第4章 盾构法隧道衬砌结构设计
盾构掘进隧道工程施工及验收规范
盾构掘进隧道工程施工及验收规范篇一：盾构工程验收表格第四章盾构工程4.1工程概况1、盾构区间结构形式和施工方法盾构法是一种技术先进的施工方法，特别适合在松软含水地层或城市地下管线密布，施工条件困难地段施工。
南京地铁盾构区间隧道采用单圆盾构法装配式砼衬砌结构。
过江盾构隧道：内径10200mm，衬砌厚度50cm，环宽2000m；其它盾构隧道：内径5500mm，衬砌厚度35cm，环宽1200m。
环与环、块与块间采用螺栓连接。
横通道（横通道与泵房结合设置），多采用类矿山法施工。
根据隧道运营通风需要，对隧道较长，具备施工条件的区间，设置风井，多采用明挖法施工。
2、验收标准盾构工程验收依据主要参照《地下铁道工程施工及验收规范》（GB 50299-1999）（2003版）编制，考虑到盾构工程施工工序，并结合南京地铁管片生产的特点和在建工程施工经验，确定了盾构工程分部、分项、检验批划分的标准。
其中，成品管片、成型隧道的主要项目、指标参照《盾构掘进隧道工程施工及验收规范》（GB 50446-2008）进行调整。
3、参考规范目录（1）地下铁道工程施工及验收规范 GB 50299-1999（2003版）（2）地下防水工程质量验收规范 GB 50208-2002 （3）混凝土结构工程施工质量验收规范 GB 50204-2002 （4）盾构掘进隧道工程施工及验收规范 GB 50446-2008 （5）矿山井巷工程施工及验收规范 GBJ 213-19904.2 分部、分项工程划分盾构工程划分表注：1、盾构隧道区间验收标准主要参照一号线的内容，并根据《地下铁道工程施工及验收规范》进行编制的。
2、竖井的分项工程可参照地下车站的内容进行确定。
3、联络通道（泵房）防水见矿山法区间隧道。
4、洞门工程的分项工程可参照地下车站的内容进行确定。
5、土体加固除冷冻法加固是参照《矿山井巷工程施工及验收规范》进行编制的，其他处理方法见地下车站的相关内容。
盾构法
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①密封 密封是在管片接头表面进行喷涂或粘贴胶 条的方法。 ②螺栓孔防水 螺栓孔防水是在螺栓垫圈及螺栓孔间放入环形衬 垫，在紧固螺栓时，此衬垫的一部分产生变形， 填满在螺栓孔壁和垫圈表面间形成的空隙中， 防止从螺栓孔中漏水。 ③嵌缝 嵌缝指预先在管片的内侧边缘留有嵌缝糟，以后 用嵌缝材料填塞。
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2、二次衬砌 是在一次衬砌内侧灌注的混凝土结构。
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（四）盾构法施工
盾构法施工的内容包括盾构的出发和到达，盾构的 掘进、衬砌，压浆和防水等。
１．盾构的出发和到达 （１）竖井
①在出发和到达时，需要有拼装和拆卸盾构用的竖井 ②当盾构需要调转方向或线路在急曲线的部位，需要 设置中间竖井和方向变换竖井。
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４．衬砌、压注及防水 （１）一次衬砌 一般是在推进完了后将几块管片组成环状， 使盾构处于可随时进行下一次推进的状态。 一次装配式衬砌的施工是依照组装管片的 顺序从下部开始逐次收回千斤顶，管片的 环向接头一般均错缝拼装。组装前彻底清 扫，防止产生错台和存有杂物，管片问应 互相密贴。
§4-5
盾构法
一、概述 1、盾构法： 是使用盾构机械，在围岩中推进， 一边防止土砂的崩坍，一边在其内 部进行开挖、 衬砌作业，来修建隧道的方法。
2012-10-6
第四章 第四节 盾构法
1
2、基本过程
（1）在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构 安 装就位。 （2）盾构从竖井或基坑的墙壁开孔出发，在地层中 沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的 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隧道衬砌 结构上，再传到 竖井或基坑的后靠壁上。 （3）盾构 ①它既能支承地层荷载而又能在地层中推进 ②为圆形、矩形、马蹄形等特殊形状的钢筒结构。
《隧道工程》精品课件第四章 隧道的总体设计
隧道工程
2. 越岭隧道标高选择
在选择越岭隧道标高时，考虑运营条件的改善和通过能力的提高，宜 采用低标高方案，但必须进行地形、地质、施工、运营、经济技术等多种 因素综合比较来确定最优隧道标高。
三、傍山隧道选址
1.傍山隧道在埋深较浅的地段，一定要注意洞身覆盖厚度问题。为保持山体 稳定和避免偏压产生，隧道位置宜往山体内侧靠。 2.河岸存在冲刷现象或河道窄，水流急，冲刷力强的地段，要考虑河岸冲刷 对山体和洞身稳定的影响，隧道位置宜往山体内侧靠一些，有可能时最好设 在稳定的岩层中，如图4.1-2 所示。
隧道工程
公路隧道横断面示意图(单位：m)
隧道工程
由于地质条件的关系，隧道宽度过大则不经济，施工上也增加难度， 因此高速公路、一级公路一般应设计为上下行分离的两座独立隧道。两相 邻隧道最小净距视围岩类别、断面尺寸、施土方法、爆破震动影响等因素 确定，一般情况可按下表的规定选用。
围岩级别
I
最小净距 1.0× B （m）
修道宽度不宜小于1.0m。
隧道工程
1. 建筑限界高度，高速公路、一级公路、二级公路取5.0m；三、四级公 路取4.5m。
2. 当设置检修道或人行道时，不设余宽；当不设置检修道或人行道时，应 设不小于25cm的余宽。
3. 隧道路面横坡，当隧道为单向交通时，应取单面坡；当隧道为双向交通 时，可取双面坡。坡度应根据隧道长度，平、纵线形等因素综合分析确定， 一般可采用1.5﹪～2.0﹪。
隧道工程
隧道工程
第二篇 公路隧道的勘察设计
隧道工程
第 四章 隧道总体设计
★知识目标：
了解隧道选址时主要应考虑哪些问题；熟悉隧道平面、纵断面设计时 应注意的问题；熟悉隧道建筑限界、衬砌内轮廓线、实际开挖线的定义。
盾构法隧道衬砌结构设计(设计)(内容详实)
课件类
5
4.1.1盾构法衬砌设计流程
（1）遵守相关规划、规范或标准 （2
设计的隧道内径应该由隧道功能所需要的地 下空间决定。
地铁隧道 公路隧道； 给、排水管道计算流量； 普通管道
课件类
6
4.1.1盾构法衬砌设计流程
（3）荷载类型的确定 作用在衬砌上的荷载包括土压力、水压力、静荷
载、超载及盾构千斤顶的推力等 （4）衬砌条件的确定
其中：
pg g
课件类
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不考虑自重对地基的反作用力：
pe2 pe1 pw1 pw2 pe1 D w
课件类
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4.2.2.5 地面超载
地面超载增加了作用于衬砌上的土压力， 道路交通荷载、铁路交通荷载、建筑物的重量
地面超载及其参考值如下： 公路车辆 铁路车辆 建筑物
课件类
设计者应该确定衬砌的条件，如衬砌的尺寸（厚
（5）计算内力 设计者应该通过使用合适的计算模型及设计方法
课件类
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课件类
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4.1.1盾构法衬砌设计流程
（6）安全性校核 设计者应该对照计算出的内力来校核衬砌的安
（7）评估 如果设计的初衬砌不满足设计荷载要求或设计
衬砌安全但不经济，设计者应该改变衬砌的条件并 且重新设计。
• 粘性, 硬质粘土（N≥0）良好地基，H>1～2D时多 采用松弛土压力
• 中等固结的粘土（4≤N＜8）和软粘土（2≤N＜4）, 将隧道的全覆土重力作为土压力考虑实例比较常见。
课件类
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(2)垂直土压力
• 松弛土压力的计算，一般采用太沙基公式。垂 直土压力的下限值虽然根据隧道使用目的的不 同，但一般将其作为相当于隧道外径的2倍的 覆土厚度的土压力值。当地层为互层分布时， 以地层构成中的支配地层为基础，将地层假设 为单一土层进行计算，或者就以互层的状态进 行松弛土压力的计算。
盾构区间隧道衬砌结构的抗震计算
盾构区间隧道衬砌结构的抗震计算作者：江国仲来源：《城市建设理论研究》2013年第31期摘要:横通道施工是隧道工程中常见的施工项目，其施工对主隧道有很大影响，盾构是在软岩和土体中进行隧道施工的专门机具，使用盾构机开挖隧道的方法称为盾构法。
所以对隧道结构受力特征计算和盾构工程风险控制进行研究，对于保证隧道施工的安全性有重要意义，本文就盾构区间隧道衬砌结构的抗震计算进行了简要分析。
关键词:盾构；隧道；衬砌结构；抗震计算中图分类号：U45 文献标识码：A1、盾构区间隧道衬砌结构施工技术概述1.1、盾构隧道法使用现状盾构是在软岩和土体中进行隧道施工的专门机具，使用盾构机开挖隧道的方法称为盾构法，盾构隧道法的施工，在近几年的城市隧道建设中得到越来越广泛的应用，盾构法隧道前进是依靠设在盾尾的一组千斤顶克服盾构机重和周围土体产生的正面和侧壁的摩阻力，千斤顶支撑在已拼装好的环形隧道衬砌上，每拼装一环管片，千斤顶向前推进一个衬砌环间宽度，在施工过程中，衬砌管片的投资通常达到总投资额的40%，因此，正确合理的衬砌结构计算方法不仅是制约隧道安全性的重要影响因素，更大大决定着隧道投资额的数目。
1.2、盾构掘进适应性分析根据施工盾构区间周边条件、工程地质、水文地质情况，选用土压平衡盾构。
鉴于盾构经过地段主要为膨胀土地层，渗透系数小，泥质含量较高，遇水软化，极易发生“泥饼”现象，将极大的影响盾构掘进。
因此，在选用土压平衡盾构时要对盾构刀盘、刀具方面进行盾构机的适应性分析：（一）盾构刀盘开口率是决定刀盘拓扑结构的关键参数，在刀盘的设计中具有重要的作用。
当刀盘开口率在30%～40%范围时，刀盘的支护压力与膨胀土地层所对应的地应力较为接近，对开挖面的稳定较为有利。
故盾构采用35%的开口率。
盾构刀具排布以铲刀和刮刀为主，辅以单双刃滚刀，为了方便对损坏及磨损严重的刀具进行更换，滚刀采用较为可靠的楔形安装方式且为背装式。
面板刮刀布置在面板开口槽两侧，随刀盘旋转对开挖面土体产生轴向剪力和径向切削力，从而对土体进行有效切削。
盾构隧道混凝土管片衬砌内力分析(道路与铁道工程专业优秀论文)
第五章程序的界面处理ｆ３）提供了易学易用的应用程序集成开发环境；（４）结构化的程序设计语言；（５）支持多种数据库系统的访问；（６）支持动态数据交换、动态链接库和对象的链接与嵌入技术（７）完备的Ｈｅｌｐ联机帮助功能。
５．２程序的界面处理隧道管片衬砌内力计算程序界面处理的思路是：通过界面将数据输入，并写入到ＦＯＲＴＲＡＮ程序中的数据文件，以便运行执行文件时调入；之后激活ＭＳ．ＤＯＳ窗口，进入到编译连接得到的执行文件所在的子目录下，运行执行文件；在计算程序中将盾构隧道衬砌各截面的内力及位移写入到输出文件：在后处理时将输出文件的数据读入并绘成内力图形。
卜ＩＡｌ介绍盾构隧道管片衬砌内力计算程序的界衄。
首先，点击由ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ形成的执行文件，弹出图５－１所示的窗口。
图５－１欢迎窗口点击“继续”按纽，弹出图５－２所示的窗口。
如选择均质圆环计算方法，将出现５—３所示窗口，提示均质圆环计算方法的数据文件路径及数据文件名。
第五章程序的界面处理图５－２选择计算方法窗口图５－３均质圆环数据文件路径及文件名窗口在“数据文件路径”下输入计算程序的数据文件所处的路径。
在“数据文件名”下输入数据文件名。
这一步是确保程序执行过程中的输入输出正常进行。
然后，点击“确定”按纽，弹出图５—４所示的“均质圆环数据输入窗口”。
图５－４均质圆环数据输入窗口在图５—４中，可以输入程序执行过程中所需要的数据。
前三个按钮分别为“管片尺寸及地层参数”、“配筋参数”、“千斤顶参数”的数据输入按钮。
第四个按钮为“数据文件写入”按钮。
单击“管片尺寸及地层参数”按钮，弹出“管片尺寸及地层参数卡”，如图５．５所示。
其上有“覆土厚度”、“地下水位”、“管片外径“、管片宽度”、管片厚度“、土容重”、“混凝土容重”、“土的粘接力”、“土的内摩擦角”、“地面附加压力”、“地基反力系数”、“侧向土压系数”、“刚度调整系数”、“弯矩增一３９—第五章程序的界面处理图５－５管片尺寸及地层参数窗口大系数”、“混凝土的弹模”、“钢筋的弹模”、“内力计算角度增量”、“钢筋允许拉应力”、“钢筋允许压应力”、“混凝土允许压应力”。
地下铁道-地铁教程ppt第6讲
①衬砌的基本结构类型——复合式衬砌 由初期支护、防水隔离层和二次衬砌所组成。
②衬砌结构的变化方案 单层的喷锚支护 单层整体现浇混凝土衬砌或装配式衬砌 矿山法可用来修建折返段等特殊地段的隧道。
3．盾构法修建的隧道衬砌结构
盾构法修建的隧道衬砌有预制装配式衬砌、双 层衬砌以及挤压混凝土整体式衬砌三大类。 ⑴预制装配式衬砌 预制装配式衬砌是用工厂预制的构件(称为管 片)，在盾构尾部拼装而成的。 按管片按材料可分为: • 钢筋混凝土管片：耐久性和耐压性都比较好， 刚度大 ，防水性能有保证；其缺点是重量大， 抗拉强度较低，在脱模、运输、拼装过程中， 容易将其角部碰坏。
每节沉管的长度依据所在水域的地形、地质、 航运、航道、施工方法等方面的要求确定，一 般为60~140m，多数在100m左右，最长的已达 到268m。 断面尺寸根据使用要求、与其它交通结构合建 要求、埋深、地质条件、施工方法等确定。 管段结构构造除受力要求外，还应考虑管段浮 运、沉放、波浪力、基础形式及地基性质的影 响。 ⑵顶进法施工的区间隧道结构
4000
550 300 300 4400
300
400
4000
300
2200
400
550 450 4100
特点：整体性好，防水性能好，但施工工序较 多，速度较慢。 ②预制装配式衬砌
4000
250 250
4400
2Hale Waihona Puke 0500300 4000 550 300
150
2200
4100
特点：整体性较差，对于有特殊要求(如防护、 抗震)的地段要慎重选用。
(2)双层衬砌 为防止隧道渗水和衬砌腐蚀，修正隧道施工误 差，减少噪音和振动以及作为内部装饰，可以 在装配式衬砌内部再做一层整体式混凝土或钢 筋混凝土内衬。 (3)挤压混凝土整体式衬砌 挤压混凝土衬砌(Extrude Concrete Lining，简称 ECL)就是随着盾构向前推进，用一套衬砌施工 设备在盾尾同步灌注的混凝土或钢筋混凝土整 体式衬砌。
盾构法隧道结构
盾构机出土可采用一次出土、两次出土或多
次出土等方式。
同步注浆： 在盾构推进的过程中管片和土体之间会出现建 筑空隙，为了填充这些空隙，就要进行衬砌（管片）
壁后注浆。它是盾构推进施工中的一道重要工序。
注浆浆液应选择和易性好、泌水性小，且具有一定 稠度的浆液，进行及时、均匀、足量压注。
同步注浆的作用有： a、防止地表变形，减少隧道的沉降量 b、增加管片接缝的防水性能 c、改善衬砌的受力状况 d、有利于盾构推进纠偏，控制盾构的施 工轴线
座轨道面上涂抹牛油；为避免刀盘上的刀头损坏封 门密封装臵，在刀头和密封装臵上也要涂抹油脂。
c、洞口止水装置的安装。 因井壁洞口内径与盾构外径存在环形建筑空隙， 为了防止盾构出洞时土体从间隙处流失，洞圈内安装 由橡胶环状板、扇形合页板等组成的密封装置，作为 施工阶段临时防泥水措施。 d、在盾构机正式推进前应先布置后盾管片并进行 后座混凝土浇筑，以保证盾构机推进有足够的反力并 使其均匀推进。
时，即可拆除后盾支撑和后盾管片。
充分利用井内的空间，在井底形成一个井底 车场，通过搭建平台，铺设双轨等措施来提高水 平运输的能力，加快施工进度。
（2）、盾构100m试推进施工 盾构出洞后大约100m的推进范围为试推进施 工，在这段时间里，为了更好的掌握盾构的各类
参数，施工时应注意对推进参数、地面监测信息
管片防水： 对于盾构法施工，钢筋混凝土管片是主要的 受力、防水结构。设计所采用的管片防水包括自 防水和弹性防水胶条防水。 管片的自防水是通过高强度混凝土的抗渗性 来完成的。弹性防水胶条防水是通过在管片周边
粘贴防水橡胶条，当地下水渗入时，防水橡胶条
膨胀并在管片之间挤压密实来完成防水的。
1
聚合物砂浆 或密封胶
盾构法隧道管片式衬砌结构
盾构法隧道管片式衬砌结构盾构法隧道管片式衬砌结构是目前在城市地下管道建设中最常见的一种衬砌结构方式。
它以钢管和混凝土管片为衬砌构件，通过地下盾构机械的推进运行，在地下将空洞逐渐变成完整的管道。
下面将详细介绍盾构法隧道管片式衬砌结构。
盾构法隧道管片式衬砌结构由几个主要部分组成：盾构机械、加固千斤顶、进口锁扣和管片。
盾构机械是推进盾构的核心设备，通常由控制室、切土头、推进腔、环片衬砌机、螺旋输送机和尾部推进装置等部分组成。
加固千斤顶用于支撑周围土体，保证施工现场的稳定性。
进口锁扣是一种连接管片的装置，通过进口锁扣可以将各个管片连接在一起形成一个完整的管道。
管片是构成衬砌结构的最主要组成部分，一般由预制的沟槽混凝土组成，具有一定的强度和刚度。
首先，盾构机械进入施工现场，通过切土头将地下土壤切割成碎土，然后通过推进腔将碎土推出机械。
同时，加固千斤顶支撑周围土体，保持施工现场的稳定。
接下来，盾构机械在推进的同时，衬砌机将管片放置在推进腔后部，通过液压机构将管片推送到前部，与前一节管片连接。
随着盾构机械的推进，衬砌机不断放置新的管片，衬砌结构不断延伸。
在衬砌结构施工过程中，需要保证衬砌的质量和密实度。
一般采用现场加压灌浆的方法进行，即在管片周围的空隙中注入水泥浆料，通过固化形成一个坚固的衬砌结构。
这种方法可以提高管片和土体之间的粘结力，增加整个结构的稳定性。
1.施工快速：盾构机械可以同时进行切土、推进和衬砌，施工速度快，能够适应快节奏的城市建设需求。
2.施工质量好：通过现场加压灌浆和管片连接技术，可以保证衬砌的质量和稳定性。
3.对环境的影响小：盾构法施工可以实现无开挖施工，对地表影响小，在城市建设中更加适用。
4.适用范围广：盾构法适用于各种地质条件的隧道施工，可以施工直径较大的隧道，适用范围广泛。
盾构法隧道管片式衬砌结构在城市地下管道建设中具有重要的应用价值。
随着城市化进程的加快，盾构法的应用将会越来越广泛。
盾构法隧道衬砌结构设计
力法方程为：
δ11 X1 + Δ1 p = 0 δ 22 X 2 +Δ 2 p =0
1 π πr δ11 = ∫ M ds = rdα = 0 EI ∫0 EI s 1 π πr 3 2 2 δ 22 = ∫ M 2 ds = ∫0 (−r cos α ) rdα = EI 0 EI
s 2 1
1 π Δ1 p = ∫0 M p rdα EI −r 2 π Δ2 p = ∫0 M p rdα EI
盾构法公路隧道
外环沉管隧道
长江西路隧道 翔殷路隧道 崇明越江隧道
黄浦江越江公路隧道工程 军工路隧道 已建隧道：6 条 大连路隧道 在建隧道：3 条
延安东路隧道
将建隧道：5 条
新建路隧道
已建隧道
人民路隧道 在建隧道
复兴东路隧道
2010年，黄浦江越江通道 打浦路隧道 车道总数 车道总数 西藏南路隧道
上中路隧道 龙耀路隧道
−0.106 cos α − 0.5sin α )
2
pR RH (sin 2 α − sin α + 0.106 cos α )
两个基本要求：
满足施工及使用阶段结构强度、刚度的要 求，承受诸如水、土压力及一些特殊使用要 求的外荷载； 满足使用功能要求的环境条件，保持隧道内 部的干燥和洁净，特别是在饱和含水软土地 层中采用装配式钢筋混凝土管片结构时对衬 砌防水的措施。
2.1 钢筋混凝土管片的设计要求和方法
按照强度、变形、裂缝限制等需要分别验算。 确定衬砌结构的几个工作阶段——施工荷载阶 段，基本使用荷载阶段和特殊荷载阶段，提出 各个工作阶段的荷载和安全质量指标要求(衬砌裂
缝宽度，接缝变形和直径变形的允许量，隧道抗渗防漏指标，结 构安全度，衬砌内表面平整度要求等) ，进行各个工作阶
地下隧道衬砌
地下隧道衬砌盾构法隧道应用最多的是圆形断面，其衬砌结构有单层结构和双层结构。
单层结构多用装配式管片构筑，如图6.21（a）所示；双层结构是在管片衬砌（一次衬砌）内再整体套砌一层混凝土（二次衬砌），如图 6.21（b）所示。
盾构法隧道一般无需设置二次衬砌，只有当隧道功能有特殊要求时方采用双层结构，如穿越松软含水层时为防水防蚀、增加衬砌强度和刚度等。
图6.21 盾构隧道衬砌结构一般来说，一次衬砌是将称称作管片的预制件用螺栓等连接物拼装而成，二次衬砌是在一次衬砌的内侧现浇混凝土构成。
采用拼装式衬砌时，一次衬砌到隧道轴向（纵向）一定长度（通常1.0～2.0 m）的一段环状物称为管环；把管环沿周向分割成若干块弧形状板块，该弧状板块即称为管片。
为了提高盾构隧道的施工速度，管片事先在工厂采用设计的材料预制而成构件，构筑隧道时运至现场拼装为管环进而串接成一次衬砌。
一、管片的类型管片作为盾构开挖后的一次衬砌，它支撑作用于隧道上的土压和水压，防止隧道土体坍塌、变形及渗漏水，是隧道永久性结构物并且要承受盾构机推进时的推力以及其他荷载。
管片按位置不同有标准管片（A型管片，平面形状为矩形）、邻接管片（B型管片，平面形状为半梯形）和封顶管片（C型管片，有的称为K型管片，平面形状为梯形）三种。
直线段采用标准环管片，曲线施工和纠偏时将使用楔形环（分左转弯环和右转弯环）管片；按其形状分为板形管片和箱形管片，如图6.22所示；按制作材料分有球墨铸铁管片、钢管片、复合管片和钢筋混凝土管片等。
箱形管片是由主肋和接头板或纵向肋构成的凹形管片的总称。
平板形管片指具有实心断面的弧板状管片，一般由钢筋混凝土制作。
球墨铸铁管片强度高、质量轻、搬运安装方便、防水性能好，但加工设备要求高、造价大，不宜承受冲击荷载，已较少采用。
钢管片用型钢或钢板焊接加工而成，其强度高、延性好、运输安装方便，但易变形、易锈蚀、造价高，采用的也不多，仅在如平行隧道的联络通道口部的临时衬砌等特殊场合使用。
隧道盾构法施工
式
面板隔板间充满土砂产生 淤泥、淤泥夹 的压力和开挖处的地层压 砂 力保持平衡 胸板为网格，土体通过网 淤泥 格孔挤入盾构
二、盾构机械的构造
（一）手工挖掘式盾构
手工挖掘式盾构是盾构的最基本形式，主要由盾 壳、支护结构、推进系统、拼装机构和附属设备等五
部分组成，适用于开挖面基本能自稳的土层中的隧道
路隧道将会日益增多。
第二节
盾构机械分类与构造
一、盾构机械分类
盾构是一种集施工开挖、支护、推进、衬砌、出 土等多种作业于一体的大型暗挖隧道施工机械。
盾构类型很多，可按开挖方式、构造类型、盾构
的断面形状、盾构前部构造和排水与稳定开挖面方式 等进行分类。
一、盾构机械分类
按盾构断面形状不同可分为圆形、拱形、矩形、 马蹄形四种；
辅以气压， 人工井点降 水及其它地 层加固措施
挖
网格式盾构
掘 式 半机械
闭胸
半挤压盾构 全挤压盾构 反铲式盾构
敞胸 挖掘式 旋转式盾构
手掘式盾构装上反铲式挖 土质紧硬，稳 土机 定面能自立 手掘式盾构装上软岩掘进 软岩 机
辅助措施
盾构列表
挖掘方式 全 机 械 挖 闭胸 掘 构造类型 敞胸 盾构名称 旋转刀盘式 盾构 插刀式盾构 局部气压盾 构 泥水加压式 盾构 土压平衡盾 构 网格式挤压 盾构 开挖面稳定措施 适用地层 附 注 辅助措施 不再另设辅 助措施 单刀盘加面板、多刀盘加 软岩 面板 千斤顶支撑挡土板 面板与隔板间加气压 面板与隔板间加有压泥水 硬土层 含水松软地层 含水地层冲积 层、洪积层 辅助措施
在隧道上方一定范围内，尤其是饱和含水松软土层，
地表沉陷尚难以防止，拼装衬砌对衬砌整体防水技术 要求很高。
同济 地下工程概论 第四章 地下工程施工之盾构法的施工
§3 非开挖与顶管施工技术
§3 顶管法施工
• 顶管法是将管道用大功率的顶推设备顶进至 终点来完成铺设任务的施工方法。 • 顶管法施工过程如下：顶管的工作井----顶管 出口孔壁对面侧墙为承压壁，其上安装液压 千斤顶和承压垫板----然后以工具管为先导， 将预制管节按设计轴线逐节顶入土层中----直 到下一工作井的进口孔壁。
§3 顶管法施工
• 60年代开始，顶管技术不断得到开发和推广； • 70-80年代，先后引进和开发了长距离顶管、中继间、泥 浆减阻、计算机控制、激光导向系统等先进技术，管道顶 进最大长度已超过千米。 • 嘉兴污水处理排海顶管工程一次顶进2050m，创造了同类 顶管工程的世界记录。 • 顶管适用土层很广，特别适用于粘性土、粉性土和砂土， 也适用于卵石、碎石、风化残积土等非粘性土。 • 顶管法主要用于管径300-4000㎜的地下管道施工，设备 能够平衡地下水压力和土压力，能控制地表的隆起和沉降， 具有激光定向功能，顶进速度200-300㎜/min。
3 顶管法施工关键设备
• 触变泥浆减阻 • 在顶管中为了减少管壁四周的摩阻力，触 变泥浆套的形成依赖于工具管。 • 在长距离和超常距离顶管中，由于施工工 期较长，触变泥浆容易因失水而失去作用， 因此在管道沿程，从工具管开始每隔一定 距离都需设置注浆孔，及时补充新的触变 泥浆。通常在中继环附近设置注浆孔。
第四章 地下工程的施工
同济大学地下系 谢雄耀 副教授
xiexiongyao@
盾构法隧道及非开挖顶管法施工
§1 盾构机的分类 §2 盾构法施工工艺 §3 水平定向钻施工 §4 顶管法施工技术
§1 盾构机的分类
• 盾构法定义 • 盾构法隧道施工是利用盾构机在软岩和 土体中进行隧道掘进，同时完成隧道永久 衬砌铺设的一种施工工法。来自§1 盾构机的分类与选型
隧道构造设计衬砌的形式课件
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
- 隧道衬砌的其它构造要求
• 一般单线隧道洞口应设置不小于5m长的模筑混凝土衬砌，双线和多线
隧道应适当加长；
• 围岩较差段的衬砌应向围岩较好地段延伸5～10m； • 偏压衬砌段应延伸至一般衬砌段内5m以上； • 不设仰拱的隧道应做底板，单线隧道其厚度不得小于20㎝，双线隧道其
厚度不得小于25㎝；
• 对衬砌有不良影响的硬软地层分界处，应设置变形缝； • 电力牵引的隧道，其长度大于2000m及位于隧道群地段和车站两端时，
为了使接触网有良好的工作和维修条件，应根据需要设置接触网补偿下锚 的衬砌段。
• 运营通风洞、联络通道等与主隧道连接处的衬砌设计应做加强处理。
隧道构造设计
---洞身支护结构的构造
---洞身支护适用于地质比较差，岩石松散破碎，强度不高，又有地下水，侧向水
平压力也相当大的Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ级围岩情况
• 由顶部拱圈，侧面曲边墙和底部仰拱（或铺底）所组成
• 除在Ⅳ级围岩无地下水，且基础不产生沉降的情况下可不设仰拱，只
做平铺底外，一般均设仰拱
隧道构造设计
---洞身支护结构的构造
图为单线非电气化铁路隧道衬砌Ⅴ级围岩直线断面曲墙式衬砌标准图，
其内部轮廓线由五心圆曲线组成。
单线非电气化铁路隧道衬砌
隧道构造设计
---洞身支护结构的构造
双线或三线隧道的洞身衬砌，可以采取单孔式，四线隧道可采取双 孔式。单孔式衬砌应满足双线或三线隧道衬砌净空要求
双孔式 四线隧道衬砌
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
- 装配式材料
对于衬砌材料，可采用一些装配式材料，如钢筋混凝土大型预制块、加 筋肋铸铁预制块等
城市轨道交通工程——盾构法
城市轨道交通工程盾构法按支护地层的形式分类，主要分为自然支护式、机械支护式、压缩空气支护式、泥浆支护式、土压平稳支护式5种类型、按开挖面是否封闭划分，可分为密闭式和敞开式两类。
按平衡开挖面土压与水压的原理不同，密闭式盾构又分为土压式（常用泥土压式）和泥水式两种。
盾构的刀盘主要由刀盘体、刀具、磨损检测器、搅拌棒、泡沫及膨润土管路等零部件组成。
刀盘体由钢结构焊接而成，刀具可分为：滚刀、切刀、边缘刮刀、仿形刀、保径刀、先行刀、中心刀等。
刀盘具有三大功能：开挖功能、稳定功能、搅拌功能。
土压平衡盾构的刀盘有两种形式：面板式和辐条式。
盾构法施工条件1.适用地层范围：除硬岩外的相对均质的地质条件。
2.隧道埋深：隧道应有足够的埋深，覆土深度不宜小于1D（洞径）。
3.地下水防治：采用密闭式盾构时，除了始发和接收区以及开仓换刀时需要之外，一般不需要辅助施工法。
4.截面形状：标准形状为圆形。
也可采用异形截面。
5.对环境的影响：接近既有建（构）筑物施工时，有时需要辅助措施；盾构施工现场布置：在施工用地范围内，对施工现场的道路交通、材料仓库、材料堆场、临时房屋、大型施工设备、集土（泥）坑、拌浆系统、临时水电管线、消防器材垂直运输设备等做出合理的规划布置。
盾构施工一般分为始发、正常掘进和接收三个阶段。
始发是指盾构自始发工作井内盾构基座上开始掘进，到完成初始掘进（通常50~100m)止。
始发结束后要拆除临时管片、临时支撑和反力架，分体始发时还要将后续台车移入隧道内，以便后续正常掘进。
接收是指自掘进距接收工作井100m到盾构到达接收工作井内接收基座上止。
常用洞口土体加固方法：化学注浆法、砂浆回填法、深层搅拌桩法、高压旋喷注浆法、冷冻法等。
冻结法有造价高、解冻后存在沉降等缺点，旗喷桩加固虽然效果好，但其造价远高于深层桩。
所以，除工作井较深、洞门处土层为水头较高的承压水层外，洞门土体加固较为广泛采用的是深层搅拌法、并在搅拌桩加固体与连续墙间无法加固的间隙处用旋喷法进行补充加固。
隧道结构构造详解课件
6.锚杆和钢架
3. 钢筋混凝土
7.装配式材料
4．石料和混凝土预制块
1．混凝土
优点
整体性好，既可以在现场浇筑，也可以在加工场 预制，而且可以机械化施工。可以在水泥中掺入 外加剂，以提高混凝土的性能。
缺点 灌注后不能立即承受荷载，需要进行养生，达到 预定强度才能拆模，占用的模板和拱架较多。普 通混凝土的耐侵蚀能力较差。
喷射混凝土是以压缩空气为动力，将掺有速凝剂的混凝土 拌和料与水汇合成为浆状，喷射到坑道的岩壁上凝结而成 的。当岩壁不够稳定时，可加设锚杆、金属网和钢架，构 成“锚喷式衬砌”，也称为“喷锚衬砌”。
适用：
在IV-VI级围岩中不宜单独采 用喷锚支护作永久衬砌，一般 考虑在Ⅰ、Ⅱ级等围岩良好、 完整、稳定的地段中可以采用。
隧道洞口段不宜采用。
不宜采用喷锚支护作为永久衬砌的情况有
①膨胀性围岩； ②粘土质胶结的软岩； ③大面积涌水地段； ④堆积层、破碎带等不良地质地段； ⑤对衬砌有特殊要求的隧道或地段，如洞口地段，要求 衬砌内轮廓很整齐、平整； ⑥辅助坑道或其它隧道与主隧道的连接处及附近地段； ⑦有很高的防水要求的隧道； ⑧围岩及覆盖太薄，且其上已有建筑物，不能沉落或拆 除者等； ⑨地下水有侵蚀性，可能造成喷射混凝土和锚杆材料的 腐蚀； ⑩最冷月平均气温低于-5℃地区的冻害地段。
我国高速铁路隧道不使用喷射混凝土作为内层衬砌。
6.锚杆和钢架
锚杆是一种插入到围岩岩体内的杆形构件，可加固围岩。
可分为机械型锚杆、粘结型锚杆以及预应力锚杆。
锚杆的杆体直径宜为20～32mm,杆体材料宜采用 HRB335,HRB400钢；垫板材料宜采用HPB235钢。锚杆用的 各种水泥砂浆强度不应低于M20。钢筋网材料可采用 HPB235钢，直径宜为6—12mm。 钢架是为了加强支护刚度而在初期支护或二次衬砌中 放置的型钢支撑或格栅钢支撑。
城市地铁盾构法区间隧道的设计
第一章工程概况第二章工程地质和水文地质第三章隧道设计第1节主要设计标准第2节盾构隧道线路的拟合第3节管片构造形式第4节管片结构设计第5节管片防水设计第6节联络通道和洞门设计第四章结论与建议目录2...2.3..3..3..5..7..8..1..0...1..1.第一章工程概况越—三区间属于广州地铁二号线工程的的北段,由越秀公园站—火车站、火车站—三元里站两个双孔区间隧道和两个联络通道及泵房组成。
工程起于越秀区的地铁越秀公园站,向北下穿人民北路、环市西路到达地铁广州火车站;然后,线路从地下穿过广州火车站南站房等建筑群向西北延伸,最后下穿广花路到达地铁三元里站。
区间全长3926 单线延米,曲线半径为600m 和400m 两种。
区间纵坡均为“ V”形坡，最大坡度为30 %。
，最小竖曲线半径为3000m。
线路沿线地形起伏较大隧道最小覆土厚度为9m ,最大覆土厚度为26m。
第二章工程地质和水文地质区间的地层岩性在上部为:人工填土层，流塑—软塑状淤积层，海陆交互淤积层，冲、洪积砂层，冲、洪积土层，残积土层。
下部为:全风化、强风化、中等风化和微风化带的泥质粉砂岩。
区间隧道穿越地层大部分是岩层，少部分为残积土层和断裂破碎带。
隧道所处的地层为上软下硬，软硬岩互层现象特征明显。
本段地下水主要为第四系孔隙水和基岩裂隙水两种。
第四系孔隙水主要赋存在淤泥质砂层和冲积—洪积砂层内。
基岩裂隙水多属承压水,但富水性较小,透水性多较弱。
第三章隧道设计第1节主要设计标准(1) 结构的安全等级为一级。
(2) 区间隧道的抗震按7 度设计,人防按6 级考虑。
(3) 防水标准:隧道整体为二级;隧道上半部A 级;隧道下半部、洞门及联络通道 B 级。
(4) 结构最大裂缝允许宽度: 管片内侧0. 3 mm , 外侧0. 2 mm。
(5) 地表沉隆控制标准：-30/+ 10mm;建筑物倾斜控制标准：框架结构2 %。
,砖混结构1.5 %°。
隧道结构构造
第4章隧道结构构造公路隧道结构构造，由主体构造物和附属构造物两大类组成。
主体构造物通常指洞身衬砌和洞门构造物。
洞身衬砌的平、纵、横断面的形状由道路隧道的几何设计确定，衬砌断面的轴线形状和厚度由衬砌计算决定。
附属构造物是主体构造物以外的其它建筑物，是为了运营管理、维修养护、给水排水、供蓄发电、通风、照明、通讯、安全等而修建的构造物。
4.1 洞身衬砌4.1.1 衬砌结构的类型出现各种适应不同的地质条件的结构类型，大致有下列几类。
1．直墙式衬砌。
直墙式衬砌型式通常用于岩石地层垂直围岩压力为主要计算荷载、水平围岩压力很小的情况。
一殷适用于V，IV类围岩，有时也可用于III类围岩。
对于道路隧道，直墙式衬砌结构的拱部，可以采用割圆拱、坦三心圆拱或尖三心圆拱。
三心圆拱指拱轴线由三段圆弧组成，其轴线形状比较平坦(r1> r2)时称为坦三心圆拱，形状较尖(r2< r1)时称为尖三心圆拱，若r1＝r2＝r 时即为割圆拱(见图4.1.1)。
图4.1.1直墙式衬砌图4.1.2 连拱边墙或柱式边墙如果围岩完整性比较好的V～VI类围岩中，边墙可以采用连拱或柱，称为连拱边墙或柱式边墙，见图4.1.2。
为了节省圬工，也可以采用大拱脚薄边墙衬砌，见图 4.1.3。
如果具备喷混凝土条件时，边墙可以用喷混凝土代替。
该法是个有局限性的方法，最大的问题是大拱脚支座施工困难，在非均质岩层中很难用钻爆法做出整齐稳定的支座。
所以在这种较好围岩中，不如优先考虑喷锚支护。
2．曲墙式衬砌。
通常在III类以下围岩中，水平压力较大，为了抵抗较大的水平压力把边墙也做成曲线形状。
当地基条件较差时，为防止衬砌沉陷，抵御底鼓压力。
使衬砌形成环状封闭结构，可以设置仰拱，见图4.1.4。
3．喷混凝土衬砌、喷锚衬砌及复合式衬砌。
要求用光面爆破开挖，使洞室周边平顺光滑，成型准确，减少超欠挖。
适当的时间喷混凝土，即为喷混凝土衬砌。
根据实际情况，需要安装锚杆的则先装设锚杆，再喷混凝土，即为喷锚衬砌。
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4.2.2 荷载
1.荷载的种类 2.土压力 3.水压力 4.静荷载 5.地面超载 6.地基反作用力 7.内部荷载 8.施工时期的荷载 9地震荷载 10.其他荷载
4.2.3 衬砌材料 钢筋混凝土管片适用于初衬支护材料， 而现浇混凝土适合作为二次衬砌支护的材 料。对于没有现浇的内部衬砌支护，如果 外部管片衬砌支护需要的话，一次完成衬 砌也是允许的。 1.弹性模型 2.应力应变曲线
4.1.2 盾构设计程序包括的主要内容 （1）确定几何参数 （2）确定岩土参数 （3）选择危险断面 （4）确定TBM机的机械参数 （5）确定材料的属性 （6）设计荷载 （7）设计模型 （8）计算结果
4.1.3 盾构法设计常用名词及图示符号 （1）管片 （2）管片衬砌 （3）盾构中完成的管片衬砌 （4）扩大管片衬砌 （5）厚度 （6）宽度 （7）连接缝
第4章 盾构法隧道衬砌结构设计
目录
4.1 概述 4.2 盾构衬砌结构设计方法 设计实例
4.1 盾构法概述
盾构法开挖隧道通常适用于软土而 不适用于岩石中。相关衬砌参数，如材 料的尺寸和强度不仅取决于地层情况， 也取决于施工状况。实际应用中盾构法 衬砌设计需要许多施工经验和理论知识。
4.1.1 盾构法隧道衬砌设计流程 （1）遵守相关规划、规范或标准 （2）确定隧道的内部尺寸 （3）荷载类型的确定 （4）衬砌条件的确定 （5）计算内力 （6）安全性校核 （7）评估 （8）设计的批准
4.2 盾构衬砌结构设计方法
4.2.1 设计原则 1.应用范围 适用于软土中，如淤泥质土层和冲洪积 土层，由高强混凝土组成的管片衬砌及盾构 开挖隧道的二次衬砌，也适用于由盾构机开 挖的地下软岩隧道的管片衬砌。
2.设计原理 设计原理是为了检验盾构隧道衬砌的 安全性。在隧道衬砌报告中，都应该阐述设 计计算的必要性、设计概念的假设、设计寿 命、检查永久安全性等问题。来自
4.2.4 安全系数 4.2.5 管片结构设计计算 4.2.6 断面安全性检验 4.2.7 连接缝构造计算 4.2.8 衬砌安全性校核 4.2.9 管片构造 4.2.10 管片的生产 4.2.11 二次衬砌