超大直径盾构隧道设计与施工讲座 Copy

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三)总体设计
2.主要设计内容及重点
上海长江隧道盾构段横断面
武汉长江隧道横断面
武汉三阳隧道横断面
二 盾构隧道设计
三)总体设计
2.主要设计内容及重点 隧道平、纵控制因素及参数 城市规划及现状影响因素: 双盾构水平净距: 与其他构造物交叉净距: 沿线环境近邻保护要Βιβλιοθήκη Baidu距离: 覆盖层: 纵坡要求: 平曲线要求: 竖曲线要求: 沿线道路(含地下匝道)接线要求: 地层对盾构适应性要求: 盾构施工井及施工场地要求: 隧道配套建(构)筑(风塔、供配电、通风及逃生口等)要求
上海打浦路隧道(单管双向2车道、网格式盾构施工、管片外径10m)第一座水下盾构隧道 延安东路隧道南线(单管单向2车道、泥水平衡盾构施工、管片外径11m )第一次采用泥水 平衡盾构 复兴东路隧道(双管双层双向6车道,上层净高2.6m,下层净高4.0m,管片外径11m ,原按 双管单层双向4车道订购盾构机)第一个盾构双层隧道 上中路隧道(双管双层双向8车道,高4.5m,管片外径14.5m )第一个超大直径单管4车道 隧道 上海长江隧道(双管双向6车道,预留轨道交通,管片外径15m ,盾构机连续超长距离掘进 达7.2km)创造多项世界第一 上海外滩隧道(单管双向6车道,管片外径13.95m )创造国内城市核心区盾构隧道的新纪 录(单管车道数最多)
二 盾构隧道设计
三)总体设计
2.主要设计内容及重点 隧道断面布置(结构型式、主要控制尺寸) 几种常见盾构隧道横断面布置(双向4、6、8车道及双向4车道+紧急停车带),可采取单、双 管盾构形式,也就是单管盾构双层布置和双管盾构单层布置,示例如下:
复兴东路隧道
上中路隧道
上海外滩通道盾构段横断
二 盾构隧道设计
前言
随着国家社会经济的快速发展,解决城市交通拥堵问题和建设跨江越海通道越来越 多采用隧道方式,盾构作快速、安全、自动化程度高和环保好的隧道工法在隧道工程建 设中得到越来越普遍的应用,并且不断取得突破,满足道路功能的盾构隧道直径一般在 11m以上,不少达到15m多,属于大、超大直径盾构隧道,其设计、施工技术难度大、风险 高,还面临不少技术难题需要进一步克服解决,交流总结超大直径盾构隧道相关技术, 有利于促进其在本地区建设中的应用与发展
最近10~20年间,盾构隧道直径以及盾构机开挖直径被不断刷新,正朝着超大直径方向迈进 ,表1是近年来国内外直径13m以上盾构隧道项目汇总
目前国内将开挖直径超过13m的盾构视为超大直径盾构,在穿越复杂地层和环境要求严格时 仍面临诸多难题,大、超大直径盾构隧道主要集中在城市道路、公路、地铁、城际铁路、高铁 等领域,以城市道路为最多,发展最快、功能最多样化,在城市核心区隧道和水下通道建设中 所发挥的作用越来越重要 国内超大直径道路盾构隧道建设发展概要
二 盾构隧道设计
四)结构设计
2.管片结构选型及分块 管片基本类型为箱型和平板两种类型,超大型盾构隧道宜采用平板型管片,为钢筋混凝土结构 铸铁管片一般不宜用作永久性隧道衬砌,钢管片安拆方便,可适用于联络通道、废水泵房等特 部位管片 盾构隧道管片宜错缝拼装,管片环类型可采用通用楔形环、直线环+转弯环等组合形式,超大 型盾构基本采用通用楔形环方式,合理确定管片楔形量,适应隧道平纵几何线形 钢筋混凝土管片分块与环宽:外径10~12 m,宜分8~10块,环宽1500~2000mm;外径14~15 m,宜 分9~11块,环宽宜取2000mm 环宽取值应结合管片制作成本、搬运、拼装、曲线拟合、接缝数量、盾构机千斤顶行程等因素 综合确定 确定封顶块大小和拼装方式,主要有径向插入型、轴线插入型和两者组合的混合型
二 盾构隧道设计
三)总体设计
3.方案比选与论证重点 路线方案 道路连接(含交叉节点)方案 横断布置 重要控制点方案(空间交叉布置、近邻影响措施等) 盾构施工筹划(盾构、工作井)
二 盾构隧道设计
四)结构设计
1.设计原则 1)隧道衬砌宜采用具有一定刚度的柔性结构,应限制其变形和接头张开量,满足结构强度和 刚度的前提下,还同时满足防水、防腐蚀等要求 2)衬砌结构横向计算模式应根据地层情况、衬砌构造特点、结构的实际工作条件等确定,宜 考虑衬砌与地层共同作用及装配式衬砌接头的影响。在进行结构横向内力、变形计算时, 应考虑由可能产生的纵向变形所引起的横向内力及变形值 3)隧道在荷载、结构、地质条件发生变化的部位或因抗震要求需设置变形缝时,应采取可靠 的工程技术措施,确保变形缝两侧的结构不产生影响使用的差异沉降。变形缝的形式、宽 度和间距应根据允许纵向沉降曲率、沉降差、防水和抗震要求等确定 4)盾构法隧道不宜设于可液化地层中。当隧道周边存在可液化地层时,应根据地层的液化等 级、液化范围及其与隧道的位置关系等因素,分析地层液化后对隧道结构强度和稳定性的 不利影响,并应采取相应的地层抗液化或隧道结构加强措施 5)盾构法隧道结构在施工阶段抗浮安全系数≥1.1,施工阶段≥1.2
二)技术特点
超大直径盾构相对于其他直径盾构隧道有如下技术特点: 总体设计(平、纵、横布置)更加需要好的设计技术和理念 盾构管片尺寸大、结构受力及接头构造更复杂,安全、质量控制难度大,风险高 隧道水压大,防水、耐久性标准更高,控制更难 隧道穿越地层地质变化(软硬不均、盾构不利岩土层) 盾构施工对地层扰动更大,建(构)筑物、管线等保护更难,风险更大 隧道的防灾系统更复杂 盾构机制造难度、工艺要求和控制标准更高
二 盾构隧道设计
一)调查及基础性资料
2.地质勘查 通过地质调绘、物探、钻探等综合手段 查明隧道场地区域地质构造、地层岩性、 水文条件及特殊地质问题等 不仅进行常规岩土物理力学参数试验及 常规水质分析,还应进行非常规岩土物 理力学参数试验
二 盾构隧道设计
一)调查及基础性资料
3.邻近环境条件勘察 盾构掘进面地下障碍物调查 隧道施工影响范围建(构)筑物、地上杆线、地下管线等,含邻近港口、码头、航道、 水利、军事及其他公用设施 对重要基础设施、重要历史建筑或军事设施等有影响时,应在前期或初步勘察阶段 进行专题评估,依据结论进行特殊勘察及处置设计 设计根据环境调查开展相应环境保护和监测设计,含迁改、保护、监测、应急等
盾构衬砌结构结构设计参照现行国家、行业相关规范、标准、指南开展设计,主要执行 极限状态设计法
二 盾构隧道设计
二)设计规范、标准及原则
2.设计原则 1)根据规划、道路等级性质、交通量、建设条件及隧道规模等确定路线方案、技术标准 2)隧道总体设计应满足工程影响区域的总体及各专业规划要求,并协调好与地面建(构) 造物、地下管线及其他公用设施的关系 3)隧道洞内外平、纵线形应协调,符合行车安全与舒适的要求 4)隧道横断布置应满足行车、设备布置、防灾与救援对结构建筑限界、内净空的要求 5)根据建设条件和技术特点进行隧道方案的比选 6)根据工程特点做好与其他工法施工安全性、技术可行性、经济合理性与环境适应性 等方面进行充分比较与论证 7)总体设计应在充分研究已有资料的基础上进行,根据拟定的技术标准,对平面线位、 纵面线形、横断面布置、洞口位置、始发与接收及两端接线方案等进行综合比选 8)隧道总体布置、土建结构、通风照明、消防排水、供配电等运营管理系统及附属设施等 ,应能满足隧道正常运营、管理维护、防灾救援等方面需要 9)洞门、风塔、管理中心等建(构)筑物建筑应与环境协调,满足较好的环境景观效果
10) 初步开展盾构机选型、施工辅助及环境保护措施分析
二 盾构隧道设计
三)总体设计
2.主要设计内容及重点 隧道断面布置(结构型式、主要控制尺寸) 国内外超大直径盾构隧道工程规模信息统计(截至2016年6月)见表1、表2:
二 盾构隧道设计
三)总体设计
2.主要设计内容及重点 隧道断面布置(单管单层、单管双层、双管单层、双管双层和多功能的组合) 建筑限界(根据道路功能定位、车辆组成和交通流量预测) 城市道路盾构隧道开始设置专用通道(小型车、大型客车等)实现交通服务 国标GB1589-89 规定汽车外廓尺寸总宽不得超过2.5m,城市道路设计规范定义的机动车外廓尺 寸:小型汽车:1.8m普通汽车和铰接车: 2.5m;实际车型尺寸:小型车:一般宽1.7m ,高度 2.0m;最宽1.98m ,最高2.4m;大型客车(双层巴士、电车除外):一般宽2.40m;不超2.5m ,高度3.8m以下; 专用道路限界:小型车:车道宽度可取3.0~3.25m,通行净高:2.60m,运营限高:2.40m,也 可按规范取到3.2~3.5m; 大型客车:车道宽度可取3.0m,通行净高:4.0m,运营限高:3.8m,紧急停车带: 2.50m; 建筑限界应根据通道交通流量、交通特点及专用道特性合理分层、分管确定,但不同特性专用 道应独立孔洞,达到合理利用盾构空间,提高经济性,并解决好设备布置和隧道通风、防灾及 救援功能满足要求
二 盾构隧道设计
三)总体设计
2.主要设计内容及重点 主要设计内容: 1) 综合分析明确工程功能定位、技术标准 2) 隧道选址(隧道位置、走向、线形) 3) 沿线接线方案 4) 隧道断面布置(结构型式、主要控制尺寸) 5) 隧道平、纵控制因素及参数 6) 确定通风、防灾救援方式 7) 隧道平、纵布置设计 8) 明确工程风、水、电布置及配套设施布置 9) 确定施工井尺寸、布置和明确指导性施工组织
二 盾构隧道设计
一)调查及基础性资料
1.收集资料与场地条件调查 总体布置、地质条件、环境条件、盾构选型、隧道技术特点确定设计阶段资料收集与场地
条件调查的内容 查明场地土地利用、土地现状及性质、交通运输条件 调查工作井用地情况,包括盾构始发与接收设备堆放、管片预制厂与渣土处理 调查河流、湖泊、 江海等水域的情况,包含水域断面,水文、航道及水利等 调查工程用电的确保及给排水设施的状况,确保盾构掘进水、电供给的可靠合理
二 盾构隧道设计
二)设计规范、标准及原则
1.设计规范、标准 目前盾构法隧道设计规范国内还不完善,主要可参照的标准、规范、指南有: 1)公路水下隧道设计规范(报批稿)JTG D71-2014 2)道路隧道设计规范 DG/TJ08-2033-2008;(上海地方标准) 3)盾构隧道管片质量检测技术标准 CJJ/T 164-2011 4) 盾构法隧道施工及验收规范 GB 50446-2017 5)盾构隧道衬砌设计指南 (国际隧道协会) 6)隧道标准规范(盾构篇)及解说 2006年 日本土木学会编制
内容
一、概述 一)发展概况 二)技术特点
二、盾构隧道设计 一)调查及基础性资料 二)设计规范、标准及原则 三)总体设计 四)结构设计 五)结构计算 六)结构防水及耐久性 七)通风与防灾
三、盾构施工 一)盾构机选型 二)工程筹划与主要施工内容 三)施工主要风险
四、展望
一 概述
一)发展概况
自从19世纪,在伦敦泰晤士河底建成第一条盾构隧道以来,盾构技术不断发展,并在世界 各地得到了广泛地应用
10)根据项目总体方案、环境条件及施工工期做好设备选型、施工组织方案
二 盾构隧道设计
三)总体设计
1.目的及要求 目的: 通过调查工程场地建设条件,在分析区域现状及规划、交通流量预测及分析和设计控制因 素基础上,确定交通功能定位、技术标准、工程规模和主要技术方案,明确工程总体布 置、路线走向及沿线接线方案,并形成设计成果文件 要求: 方案分析研究要深入,不能遗漏有价值方案,影响工程建设功能、安全、质量、工期、造 价等的技术经济比选应全面,并提出比选意见
一 概述
一)发展概况
一 概述
随后又在上海、武汉、南京、杭州、广州、珠海等城市建成20多座管片外径11~15.2m盾构隧 道工程,穿越地层更复杂、技术难度更大,在设计(总体设计、结构防水及耐久性、逃生防灾)、 施工(换刀、水下对接、控制)、盾构机制造等不断取得技术突破
超大直径盾构隧道会在以下方面取得新的发展与技术突破: 城市道路超大直径盾构隧道功能和横断面布置向多功能化(汽车、轨道、市政管廊、排洪等 组合)、集约化单管双层双向布置隧道(城市核心区解决交通拥堵问题)、双管双层大容量 多功能布置隧道(提高断面利用率)和巨型盾构隧道(盾构隧道直径实现19m以上) 盾构技术(常压刀盘换刀、刀具检测、刀盘摆动和伸缩摆动、冷冻刀盘及超前地质预报等) 进步满足超大型盾构隧道建设的需要
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