[PPT]隧道盾構(gòu)法施工講義_ppt

1、盾構(gòu)法隧道概述1 概述 盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展概況 :用盾構(gòu)法修建隧道開始于1818年 ，法國工程師布魯諾爾；1825年在英國泰晤士河下首次用矩形盾構(gòu)建造隧道 ；近代，日本盾構(gòu)法得到了迅速發(fā)展，用途越來越廣，并研制了大量新型盾構(gòu)；我國于1957年北京下水道工程中首次出現(xiàn)2.6m小盾構(gòu) ； 上海市延安東路過江道路隧道使用11.0 m直徑的大盾構(gòu)； 盾構(gòu)隧道優(yōu)點:在松軟含水地層中修建隧道、水底隧道及地下鐵道時采用各種不同形式的盾構(gòu)施工最有意義，特別是該施工方法屬地表以下暗挖施工，不受地面交通、河道、航運、潮汐、季節(jié)等條件的影響，完善的施工方法，解決了在軟巖、泥土、砂層中施工的技術(shù)難題。盾構(gòu)技術(shù)應(yīng)用于城市地下

2、隧道或海底、河底、穿越斷層和地下水位較高的地下隧道施工，具有安全、可靠和進度快、一次推進距離長、對施工場地要求較低、對城市道路交通等環(huán)境的影響小等其它方法不可取代的優(yōu)點。盾構(gòu)法隧道的基本原理及特點 目前常用的盾構(gòu)機主要有土壓平衡和泥水平衡盾構(gòu)機，除了其出土（渣）的方式不同外，其基本的工作原理是一致的。 土壓平衡盾構(gòu)機出土（渣）的工作原理是：刀盤旋轉(zhuǎn)開挖工作面的土體，挖掘下來的土料作為穩(wěn)定開挖面的介質(zhì)，土料由螺旋輸送機旋轉(zhuǎn)運出，泥土室內(nèi)土壓可由刀盤旋轉(zhuǎn)開挖速度和螺旋輸料器出土量(旋轉(zhuǎn)速度)進行調(diào)節(jié)。 泥水平衡盾構(gòu)機出土（渣）的工作原理是：利用泥水室的泥水壓力來平衡切削面的土、水壓力，切削下來的土

3、體與泥水室內(nèi)的泥水充分混合后,由泥水輸送系統(tǒng)輸送到泥水分離系統(tǒng)進行分離,廢棄渣土,泥水經(jīng)改良后,再次由管路輸送回泥水室循環(huán)使用。 盾構(gòu)構(gòu)機刀盤上的刀架與刀頭，可根據(jù)巖土構(gòu)成情況及其硬度，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾托螤?。對材料要求堅硬耐磨，便于裝卸、更換。如有擴挖要求，還可在刀盤外繞，裝配可調(diào)節(jié)的擴挖刀頭。刀盤旋轉(zhuǎn)動力一般為交流市電，有的用電動機帶動液壓泵驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。隨著刀盤不斷切削巖土，在沿圓周布置的若干強力液壓千斤頂推力下，盾頭不斷向前推進。這些液壓千斤頂皆以電力帶動油泵供油來工作。 當(dāng)盾構(gòu)機向前推進一個管片的長度(沿洞軸向)時，便可以用機械手將若干管片依從下而上的順序拼裝為管環(huán)，即洞身。一般每環(huán)分為

4、611 片(視洞徑而定)，其中頂部有一塊楔形片，它的安裝使管環(huán)呈一擠緊的整體。盾構(gòu)機上的機械手，有的是機械掛鉤，用于插銷固定管片；有的是用負(fù)壓吸盤，將管片吸起。這些均由施工人員現(xiàn)場操作、拼裝。隨著管環(huán)的形成，盾構(gòu)機立即在盾尾部位進行填充灌漿，沿盾層外周的灌漿管壓出水泥砂漿，盾尾末端沿圓周內(nèi)側(cè)設(shè)有 23 道止?jié){圈，與已成型管片壓緊防止漏漿，保持泥漿壓力與質(zhì)量。 2、盾構(gòu)機的構(gòu)造 因各種類型的盾構(gòu)機型其部件和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各有不同，但主要部件及其原理大同小異。因此本文主要介紹目前國際上應(yīng)用最為廣泛的土壓平衡、泥水平衡盾構(gòu)機的主要部件及其相關(guān)的結(jié)構(gòu)情況。 2.1、土壓平衡盾構(gòu)機的主要部件和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹 其

5、主要組成部分為： 刀盤切削系統(tǒng)：位于切口環(huán)內(nèi)，由盤體、切削刀、仿形刀、傳動箱、集中潤滑系統(tǒng)組成。 推進系統(tǒng)：由若干組推進千斤頂組成。 加泥與注漿系統(tǒng)：外加泥或水與切削下來的密封艙內(nèi)土體充分?jǐn)嚢?，使之成為可塑、滲透性極小的泥土，并保持一定的動態(tài)平衡壓力，控制開挖面土體不塌陷和地面不發(fā)生較大沉降。注漿系統(tǒng)分盾尾同步注漿和管片二次注漿,主要是保證地面沉降在允許范圍內(nèi)。 螺旋輸送機系統(tǒng)：將切削下來的土體輸送到皮帶機或編組列車內(nèi),是控制密封艙內(nèi)保持一定土壓與開挖面土壓和水壓平衡的關(guān)鍵管片吊運系統(tǒng)。 管片拼裝系統(tǒng)：用于隧道管片拼裝. 由回轉(zhuǎn)盤體、懸臂梁、提升橫梁、舉重鉗，以及千斤頂?shù)冉M成。 盾尾密封系統(tǒng)：

6、是盾構(gòu)形成密封的關(guān)鍵,結(jié)構(gòu)型式為三排二室鋼絲刷等結(jié)構(gòu)形式。 皮帶運輸機系統(tǒng)：用來輸送土體。 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)：是盾構(gòu)工作的控制系統(tǒng). 可對挖掘數(shù)據(jù)進行采集、數(shù)值運算、邏輯控制、故障報警、實時畫面顯示與數(shù)據(jù)輸出等管理工作。 后續(xù)臺車系統(tǒng)：主要為盾構(gòu)機各種后配套設(shè)備的臺車編組。 2.2、泥水平衡盾構(gòu)機的主要部件和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與土壓平衡盾構(gòu)機相比，無加泥裝置、螺旋輸送機及其泥土輸送編組列車等系統(tǒng)；但多了泥水分離系統(tǒng)和泥水輸送管理系統(tǒng),其他結(jié)構(gòu)系統(tǒng)基本相同這里不再贅述。 3、盾構(gòu)法隧道的優(yōu)缺點 3.1、優(yōu)點 在盾構(gòu)支護下進行地下工程的暗挖施工，不受地面交通、河道、航運、潮汐、季節(jié)氣候等條件的影響，能較經(jīng)

7、濟合理地保證隧道安全施工； 盾構(gòu)的推進、出土、襯砌拼裝等可實現(xiàn)自動化、智能化和施工遠程信息化，掘進進度快，施工勞動強度低； 地面人文自然景觀受到良好的保護，周圍的環(huán)境不受盾構(gòu)施工干擾；在松軟的地層中，開挖埋置深度較大的長距離、大直徑隧道，具有經(jīng)濟、技術(shù)、安全等方面的優(yōu)越性； 3.2、缺點 盾構(gòu)機械的造價昂貴，隧道的襯砌、運輸、拼裝、機械安裝等工藝復(fù)雜；在飽和和含水的松軟地層中施工，地表的沉陷風(fēng)險較大； 需要設(shè)備制造、氣壓設(shè)備供應(yīng)、襯砌管片預(yù)制、襯砌結(jié)構(gòu)防水及堵漏、施工測量場地布置、盾構(gòu)轉(zhuǎn)移等技術(shù)配合，系統(tǒng)工程協(xié)調(diào)復(fù)雜； 建造短隧道時經(jīng)濟性差；對隧道施工半徑過小或隧道埋深過淺時，施工難度教大。

8、泥水加壓式盾構(gòu)機技術(shù) 泥水加壓盾構(gòu)是應(yīng)用封閉型平衡原理進行開挖的新型盾構(gòu)：用泥漿代替氣壓支護開挖面土層，施工質(zhì)量好、效率高、技術(shù)先進、安全可靠，是一種全新的盾構(gòu)技術(shù)。 但由于泥水加壓盾構(gòu)，需要一套較復(fù)雜的泥水處理設(shè)備，投資較大（大概就占了整個泥水盾構(gòu)系統(tǒng)的三分之一的費用） ；施工占地面積較大，在城市市區(qū)施工，有一定困難，然而在某些特定條件下的工程，如在大量含水砂礫層，無粘聚力、極不穩(wěn)定土層和覆土淺的工程，以及超大直徑盾構(gòu)和對地面變形要求特別高的地區(qū)施工，泥水加壓盾構(gòu)就能顯示其優(yōu)越性。另外對某些施工場地較寬敞，有豐富的水源和較好泥漿排放條件或泥漿僅需進行沉淀處理排放的工程，可大幅度降低施工費用。

9、 圖 3-2-5 所示為泥水加壓盾構(gòu)的基本構(gòu)造簡圖。主要由盾殼、刀盤、密封泥水艙、盾構(gòu)干斤項、管片拼裝機以及盾尾密封裝置等組成。概括地說，泥水加壓盾構(gòu)是在盾構(gòu)前部增設(shè)一道密封隔艙板，把盾構(gòu)開挖面與盾構(gòu)后面和隧道空間截然分開，使密封隔艙板與開挖面土層之間形成密封泥水艙，在泥水艙內(nèi)充以壓力泥漿，刀盤浸沒在泥水艙中工作，由刀盤開挖下的泥土進入泥水艙后，經(jīng)刀盤切削攪拌和攪拌機攪拌后形成稠泥漿，通過管道排送到地面，排出的泥漿作分離處理，排除土碴，對余下的漿液進行粘度、比重調(diào)整，重新送入盾構(gòu)密封泥水艙循環(huán)使用。 泥水加壓盾構(gòu)構(gòu)造簡圖 3 盾構(gòu)設(shè)備分類及選型1、基本種類及結(jié)構(gòu)型式劃分 盾構(gòu)機根據(jù)其適用的土質(zhì)

10、及工作方式的不同可分為開胸式、壓縮空氣式、泥水式、土壓平衡式、組合式、插板式、多斷面式盾構(gòu)機以及微型盾構(gòu)機等。 目前國際上常用的盾構(gòu)機械可分為泥水加壓式和土壓平衡式兩大類，遇到較復(fù)雜的地質(zhì)情況也可采用混合式盾構(gòu)機械。 開胸式盾構(gòu)機 它是工作面全部或大部分敞開的結(jié)構(gòu)，用于無地下水的地層開挖，如開挖面不能穩(wěn)定，則應(yīng)采取輔助方法使之穩(wěn)定?？刹捎萌斯?、半機械或機械方法開挖。 壓縮空氣式盾構(gòu)機 在含水地層施工時，通過壓縮空氣來保持開挖面穩(wěn)定，并防止地下水從開挖面涌入。壓縮空氣式盾構(gòu)機還包括局部氣壓式盾構(gòu)機。 泥水式盾構(gòu)機 泥水加壓式盾構(gòu)機又稱有壓泥漿式盾構(gòu)機，主要針對無粘聚力的滯水砂層、軟塑性、流動性等

11、特別松軟地層中進行隧洞開挖而研制的， 目前較廣泛應(yīng)用于各種軟弱地層的施工。 1.4、土壓平衡式盾構(gòu)機 通過挖掘下來的土料作為穩(wěn)定開挖面的介質(zhì)，刀盤后隔板與開挖面之間形成泥土室，刀盤旋轉(zhuǎn)開挖使泥土室土料增加，再由螺旋輸送機旋轉(zhuǎn)將土料運出，泥土室內(nèi)土壓可由刀盤旋轉(zhuǎn)開挖速度和螺旋輸料器出土量(旋轉(zhuǎn)速度)進行調(diào)節(jié)。因此螺旋輸送器的取土速度必須調(diào)節(jié)適度，與切削的速度相適應(yīng). 土壓平衡式盾構(gòu)機適用于地層穩(wěn)定性較好，地下水位不高的情況。 1.5、復(fù)合式盾構(gòu)機（也稱混合式盾構(gòu)機） 在同一條隧洞中，往往由于地質(zhì)情況差異大，地層變化復(fù)雜，施工中遇到不同的問題，這就需要采取多種類型盾構(gòu)機的相互轉(zhuǎn)換，以適應(yīng)地質(zhì)條件對

12、機械的要求。 其工作方式及開挖面穩(wěn)定方法可根據(jù)沿開挖洞線上土質(zhì)情況的變化而進行轉(zhuǎn)換，因此適應(yīng)范圍較廣，如一種組合可根據(jù)需要從土壓平衡工作方式轉(zhuǎn)換到泥水加壓式工作方式，土料輸送由螺旋輸料器轉(zhuǎn)換到由泥漿泵及管道輸送。 1.6、插板式盾構(gòu)機 也稱插刀式盾構(gòu)機，它由許多插刀組成，可以組合出不同的斷面形狀和尺寸。其推進靠設(shè)在插刀和支承框架之間的液壓缸，將插刀以單插刀或成組插刀方式進行組合。當(dāng)所有插刀都推進到一個行程距離時，所有液壓油缸同步收縮，把支承框架向前拖動。 1.7、多斷面式盾構(gòu)機 一般盾構(gòu)機一次只能開挖一個斷面的隧洞，當(dāng)需要開挖平行相鄰且直徑相同的兩個或多個隧洞時，普通盾構(gòu)機需施工兩次或多次，而

13、用一個大斷面來包含以上兩個或多個隧洞斷面時，盾構(gòu)機刀盤直徑會過大，開挖時也存在浪費，而多斷面盾構(gòu)機，同一盾構(gòu)機上有兩個或多個(目前最多為 3 個)刀盤，兩個刀盤之間有一小部分面積是重合的，這樣一臺盾構(gòu)機的掘進即可同時挖掘出平行且相通的兩個或多個隧道. 1.8、微型盾構(gòu)機 對于一些輸氣、供排水和電纜隧道，直徑較小，可用微型盾構(gòu)機施工。微型盾構(gòu)機從工作方式上也有土壓平衡式和泥水式等多種，挖掘方式有機械刀具也有高壓射流，由于洞徑較小(一般從 0.252.5m左右)，襯砌不象大直徑隧洞用管片拼裝，而一般用預(yù)制管件由設(shè)在豎井處的頂管裝置頂進，微型盾構(gòu)機掘進時的推力也來自頂管裝置。 2、其他分類 除以上各

14、種盾構(gòu)機外，還有一些不常用的如刀盤可轉(zhuǎn)向挖掘的盾構(gòu)機(球體盾構(gòu)機)，可一次性挖掘有 90拐角的隧洞。再比如可挖掘方形、矩形、橢圓形等非圓形斷面隧洞的盾構(gòu)機，其挖掘過程靠主、輔刀頭的配合，從而最終挖出異形斷面隧洞。 盾構(gòu)機的分類還可按直徑分為特大、大、中、小及微形盾構(gòu)機；按控制方式分有地面遙控(微形盾構(gòu)機)和隨機控制的盾構(gòu)機；按開挖方式分有人工、半機械、機械式開挖的盾構(gòu)機；按開挖斷面分有部分?jǐn)嗝骈_挖和全斷面開挖的盾構(gòu)機等等。 盾構(gòu)設(shè)備的選型 綜合盾構(gòu)掘進機的特性與選型的依據(jù)，盾構(gòu)掘進機選型的一般程序為首先要看該盾構(gòu)掘進機是否有利于開挖面的穩(wěn)定，其次才考慮環(huán)境、工期、造價等限制因素，同時，還必須將

15、宜用的輔助工法加以考慮。2.1、根據(jù)地質(zhì)條件選擇盾構(gòu)掘進機類型 砂質(zhì)土類等自立性能較差的地層，應(yīng)盡量使用密閉型的盾構(gòu)施工；若為地下水較豐富且透水性較好的砂質(zhì)土，則應(yīng)優(yōu)先考慮使用泥水平衡盾構(gòu)；對粘性土，則可首先考慮土壓平衡盾構(gòu)；砂礫和軟巖等強度較高的地層自立性能較好，應(yīng)考慮半機械式或敞口機械式盾構(gòu)施工。在相同條件下，盾構(gòu)復(fù)雜，操作困難，造價高；反之，盾構(gòu)簡單，制造使用方便，造價低。 2.2、盾構(gòu)掘進機選型的其他條件 除了地質(zhì)條件以外，盾構(gòu)掘進機選型的制約條件還很多，如工期、造價、環(huán)境因素、場地條件等。 2.1、工期條件的制約 因為手掘式與半機械式盾構(gòu)掘進機使用人工較多，機械化程度低，所以施工進度

16、慢。其余各類型盾構(gòu)掘進機因為都是機械化掘進和運輸，平均掘進速度比前者快。 2.2、造價因素的制約 一般敞口式盾構(gòu)掘進機的造價比密閉式盾構(gòu)掘進機低，主要原因是敞口式盾構(gòu)掘進機不像密閉式盾構(gòu)掘進機那樣有復(fù)雜的后配套系統(tǒng)。在地質(zhì)條件允許的情況下，從降低造價考慮擬優(yōu)先選用敞口式盾構(gòu)掘進機 2.2.3、環(huán)境因素的制約 敞口型的盾構(gòu)掘進機引起的地表沉降大于網(wǎng)格式盾構(gòu)，更大于密閉式的盾構(gòu)掘進機。2.2.4、場地條件的制約 泥水平衡式的盾構(gòu)掘進機必須配套大型的泥漿處理和循環(huán)系統(tǒng)， 若需使用泥水平衡盾構(gòu)機就必須有較大的地面空間。 2.2.5、設(shè)計路線、平面豎向曲線的制約 若隧道轉(zhuǎn)彎曲率半徑太小，就需考慮使用中間

17、鉸接的盾構(gòu)。例如直徑為 6m 的盾構(gòu)，其長度為 67m，如將其分為前后鉸接的兩段，顯然增加了施工中轉(zhuǎn)彎的靈活性。 3、輔助工法的使用 盾構(gòu)掘進機施工隧道的輔助工法一般有：壓氣法、降水法、凍結(jié)法、注漿法等。前幾種屬于物理方法，注漿法屬于化學(xué)方法。這些方法也主要是用于保證隧道開挖面的穩(wěn)定，注漿法還能減少盾構(gòu)掘進機開挖過程中引起的地表沉降。一般密閉式盾構(gòu)掘進機使用最多的是注漿法。盾尾注漿用以填補建筑間隙，以減少地面沉降。在地層自立性能差的情況下，若采用手掘式、半機械式或網(wǎng)格式掘進機施工，就需采用壓氣法輔助施工，以高氣壓保證開挖面的穩(wěn)定，但在這一輔助工法下，施工人員易患?xì)鈮郝殬I(yè)病。當(dāng)盾構(gòu)掘進機在砂質(zhì)土

18、或砂礫層中施工時，可考慮使用降水的方法改變地層的物理力學(xué)指標(biāo)，增加其自立性能，確保開挖面的穩(wěn)定。凍結(jié)法的施工成本較高，一般情況下不采用，而在長距離隧道的盾構(gòu)對接中使用。 主要型式盾構(gòu)技術(shù)介紹 土壓平衡式盾構(gòu)機技術(shù) 土壓平衡式盾構(gòu)機的發(fā)展基于擠壓式盾構(gòu)機(閉胸)和泥水式盾構(gòu)機。它一般通過控制其排土量等于開挖量即可使開挖面的地層始終保持穩(wěn)定。適用于城市地下隧道的施工。它具有地面沉降易于控制，對周圍環(huán)境影響較小等顯著的優(yōu)點。土壓平衡盾構(gòu)可根據(jù)不同的地質(zhì)條件采取不同的技術(shù)措施，設(shè)計成不同的類型，能適應(yīng)從松軟粘性土到砂礫土層范圍內(nèi)各種土層施工。 土壓平衡盾構(gòu)簡圖 1、普通型土壓平衡盾構(gòu) 普通型土壓平衡盾

19、構(gòu)見圖 3-1-1，適用于松軟粘性土，由刀盤切削下的泥土進入泥土艙，再通過螺旋輸送機向后排出。由于泥土經(jīng)過刀盤切削和擾動后會增加塑流性，在受到刀盤切削和螺旋輸送機傳送后也會變得更為松軟，使泥土艙內(nèi)的土壓能均勻傳遞。通過調(diào)節(jié)螺旋機轉(zhuǎn)速或調(diào)節(jié)盾構(gòu)推進速度，調(diào)節(jié)密封泥土艙內(nèi)的土壓并使其接近開挖面靜止土壓，保持開挖面土層的穩(wěn)定。 普通型土壓平衡盾構(gòu)一般采用面板式刀盤，進土槽口寬在 200500mm 左右，刀盤開口率約為 20%40%，另外在螺旋輸送機排土口裝有排土閘門，有利于控制泥土艙內(nèi)土壓和控制排土量。 2、加泥型土壓平衡盾構(gòu) 當(dāng)泥土含砂量超過一定限度時，土砂激動性差，靠刀盤切削擾動難以使泥土達到足

20、夠的塑流狀態(tài)，有時會壓密固結(jié)，產(chǎn)生拱效應(yīng)。當(dāng)?shù)叵滤控S富時，通過螺旋輸送機的泥土，就不能起到止水作用，無法進行施工。此時應(yīng)在普通型土壓平衡盾構(gòu)的基礎(chǔ)上增加特殊泥漿壓注系統(tǒng)，即形成加泥型土壓平衡盾構(gòu)(圖 3-1-2)。向刀盤面板、泥土艙和螺旋輸送機內(nèi)注入特殊粘土泥漿材料，再通過刀盤開挖攪拌作用，使之與開挖下來的泥土混合，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲃有院谩⒉煌杆阅嗤?，符合土壓平衡盾?gòu)施工要求。 加泥型土壓平衡盾構(gòu)簡圖 為了降低刀盤傳動功率和減小泥土移動阻力，加泥型土壓平衡盾構(gòu)刀盤為有幅條的開放式結(jié)構(gòu)，開口面積接近 100%，并在刀盤背面伸出若干攪拌土砂的葉片，以便對土砂進行強力攪拌，使其變成具有塑流性和不透水

21、性的泥土。 另外，對要求注入濃度、粘性更高的泥漿材料才能改變土砂功能時，往往難以用刀盤攪拌達到目的，這將大大增加刀盤和螺旋輸送機的機械負(fù)荷，造成盾構(gòu)施工困難。此時應(yīng)注入發(fā)泡劑代替泥漿材料，因為發(fā)泡劑材料比重小、攪拌負(fù)荷輕，可使刀盤扭矩降低 50%左右。盾構(gòu)排出土砂中的泡沫會隨時間自然消失，有時在泥土中加入消泡劑，可加速泡沫的消失，保持良好的作業(yè)環(huán)境。 3、加水型土壓平衡盾構(gòu) 在砂層、砂礫層透水性較大的土層中，還可以采用加水型土壓平衡盾構(gòu)。這種盾構(gòu)是在普通型土壓平衡盾構(gòu)基礎(chǔ)上，在螺旋輸送機的排土口接上一個排土調(diào)整箱(圖 3-1-3)，在排土調(diào)整箱中注人壓力水，并使其與開挖面土層地下水壓保持平衡。

22、經(jīng)過螺旋輸送機將棄土排入調(diào)整箱內(nèi)與壓力水混合后形成泥漿，再通過管道向地面排送。開挖面的土壓仍由密封泥土艙土壓進行平衡。 盾構(gòu)掘進時，刀盤不停地對土層進行開挖和攪拌，使密封泥土艙內(nèi)的土砂處于均勻狀態(tài)；土砂顆粒之間的空隙被水填滿，減少了土砂顆粒之間有效應(yīng)力而增加了流動性，從而能順暢地通過螺旋輸送機送入排土調(diào)整箱。在調(diào)整箱內(nèi)通過攪拌混合，向地面處理場排放。 加水型土壓平衡盾構(gòu)的泥水排放系統(tǒng)與泥水加壓盾構(gòu)相似，但注入的主要是清水，無粘粒材料，無需對注入的水進行濃度、比重控制，泥水分離處理設(shè)備和工藝也大為簡化。這種盾構(gòu)刀盤一般采用面板式結(jié)構(gòu)，進土槽口尺寸可根據(jù)土體中礫石最大尺寸來決定，刀盤開口率一般在

23、20%60%左右。 4、泥漿型土壓平衡盾構(gòu) 這種盾構(gòu)適用于土質(zhì)松軟、透水性好、易于崩塌的積水砂礫層或覆土較淺、泥水易噴出地面和易產(chǎn)生地表變形的極差地層的施工。圖 3-1-4 是其施工工藝流程圖，它具有土壓平衡盾構(gòu)和泥水加壓盾構(gòu)的雙重特征。盾構(gòu)掘進時，應(yīng)向盾構(gòu)內(nèi)注入高濃度泥漿，通過攪拌與土砂混合使其泥土化，并充滿泥土艙，支護開挖面。由于從螺旋輸送機排出的泥土呈塑化或流化狀態(tài)，所以在螺旋輸送機的排土口裝上一個旋轉(zhuǎn)排土器既可保持泥土艙內(nèi)土壓的穩(wěn)定，又可不斷地從壓力區(qū)向無壓區(qū)順利排出。但從排土器排出的泥土呈泥漿狀，不能用干土排送方式向地面排送，同時泥漿濃度較高，無法通過管道排出，從螺旋輸送機徘出的泥土

24、，是在泥漿槽中經(jīng)水稀釋后再以流體形式通過管道排往地面。從圖中可以看出，泥漿型土壓平衡盾構(gòu)泥土艙的泥漿供入系統(tǒng)和排出系統(tǒng)是兩個回路，所以從泥漿排出系統(tǒng)操作所造成的壓力波動，對泥土艙內(nèi)支護壓力無大影響，使盾構(gòu)操作控制更為簡便。 該機通常采用面板結(jié)構(gòu)，進土槽口寬度可按土層中最大礫石尺寸決定，刀盤開口率一般在 40%60%左右。由于泥漿型土壓平衡盾構(gòu)多用于巨礫土層，因此排土多采用帶式螺旋機，可比同樣大小中心軸式螺旋輸送機排出的石塊粒徑大一倍左右。 泥水加壓式盾構(gòu)機技術(shù) 泥水加壓盾構(gòu)是應(yīng)用封閉型平衡原理進行開挖的新型盾構(gòu)：用泥漿代替氣壓支護開挖面土層，施工質(zhì)量好、效率高、技術(shù)先進、安全可靠，是一種全新的

25、盾構(gòu)技術(shù)。 但由于泥水加壓盾構(gòu)，需要一套較復(fù)雜的泥水處理設(shè)備，投資較大（大概就占了整個泥水盾構(gòu)系統(tǒng)的三分之一的費用） ；施工占地面積較大，在城市市區(qū)施工，有一定困難，然而在某些特定條件下的工程，如在大量含水砂礫層，無粘聚力、極不穩(wěn)定土層和覆土淺的工程，以及超大直徑盾構(gòu)和對地面變形要求特別高的地區(qū)施工，泥水加壓盾構(gòu)就能顯示其優(yōu)越性。另外對某些施工場地較寬敞，有豐富的水源和較好泥漿排放條件或泥漿僅需進行沉淀處理排放的工程，可大幅度降低施工費用。 基本構(gòu)造圖 3-2-5 所示為泥水加壓盾構(gòu)的基本構(gòu)造簡圖。主要由盾殼、刀盤、密封泥水艙、盾構(gòu)干斤項、管片拼裝機以及盾尾密封裝置等組成。概括地說，泥水加壓盾

26、構(gòu)是在盾構(gòu)前部增設(shè)一道密封隔艙板，把盾構(gòu)開挖面與盾構(gòu)后面和隧道空間截然分開，使密封隔艙板與開挖面土層之間形成密封泥水艙，在泥水艙內(nèi)充以壓力泥漿，刀盤浸沒在泥水艙中工作，由刀盤開挖下的泥土進入泥水艙后，經(jīng)刀盤切削攪拌和攪拌機攪拌后形成稠泥漿，通過管道排送到地面，排出的泥漿作分離處理，排除土碴，對余下的漿液進行粘度、比重調(diào)整，重新送入盾構(gòu)密封泥水艙循環(huán)使用。 泥水加壓盾構(gòu)構(gòu)造簡圖 工作原理 泥水加壓盾構(gòu)是利用向密封泥水艙中輸入壓力泥漿來支護開挖面土層，使盾構(gòu)施工在開挖面土層十分穩(wěn)定的條件下向前掘進，從而大大地提高了隧道施工質(zhì)量和施工效率。泥漿的主要功用為： 利用泥漿靜壓力平衡開挖面土層水土壓； 在

27、開挖面土層表面，形成一層不透水泥膜，使泥漿壓力發(fā)揮有效的支護作用； 泥漿中細(xì)微粘粒在極短時間內(nèi)滲入土層一定深度，進一步改善土層承壓能力。輸入盾構(gòu)的泥漿必須具有適當(dāng)?shù)恼扯群捅戎兀酀{壓力要保持高于土層地下水壓 0.02MPa 左右。 機械特征 泥水加壓盾構(gòu)刀盤主要用于開掘土層，同時也起泥漿攪拌作用，當(dāng)盾構(gòu)停止掘進時，刀盤亦對開挖面土層進行支護，因而泥水加壓盾構(gòu)的刀盤多采用面板式結(jié)構(gòu)。對在松軟、不穩(wěn)定、易流性土層中開挖，還應(yīng)設(shè)置進土槽口關(guān)閉裝置，當(dāng)盾構(gòu)較長時間停止工作時，不僅通過壓力泥漿支護開挖面，而且要關(guān)閉進土格口，以防讓泥土流入。 為了更好的控制開挖面土層穩(wěn)定，有時把盾構(gòu)刀盤設(shè)計成可軸向移動，

28、當(dāng)盾構(gòu)向前推進時，隨著開挖面土壓的變化，刀盤可單獨與盾構(gòu)相對自由軸向移動，而且刀架與刀盤相互聯(lián)動，對進土槽口開度大小進行自動調(diào)節(jié)，以調(diào)節(jié)控制進土量，亦即調(diào)節(jié)控制開挖面土壓，當(dāng)開挖面土壓與刀盤設(shè)定推力相吻合時，刀盤就會停止移動。這種盾構(gòu)叫做機械平衡泥水加壓盾構(gòu)。這種盾構(gòu)施工時，只要調(diào)節(jié)好輸入泥漿壓力與土層地下水壓的平衡，刀盤始終保持與土層貼合，就能對開挖面進行穩(wěn)定支護，施工也就更為安全可靠。 泥水系統(tǒng)泥水分離設(shè)備目前在國內(nèi)尚無成套成熟的生產(chǎn)技術(shù)，近年宜昌黑旋風(fēng)機械廠生產(chǎn)的泥水分離設(shè)備可以分離粒徑大于 74m 的顆粒，主要對砂土進行分離，對粘土的分離則較困難， 而世界著名的廠商如德國 SUMANB

29、AURG 生產(chǎn)的設(shè)備則可分離粒徑 30m以上的顆粒，這對進度的控制非常關(guān)鍵。 根據(jù)泥水密封艙構(gòu)造形式和對泥漿壓力的控制方式不同，盾構(gòu)的泥水系統(tǒng)，分為兩種基本類型 。 直接控制型圖 3-2-6 是直接控制型(日本型)泥水系統(tǒng)流程圖，P1 為供泥漿泵，從地面泥漿調(diào)整槽將新鮮泥漿打入盾構(gòu)泥水艙，與開挖下的泥土進行混合，形成稠泥漿，然后由排泥漿泵 P2 輸送到地面泥水處理場，排除土渣，而稀泥漿流向調(diào)整槽，再對泥漿比重和濃度進行調(diào)整后，重新輸入盾構(gòu)循環(huán)使用。 間接控制型圖 3-2-7 所示為間接控制型(德國型)泥水系統(tǒng)流程圖， 這種系統(tǒng)的工作特征是由泥漿和空氣雙重回路組成。在盾構(gòu)密封泥水艙內(nèi)插裝一道半隔

30、板，在半隔板前充以壓力泥漿，在半隔板后面盾構(gòu)軸心線以上部分充以壓縮空氣，形成空氣緩沖層，氣壓作用在隔板后面與泥漿接觸面上，由于接觸面上氣、液具有相同壓力，因此只要調(diào)節(jié)空氣壓力，就可以確定.復(fù)合式盾構(gòu)機技術(shù)采用盾構(gòu)法掘進長距離隧道，會遇到復(fù)雜多變的地質(zhì)條件，往往用一種類型的盾構(gòu)難以完成施工任務(wù)，因此出現(xiàn)了復(fù)合型盾構(gòu)。 所謂復(fù)合型盾構(gòu)，就是在軟土盾構(gòu)的刀盤上安裝切削巖層的各式刀具，有的還在盾構(gòu)內(nèi)安裝碎石機，這種硬巖開挖工具與軟土隧道盾相機械相結(jié)合，能在硬巖和軟土地層交替作業(yè)。復(fù)合型盾構(gòu)刀盤上安裝的刀具，應(yīng)根據(jù)不同巖層條件而定。 軟土地層：主要采用割刀，安裝在刀盤進土槽口兩側(cè)； 硬巖地層：主要采用盤

31、式滾刀，對于更堅硬的地層，應(yīng)安裝牙輪形和鑲嵌碳化鎢珠形的滾輪刀； 軟硬混合交替夾層：應(yīng)采用不同形式的刮刀取代滾刀(如撕裂刀)，其開挖方法是刮下塊狀石塊，使其對軟塑土層更有效地開挖。 上述各種刀具，應(yīng)能相互調(diào)換，以便隨巖層的變化進行有效選擇。 復(fù)合型盾構(gòu)主要有以下三種類型： 泥水加壓型復(fù)合盾構(gòu) 以泥水加壓盾構(gòu)為基型，與硬巖開挖技術(shù)相結(jié)合，對大塊卵石、塊石應(yīng)在盾構(gòu)內(nèi)安裝碎石機。當(dāng)盾構(gòu)在軟土層施工時，可按封閉型泥水加壓盾構(gòu)進行施工；當(dāng)遇到硬巖地層施工時，在刀盤上安裝不同的硬巖切削刀具即能快速轉(zhuǎn)換成敞開型機械盾構(gòu)施工，而碴土排送仍采用水力管道排送。 土壓平衡型復(fù)合盾構(gòu) 以土壓平衡盾構(gòu)為基型，與硬巖開挖

32、技術(shù)相結(jié)合，當(dāng)盾構(gòu)在軟土層施工時，可按封閉型土壓平衡盾構(gòu)進行施工；而當(dāng)遇到硬巖地層施工時，在刀盤上安裝不同的硬巖切削刀具就能快速轉(zhuǎn)換成敞開型機械盾構(gòu)施工，為了排送尺寸較大的石塊，可選用帶式螺旋輸送機. 敞開型復(fù)合盾 以普通機械開挖盾構(gòu)為基型，與硬巖開挖技術(shù)相結(jié)合，施工時只要根據(jù)遇到的不同土層條件，及時轉(zhuǎn)換安裝適當(dāng)?shù)牡毒?，就能使施工繼續(xù)進行。 盾構(gòu)掘進通用技術(shù)洞門結(jié)構(gòu)型式及進出洞土體加固 常見的洞門結(jié)構(gòu)形式 盾構(gòu)工作井洞口周圍土體加固，一旦土體加固達不到預(yù)期效果，或者水下出洞，封門就成了后構(gòu)進出洞土體穩(wěn)定的關(guān)鍵。盾構(gòu)從工作井進入隧道首先穿過的是工作井井壁上的封門。工作井上的封門最初起擋土和防止地

33、下水滲漏的作用，一旦盾構(gòu)安裝調(diào)試完畢，盾構(gòu)前方導(dǎo)向頭頂住井壁，要求封門能方便地拆除或打開。根據(jù)沉井周壁的地質(zhì)情況，可以采用不同的封門制作方案及相應(yīng)的出洞施工技術(shù)方法。不管哪一種封門，封門在沉井制作下沉施工時，應(yīng)能支撐側(cè)向土壓力。當(dāng)前常用的洞門結(jié)構(gòu)形式有外封門形式、內(nèi)封門形式、特殊封門形式（井內(nèi)外封門）等。 外封門形式當(dāng)工作井采用沉井法施工時，洞口封門一般采用鋼板柱(常用槽鋼組合)，一種方法是在沉井下沉施工時， 將封門安裝在洞口(封門板樁與沉井洞口的固定連接均設(shè)于井內(nèi)的洞圈內(nèi)，出洞施工時要能方便拆除)，然后與沉井一起下沉到位，封門安置要牢固，不應(yīng)在沉井下沉施工時遭到破壞；另一種方法是待沉井下沉到

34、位后再緊貼井外壁打入封門板樁，但沉井在沉井下沉施工時須將預(yù)留洞口臨時封閉，待洞門板樁打入后再拆除。 盾構(gòu)出洞時先進入井壁洞圈內(nèi)，安裝好推進施工時的洞口密封裝置(圖 4-1-1)，然后拔除封門板樁進入推進施工。 外封門形式一般用于出洞施工，因其受到鋼板樁長度、構(gòu)造及拔樁等影響，當(dāng)洞口埋深較深時不宜采用。 內(nèi)封門形式盾構(gòu)進洞的封門一般采用內(nèi)封門形式(圖 4-1-2)。封門可用型鋼組合(有豎封門及橫封門兩種形式)，固定在井內(nèi)壁洞口處(在沉井下沉施工時，洞圈內(nèi)用粘土填封密實)，當(dāng)盾構(gòu)最前端離封門 50mm時停止推進施工，拆除封門，盡快將盾構(gòu)推入井內(nèi)的接收基座上，并及時封堵管片與洞圈之間的空隙，防止泥水

35、從間隙處滲漏。 當(dāng)洞口埋深較深、洞口處土質(zhì)較好，自立性能強或洞口土體進行了加固處理，則內(nèi)封門形式也可用于出洞施工， 但洞圈內(nèi)必須用粘土夯填密實， 使洞圈內(nèi)土體起到一個土塞作用，用以平衡井外土體的側(cè)向壓力。 管片的拼裝技術(shù)隧道是由預(yù)制管片逐環(huán)連接形成的，管片是在盾殼保護下，并在其空間內(nèi)進行拼裝。管片類型主要有球墨鑄鐵管片、鋼管片、復(fù)合管片和鋼筋混凝土管片，每環(huán)由數(shù)塊管片組合而成(圖 4-2-7)。 鋼筋混凝土管片概況圖 管片的拼裝通縫拼裝各環(huán)管片的縱縫對齊的拼裝方法， 這種拼裝方法在拼裝時定位容易，縱向螺栓容易穿，拼裝施工應(yīng)力小，但容易產(chǎn)生環(huán)面不平，并有較大累計誤差，導(dǎo)致環(huán)向螺栓難穿，環(huán)縫壓密量

36、不夠。 管片通縫拼裝錯縫拼裝錯縫拼裝即前后環(huán)管片的縱縫錯開拼裝，一般錯開1/21/3 塊管片弧長，用此法建造的隧道整體性較好，拼裝施工應(yīng)力大，縱向穿螺栓困難，縱縫壓密差。但環(huán)面較平正，環(huán)向螺栓比較容易穿。 管片錯縫拼裝 管片襯砌背后注漿技術(shù) 襯砌背后注漿方式可采用同步注漿或即時注漿。在能自穩(wěn)的地層中，注漿方式對填充率影響不大，但在不能自穩(wěn)的地層中，必須采用同步注漿，才能在正常的注漿壓力下，保證注漿量，填充建筑間隙，防止地層向隧道方向移動，減小地層損失，控制地表沉降。 同步注漿是通過同步注漿系統(tǒng)及盾尾的注漿管，在盾構(gòu)向前推進、盾尾空隙形成的同時進行，漿液在盾尾空隙形成的瞬間及時填充，從而使周圍巖

37、體及時獲得支撐，可有效地防止巖體的坍塌，控制地表的沉降。 同步注漿主要設(shè)備場地布置示意圖 鋼筋混凝土襯砌管片的設(shè)計與制造盾構(gòu)隧道一般采用管片襯砌作為永久支護結(jié)構(gòu)，作為永久支護結(jié)構(gòu)的管片的制造、安裝技術(shù)是隧道建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。 管片類型基本上分為鋼管片,鑄鐵管片,復(fù)合管片,鋼筋混凝土預(yù)制管片等;管片的連接主要有螺栓連接,銷接等連接方式. 鋼筋混凝土襯砌管片設(shè)計、構(gòu)造現(xiàn)狀 單層、雙層襯砌的選擇 襯砌的選擇上國內(nèi)隧道很少采用雙層襯砌，只在盾構(gòu)法最初階段，例如在上海地鐵試驗段一段區(qū)間隧道中采用了雙層襯砌，其后皆采用單層襯砌。 根據(jù)國內(nèi)的設(shè)計、施工經(jīng)驗和運營情況，單層柔性襯砌結(jié)構(gòu)的受力性能和耐久性等均

38、可控制在預(yù)期的要求內(nèi)，能夠滿足隧道的運營要求，且單層襯砌的施工工藝單一、工程實施周期短、投資省、防水效果從施工情況看優(yōu)于礦山法區(qū)間隧道，因此單層襯砌占據(jù)主導(dǎo)地位。但是由于國內(nèi)盾構(gòu)區(qū)間隧道的運營時間還不長，結(jié)構(gòu)的抗震性能、防水性能以及結(jié)構(gòu)的耐久性還有待時間來檢驗。 結(jié)合國外經(jīng)驗進行比較：在歐美盾構(gòu)隧道以單層襯砌為主，雙層襯砌很少使用；在日本雙層襯砌和單層襯砌都多有采用。比較雙方的差別，這可能主要由于大的地質(zhì)構(gòu)造方面的差異，日本一直是一個地震高發(fā)帶，而歐洲相對比較穩(wěn)定。國內(nèi)修建地鐵隧道的城市地震烈度基本為 67度，從這點看，國內(nèi)更趨向于歐洲的經(jīng)驗。 管片內(nèi)徑的確定 隧道內(nèi)徑的確定主要取決于地下結(jié)構(gòu)

39、的建筑限界，同時還要考慮施工誤差、測量誤差、線路擬合誤差及不均勻沉降等諸多因素。 由于隧道的不同用途，地下結(jié)構(gòu)的建筑限界不同,隧道內(nèi)徑尺寸方面的變化較大,小的輸水隧道內(nèi)徑只有 2m 左右,公路隧道直徑日益向大的方向發(fā)展,如上海大連路公路隧道和延安東路隧道直徑均達 11.22m。滬-崇-蘇越江公路隧道直徑達 15.20m,是目前世界上最大直徑的盾構(gòu)公路隧道;日本東京隧道直徑達 14.14m;以及德國易北河盾構(gòu)公路隧道直徑達 14.20m等。 國外隧道內(nèi)徑尺寸的發(fā)展情況大體上也是以上特點,主要受地下結(jié)構(gòu)的建筑限界和盾構(gòu)設(shè)備技術(shù)進步的影響。 管片結(jié)構(gòu)型式隧道斷面形狀可分為圓形、橢圓形、矩形、復(fù)合圓形

40、等多種斷面。管片的形狀根據(jù)各種斷面的形狀來設(shè)計。我國地下隧道通常為單圓形、箱行等，因而鋼筋混凝土管片結(jié)構(gòu)型式要有：箱型管片和平板型管片。 箱型管片主要用于大直徑隧道，手孔較大利于螺栓的穿入和擰緊，同時節(jié)省了大量的混凝土材料，減輕了結(jié)構(gòu)自重，但在千斤頂?shù)淖饔孟氯菀组_裂，國內(nèi)應(yīng)用很少。在上海穿越黃浦江的兩條公路隧道打浦路隧道和延安東路隧道中都采用了直徑約 11.22m的箱型管片。 對于中小直徑的圓形盾構(gòu)隧道，國內(nèi)外普遍采用平板型管片，因其手孔小對管片截面削弱相對較少，對千斤頂推力有較大的抵抗能力，正常運營時對隧道通風(fēng)阻力也較小。現(xiàn)在國內(nèi)外很多大直徑隧道也采用平板型管片。 箱形管片（圖4-13）是指

41、因手孔較大而呈肋板形結(jié)構(gòu)。方便拼裝，便于運輸和拼裝，易開裂。只有金屬管片才采用箱形結(jié)構(gòu)。圖4-13 箱形管片平板形管片（圖4-14）是指因螺栓手孔較小或無手孔而呈曲板形結(jié)構(gòu)的管片。對盾構(gòu)千斤頂推力具有較大的抗力，鋼筋混凝土管片多采用平板形結(jié)構(gòu)。圖4-14 平板形管片管片分塊 早期在上海地鐵試驗段曾進行過四分塊的試驗，但是，由于管片較大，運輸、拼裝作業(yè)相對不便。而盾構(gòu)施工的一個發(fā)展趨勢是快速拼裝，因此四分塊方案現(xiàn)在已經(jīng)淘汰?，F(xiàn)在在國內(nèi)的隧道一般采用六分塊方案：一塊封頂塊二塊鄰接塊三塊標(biāo)準(zhǔn)塊。而且從有利于管片拼裝考慮，一般皆采用小封頂塊。 這種分塊方法也與國外經(jīng)驗相吻合，在國外中等直徑的盾構(gòu)隧道一

42、般采用 57分塊方案， 而且封頂塊的設(shè)計以利于減小千斤頂?shù)男谐?減短盾構(gòu)機長度，增加靈敏性)和管片運輸、拼裝為前提。隨著大型盾構(gòu)隧道的施工,管片分塊也有向大分塊形式發(fā)展的趨勢,先后出現(xiàn) 8、9、10、11 塊等分塊方案的, 管片外弧長也有所加大。如日本東京灣隧道直徑 13.9m,管片分 11 塊,最大外弧長約 4m。 若干標(biāo)準(zhǔn)管片(A),兩塊相鄰管片(B) 一塊封頂管片(K）,見圖416；若干A型管片,一塊B型管片一塊K型管片；封頂塊的拼裝方式有徑向楔入和縱向插入兩種；襯砌環(huán)的拼裝方式有通縫和錯縫兩種。圖管片分塊方法管片寬度 寬度可在 1200mm2000mm之間根據(jù)具體工程條件進行選擇。管片

43、厚度 管片的厚度一般為管片外徑的 5%6%。 上海地鐵、南京地鐵一號線的管片厚度為350mm，廣州地鐵一號線、二號線及北京地鐵五號線試驗段的厚度皆為 300mm 。按照國內(nèi)的設(shè)計經(jīng)驗，一般在富水的軟流塑地層中管片采用 350mm 的厚度；在地基承載力較高的地層中采用 300mm 的厚度。按照國內(nèi)地鐵區(qū)間的埋深和地質(zhì)情況，軟土地層中管片的厚度并不取決于管片的結(jié)構(gòu)受力，主要取決于管片的耐久性要求，若單純從受力分析，管片厚度有減薄的可能性。 管片連接方式襯砌環(huán)內(nèi)管片間以及各襯砌環(huán)間的連接方式，可分為柔性連接和剛性連接。實踐證明剛性連接不僅拼裝麻煩、造價高，而且會在襯砌環(huán)中產(chǎn)生較大的次應(yīng)力，帶來不良后

44、果。因此，目前較為通用的是柔性連接，常用的有以下幾種形式：a.單排螺栓連接按螺栓形狀又可分為彎螺栓連接、直螺栓連接和斜螺栓連接三種；b.銷釘連接銷釘連接可用于縱向接縫，亦可用于橫向接縫；c.無連接件在穩(wěn)定的不透水地層中，圓形襯砌的徑向接縫也可不用任何連接件連接。管片連接方式 國內(nèi)區(qū)間隧道的管片連接一般采用螺栓連接，而且螺栓是永久性的。這與歐洲的設(shè)計習(xí)慣“管片的接縫一般只在管片拼裝時采用螺栓，工程竣工后大部分螺栓取消”差異很大。這種情況主要取決于結(jié)構(gòu)計算模式以及設(shè)計習(xí)慣的差異。在歐洲，管片接縫不考慮螺栓的作用，而是按彈性鉸接接頭進行整個結(jié)構(gòu)的受力分析；在國內(nèi)，管片接頭基本按與結(jié)構(gòu)等強進行考慮，按

45、勻質(zhì)圓環(huán)進行分析，因此接頭設(shè)計相對較強。增加管片接頭的連接剛度有利于增強結(jié)構(gòu)的整體性和控制結(jié)構(gòu)的變形，但盾構(gòu)隧道施工和運營期間的一些問題與接頭設(shè)計有一定的關(guān)系，比如曲線施工中管片的開裂和結(jié)構(gòu)后期變形造成的結(jié)構(gòu)的附加應(yīng)力等。 管片拼裝方式管片的拼裝方式有兩種：通縫拼裝和錯縫拼裝。 在國內(nèi)，采用了通縫和錯縫拼裝。在國外，不管是歐美，還是日本，一般皆采用錯縫拼裝。錯縫拼裝可提高管片接頭剛度，加強結(jié)構(gòu)的整體性，這點在國內(nèi)有著統(tǒng)一的認(rèn)識。 從結(jié)構(gòu)受力分析考慮，采用錯縫拼裝的管片相對于通縫拼裝而言一般結(jié)構(gòu)計算內(nèi)力要大一些，但管片配筋經(jīng)常由最小配筋率控制，因此整個結(jié)構(gòu)的配筋量未必會加大。從具體的施工管理看，

46、錯縫拼裝相對復(fù)雜一些，管片的拼裝需要按三維進行，環(huán)面的平整度以及千斤頂?shù)男谐炭刂葡鄬﹄y一些。若施工中部分環(huán)節(jié)控制不當(dāng)，管片錯臺會大一些、開裂也相對多一些。但現(xiàn)在管片生產(chǎn)一般采用高精度鋼模，盾構(gòu)機系統(tǒng)配備也很先進，施工技術(shù)也日趨完善，錯縫拼裝的經(jīng)驗越來越豐富。預(yù)計在以后的盾構(gòu)工程中，錯縫拼裝將是主流趨勢。 錯縫拼裝圖例 襯砌環(huán)組合形式 區(qū)間盾構(gòu)隧道的線路擬合是通過不同的管片襯砌環(huán)組合來實現(xiàn)的。線路的擬合包括平、豎曲線兩個方面。一般有三種管片組合方法來模擬線路，這三種管片組合方法應(yīng)該說都是可行的。采用哪一種方法，一方面取決于設(shè)計施工習(xí)慣，另一方面取決于區(qū)間的線路曲線情況。表 7-1-2 為三種管片

47、組合方法。 三種管片組合方法 Three segment composition methods管片結(jié)構(gòu)分析在國內(nèi)，已建或在建的盾構(gòu)工程基本來用了荷載結(jié)構(gòu)模型進行結(jié)構(gòu)分析，地層結(jié)構(gòu)模型基本作為計算參考或進行沉降分析使用。 利用荷載結(jié)構(gòu)模型進行分析，國內(nèi)采用了三種計算方法，且計算方法的采用與工程實踐緊密聯(lián)系在一起。不考慮地層彈性抗力的自由變形圓環(huán)法(上海80 年代之前）.采用日本的修正慣用設(shè)計法，根據(jù)工程經(jīng)驗及試驗分析，計算中引入兩個參數(shù)：圓環(huán)剛度折減系數(shù)和管片彎矩傳遞系數(shù)。通過系數(shù)調(diào)節(jié)，來考慮管片多接縫造成的管片剛度降低和管片錯縫拼裝的影響，計算理論是完整的，但參數(shù)的取值應(yīng)綜合地層條件和管片接

48、頭構(gòu)造設(shè)計進行確定。（廣州地鐵1號線）自由變形圓環(huán)法。（廣州地鐵二號線、深圳地鐵和北京地鐵五號線）設(shè)計原則a.安全可靠經(jīng)濟合理施工方便b.選用與特點相近的規(guī)范和設(shè)計方法c.結(jié)構(gòu)凈空尺寸的要求d.減少對環(huán)境的影響e.極限狀態(tài)設(shè)計法，分項系數(shù)f.按最不利組合進行結(jié)構(gòu)驗算g.防水防腐蝕等要求盾構(gòu)隧道設(shè)計方法表4-10列出了國外盾構(gòu)法隧道的各種設(shè)計方法。國家計算模型計算土壓力、水壓力地基反力系數(shù)澳大利亞全周彈簧模型v全覆土荷載Hv + 靜水壓力由平板荷載試驗或量測結(jié)果的逆分析得到，切線方向或地層完全結(jié)合或把摩擦力作為上限結(jié)合日本梁彈簧模型v全覆土荷載Hv(砂質(zhì)土按水土分解，粘性土按水土合算考慮)根據(jù)土

49、的工程性質(zhì)確定k值大小比利時Schulze-Duddeck模型，由FEM校核Schulze-Duddeck法確定無 國外盾構(gòu)法隧道設(shè)計比較表 表4-10國家計算模型計算土壓力、水壓力地基反力系數(shù)德國覆土深2D，部分地層彈簧模型；覆土深2D，全周地層彈簧模型v全覆土荷載Hv (=0.5)k=Ev/R,Es為地層模量，R為隧道半徑部分地層彈簧模型：Schulze-Duddeck法，不考慮切線方向的荷載v全覆土荷載Hv (=0.5)無法國全周地層彈簧模型或FEMv全覆土荷載(覆土深D)Terzaghi公式(覆土深D) Hv西班牙考慮地層與結(jié)構(gòu)相互作用的Buqera法忽視粘結(jié)力的Terzaghi公式1

50、.0只考慮半徑方向續(xù)上表國家計算模型計算土壓力、水壓力地基反力系數(shù)英國全周地層彈簧模型；Muir Wood法根據(jù)類似條件下的量測結(jié)果初期垂直荷載及初期水平荷載，初期荷載是全土荷載由三軸試驗或應(yīng)力計測得的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系得出，不考慮摩擦力美國彈性地基圓環(huán)v全覆土荷載Hv +水壓0.40.5無v全覆土荷載Hv +水壓由室內(nèi)實驗求出，不考慮摩擦力續(xù)上表 荷載 作用在盾構(gòu)隧道上的設(shè)計荷載如圖4-17。 圖4-17作用在盾構(gòu)隧道上的設(shè)計荷載式中：W襯砌縱向每延米重力； Pc1 垂直作用的地層壓力 ； qc1qc2 水平地層壓力； pw1 垂直作用的水壓力；qw1qw2 水平作用水壓力； t 襯砌厚度； Rc

51、 隧道橫斷面中心線半徑。地面超載P0一般取10kN/m2;結(jié)構(gòu)自重作用在隧道橫斷面形心上的豎向荷載為(4-5)(4-6)a.水位以上取天然容重，以下取水下濕容重；b.隧道拱頂上的豎向土壓按均布荷載考慮，且等于覆土層的壓力；c.若隧道覆土層厚度不小于2D(D為襯砌外徑），則按太沙基公式計算折減后的豎向土壓力。折減后的覆土層厚度h0按下式計算。式中：c土體粘聚力； 土體內(nèi)摩擦角； 土體重度； R0 襯砌圓環(huán)外半徑； K0 側(cè)向土壓力與豎向圖壓力的比值，取K01。(4-7)(4-8)a.水平土壓力為作用在襯砌形心線上自拱頂至隧道底部的均勻性變化荷載，其值定義為豎向土壓力與側(cè)向土壓力系數(shù)乘積；b.粘性土層的側(cè)向地層壓力通常按水土合算考慮；c.側(cè)向土壓力系數(shù)0.650.75；砂性土層中可按水土分算考慮，側(cè)向土壓力系數(shù)按主動土壓力系數(shù)計算；d.表4-11給出土體側(cè)壓力系數(shù)及地基反力系數(shù)。土體種類k(MN/m3)N極密類的砂非