構構造設計 管片構造管片構造 三三. .地鐵盾構構造設計地鐵

9、盾構構造設計 管片構造管片構造 武漢地鐵管片武漢地鐵管片三三. .地鐵盾構構造設計地鐵盾構構造設計 襯砌內力分析襯砌內力分析 地層構造法有限元法地層構造法有限元法二維平面分析二維平面分析三維空間分析三維空間分析荷載構造法荷載構造法彈性均質圓環(huán)法彈性均質圓環(huán)法彈性鉸接圓環(huán)法彈性鉸接圓環(huán)法 日本修正慣用法日本修正慣用法 側 向 水 土 壓 力基 底 豎 向 反 力側 向 水 土 壓 力自 重垂 直 水 土 壓 力地 面 超 載側 向 水 土 壓 力基 底 豎 向 反 力側 向 水 土 壓 力自 重垂 直 水 土 壓 力地 面 超 載彈 性 鉸二維平面分析二維平面分析三維空間分析三維空間分析彈性均質

10、圓環(huán)法彈性均質圓環(huán)法彈性鉸接圓環(huán)法彈性鉸接圓環(huán)法三三. .地鐵盾構構造設計地鐵盾構構造設計 襯砌內力分析襯砌內力分析 日本修正慣用法日本修正慣用法 思索管片接頭影響，進展剛思索管片接頭影響，進展剛度折減后按均質圓環(huán)進展計度折減后按均質圓環(huán)進展計算；算； 地層抗力按三角形抗力思索；地層抗力按三角形抗力思索； 計算結果思索管片環(huán)間錯縫計算結果思索管片環(huán)間錯縫拼裝影響進展內力調整。拼裝影響進展內力調整。管片內力管片內力MgMg：計算的彎矩為：計算的彎矩為1+1+M M，軸力為，軸力為N N；接頭內力接頭內力MfMf：計算的彎矩為：計算的彎矩為1-1-M M，軸力為，軸力為N N；：彎距調整系數(shù)，普通

11、?。簭澗嗾{整系數(shù)，普通取0.30.30.50.5。三三. .地鐵盾構構造設計地鐵盾構構造設計 襯砌內力分析襯砌內力分析 計算結果表示計算結果表示1010/tan0/tan011)1 (tan)/(BHKBHKvepeKBcB)22/4/cot(01 RB三三. .地鐵盾構構造設計地鐵盾構構造設計 襯砌內力分析襯砌內力分析 土壓力計算土壓力計算土柱實際土柱實際H2DH=2DH=2D三三. .地鐵盾構構造設計地鐵盾構構造設計 變形分析變形分析 地面變形階段地面變形階段分五個階段分五個階段三三. .地鐵盾構構造設計地鐵盾構構造設計 變形分析變形分析 地面變形機理地面變形機理階段階段沉降類型沉降類型主

12、要原因主要原因一一初始沉降初始沉降地下水位降低地下水位降低, ,二二開挖面前方隆陷開挖面前方隆陷隆起隆起: :盾構機推力過大盾構機推力過大沉降沉降: :盾構機推力過小出碴過量盾構機推力過小出碴過量三三盾構通過時地沉降盾構通過時地沉降施工震動擾動施工震動擾動, ,剪切錯動剪切錯動四四盾尾沉降盾尾沉降土體失去盾構支撐土體失去盾構支撐, ,管片壁后注漿不及時管片壁后注漿不及時五五固結沉降固結沉降土體后續(xù)時效變形土體后續(xù)時效變形三三. .地鐵盾構構造設計地鐵盾構構造設計 變形分析變形分析 地面變形計算地面變形計算PeckPeck公式公式數(shù)值計算數(shù)值計算有限元法、有限差分法進展隧有限元法、有限差分法進展

13、隧道開挖施工過程模擬分析道開挖施工過程模擬分析運用于盾構施工對周邊構筑物運用于盾構施工對周邊構筑物影響分析。影響分析。三三. .地鐵盾構構造設計地鐵盾構構造設計 變形分析變形分析 施工對周邊構筑物影響施工對周邊構筑物影響橋梁、民建樁根底橋梁、民建樁根底樁頂位移小于樁頂位移小于6mm6mm鐵路鐵路恣意恣意10m10m范圍內的最大沉降差范圍內的最大沉降差5mm5mm。鐵路兩條鋼軌間的橫向高差鐵路兩條鋼軌間的橫向高差4mm4mm地下車行、人行通道地下車行、人行通道變形控制：變形控制：-20+10mm-20+10mm敏感構筑物敏感構筑物相關規(guī)范的允許范圍相關規(guī)范的允許范圍地下管線地下管線相關規(guī)范的允許

14、范圍相關規(guī)范的允許范圍地鐵地鐵8號線穿越竹葉山高架立交橋樁號線穿越竹葉山高架立交橋樁地鐵地鐵8號線下穿友誼大道通道號線下穿友誼大道通道地鐵地鐵8號線下穿徐東平價人行通道號線下穿徐東平價人行通道三三. .地鐵盾構構造設計地鐵盾構構造設計 變形分析變形分析 變形控制變形控制盾構施工控制盾構施工控制嚴厲控制開挖面的出土量嚴厲控制開挖面的出土量提高施工的速度和延續(xù)性提高施工的速度和延續(xù)性及時同步注漿及時同步注漿, ,縮短襯砌脫出盾尾的縮短襯砌脫出盾尾的暴露時間暴露時間地層改良地層改良高壓旋噴樁、攪拌樁、灌漿高壓旋噴樁、攪拌樁、灌漿隔離樁隔離樁四四. .隧道附屬構造設計隧道附屬構造設計四四. .附屬構造

15、設計附屬構造設計 任務井任務井 任務井任務井 盾構始發(fā)盾構始發(fā) 盾構接受盾構接受 盾構調頭盾構調頭 盾構過站盾構過站 站內過站、站外過站內過站、站外過站站四四. .附屬構造設計附屬構造設計 任務井任務井 洞門密封洞門密封 洞圈與盾構外徑有一定洞圈與盾構外徑有一定的間隙的間隙 防止盾構出洞時及施工防止盾構出洞時及施工期間土體及漿液從該間期間土體及漿液從該間隙中流失隙中流失 在洞圈周圍安裝由橡膠在洞圈周圍安裝由橡膠簾布、扇形壓板等組成簾布、扇形壓板等組成的密封安裝。的密封安裝。四四. .附屬構造設計附屬構造設計 端頭加固端頭加固 目的目的 控制地下水壓力控制地下水壓力 防止盾構掘進時由超挖而引起的

16、土砂流入。防止盾構掘進時由超挖而引起的土砂流入。 方式方式 高壓旋噴樁、攪拌樁、灌漿高壓旋噴樁、攪拌樁、灌漿 任務井任務井 四四. .附屬構造設計附屬構造設計 聯(lián)絡通道聯(lián)絡通道 聯(lián)絡通道設置聯(lián)絡通道設置 間隔間隔 間距不大于間距不大于600 m600 m 方式方式 獨立聯(lián)絡通道獨立聯(lián)絡通道 聯(lián)絡通道與泵房合建聯(lián)絡通道與泵房合建四四. .附屬構造設計附屬構造設計 聯(lián)絡通道聯(lián)絡通道 特殊襯砌環(huán)特殊襯砌環(huán) 特殊鋼管片特殊鋼管片 部分撤除部分撤除 鋼筋混凝土管片鋼筋混凝土管片 部分切割部分切割 采用特殊的配筋設計采用特殊的配筋設計四四. .附屬構造設計附屬構造設計 聯(lián)絡通道聯(lián)絡通道 施工方法施工方法

17、礦山法施工礦山法施工 地基加固地基加固 凍結法凍結法 高壓旋噴高壓旋噴 地面注漿地面注漿五五. .盾構隧道防水設計盾構隧道防水設計五五. .盾構隧道防水設計盾構隧道防水設計 設計原那么規(guī)范設計原那么規(guī)范 設計原那么設計原那么 以防為主，剛柔結合，多道設防，因地制宜，以防為主，剛柔結合，多道設防，因地制宜，綜合治理。綜合治理。 以構造自防水為主，關鍵處置好環(huán)縱縫的防以構造自防水為主，關鍵處置好環(huán)縱縫的防水。水。 設計規(guī)范設計規(guī)范 構造防水等級為二級構造防水等級為二級 五五. .盾構隧道防水設計盾構隧道防水設計 防水設計防水設計 管片自防水管片自防水 混凝土等級為混凝土等級為C50C50，抗?jié)B等，抗?jié)B等級級P10P10。 接縫防水接縫防水 海綿橡膠海綿橡膠 彈性密封墊彈性密封墊 嵌縫聚硫密封膠嵌縫聚硫密封膠 螺栓孔的防水螺栓孔的防水 采用遇水膨脹橡膠密封圈采