淺淡盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)_工程管理

1、淺淡盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)的快速進(jìn)展帶動(dòng)了很多新型材料的誕生，做為鋼結(jié)構(gòu)屋面最為先進(jìn)防水材料丁基防水密封膠帶也應(yīng)運(yùn)而生。以前，鋼結(jié)構(gòu)屋面80%以上都存在不同程度的漏水現(xiàn)象，漏水主要集中在壓型板接口搭接、內(nèi)天溝兩側(cè)檐溝與墻體連接部位等。這既影響到工程款回收，又影響到公司的品牌信譽(yù)，從而成為鋼結(jié)構(gòu)公司的難言之隱。究其緣由，其實(shí)這并非完全是由于施工單位不規(guī)范操作所引起的，漏水現(xiàn)象與鋼結(jié)構(gòu)屋面自身的性能及氣候變化也有很大關(guān)系，由于鋼材料自身的熱脹冷縮系數(shù)大，再加上風(fēng)載、雪載等外力作用，一般的密封材料(如硅膠)因其會(huì)凝固從而不能適應(yīng)屋面的熱脹冷縮，故在經(jīng)受一年左右的氣候變化后就會(huì)產(chǎn)生脫膠現(xiàn)象，造成漏

2、水，不能達(dá)到長(zhǎng)期的防水效果，常常上演“一年一修”的現(xiàn)象，這給合作雙方帶來了很大程度上的不開心。鑒于此種狀況，上?？平ɑび邢薰鹃_發(fā)出了目前國(guó)內(nèi)最具性價(jià)比優(yōu)勢(shì)的新型防水材料鋼結(jié)構(gòu)專用丁基防水密封膠、防水膠帶系列產(chǎn)品，為鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)徹底解決鋼屋面滲水漏水難題，以下是筆者就這種新材料的性能及其在鋼結(jié)構(gòu)屋面防水中如何應(yīng)用所作的簡(jiǎn)要介紹。1、鋼結(jié)構(gòu)專用丁基防水密封膠，輊鋼屋面板鎖縫膠1.1概述丁基密封膠是一種以丁基橡膠為基質(zhì)的單組分中性密封膠。具有高彈性與極佳的耐老化、耐腐蝕、耐氧化等性能，對(duì)于界面形變和開裂適應(yīng)性強(qiáng)，尤其是防水、密封、耐低溫性和追隨性能最為突出。1.2應(yīng)用范圍鋼結(jié)構(gòu)屋面體系中直立式屋面

3、鎖縫板咬合部位，屋面各式收邊、平面搭接處、屋面風(fēng)機(jī)、管道開孔等部位。由于鋼板與鋼板之間的鎖縫咬合在沒有密封膠做填充的前提下，是硬物之間的機(jī)械性咬合，總會(huì)存在一些細(xì)小的縫隙，尤其在經(jīng)受溫度變化、風(fēng)載、雪載等外力作用后，簡(jiǎn)單發(fā)生彈性變形，在連接部位產(chǎn)生位移，或應(yīng)力不同步造成結(jié)合部位消失裂縫，下雨時(shí)產(chǎn)生洪吸效應(yīng)，現(xiàn)用密封條、硅膠因不能與彩鋼板表面粘接處同步移動(dòng)，導(dǎo)致屋面連接部位漏水現(xiàn)象不斷發(fā)生，使用丁基密封膠鎖縫后的屋面宛如一整張鐵皮，真正達(dá)到“天衣無縫”。1.3優(yōu)勢(shì)1)丁基密封膠是一種終生不固化膠，在彩鋼板熱脹冷縮產(chǎn)生形變的狀況下，仍保持極優(yōu)異的追隨性，不會(huì)消失脫膠現(xiàn)象，這是其他密封膠(如硅膠)所

4、無可比擬的。2)丁基密封膠是一種中性密封膠，對(duì)彩鋼板沒有任何腐蝕，且對(duì)咬口部位起到密封愛護(hù)作用;3)丁基密封膠性價(jià)比極高，并且適應(yīng)溫度在-40-90之間。1.4物理性能基本成份丁基橡膠 固含量大于80%外觀膏狀 密度1.4+0.05垂流無 粘性1，800-2，000dPa.s溶劑有機(jī)溶劑 抗UV性良好1、引言盾構(gòu)工法自問世以業(yè)，由于在節(jié)省地下空間資源、削減對(duì)周邊環(huán)境的影響、降低工程造價(jià)等方面的獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)而漸漸在地鐵、市政等工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。本文主要以廣州軌道交通二、八號(hào)線廣州新客站石壁站盾構(gòu)區(qū)間為工程背景，闡述盾構(gòu)區(qū)間設(shè)計(jì)要點(diǎn)。2、工程概況廣州軌道交通廣州新客站石壁站區(qū)間左線全長(zhǎng)728.

5、862 m(含長(zhǎng)鏈0.126);右線全長(zhǎng)728.41m;區(qū)間全采納盾構(gòu)施工，其中在Z(Y)CK1+100處設(shè)一聯(lián)絡(luò)通道;最小曲線半徑為1500m，最大縱坡為15.668，最大坡長(zhǎng)為530m。 <CENTER</CENTER廣州新客站石壁站區(qū)間總平面圖 <CENTER</CENTER廣州新客站石壁站區(qū)間縱斷面圖3、主要設(shè)計(jì)原則及標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿意施工、運(yùn)營(yíng)、城市規(guī)劃、人防、防水、防火、防迷流的要求;結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和耐久 性，以滿意使用期的需要。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限為100年;結(jié)構(gòu)的平安等級(jí)為一級(jí);區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)防水等級(jí)為二級(jí);盾構(gòu)圓形隧道限界為5200mm.4、工程地質(zhì)

6、與水文地質(zhì)本工程盾構(gòu)施工穿越的土層為：3-2 中粗砂、4-1粉質(zhì)粘土、5-2 硬塑粉質(zhì)粘土、7白堊系紅層強(qiáng)風(fēng)化帶。隧道覆土埋深5m9m，5、管片構(gòu)造設(shè)計(jì)1)隧道內(nèi)徑：地鐵圓形隧道限界為5200mm的圓。隧道內(nèi)徑的確定應(yīng)綜合考慮限界、施工誤差、測(cè)量誤差、線路擬合誤差、不勻稱沉降等因素。結(jié)合廣州地鐵的勝利閱歷，隧道的內(nèi)徑定為5400mm.2)管片形式及厚度：依據(jù)廣州、上海等地地鐵盾構(gòu)法區(qū)間隧道和國(guó)外類似工程的勝利閱歷，表明采納具有肯定剛度的單層柔性襯砌是合理的。其襯砌的變形、接縫張開及混凝土裂縫開展等均能掌握在預(yù)期的要求內(nèi)，完全能滿意地鐵隧道的設(shè)計(jì)要求;且使用單層襯砌，施工工藝簡(jiǎn)潔、工程實(shí)施周期短

7、、投資省。鑒于以上理由，盾構(gòu)隧道采納單層裝配式襯砌，管片形式選擇當(dāng)前常用的平板型鋼筋混凝土管片。考慮結(jié)構(gòu)100年使用壽命及參照已有工程實(shí)例，鋼筋砼襯砌的厚度采納300mm，采納C50混凝土管片。3)管片的寬度及分塊：襯砌環(huán)環(huán)寬越大，即管片寬度越寬，襯砌環(huán)節(jié)縫越少，因而漏水環(huán)節(jié)、螺栓數(shù)量越少，施工速度越快，費(fèi)用越省。但盾構(gòu)機(jī)千斤頂?shù)男谐桃螅┕るy度亦有肯定提高，在小半徑曲線上，1.5m管片比1.2m、1.0m寬管片的設(shè)計(jì)擬合誤差大，但本工程盾構(gòu)隧道最小曲線半徑為1500m，擬合誤差很小。與環(huán)寬1.2m的管片相比，采納環(huán)寬1.5m的管片有以下優(yōu)點(diǎn)：一方面，削減了20%的環(huán)向接縫數(shù)量，降低了接縫漏

8、水的幾率，提高隧道防水質(zhì)量;另一方面，降低了接縫止水材料和連接螺栓的使用量;此外還可削減20%的拼裝時(shí)間，提高了施工速度。依據(jù)目前廣州的盾構(gòu)機(jī)機(jī)械狀況，綜合考慮管片的制作、運(yùn)輸、拼裝及曲線施工的需要，打算采納了1.5m的環(huán)寬。襯砌環(huán)的分塊主要由管片制作、防水、運(yùn)輸、拼裝、結(jié)構(gòu)受力性能等因素確定。地鐵隧道管片常用分塊數(shù)為六塊和七塊兩種。分六塊和分七塊在制作、運(yùn)輸、施工方面沒有大的差別。在國(guó)內(nèi)上海地鐵一號(hào)線、廣州地鐵一、二、三號(hào)線盾構(gòu)區(qū)間隧道都采納六塊方案。依據(jù)隧道的實(shí)踐閱歷，考慮到施工便利以及結(jié)構(gòu)受力的需要，目前封頂塊一般趨向于采納小封頂塊形式。封頂塊的拼裝形式有徑向楔入、縱向插入等幾種。徑向插

9、入者其半徑方向的兩邊邊線必需呈內(nèi)八字形或者平行，受荷后有向下滑動(dòng)的趨勢(shì)，受力不利。采納縱向插入形式的封頂塊受力狀況較好，受荷后不易向內(nèi)滑動(dòng)，其缺點(diǎn)是需加長(zhǎng)盾構(gòu)千斤頂?shù)男谐?。本設(shè)計(jì)確定采納六塊方案，一塊封頂塊，兩塊鄰接塊，三塊標(biāo)準(zhǔn)塊。4)環(huán)、縱縫及連接構(gòu)造：管片接縫構(gòu)造包括密封墊槽、嵌縫槽及凹凸榫的設(shè)計(jì)，其中前者為通用的構(gòu)造方式，而凹凸榫的設(shè)置與否在不同時(shí)期、不同區(qū)域的工程實(shí)踐中有著不同的理解。凹凸榫的設(shè)置有助于提高接縫剛度、掌握不勻稱沉降、改善接縫防水性能，也有利于管片拼裝就位，但與此同時(shí)增加了管片制作、拼裝的難度，是拼裝和后期沉降過程中管片開裂的因素之一，客觀上又減弱了管片防水性能。依據(jù)本段

10、地質(zhì)狀況同時(shí)考慮降低施工難度，環(huán)縱縫均不設(shè)凹凸榫。管片環(huán)面外側(cè)設(shè)有彈性密封墊槽，內(nèi)側(cè)設(shè)嵌縫槽。環(huán)與環(huán)之間以10根M24的縱向螺栓連接，既能適應(yīng)肯定的變形，又能將隧道縱向變形掌握在滿意防水要求的范圍內(nèi)。管片的塊與塊之間以12根M24的環(huán)向螺栓相連，能有效減小縱縫張開及結(jié)構(gòu)變形。管片之間及襯砌環(huán)間的連接方式，從力學(xué)特性來看，可分為柔性連接及剛性連接。實(shí)踐證明，剛性連接不僅拼裝麻煩、造價(jià)高，而且會(huì)在襯砌環(huán)中產(chǎn)生較大的次應(yīng)力，帶來不良后果。因此，目前較為通用的是柔性連接。按螺栓連接外形又可分為彎螺栓連接、直螺栓連接、斜螺栓連接和榫槽加銷軸等方式。彎螺栓連接的接頭具有肯定的自由度，非常便利安裝。彎螺栓在

11、德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)、新加坡、丹麥等很多國(guó)家的地鐵交通項(xiàng)目及國(guó)內(nèi)地鐵中廣泛應(yīng)用，這種接頭系統(tǒng)都特別勝利。直螺栓和斜螺栓是近年來進(jìn)展起來的管片連接形式，其手孔體積小，管片強(qiáng)度損失很小，而且簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)機(jī)械快速安裝，但安裝難度較高，施工誤差要求較小。 依據(jù)廣州地鐵一、二號(hào)線及三號(hào)線的勝利閱歷，本設(shè)計(jì)管片塊與塊、環(huán)與環(huán)之間采納在廣州應(yīng)用比較成熟的彎螺栓連接。5)肋、端肋的構(gòu)造手孔形式設(shè)計(jì)時(shí)，為削減更多的手孔處減弱，考慮到環(huán)肋、端肋的設(shè)計(jì)需要，環(huán)肋、端肋的長(zhǎng)度約為180mm.6)襯砌環(huán)形式及拼裝方式襯砌環(huán)形式：為了滿意盾構(gòu)隧道在曲線上偏轉(zhuǎn)及蛇行糾偏的需要，應(yīng)設(shè)計(jì)楔形襯砌環(huán)。目前國(guó)際上通常采納的襯砌環(huán)類型有三種

12、。A)楔形襯砌環(huán)與直線襯砌環(huán)的組合。盾構(gòu)隧道在曲線上是以若干段折線(最短折線長(zhǎng)度為一環(huán)襯砌環(huán)寬)來擬合設(shè)計(jì)的光滑曲線。設(shè)計(jì)和施工是采納楔形襯砌環(huán)與直線襯砌環(huán)的優(yōu)選及組合進(jìn)行線路擬合的。依據(jù)線路轉(zhuǎn)彎方向及施工糾偏的需要，設(shè)計(jì)左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎楔形襯砌環(huán)及直線襯砌環(huán)。設(shè)計(jì)時(shí)依據(jù)線路條件進(jìn)行全線襯砌環(huán)的排列，以使隧道設(shè)計(jì)擬合誤差掌握在允許范圍之內(nèi)。盾構(gòu)推動(dòng)時(shí)，依據(jù)排列圖及當(dāng)前施工誤差，確定下一環(huán)襯砌類型。由于采納的襯砌環(huán)類型不完全確定，所以給管片供應(yīng)帶來肯定難度。B)通用型管片。目前歐洲較為流行通用管片。它只采納一種類型的楔形襯砌環(huán)，盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)通過盾構(gòu)機(jī)內(nèi)環(huán)向千斤頂?shù)膫鞲衅鞯男畔⒋_定下環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，以使

13、楔形量最大處置于千斤頂行程最特長(zhǎng)，也就是說，管片襯砌環(huán)是可以360°旋轉(zhuǎn)的。深圳地鐵首次采納通用管片。由于它只需一種管片類型，可降低管模成本，不會(huì)因管片類型供應(yīng)不上造成工程質(zhì)量問題。但是通用管片拼裝難度較高，需要有閱歷的盾構(gòu)機(jī)操作人員。C)楔形襯砌環(huán)之間相互組合。這種管片組合形式，國(guó)內(nèi)目前只有在南京地鐵施工中使用。它采納幾種類型的楔形襯砌環(huán)，設(shè)計(jì)和施工是采納楔形襯砌環(huán)與楔形襯砌環(huán)的優(yōu)選及組合進(jìn)行線路擬合的。依據(jù)線路偏轉(zhuǎn)方向及施工糾偏的需要，設(shè)計(jì)左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎楔形襯砌環(huán)，在直線段通過左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎襯砌環(huán)一一對(duì)應(yīng)組合形成直線。設(shè)計(jì)時(shí)依據(jù)線路條件進(jìn)行全線襯砌環(huán)的排列，以使隧道設(shè)計(jì)擬合誤差掌

14、握在允許范圍之內(nèi)。盾構(gòu)推動(dòng)時(shí)，依據(jù)排列圖及當(dāng)前施工誤差，確定下一環(huán)襯砌類型。由于采納的襯砌環(huán)類型不完全確定，所以給管片供應(yīng)帶來肯定難度。結(jié)合廣州的實(shí)際狀況，采納標(biāo)準(zhǔn)環(huán)、左轉(zhuǎn)彎環(huán)、右轉(zhuǎn)彎環(huán)三種襯砌環(huán)形式，其中轉(zhuǎn)彎環(huán)用于隧道糾偏。7)管片拼裝形式：襯砌環(huán)的拼裝形式有錯(cuò)縫、通縫兩種拼裝形式。錯(cuò)縫拼裝能使圓環(huán)接縫剛度分布趨于勻稱，削減結(jié)構(gòu)變形，可取得較好的空間剛度，但襯砌環(huán)較通縫拼裝內(nèi)力大，且管片制作精度不夠時(shí)簡(jiǎn)單在推動(dòng)過程中被頂裂，甚至頂碎。通縫拼裝施工難度小，襯砌環(huán)內(nèi)力較錯(cuò)縫襯砌環(huán)小，可削減管片配筋量，但襯砌空間剛度稍差。依據(jù)廣州地鐵一、二及三號(hào)線的勝利閱歷及現(xiàn)有的管片制作精度水平，本工程確定管片

15、拼裝方式采納錯(cuò)縫拼裝。8)管片標(biāo)示每環(huán)管片分為六塊，即三塊標(biāo)準(zhǔn)塊(A1、A2、A3)，兩塊鄰接塊(B，C)和一塊封頂塊(K)。襯砌環(huán)的種類有標(biāo)準(zhǔn)環(huán)(P)、左轉(zhuǎn)彎(L)和右轉(zhuǎn)彎楔形環(huán)(R)。管片標(biāo)示分為永久標(biāo)示和臨時(shí)標(biāo)示。永久標(biāo)示在鋼模制造時(shí)就鏡像鑄于鋼模上的，主要反映管片環(huán)類型(標(biāo)準(zhǔn)環(huán)、左轉(zhuǎn)彎環(huán)、右轉(zhuǎn)彎環(huán))、塊類型(標(biāo)準(zhǔn)塊、鄰接塊、封頂塊)、管片端面對(duì)接標(biāo)志及螺栓孔對(duì)接標(biāo)志。臨時(shí)標(biāo)示為管片脫模后噴涂的，主要標(biāo)示管片流水號(hào)碼、生產(chǎn)日期。9)特別管片設(shè)計(jì)緊急疏散聯(lián)絡(luò)通道及廢水泵房通道與正線隧道相接處的管片，設(shè)計(jì)為可以在正線隧道內(nèi)部拆除局部管片的特別管片環(huán)。特別管片采納鋼管片時(shí)，臨時(shí)鋼管片拆卸便利，

16、但加工難度大，成本高;采納鋼筋混凝土管片雖拆卸難度較高，但成本低，制作簡(jiǎn)潔。鋼筋混凝土切割和植筋技術(shù)的進(jìn)展已經(jīng)特別普遍，建議采納鋼筋混凝土特別管片。6、管片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.1計(jì)算原則1)砂性土中采納水土分算計(jì)算水土壓力，粘性土中采納水土合算計(jì)算水土壓力;2)豎直荷載考慮上覆土重。地層反力與豎向水土壓力、襯砌自重和地面超載相平衡;3)側(cè)向荷載依據(jù)地層的側(cè)壓力系數(shù)或c、角計(jì)算;地面超載采納20KPa;4)地震作用與主要荷載組合進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，并提高接頭的整體抗震力量;5)襯砌計(jì)算中考慮接頭剛度的影響以及拼裝應(yīng)力、盾構(gòu)千斤頂力的影響等施工荷載。6)結(jié)構(gòu)抗浮平安系數(shù)：考慮摩阻力時(shí) 1.15，不考慮摩阻力時(shí)1.057)管片裂縫寬度0.2mm.6.2計(jì)算荷載盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮以下荷載：地面超載(一般狀況下按20kpa計(jì))結(jié)構(gòu)自重G垂直和水平土壓力Q1、E1-E2水壓力側(cè)向地層抗力地層反力施工荷載(盾構(gòu)千斤頂力)結(jié)構(gòu)內(nèi)部荷載特別荷載(地震荷載、人防荷載)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，分別就施工階段、正常運(yùn)行階段可能消失的最不利荷載組合進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和裂縫寬度驗(yàn)算。但特別荷載階段每次僅對(duì)一種特別荷載進(jìn)行組合，并考慮材料強(qiáng)