地铁结构设计作业

地铁结构与设计课程报告

标题盾构机接收施工技术研究

姓名

学号

班级

2016年7月8日

盾构机接收施工技术研究

154811030 乐永飞

1 盾构机接收施工技术

1.1工程概况

长沙市地铁1号线一期工程5标段包括一站（侯家塘站）四区间（五一广场站～黄兴广场站、黄兴广场站～南门口站、南门口站～侯家塘站、侯家塘站～南湖路站。侯家塘站主体沿劳动西路东西向布置，位于贺龙体育馆广场前方，车站大小里程两端均为盾构始发井，车站主体采用明挖顺作法施工。区间均采用加泥式土压平衡盾构机施工。盾构由侯家塘站东端始发向东沿劳动西路至侯家塘，再右转向南沿芙蓉路进入南湖路站，区间施工完成后在南湖路站东端接收后吊出转场至侯家塘车站西端重新始发，沿劳动西路向西至劳动广场再右转沿黄兴南路到南门口站，站内过南门口站，然后从南门口站北段始发井始发，向北沿黄兴南路步行街进入黄兴广场站，在黄兴广场站南端通过钢套筒实现接收。见图1黄南区间盾构掘进平面图。

1.2钢套筒接收施工方案

在黄兴广场站南端头接收端采用地表旋喷加固必须将地表的管线改移完毕后方可进行；由于该处为12局施工场地，比较狭小，无法进行地面施工；同时管线改移数量极多，工期较长的同时增加成本。为此采用掌子面水平注浆加固，在实施过程中，由于长沙地下水随着湘江水系产生季节性流动，日流速达到20米，注浆加固效果不明显，达不到盾构

机始发条件。为此采用钢套筒模拟原始地层实现盾构接收。

（1）钢套筒总体设计

盾构机到达时土舱压力约为0.15-0.2MPa，钢套筒设计耐压0.5Mpa，。钢板选择：Q235B，板厚δ=16mm。整个钢套筒结构由过渡环、筒体、环梁等部分组成。钢套筒由专业制作厂

家按专利图纸设计制作，并提供相应合格证书。

托架筒体

反力架

后端盖

顶推托轮组

进料口

装置是一端开口可拆卸的

钢套筒横向支撑在车站侧墙需埋设钢板。钢板埋设高度为500mm。车站中部侧可改

成斜撑形式。并成车站底部相应位置焊接钢板。

（3）钢套筒与洞门钢环连接

洞门钢环是预埋在车站主体结构上，通过已经焊接好的锚固筋与主体结构钢筋连接。钢套筒后端连接法兰与过渡连接板通过螺栓连接，然后将过渡连接板与洞门钢环进行焊接。见图7 钢套筒与洞门钢环的关系图：

右线盾构机钢套筒接收后可直接吊出，左线需平移至右线盾构吊出口吊出。

2 盾构机接收数值计算

2.1计算模型及参数

根据长沙市地铁1号线黄兴广场南端盾构接收的地质剖面图显示的地质情况和计算需要，经过一定的简化建立的钢套筒模拟原始地层进行盾构机接收的模型如图9所示，隧道模型截面图如图10。

图9三维计算模型网格划分

图10隧道模型截面图

模型尺寸为宽60m×长45m×高15m。共划分网格域（zone）25500个、节点（grid-points）28030个。盾构隧道围岩、注浆加固区及钢套筒单元本构模型（见图11）均采用

Mohr-Coulomb理想弹塑性模型。渗流模型采用各向同性流体，孔隙水压力是根据水平面位置自动计算得到。

图11注浆加固区及钢套筒模型横截面图

在参考长沙市地铁1号线黄兴广场南端盾构接收地段有关地质资料并结合相关工程

经验的基础上，计算区域内岩土体材料参数参考地质勘察报告中试验结果及参考同类工程经验选取，主要有钢筋混凝土、素混凝土和钢三种材料，计算参数参考同类工程经验。拟定各模拟单元所采用的力学计算参数如表1所示：

表1计算力学参数

材料名称重度

/(kN/m-3

)体积模量

/MPa

剪切模量

/MPa

粘聚力

/kPa

摩擦角

(°)

杂填土170008 4.81516

粉质粘土1900018.949.772025

强风化泥质粉砂岩2000010.67 6.42830

钢筋混凝土250002233013400//

素混凝土24000133908040//钢7900013300080000//

2.2边界条件

位移边界条件:模型X方向左右两侧边界约束X方向位移;模型Y方向前后两侧边界约束Y方向位移;模型底面约束Z方向位移，顶面为自由边界。

初始地应力:Z 方向总应力计算公式

方向和Y 方向总应力取Z 方

向总应力值一半即

。孔隙水压力由计算软件根据水平面位置及

土层渗透系数计算得出。

2.3模拟计算步骤

结合长沙市地铁1号线黄兴广场南端盾构接收地段隧道施工设计资料及土压平衡盾构法施工技术，经简化调整后，模拟开挖的计算步骤如下表2所示：

表2 Flac3D 计算步骤

通过以上计算分析可以得出，隧道的开挖导致地表及隧道本身均出现一定程度的变形，但总体来看，变形量不大符合施工规范。在盾构接收处使用钢套筒和土体注浆加固的效果非常理想，隧道结构在盾构到达的情况下处于安全状态，减少隧道轴线与钢套筒安装轴线的偏差，保障盾构顺利接收。

3 盾构机接收施工措施 3.1盾构机接收施工方法

（1）洞门破除和检查

玻璃纤维筋混凝土连续墙施作完成后检查合格后；分段凿除洞门，并用水泥砂浆及时回填。洞门凿除时分三块从下往上依次进行，每次凿除高度为2m ，首先用炮机凿除洞门下半部2m 范围位置的围护结构，凿除厚度为60cm ，剩下20cm 人工凿除，并及时在已经凿除完毕的2m 范围内回填M75水泥砂浆。依此方法从下往上一直凿完整个洞门并回填完毕。对洞门预埋环板进行检查，必要时须进行植筋加固。

（2）安装过渡环

()d

w

n gy σρ

ρ

=-

+()/0.5

xx yy

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w

n gy ρ

ρ

σ=-+