第一篇：地鐵盾構隧道課程設計說明書

柱下獨立基礎課程設計

計算書

[基礎工程] 課程設計

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指導教師：

吳興征

課程編號：141238 總學時：1.5周周學時：40h學分：1.0 適用年級專業（學科類）：三年級，土木工程專業 開課時間：2017-2018 學年春學期

河北大學建筑工程學院

2018年6月

基礎工程課程設計

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目錄

第一章

課程題目介紹...........................................................................................1 第二章

荷載計算...................................................................................................3 第三章

內力計算...................................................................................................5 第五章

施工圖繪制...............................................................................................6 參考資料...................................................................................................................7

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第一章

課程題目介紹

如圖1所示，為一軟土地區地鐵盾構隧道橫斷面，有一塊封頂塊K，兩塊鄰接塊L，兩塊標準塊B以及一塊封底塊D六塊管片組成，襯砌外D0?6200mm，厚度t?350mm，采用通縫拼裝，地層基床系數k?20000kN/m3。混凝土強度為C50，環向螺栓為5.8級（可用8.8級）M30，管片裂縫寬度允許值為0.2mm，接縫張開允許值為3mm。地面超載為20kPa。試計算襯砌受到的荷載，并用荷載-結構法按均質圓環計算襯砌內力，畫出內力圖，并進行隧道抗浮、管片局部抗壓、裂縫、接縫張開等驗算及一塊標準管片配筋計算。

q=20kN/m250010001500人工填土????kN/m3褐黃色粘土??????kN/m38KL1738L273B2***53500灰色砂質粉土??????kN/m3灰色淤泥質粉質粘土????kN/m3c=12.2kPa ?????B1138D***502925灰色淤泥質粘土??????kN/m3c=12.kPa ????? 圖1 軟土地區地鐵盾構隧道橫斷面

說明：

1）灰色淤泥質粉質粘土上層厚度1350mm，根據后3位學號ABC調整，1350?ABC?50基礎工程課程設計

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（mm），故在本設計中灰色淤泥質粉質粘土上層厚度取為：1350?65?50?4600mm。

2）采用慣用修正法進行內力的計算。3）課程設計計算書、圖Email形式提交。

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第二章

荷載計算

計算時，統一單位：kN、m；水的重度為：?w?10kN/m3；其中C50混凝土的彈性模量?。篍?3.45?107kPa，??26kN/m3；襯砌圓環厚度?。篽?350mm，襯砌圓環彎剛度：。

其中由于在計算荷載與襯砌內力時，所使用公式是建立在線彈性體系的理論基礎上，所計算得出的內力值與荷載成線性相關，所以可以在進行荷載內力組合之前的荷載計算時就考慮荷載的分項系數，從而使得在計算各個分項荷載所產生的內力值時，就已經考慮了荷載的分項系數，則在荷載的組合效應分析中，可以直接將荷載所產生的內力值進行組合，不需要再次考慮荷載的分項系數！

圖4中的細實線示意了荷載位移測試數據經過擬合后的雙曲線。

1200040%Q(KN)70%Q(KN)100%Q(KN)均值線中值線最優分布順義Q(kN)***000100001020s(mm)3040

圖4 給定荷載相應沉降量的概率密度分布、均值和中值曲線

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表2給出y值分別服從正態和最優分布時的模型參數值。

表2 給定條件下各場地y值假定服從正態分布與最優分布時的模型參數

分布類型 正態分布 最優分布 灌注樁 CFG樁 錨桿 灌注樁 CFG樁 錨桿 場地

40%Qmax

給定荷載Q(KN)

70%Qmax

100%Qmax

參數1 參數2 參數1 參數2 參數1 參數2 2.1 4.54 1.1 0.73 4.92

0.28 1.07 0.09 0.13 4.96

4.3 8.98 2.31 9.21 8.98 0.84

0.55 1.82 0.12 4.53 1.82

7.43 14.94 4.12 9.43 2.69

1.02 2.84 0.22 7.85 0.19 68

189.54 171.74 0.05 280.33 備注：參數1和參數2對于正態分布為均值和標準差；對數正態分布分別為對數均值和對數標準差；伽瑪分布為形狀和尺度參數；威布爾分布為形狀和比率參數；耿貝爾分布為a和b。

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第三章

內力計算

在以上計算出襯砌圓環所受到的荷載后，可以采用慣用修正法進行襯砌圓環的內力計算。其中襯砌圓環內力計算公式如下。

該模型包含兩個參數h1和h2，可寫為：

Q?S

h1?h2S

（1）

式中S為位移量，單位為（mm）；Q為荷載值，單位為（KN）；h1和h2是雙曲線擬合參數的荷載位移曲線。這些曲線擬合參數在物理上是有意義的，h1和h2的倒數分別等于初始斜率和漸近值。

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第五章

施工圖繪制

根據設計與計算結果，繪制出CAD圖紙兩張（見附件），其中圖紙包括襯砌圓環構造圖一張、標準管片B構造圖一張：

圖紙簡略情況如圖7所示。

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參考資料

[1] 趙明華, 徐學燕, 鄒新軍.基礎工程（第三版）.高等教育出版社, 2017.[2] 周景星, 李廣信, 張建紅, 虞石民, 王洪瑾.基礎工程（第二版）.清華大學出版社.2015.注意事項：

[1] 所有圖形要有圖標題，放在圖形的下面。并在正文中引出。比如，荷載-沉降曲線如圖3所示（請不要使用圖3-2等編號，全文統一編號，表格也類似）。

然后下面插入圖形

[2] 所有表格要有表標題，放在表格的上面。并在正文中引出。比如，荷載-沉降的計算成果如表12所列。

[3] 不允許在正文引述中出現，如上圖，如下表等表達。要具體引出圖表編號。[4] 每一章要重新開始一頁，也就是在每一章的最后插入分頁符即可。[5] 所有公式的要采用公式編輯器

完成輸入，盡量（課上已強調過）不要使用插入 的形式。

具體參見文件141238S HBUWu FE 741 word formula and symbol.doc。

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第二篇：上海地鐵盾構隧道縱向變形分析

上海地鐵盾構隧道縱向變形分析

【摘 要】隧道若發生縱向變形將嚴重影響到隧道結構的安全。分析探討了縱向變形的發生、變化情況以及隧道結構和防水體系所允許的縱向變形控制值。結合工程實踐,對隧道發生的典型沉降曲線規律進行了深入的分析,其結論對有效控制隧道縱向變形具有指導意義。【關鍵詞】隧道;通縫拼裝;縱向變形;環縫;錯臺;防水;失效

至2020年,上海將建成軌道交通運營線路達到20條、線路長度超過870 km以及540余座車站的網絡規模。這其中,以盾構隧道結構為主的地下線路幾乎占到一半?？刂扑淼揽v向變形是確保隧道結構安全的重要因素之一。在研究隧道縱向變形時,我們首先要關注這種變形是以何種方式發生、又是如何發展變化以及隧道變形控制值是多少等問題,本文對這些問題進行了分析探討。

1、盾構隧道結構和構造設計

盾構法隧道是由預制管片通過壓緊裝配連接而成的。與采用其它施工方法建成的隧道相比,盾構隧道明顯的特點就是存在大量的接縫。1 km長的單圓地鐵盾構隧道需要五~六千塊管片拼裝而成,接縫總長度約是隧道長度的20余倍。因此,盾構隧道的多縫特點已成為隧道發生滲漏水最直接或潛在的因素之一(見圖1)。在盾構拼裝結構中,接縫有通縫和錯縫之分,現以單圓通縫盾構隧道為例進行隧道縱向變形分析。1.1 盾構隧道結構與構造設計 1.1.1 管片厚度、分塊及寬度

單圓通縫隧道管片厚度350mm,管片為C55高強混凝土,抗滲等級為1 MPa。一環隧道由6塊管片拼裝而成(一塊封頂塊F、兩塊鄰接塊L、兩塊標準塊B和一塊拱底塊D),圓心角分別對應16°、4×65°和84°(見圖2a)。封頂塊拼裝方便,在拱底塊上布置了兩條對稱的三角形縱肋。整個道床位于拱底塊內,底部沒有縱縫,對底部環縫滲漏水有一定程度的抑制作用,可大大降低處理底部滲漏水的難度。

1.1.2 縱縫和環縫構造

在管片環面中部設有較大的凸榫以承受施工過程中千斤頂的頂力,可有效防止環面壓損,既利于裝配施工,又易于整個環面凹凸榫槽的平整密貼,提高管片外周平整度;并可提高環間的抗剪能力,控制環與環之間的剪動,同時也可減少對盾尾密封裝置的磨損?？拷饣∶嫣幵O彈性密封墊槽,內弧面處設嵌縫槽。環與環之間以17根M30的縱向螺栓相連,在管片端肋縱縫內設較小的凹凸榫槽,環向管片塊與塊之間以2根M30的環向螺栓壓密相連,能有效減少縱縫張開及結構變形,環、縱向螺栓均采用熱浸鋅或其它防腐蝕處理。

這種構造設計使得隧道在拼裝完成后形成具有一定剛度的柔性結構,環向面之間以及縱向面之間可以達到平整密貼裝配,既能適應一定的縱向變形能力,又能將隧道縱向變形控制在滿足列車運行及防水要求的范圍內;同時,滿足結構受力、防水及耐久性要求。

錯縫拼裝與通縫拼裝略有不同,其拼裝方式是隔環相同,拱底塊不設三角肋,在道床底部有一條縱縫, 6塊管片所對應圓心角分別為20°、2×68.75°、3×67.5°(見圖2b)。不論是通縫還是錯縫拼裝,隧道總體上呈“環剛縱柔”的特點。

1.2 裝配隧道對縱向變形的適應性分析

錯臺是指兩環隧道之間發生的徑向相對位移,隧道縱向變形的適應性是指在保障隧道結構安全前提下各組成構件所允許的最大環間錯臺量。從以下幾方面分析各自對環間錯臺量的適應情況。1.2.1 環面構造對錯臺量的適應性

如圖3a示,在管片環面中部設了較大的凹凸榫槽。因環面裝配部位的凹槽比凸榫稍大,存在約8mm的極限裝配余量,可允許凸榫在凹槽內沿著徑向作微量移動或滑動。這種環面間的相對移動表現在隧道壁上就是錯臺現象(見圖3)。無論環面凹凸榫槽的初始裝配關系如何,當環間錯臺達到4~8mm時,凸榫的頂部邊緣將與凹槽的底部邊緣相接觸,若繼續發生錯臺,凹凸榫槽將發生剪切。應當說環面上設置的凹凸榫槽對提高環間的抗剪切能力是有益的。從環面構造可知,當環間錯臺量超過4~8mm時,環面縫隙將按線性張開。所以, 4~8 mm錯臺量應是環面裝配和錯臺的控制值。1.2.2 密封墊對錯臺量的適應性

在環面上靠近外壁約30 mm處設有密封墊(現多為三元乙丙橡膠材料),按照設計構想,理想裝配條件下密封墊徑向寬度的重疊達23 mm,并可抵御環面間張開4~6 mm而不會發生滲漏水。通過對密封墊試驗和數值計算分析發現,當環面之間發生錯臺時,密封墊表現出復雜的形狀,不同部位呈拉壓剪等十分復雜的受力狀態。從理論上講,當環間錯臺量為4~8 mm(甚至更大一些)時兩塊壓緊狀態的密封墊是不會產生滲漏水的。由于環面上的密封墊不是完整的(分別粘貼在12塊不同管片上),裝配后單側整環密封墊長達19.415 m,且存在許多棱角組合,加之防水材料質量及施工技術條件等制約因素,多數滲漏水發生在錯臺量<8 mm(甚至更小)的情況下(見圖4)。

1.2.3 螺栓孔和螺栓對錯臺量的適應性

為便于管片拼裝緊固,一般螺栓孔設計的要比螺栓稍大,螺栓孔徑為35mm,螺栓直徑為30 mm,在管片拼裝或產生錯臺時可允許螺栓適當調整。當環間錯臺量較小時,螺栓會隨管片發生移動,螺栓拉伸量相當有限。不論螺栓與螺栓孔的初始裝配關系如何,在錯臺量達到6~12 mm后,螺栓孔與螺栓的對應位置關系都趨于極限,螺栓將發生拉彎,同時對手孔部位的混凝土產生壓剪作用。因手孔部位增強了配筋,螺栓會在手孔部位的混凝土壓壞之前先于拉壞。

通過以上分析可知,隧道環面構造、防水體系及螺栓等在隧道發生變形過程中所起的作用不盡相同,對錯臺量的適應性也并不完全一樣。但將它們裝配成一條完整的隧道后就必須要求管片間的變形要協調,即只有當錯臺量同時滿足結構抗剪、螺栓受拉及防水有效等要求時,隧道安全才有保障。受管片制作、拼裝施工、密封墊質量等因素的影響,通常在隧道投入運營之初,環縫、十字縫或管片接縫處就已發生了滲漏水,隧道在施工過程中已經用掉了大部分結構變形和防水預留量,而留給運營期間允許發生的變形余量非常少。因此,綜合多方面因素,將環面間的錯臺量控制在4~8mm即可保障隧道的安全。

2、隧道縱向變形分析

在隧道防水設計中,一般取縱縫和環縫張開量來確定密封墊的性能,彈性密封墊在隧道張開量達到4~6 mm時還具有防水能力。但隧道縱向變形究竟是以隧道頂底部剛性張開方式還是以環面錯臺方式進行的?或是兩者兼之?下面分別對兩種情形進行討論分析。

2.1 假定隧道縱向變形是以剛體轉動的方式進行的

將單環隧道假定為一個理想的剛體,允許環與環之間發生小角度θ的剛體轉動,隧道頂(底)部張開量Δ,形成隧道縱向沉降變形(見圖5)。當隧道發生沉降時,隧道頂部壓緊,底部張開(或閉合)量Δ;反之,隧道頂部張開Δ,底部壓緊。根據剛體轉動幾何條件,隧道環寬w、直徑D、環間張開(或閉合)量Δ及隧道縱向沉降曲線半徑R之間有如下幾何關系:

當取環寬為1.0 m、隧道外徑為6.2 m,隧道縱向沉降(或隆起)與環縫張開關系見表1。若依此計算,當環縫張開量為6 mm時,隧道防水已經失效。但在隧道實際變形中,如此小沉降半徑(甚至更小)是存在的,但防水體系并沒有發生失效現象。這說明將隧道縱向變形視作整環隧道剛體轉動的假定與隧道實際發生的縱向變形有著較大出入。在已建隧道中,隧道長度與直徑之比L/D>150,隧道縱向端點與車站錨固聯結,車站剛度較大,而且隧道與周圍土層之間存在一定的抗剪力,對隧道沿縱向移動有較大約束,加之管片之間螺栓緊固作用等,對隧道整環發生剛體轉動或沿縱向產生較大的水平位移(縫隙)起到極大約束作用。一般情況下,沿隧道縱向難以產生較大的環間縫隙或剛體轉動。

2.2 假定隧道縱向變形是以環間錯臺方式進行的

從上述分析得知,隧道環與環之間可以發生小量級的錯臺而不破壞隧道的安全性,假定隧道縱向變形曲線視作是由環與環之間發生不同錯臺而形成的,現分析沉降曲線為等圓的錯臺情況。將最下部的一環定為第1環,稱之為基準點,第1環隧道底部與沉降曲線最低點之間沉降差定義為初始錯臺變形δ1,第2環與第1環之間的錯臺變形量δ2,第i環隧道與i-1環之間的錯臺變形量δi。根據圖6a示,第一環的初始錯臺量為δ1,則有:

根據表2和圖6分析可知:①沉降曲線半徑越大,沉降影響范圍越大,環間錯臺發展速度越緩慢;反之,沉降曲線半徑越小,沉降影響范圍越小,環間錯臺發展就越快(即錯臺很快就超出安全控制值)。②沉降曲線半徑越大,沉降范圍內的累積沉降量越大。由式(3)可以看出,即使環間的錯臺量是一個較小的數據,但在一個較大范圍的隧道累計變形量來說仍然很可觀。③即使在等半徑沉降曲線上,不同距離的環間錯臺量是不同的。由式(2)可知,距離基準點越遠,環與環之間的錯臺變形量就越大。

隧道安全取決于隧道結構和防水體系的安全,通過對隧道的長期現場監護監測發現,隧道結構沉降變形和防水之間又是相互影響和相互促進的,隧道滲漏水會引起隧道變形加大,隧道變形加大又會加劇隧道滲漏水,形成惡性循環。

在隧道發生滲漏水的許多部位,沉降曲線半徑超過15 000m,滿足隧道縱縫張開的設計要求;在發生較大沉降變形區段,沉降曲線半徑遠小于15 000m,隧道沒有發生滲漏水,也未發現隧道頂底部的轉動張開;在幾處發生過險情的隧道區間,隧道沉降半徑遠小于500 m,發生漏水的整環隧道多位于沉降曲線的直線段,個別環間錯臺量達數厘米,在隧道內壁上表現為明顯錯臺形式。理論分析和隧道發生滲漏水的實際情況都證明了隧道縱向變形方式是以環間錯臺方式進行的,將隧道縱向沉降曲線視作是由一系列環間錯臺構成的這一假定是合理的。

2.3 隧道縱向變形過程分析 在隧道發生沉降(隆起)后,隧道總長度增加,沉降變化越多,變化量越大,隧道總長度增加量就越大。當錯臺量較小時,隧道縱向增加量較小,可用下式來表達:

當錯臺量超過4~8 mm時,隧道縱向長度計算還應考慮縱向環面縫隙的增加量w0。下面根據不同程度的錯臺量對隧道結構安全和防水影響進行分析:(1)當環間錯臺量為1~4 mm時,這個量級的錯臺可以通過隧道環面構造設計本身加以調整,但會對密封墊產生一定的拉壓作用。從幾何意義上講,變形前密封墊徑向重疊厚度至少可達約23 mm,發生錯臺后密封墊仍可保持約19 mm的重疊厚度。根據式(4)計算,若錯臺為1 mm,單環隧道增加長度0.005 mm;若環間錯臺4 mm,單環隧道增加長度0.008 mm。這個量級的小錯臺量引起隧道縱向長度的增加非常小,環間縫隙寬度不增加。

隨著環間錯臺量的增大,密封墊不同部位表現為十分復雜的拉壓剪等受力狀態,密封墊一般不會發生滲漏水現象,但環面間的防水能力在一定程度上被大大削弱,隧道發生滲漏水的概率大為增加?？v向連接螺栓或將進一步發揮抗拉作用,對手孔部位的混凝土施加低水平的壓剪作用。

(2)當環間錯臺量達4~8 mm時,即在前一階段變形基礎上繼續發生錯臺4 mm(見圖3b)。不論環面凹凸榫槽最初裝配位置如何,此刻凹凸榫槽處在極端配合狀態,凸榫頂邊緣與凹槽底邊緣相接觸,凹凸榫槽直接發生剪切,螺栓也處在進一步拉緊狀態,密封墊的變形和受力狀態也隨錯臺量的加大而加劇,但密封墊徑向重疊厚度仍可達15 mm。根據式(4)計算,若錯臺達到4~8 mm,單環隧道長度增加將達0.032 mm。這個級別的錯臺引起隧道總長度的增加量依然很小,環間縫隙寬度不增加,但密封墊之間、密封墊與管片之間都可能會直接發生滲漏水現象,環間防水能力被極大削弱,隧道發生滲漏水的幾率成倍增加,必須引起警惕,采取措施控制錯臺的進一步發展。

(3)當環間錯臺量達8~13 mm時(見圖3c),環面凹凸榫槽已發生直接剪切,凹凸榫槽局部會出現裂縫,而導致防水失效,這個錯臺量會引起環面凹凸榫槽出現“艱難爬坡”現象,環間縫隙呈線性擴大,螺栓被拉流。盡管密封墊徑向重疊厚度仍有10~15 mm,但因管片局部發生破壞、環面間縫隙超過防水標準而失去防水作用。根據式(4)計算,若環間錯臺量達到13mm,隧道長度增加迅速,單環隧道增加量也達13.083mm,環縫張開量將迅速增加超過6 mm,環間防水體系基本失效,將會有大量水土流入隧道,環縫漏水嚴重。圖7是整環隧道發生豎向錯臺示意圖,當環間發生豎向錯臺時,依附于管片上的密封墊將隨同管片一起發生錯臺。在隧道頂底部位錯臺最為顯著,其它部位并不明顯,但此時環面上凹凸榫槽還處在咬合狀態,錯臺將呈直線方式發展。隧道處于此種狀態十分危險,若變形繼續發展,后果不堪設想。

(4)當環間錯臺量為13~23 mm時(見圖3d),環面間持續剪切導致凹凸榫槽結構進一步破壞,防水體系完全失效,凹凸榫槽還處在咬合狀態,錯臺將呈線性發展直至結構失穩,尤其當隧道下臥土層是砂性土層的狀況時風險性更大。

分析表明:①若錯臺量在幾毫米以內,隧道總長度增加量很少,環間縫隙寬度并不增加,隧道結構安全尚處在可控狀態,但會大大削弱密封墊的防水效果;②若錯臺量超過環面凹凸榫槽配合極限之后,環間縫隙按線性發展,管片會發生破損、防水失效等現象,給隧道安全帶來災難性威脅。因此,徑向錯臺的增加不僅會引起隧道環面發生剪切,還將導致隧道縱向水平位移(環面縫隙)的增加。

以上僅是對隧道豎向發生徑向錯臺進行分析,實際上隧道發生縱向變形遠比此復雜。隧道在裝配完成受力后其環面并不是一個真圓,環面凹凸榫槽的裝配關系隨之發生變化,這些變形會沿著隧道縱向進行傳遞,隧道縱向和橫向變形在一定范圍內相互影響。

3、隧道縱向變形典型曲線及工程實例 3.1 隧道縱向沉降典型曲線

圖8是典型縱向沉降曲線,沉降曲線呈對稱漏斗型。一半曲線是一條反S沉降曲線,曲線的上部向下彎曲,下部向上彎曲,中間呈直線段變化?？蓪⑶€劃分成三段,現逐一分析如下: 第一段為向下彎曲段(沉降加速段)。該段隧道受擾動影響較小,環間錯臺較小,縱向變形量小,環與環之間的錯臺迅速變大,環間縫隙基本上沒有張開,也不發生滲漏水,此階段的縱向變形累計量較小。

第二段為直線變形段(沉降均速段)。該階段隧道受擾動影響較大,該段環與環之間的錯臺量較大,凹凸榫槽相扣處在剪切狀態,錯臺基本上呈直線型發展,沒有明顯彎曲,縱向沉降累積量迅速變大,環間縫隙防水失效,有大量水土涌入隧道。

第三段為向上彎曲段(沉降減速段),也是最后一個階段。該段環與環之間的錯臺變形由大變小,曲線呈向上彎曲狀,此階段的縱向累計沉降量達到最大。

近年來發生的幾起隧道險情大沉降與上述隧道縱向變形曲線非常吻合。3.2 工程實例

(1)圖9是上海軌道交通2號線某停車場出入庫線下行線隧道泵站發生事故后形成的沉降曲線。因泵站施工引起隧道大量漏水漏砂,隧道發生了較大錯臺變形,個別環間錯臺量達到數厘米,最大累計沉降量達26 cm,后經及時搶險才得以控制隧道危情。

(2)4號線大連路區間隧道因結構存在固有缺陷導致隧道漏水漏砂,環間發生了較大錯臺沉降,縱向累計和差異沉降變形都很大,環間發生錯臺量達到3~5 mm,累計沉降達9 cm,影響范圍超過100m,后經及時發現搶險并最終得到根治。環間過大的錯臺變形勢必會引起隧道結構開裂,導致隧道受損或破壞,防水體系失效,給隧道結構安全帶來直接威脅,多處隧道發生的縱向大變形驗證了這一變形過程。

4、結語

本文通過對地鐵盾構隧道縱向變形進行分析,得到如下結論:(1)地鐵盾構隧道縱向變形基本上是以徑向錯臺方式進行的。

(2)徑向錯臺的增加不僅會引起隧道環面發生剪切,同時會引起環縫間隙按線性發展,導致隧道結構損壞、防水失效。必須嚴格控制各類因素引起的環間錯臺量。

(3)研究了不同沉降曲線半徑的環間錯臺變化規律,等半徑沉降曲線上不同位置的錯臺量是不同的。結合工程險情研究了典型的隧道沉降曲線。

(4)隧道安全與隧道結構變形和防水密切相關,防水的成敗關系到其長久安全,“見水就堵”是十分重要的。這些分析結論進一步加深了對隧道發生沉降方式和變形控制值的認識,對指導地鐵盾構隧道安全監控具有重要的意義。

第三篇：淺析地鐵盾構隧道的施工測量管理

淺析地鐵盾構隧道的施工測量管理

呂宏權

（中鐵隧道集團有限公司第一工程處 河南 新鄉 453000）

摘要：本文通過廣州地鐵二號線三元里～火車站區間、南京地鐵南北線一期工程南京站～許府巷～玄武門區間隧道盾構施工的測量過程實施，總結出地鐵盾構隧道施工測量管理的幾點體會。關鍵詞：地鐵 盾構隧道 施工測量 管理 1 前言

進入二十一世紀以來，城市地鐵建設發展迅猛，用盾構法修建的地鐵區間隧道也呈上升趨勢。地鐵盾構隧道施工技術含量高、防滲漏、快速安全，但要求準確度高，盾構機只能從預埋好鋼環的洞門進出，并且盾構機只能前進、不能后退，這給地鐵盾構隧道施工測量技術對地下線性工程的控制提出了更高的要求。從現以營運的廣州地鐵二號線三～火區間和已貫通的南京地鐵南北線一期工程南～許～玄區間隧道的測量過程實施看，地鐵盾構隧道施工測量管理的重要性更為突出。在南京地鐵南北線一期工程許~玄區間隧道測量實施過程中，結合廣州地鐵二號線三～火區間盾構隧道施工測量管理和南京地鐵南北線一期工程的測量技術規定，對地鐵盾構隧道施工測量中的管理和方法作了分析、改進、總結。2 地鐵盾構隧道施工測量的特點

采用盾構法施工的地鐵隧道，隧道工程機械化程度較高，通過電子全站儀與計算機技術的結合，一種快速、準確地測出盾構機即時姿態的施工測量新技術、新方法——盾構機掘進導向系統被成功應用，如英國的ZED、德國的VMT和日本的GYRO等。廣州地鐵二號線三元里～火車站區間、南京地鐵南北線一期工程南京站～許府巷～玄武門區間隧道盾構施工采用的是德國海瑞克（HERRENKNECHT）公司制造的土壓平衡模式盾構機。盾構機沿設計路線向前推進，靠與它相配套的VMT自動測量導向系統來控制，達到盾構推進的線形管理。地鐵盾構隧道施工測量管理與山嶺隧道相比，技術含量、自動化程度高，過程也較復雜，單位測量項目多，測量人員素質、測量精度要求高。3 地鐵盾構隧道施工測量管理

地面控制測量完成后，根據測量成果、區間隧道的設計線路長度和盾構的施工方法，進行區間隧道的貫通誤差設計估算，根據估算結果和誤差分析后的分配情況，進行盾構井的聯系測量、地下控制測量的測量設計。結合區間隧道的貫通長度，根據誤差傳播定律，隧道橫向貫通中誤差、導線法測角中誤差二者之間的關系可以按下述公式確定： m2=±{mβ*sk/ρ}2*(n±3)/12（1）

以此來確定盾構隧道的測量精度等級、施測參數及測量方法。式中：m為隧道橫向貫通中誤差（mm）；mβ為導線測角中誤差（″）；sk為兩開挖洞口間長度（mm）；

ρ為常數206265″；n為導線邊數；若計算洞外值時取n-3，洞內值取n+3。依據測量設計進行施工測量的過程管理。地鐵盾構隧道施工測量主要包括聯系測量、洞門預埋鋼環檢查測量、盾構機的始發定位測量、地下控制測量、盾構機推進施工測量、盾構機姿態人工復核測量、襯砌環管片拼裝檢查測量、施工測量資料管理與信息反饋、貫通誤差測量、竣工測量。南京地鐵南北線一期工程南京站～許府巷～玄武門區間，盾構隧道長度分別為1448.607m、826.274m。在進行地面控制測量時，把兩個區間隧道作為一個長

隧道進行控制，平面采用光電測距精密導線閉合環，邊長、角度按照三等導線施測，導線環測角中誤差mβ=±0.79″,邊長相對閉合差md/D=1/1410000，達到三 等導線測量精度要求；高程按城市二等水準測量精度mw=±4.0mm/KM進行。地面 控制測量引起的橫向貫通中誤差為m =±0.006m小于南京地鐵南北線一期工程的測量技術規定的0.025m。3.1聯系測量 聯系測量工作通常包括地面趨近導線、水準測量；通過豎井、斜井、通道定向測量和高程傳遞測量以及地下趨近導線、水準測量。在地鐵施工中，根據實際情況，進行豎井定向可采用傳統的礦山測量中懸吊鋼絲的聯系三角形法；若地鐵車站面積較大、通視條件良好，可采用雙豎井投點法；隨著陀螺經緯儀精度的提高，也可采用全站儀、垂準儀和陀螺儀組成的聯合測量方法；當地鐵隧道埋深較淺時，則可采用地上、地下布設光電測距精密導線環的方法，形成雙導線來傳遞坐標和方位，若隧道貫通距離較長時，還可采用在隧道上鉆孔，進行鉆孔投點、加測陀螺方位角的方法。

南京地鐵南北線一期工程南～許～玄區間地鐵隧道埋深較淺，貫通距離分別為1448.607m、826.274m，聯系測量均采用光電測距精密導線環進行定向。地面趨近測量和地面控制測量同時進行，地面趨近導線點納入地面高精度控制網進行平差，這樣既可減少誤差累積又提高了地面趨近點位的精度；定向測量和地下趨近導線測量也同時進行，達到等精度控制，定向測量分別在盾構始發、盾構掘進100m和距貫通面200m時獨立定向三次，三次聯系測量的地下趨近導線的基線邊Z5-Z2的方位角中誤差達到≤2.5″，在進行定向測量時，地面、地下趨近導線控制樁點均采用強制觀測墩，消除了儀器對中誤差，導線網構成有檢核條件的幾何圖形，坐標和方位向下傳遞時，俯仰角控制在20o左右；高程傳遞采用鋼絲法、光電三角高程法，兩種方法相互檢核，獨立進行三次，互差均達到≤1mm，坐標、方位和高程的三次加權平均值指導隧道的貫通，每次聯系測量完成后，以書面資料上報現場監理，監理復測簽字再上報業主測量隊，業主測量隊經復測確認無誤后，下發采用成果坐標通知，形成社會性的三級復核制。

3.2 洞門預埋鋼環檢查測量

洞門鋼環的安裝定位是在作車站連續墻的過程中進行,由于車站施工往往是另一施工單位，鋼環的制作和使用是盾構掘進單位，因此鋼環安裝定位好后，需進行復核檢查測量。經雙方施工、監理、業主測量單位復核檢查完成后，方可進行連續墻砼的澆注，拆摸后再檢查一遍，作為最終的鋼環姿態，以此來影響盾構機出洞時始發姿態的測量定位和進洞時盾構機的進洞姿態。

3.3 盾構機始發姿態定位測量

盾構機始發姿態的定位主要通過始發臺和反力架的精確定位來實現，始發臺為盾構機始發時提供初始的空間姿態（見圖1），反力架為鋼結構，主要提供盾構機推進時所需的反力，反力架的姿態直接影響盾構機在始發階段推進時的盾構機姿態。始發臺事先用全站儀和水準儀精確定位，然后根據盾構機的前體、中體、后體直徑的不同，沿垂直于盾構機始發軸線方向上，在前體與刀盤連接的端面上、前中體連接處端面上、中后體連接處端面上、后體盾尾端面上作出準確的里程標記點，并標注至始發軸線的支距，以此來檢查盾構機放在始發臺上之后的姿態，一般盾構機出洞就是便于加速的下坡地段，且始發階段不能調向，所以在始發臺定位時要預防盾構機脫離始發臺、導軌和駛出加固區后容易出現的叩頭現象，因而要抬高盾構機的始發姿態20mm左右；反力架的安裝和定位主要做到使反力架 <±2 3.4 長度可以加設副導線，構成導線環，以便檢核，也可提高導線的精度。南京地鐵南北線一期工程許~玄區間長度860m，洞內控制測量誤差估算值為0.015m，考慮洞內軌枕和管線，布設一條直伸支導線，直線和半徑大于800m的曲線段導線邊長≥150m，測角中誤差要求達到±1.8″，測距相對中誤差達到1/60000，導線點設置為強制對中點（如圖2），用10mm的鋼板預先加工好，用三顆Φ14的膨脹螺栓錨在砼管片上，位置靠近邊墻以觀測方便為原則，避開洞內運渣車輛的干擾，這樣同定向測量、地下趨近導線一起，觀測時儀器均采用強制歸心，由于剛襯砌成形的砼管片不太穩定，避免導線點的空間位置發生變化，強制對中點要距刀盤200m左右布設；水準點可借助安裝好的管片螺栓，在螺栓頭棱角突出處作一標記點，位置選在導線點附近。觀測時采用2″、2+2ppm以上的全站儀，左右角各測6測回，左右角平均值之和與360o較差≤4″，邊長往返觀測各4測回，往返觀測平均值較差≤2mm，每次延伸控制導線前，對已有的相鄰三個點進行檢核，幾何關系無誤后再向前傳遞，水準控制點引測，先檢查兩個相鄰已知點，然后按南京地鐵南北線一期工程有3個盾構標，4臺盾構機，其中3臺是德國海瑞克的土壓平衡式盾構機，該機有一套與之相配套的自動測量控制系統VMT（如圖3）該系統主要有ELS靶、徠佧TCA系列全站儀+參考棱鏡、黃盒子、計算機（PC機）五部分組成，ELS靶安裝在盾構機前體上，全站儀和參考棱鏡放于錨在砼管片上的吊籃上，PC機安裝了SLS-T數據交換、姿態測量、管片拼裝軟件，盾構機推進時全站儀定時自動發射激光至ELS靶，ELS靶接受的信息通過數據傳輸電纜傳至PC機，經過軟件處理轉化成較為直觀的盾構機姿態，在直角坐標系中形象顯示，由于盾構機預留的測量空間和電纜長度有限(120m)，需要不定時地進行全站儀的搬站，即進行施工導線的延伸測量。3.5.2 施工導線延伸測量

盾構機的構造形式及其預留的有限測量空間（如圖4），決定了施工導線只能是一條支導線，每次進行施工導線延伸測量時，先在襯砌好管片的適當位置安裝吊籃（如圖5），全站儀直接利用已復核的導線點測出吊籃的坐標，然后移動全站儀至延伸點，延伸點距刀盤的位置不能太近，以避免襯砌管片初期沉降、盾構機掘進振動而影響延伸點，但是作為延伸點的吊籃不能立即出現在主控制導線的觀測范圍內，只有當盾構機掘進50m左右時，才能利用主控制導線點進行復

觀測中線、水平，只有通過其預留的有限測量空間，精確測出ELS靶下前視棱鏡的三維坐標，將坐標轉化為棱鏡中心至盾構機軸線的平面支距，然后與盾構機制造時的設計值比較，此較差應和PC機桌面上的中線、水平偏差一致，通過復核，使盾構機推進軸線最優化。3.7 襯砌環管片拼裝檢查、隧道凈空限界測量

襯砌環管片拼裝完成后，PC機上顯示的管片姿態是在即將安裝管片時，靠人工量取管片的盾尾間隙，然后輸入計算機，通過SLS-T的管片安裝軟件計算而

得的。由于人工操作誤差、推進時管片承受巨大的壓力和管片背襯注漿的壓力，管片在推進的過程中難免會發生位移，穩定后的管片實際姿態需要用人工方法進行檢查測量，直線上每10環、曲線上每5環檢測一次。管片姿態檢測方法較多，廣州地鐵二號線三～火區間采用的是最小二乘曲線擬合的方法，需均勻測出同一環管片上任8-12個點的三維坐標，從而計算出管片環的中心坐標和環的橢圓度，這種方法受盾構機零部件的遮擋，不易操作，而且測量工作量大、計算過程復雜；南京地鐵南京站～許府巷～玄武門區間采用的是確定管片環端面中心的平面、高程，即將一根帶有管水準氣泡的5m精制鋁合金尺水平橫在管片環兩側，尺的中央就是環片的中心，然后用全站儀直接測出其中心坐標，或者測出尺的兩端點坐標，取平均值即為環片的中心坐標；高程直接用水準儀配合塔尺，測出環片中央上、下的最大讀數，算出環片的實際豎徑，然后由下部或上部高程推算即可。3.8施工測量資料管理與信息反饋

盾構機在推進時，VMT時刻都在自動測量，PC機同時也在進行記錄，除了人工進行觀測和監理、業主測量隊下發的測量資料，PC機儲存的大量測量資料需要定期的進行備份，并輸出來分析檢查，特別是管片的資料，在南京地鐵許府巷~玄武門區間右線剛開始，通過拼裝管片的檢查測量，發現穩定后的管片的高程較拼裝時高了40mm左右，有的甚至超限，幾乎每隔幾十環，就會出現這種情況，后來經過仔細調查和跟蹤測量，發現管片在注漿后和拖出盾尾時，都要出現上浮，將此信息反饋給盾構操作手，通過調整上、下管道的注漿壓力、速度（由于注的是雙液漿）和盾構機推進時的高程，逐步解決了這一問題，并為以后掘進提供了值得借鑒的經驗。3.9 貫通誤差測量 地鐵隧道的貫通面一般是盾構機進洞的預留洞門端面。如南京地鐵許府巷~玄武門區間的貫通面在玄武門站洞門預埋鋼環面上，貫通時進行了隧道的縱向、橫向、方位角和高程的誤差測量。

3.10 竣工測量

地鐵隧道完成后，要進行竣工測量。根據≤南京地鐵南北線一期工程測量技術規定≥，南京地鐵南京站～許府巷～玄武門區間的竣工測量，主要進行了隧道的斷面凈空、中心線、高程和隧道掘進長度計算以及竣工測量圖的繪制。4 施工測量與盾構施工各工序的銜接管理 在進行盾構隧道的各項施工測量過程中，測量工作常常與盾構的其它施工工序相互交錯進行。進行聯系測量，在地面趨近點支鏡時，盡量避開龍門吊的起吊作業時間，否則，測量時應設2～3人，其中1人專門防護龍門吊的起吊對儀器的操作安全，也確保施工過程的正常、順利進行；檢查預埋鋼環的測量，應在鋼環固定后、澆注砼連續墻的腳手架搭設前進行，測量時，設專人看護，避免機械、物體傷及人和儀器；在洞內進行各施工測量時，應遵守有軌運輸的行車安全規則，如：在軌道上架設登高設備進行導線延伸測量、在軌道內進行管片的檢查測量、在盾構機停掘，利用管片安裝的間隙時間進行的盾構機姿態人工復核測量等，既要協調好電瓶車的行車（出碴、運輸管片）時間，又要把握好管片的安裝及注漿時間。5 結束語

5.1地鐵盾構隧道施工測量過程導線控制點均采用強制對中點，消除了儀器的對中誤差，同時操作方便，節省人員和時間，提高了工作效率，也便于樁點的保護。

第四篇：盾構法施工地鐵隧道的防水堵漏技術

盾構法施工地鐵隧道的防水堵漏技術

鐵工

1401班 第2組

組長：常博

組員: 趙 昶 郭相凱 王同祥

劉 鵬 袁自程

目 錄

一、國內外隧道建設及防水情況……………………………………2

二、盾構法隧道的防水設計…………………………………………2

1、管片結構的自防水…………………………………………………3

2、管片外防水涂層……………………………………………………3

3、管片接縫防水………………………………………………………4

4、注漿防水……………………………………………………………7

5、盾尾防水密封………………………………………………………7

三、盾構法隧道的堵漏………………………………………………7

1、盾構法隧道滲漏水的原因…………………………………………8

2、盾構法隧道滲漏水的措施…………………………………………8

四、總結………………………………………………………………9

共 9頁 第 1 頁摘 要 介紹國內外盾構法隧道防水堵漏的技術方法，分析隧道滲漏水的機理，總結盾構法隧道防水堵漏技術措施，以及一些常見問題及其應對措施。

關鍵詞 城市地鐵 防水技術 隧道防水 隧道堵漏

一、國內外隧道建設及防水情況

國內外已建成大量地鐵、隧道，逐步形成了較成熟的結構設計計算理論與工程實踐體系，但是在隧道及地下工程的防水方面認識則相對落后。地鐵不可避免地要經過含水量較高的地層(如上海地鐵所處地層大多為飽和含水軟粘土層)，所以必將受到地下水的有害作用。如果沒有可靠的防水、堵漏措施，地下水就會侵入隧道，影響其內部結構與附屬管線，乃至危害到地鐵的運營安全和降低隧道使用壽命。

盾構隧道滲漏水的位置是管片的接縫、管片自身小裂縫、注漿孔和手孔等。其中以管片接縫處為防水重點。通常接縫防水的對策是使用密封材料，以西德為代表的歐洲方面，采用非膨脹合成橡膠，靠彈性壓密，以接觸面壓應力來止水，以耐久性與止水性見長。以日本為代表的方面，則采用水膨脹橡膠，靠其遇水膨脹后的膨脹壓止水。它的特點是可使密封材料變薄、施工方便，但耐久性尚待驗證。國內主要采用水膨脹橡膠，并已開始研究開發水膨脹類材料與密封墊兩者的復合型。

二、盾構法隧道的防水設計

一般而言，盾構法隧道防水的原則是“以防為主、多道防線、綜合治理”。盾構法隧道防水主要要求是在一定的水壓作用下，除了管片必須具有防水抗滲能力外，更應滿足管片環縱縫在預定張開量下的

共 9頁 第 2 頁防水能力。其防水施工的內容主要包括：管片自防水、管片外防水涂層、管片接縫防水(彈性密封墊防水、嵌縫防水、螺栓孔防水、二次襯砌防水）、注漿防水、滲漏處理(盾尾充填注漿等)。

1、管片結構的自防水

管片結構自防水是防水的根本，只有襯砌管片混凝土滿足自防水的要求，隧道的防水才有了基本保證。

因此，管片結構的自防水是盾構法隧道防水的首要措施，在設計和施工中，主要通過滿足管片混凝土的抗滲要求和管片預制精度要求來實現。盾構法隧道襯砌管片多用外加劑防水混凝土，抗滲可達 S12以上，滲透系數 K<（10～11）cm/s。管片的自防水應在管片制作中解決，其主要要求與措施應是：

(1)保證強度；

(2)生產時不允許產生裂縫；

(3)限制水泥用量，控制水灰比、坍落度，控制砂石含泥量，添加高效減水劑和活性填桃磨細粉煤灰、高爐礦碴粉或硅粉)等外摻劑；

(4)管片采用蒸氣養護或浸水養護等；

2、管片外防水涂層

管片外防水涂層需根據管片材質而定，凡有較深裂紋的管片一般都要增加外防水涂層。對鋼筋混凝土管片而言，一般要求：

①涂層應能在盾尾密封鋼絲刷與鋼板的擠壓磨損條件下保持完好，不損傷、抗滲水；

②當管片弧面的裂縫寬度達0.3mm 時，仍能抗0.8MPa 的水壓，共 9頁 第 3 頁長期不滲漏；

③涂層應具有防迷流的功能，其體積電阻率、表面電阻率要高：

④涂層應具有良好的抗化學腐蝕、抗微生物侵蝕能力和足夠的耐久性，且無毒或低毒；

⑤涂層要有良好的施工季節適應性，施工簡便，成本低廉。

管片外防水涂層，除應涂抹于管片背面外，還應涂抹在環、縱面橡膠密封條外側的混凝土上。但應指出，若管片制作質量高，采用抗侵蝕水泥，不做外防水層也是可以的。

3、管片接縫防水

管片接縫防水是盾構法隧道防水的核心，而管片接縫防水的關鍵是接縫面防水密封材料的采用及其設置。管片接縫防水措施主要包括：密封墊防水、嵌縫防水、螺栓孔防水、二次襯砌防水等。(1)彈性密封墊防水

在使用高精度管片的基礎上，采用彈性密封原理、線性密封方式、密封材料預制成型施工法，制成具有特殊斷面形式的彈性密封墊。它通常加工成框形、環形，套裹在環片預留的凹槽內，形成線防水。彈性密封墊防水的各種要求： ① 功能要求

短期防水要求密封材料因壓縮產生的接觸面應力大于設計水壓力；長期防水要求接觸面應力不小于設計水壓力；密封墊在設計水壓力下允許張開值應滿足下式：

?≤BD/(ρmin-0.5D)十?0 十?S------（1—1）

共 9頁 第 4 頁式中： δ--環縫中彈性防水密封墊在設計水壓力下允許的縫張開值(mm)；

ρmin--隧道縱向撓曲的最小曲率半徑(mm)； D--襯砌外徑(mm)； B--管片寬度(mm)；

??0--生產、施工中可能產生的環縫間隙(mm)；

S--鄰近建筑物引起的接縫張開值(mm)。

② 耐久性要求

包括防水功能耐久性、耐水性、耐動力疲勞性、耐干濕疲勞性、耐化學腐蝕性等。③ 密封材料種類

可分為單一材料的、合成材料的及水膨脹的?，F多采用水膨脹橡膠。它大大改善了盾構法隧道的防水性，是今后的發展方向。在設計時必須根據實際情況確定合適的膨脹倍率、膨脹時間及環境可能造成的影響。(2)嵌縫防水

嵌縫防水是以接縫彈性密封墊防水作為主要防水措施的補充措施。即在管片環縫、縱縫的內側設置嵌縫槽，用止水材料在槽內嵌填密實來達到防水目的。

嵌縫填料要求具有良好的不透水性、粘結性、耐久性、延伸性、抗老化性，特別要能與潮濕的混凝土良好結合，并具有不流墜的抗下垂性，以便在潮濕環境下進行施工。目前多采用環氧樹脂、聚硫橡膠、共 9頁 第 5 頁聚氨脂、環氧焦油等作為嵌縫材料。

嵌縫作業在環片拼裝完成后過一段時間才能進行，亦即在盾構推進力對它無影響，襯砌變形相對穩定時進行。(3)螺栓孔防水

螺栓孔防水也是管片接縫防水的一種補充方式。管片拼裝完成后，若管片接縫外側的防水彈性密封墊止水效果好，一般不會從接縫內側的螺栓孔發生滲漏。但在密封墊失效和環片拼裝精度差的部位，螺栓孔處會發生滲漏，因此，必須對螺栓孔進行專門的防水處理。

目前，我國普遍采用橡膠、聚乙稀及合成樹脂等做成環形密封墊圈，靠擰緊螺栓時的擠壓作用充填到螺栓孔間，以達到止水的目的。在日本，采用塑料螺栓孔套管進行防水，（4）二次襯砌防水

在管片的上述接縫防水措施不能完全滿足止水要求時，可在其內側再澆筑一層素混凝土或鋼筋混凝土二次襯砌，構成雙層襯砌。

二次襯砌做法各異，主要有直接在管片內側澆筑混凝土內襯砌；在管片內表面先噴一層15～20mm厚的找平層后，粘貼油氈或合成橡膠類防水卷材，再在防水卷材內側澆筑混凝土內襯?；炷羶纫r的厚度根據防水及施工的需要確定，一般為150～300mm。

目前，大多數國家都致力于研究解決單層襯砌防水技術，逐步以單層襯砌防水取代二次襯砌防水，從而提高盾構法隧道建造的經濟效益。

4、注漿防水

共 9頁 第 6 頁當管片脫 離盾尾后, 在土體與管片之間會形成一道寬度為115mm~ 14 0mm左右的環形空隙。

同步注漿的目的是為了盡快填充環形間隙使管片盡早支撐地層, 防止地 面變形過大, 同時也對后期運營時的滲漏水有很大的作用。在盾構法隧道施工中注漿是一道基本程序, 對注漿 的控制主要表現 在對注漿量、注漿壓力和注漿材料的控制。對注漿工藝也在進行不斷的改革和創新。

5、盾尾防水密封

盾構推進中, 拼裝管片是在盾殼的保護下進行的。為此,在盾尾和管片外壁之間間隙中裝有阻擋泥沙密封的盾尾密封裝置。盾尾密封裝置一般為刷式密封,通常設置2或3道密封.密封腔之間應該填滿潤滑油脂等。提高密封的耐磨性。盾尾密封油脂有密封、防蝕和減少鋼絲刷(嚴格說是鋼絲刷與小彈簧鋼片 的組合)磨損的效果, 并共同阻擋土層泥砂與盾尾注漿材料 回流。

盾尾封油脂應具有耐水壓性、耐水沖性、可泵性、與金屬附著力和保油性等。此外, 油脂應不侵蝕橡膠密封墊,不易附著在管片混凝 土表面, 以及設有難燃型的品種.此外還必須要求盾尾密封油脂的生物降解性,以減少對環境的污染。

三、盾構法隧道的堵漏

滲漏水調查是堵漏過程中的首要環節。調查的內容一般側重于漏水或漏泥的位置和型式、混凝土管片的損壞情況等。主要是查清滲漏水的原因和水的滲入途徑，并由此制定滲漏水治理方案。

共 9頁 第 7 頁盾構法圓環隧道的滲漏水治理效果很大程度上取決于堵漏作業人員的經驗。而缺少嚴格、正確的滲漏水調查也是堵漏失敗的一大原因，這一點必須得到足夠的重視。

1、盾構法隧道滲漏水的原因

(1)管片壁后注漿的質量差、充填不密實，不能使圍巖和襯砌整體協調受力，造成受力不均，局部變形過大，首道防水層失去作用而引起滲漏水。

(2)管片在制作時養護不合理、水灰比過大，出現氣孔和微裂紋。

(3)管片在運輸、拼裝中受擠壓、碰撞、缺邊掉角。

(4)遇水膨脹橡膠密封墊粘貼不牢，或過早浸水使膨脹止水效果降低。

(5)管片拼裝質量差、螺栓未擰緊，造成接縫張開過大，手孔、注漿孔等薄弱部位封孔質量差，螺栓孔未加防水密封墊圈等。

2、盾構法隧道滲漏水的措施

(1)對于集中成片滲漏區，宜利用環片注漿孔注漿壁后回填。即鉆穿注漿孔，再注入超細早強水泥漿、有溶性聚氨酯漿液等堵漏。

(2)對于管片環縫、縱縫的局部線漏、滴漏，宜采用鉆新孔環片壁后注漿堵漏。具體方法是：在滲漏嚴重處先打一小孔，直徑一般為2-3cm，插入塑料細管引排滲漏水，同時插入注漿管，向管片壁后壓注水玻璃水泥漿、聚氨酯漿等材料封堵滲漏水通道。當確認不滲漏水時剪斷注漿管，最后用快凝水泥封閉孔及周邊縫。

(3)對于管片裂縫引起的滲漏水，可根據裂縫寬度，按如下兩種

共 9頁 第 8 頁情況處理：

① 寬度大于0.2mm 的裂縫應先注漿堵漏，再用氯丁膠乳、丙烯酸乳液等進行表面涂抹封閉裂縫，這些材料具有很大的彈性、粘結性和自身強度，能適應裂縫以后的發展變形。

② 寬度小于等于0.2mm 的微裂縫，據實踐調查表明，在具有一定厚度(300mm 以上)和承受的水壓不大時，不會出現影響隧道使用的明顯滲漏；當水壓不太大時，會出現潮濕裂縫或輕微滲漏水，這時混凝土的裂縫具有自愈能力，同時滲漏水對鋼筋銹蝕影響也不明顯。

因此，處于地下水中的混凝土裂縫的允許寬度，其上限一般定為0.2mm。對于這類型裂縫，只需采用 AS 混凝土墻面涂料、SWF 水泥密封材料等作表面涂刷封閉處理，即能達到堵漏的要求。

四、總結

盾構法施工隧道的防水，必須采取“以防為主，多道防線，綜合治理，標本兼治”的原則。不但要從防水設計、施工著手，還要從襯砌結構設計、管片拼裝質量、控制隧道的后期不均勻沉降等方面進行綜合處理。經過合理正確的設計，精心科學的施工，可靠的質量保證體系，相信可以取得預計的效果。

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第五篇：結合廣州地鐵談盾構隧道施工

結合廣州地鐵談盾構隧道施工

摘要：結合廣州市軌道交通三號線[天~華]區間盾構工程為實例，闡述了海瑞克土壓平衡盾構機在地鐵盾構隧道施工中的主要內容，并針對施工中遇到的一些具體問題提出了解決辦法。

關鍵詞：地鐵盾構隧道

1、工程概況廣州市軌道交通三號線[天~華]區間盾構工程分為兩個區間（天河客運站~五山站區間以及五山站~華師站區間），主要由兩條圓形盾構隧道為主組成，雙線長6259.615m。隧道標稱內徑為5400mm；埋深為11~28m；平面最小曲線半徑為350m；最小豎曲線半徑為3000m；最大坡度為19‰；最小坡度為3‰。天~五區間隧道主要是在殘積層和全風化層中穿過，頂底板差異不大，在中部偶見夾有球狀微風化巖石。近五山段頂板出現少量砂層。隧道洞身天然單軸抗壓強度最大值為153.40MPa。五~華區間隧道主要是在強風化層中穿過，頂底板巖土分層有一定差異，存在上軟下硬或有夾層現象。中部為瘦狗嶺斷層破碎帶，以北均為花崗巖、花崗片麻巖帶或風化層，以南為白堊系紅層巖系。靠近華師站段隧道全斷面在微風化層中穿過。地表地形地貌變化也比較大。白堊系紅層隧道上方發育有較長段含水砂層。

2、盾構掘進2.1刀具配臵地質情況對刀具配臵起決

定作用，隧道圍巖為I、II類(按《地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規范》中隧道圍巖分類)時，一般采用刮刀(俗稱羊角刀)，而對于III~VI類圍巖則使用盤形滾刀效果較好。盤形滾刀又有單刃和雙刃之分，單刃滾刀適合較硬巖或強度不均勻的圍巖，而雙刃滾刀適合一般硬巖及強度均勻的圍巖。針對本工程的地質情況，均配臵單刃盤形滾刀。2.2掘進參數控制(1)、控制刀盤扭矩。根據保護刀具、降低刀具磨損的要求，必須將刀盤扭矩控制在某一容許范圍內，而控制扭矩的主要依靠以下方法：◆減小推力：這是最簡單、有效的方法，但同時也會降低掘進速度?！魷p小刀具的貫入度：即在保持掘進速度基本不變的情況下，提高刀盤轉速，一般達2.5~3r/m左右。當開挖面為全斷面硬巖時，減小刀具貫入度，能顯著降低刀盤扭矩。但刀盤高轉速不適用有孤石的圍巖，因為孤石很容易造成刀具崩裂。◆向開挖面、土倉內加入土質改良劑：常見的土質改良劑及適用地層膨潤土適用砂~砂礫地層發泡劑適用粘土~粗砂地層高吸水性樹脂適用固結粘土~砂礫地層其中發泡劑較為常用。另外，在全斷面硬巖或孤石地層，可以向開挖面、土倉內加入冷卻水，以降低刀盤、刀具的溫度來保護刀具。(2)、保持適當的土壓。若隧道圍巖能夠自立，則可以采取空倉掘進的模式；若隧道圍巖無法自立，為了保持開挖面的穩定，則必須保持適當的土壓以穩定開挖面，控制地面沉降。土壓過低，則可能出現超挖；土壓過高，則有

效推力降低，掘進速度降低，且地面可能隆起，造成后期沉降較大。土壓的確定與隧道埋深、地質情況、地面建筑物情況有很大關系，可以采用庫侖或朗肯等理論估算。在實際施工中，也可以根據出土量的情況來確定適當的土壓。在本工程掘進過程中一般保持1.5~2.0bar的土壓。(3)、在刀盤扭矩、土壓、出土量滿足要求的情況下，盡可能加大推力，以提高掘進速度(80mm/min以上)，加快工程進度。而在掘進速度較快的情況下，則要注意控制好盾構機的姿態、保持土壓穩定、同步注漿量。2.3同步注漿及二次注漿由于刀盤的直徑為Φ6280mm，而管片外徑Φ6000mm，所以在管片離開盾尾后，理論上管片與圍巖之間將會有寬度為140mm的空隙，為控制地面沉降，必須用砂漿將空隙填滿。(1)、盾尾同步注漿。出現的主要問題：◆堵管出現堵管的情況，其原因主要是以下幾方面：①砂漿配比不好，以致砂漿初凝時間太短、砂漿易沉淀離析、砂漿流動性差②原材料不好，如砂太粗③盾尾漿管回砂④長時間停注前未注射膨潤土液洗管◆漏漿主要原因及處理辦法：①盾尾間隙過大?？刂坪枚軜嫏C姿態，選擇適當的管片，以保持良好的盾尾間隙②尾刷損壞。在管片迎水面墊厚約15cm左右的海綿或者更換尾刷。③盾尾油脂注入量不夠。加大油脂注入量。(2)、二次注漿。當地面沉降較大或隧道下坡且地下水豐富時，可以進行管片背后二次注漿來穩定地面或堵水。注漿材料可以用純水泥漿、砂漿或雙液漿。

注漿設備可以采用注漿機或盾構機臺車上的同步注漿泵。注漿時應注意監控注漿壓力，如果壓力過大可能造成管片錯臺或縱裂。2.4常見問題及處理辦法(1)、若螺旋輸送機被卡住(即扭矩超限)，無法正常出渣，可反復伸、縮螺桿并同時正、反轉，如低速正轉同時伸、縮螺桿，若超限則反轉同時伸、縮螺桿，如此反復，基本上都可以脫困。(2)、若啟動刀盤時刀盤被卡住，則將部分推進千斤頂收縮，使土壓力、刀具貫入度減小即可以轉動刀盤。(3)、在非粘性地層，如砂層，若鉸接千斤頂拉力較大，說明刀盤的擴孔能力較差，則要檢查刀盤的邊緣刀是否磨損過量而應該更換。

3、管片拼裝3.1管片型號的選擇一般主要根據盾尾間隙、線路特點、推進千斤頂行程來確定管片型號。選擇適當的管片可以有效地調節盾尾間隙，保證盾尾間隙和千斤頂行程比較均勻，有利于管片的受力。若盾尾間隙過小，則可能造成管片難以安裝、管片迎水面被盾尾壓崩、盾尾尾刷損壞、千斤頂撐靴與管片嚴重錯臺導致管片止水條損壞和管片崩缺等問題。3.2常見質量問題(1)、管片在拼裝前一般要先檢查管片是否完好、型號是否正確、緩沖墊和止水條是否貼牢。在拼裝過程中一定要注意對止水條的保護，若止水條損壞嚴重則很可能出現滲漏水的質量問題。(2)、千斤頂撐靴正常情況下應該不會同時頂在兩塊管片的角上，但如果隧道管片發生扭轉，則可能會出現這種情況，那么要特別注意拼管片或掘進時會管片發生崩裂。

(3)、管片扭轉：如果拼裝管片時，盾構機的滾動角較大而且一直朝同一個方向，則可能會發生隧道管片扭轉的情況。因此應該通過調整刀盤的旋轉方向來減小盾構機在拼裝時的滾動角。(4)、管片錯臺：在小半徑曲線(本工程最小曲線半徑R=350m)線路施工時，因推進千斤頂對管片有環向分力而造成管片環向錯臺。解決辦法是在推進后及時復緊管片連接螺栓約束管片的環向位移，或者在拼裝時人為地將管片拼成與轉彎方向一致的錯臺。

4、專題4.1壓氣換刀主要作業步驟：(1)、準備換刀工具、材料并檢查壓氣時要用的相關設備常用的換刀工具有：刀具磨損量具、手拉葫蘆、液壓千斤頂、螺桿千斤頂、分離式千斤頂、撬棒、扳手(開倉門及拆、裝刀具時用)、氣動打磨機、鐵錘準備的材料有：刀具及其配件(拉緊塊、U型塊、螺絲等)、吊耳要檢查的設備有：空壓機（包括備用空壓機）、管路(水管、氣管)及接口、照明設施、人閘及土倉的壓力表、人閘與指揮室的通訊(2)、排出土倉內的渣土，當土壓降至較低時(0.5bar以下)，向土倉加入壓縮氣體，同時土倉內加入膨潤土，轉動刀盤，繼續出渣。一段時間后停止加入膨潤土。當螺旋機后閘門有較連續且較大壓力的氣體噴出即可停止出土，然后等待半個小時左右看土倉內的氣壓是否能夠保持穩定，即氣壓上下浮動不能超過0.1bar。如果土倉內的氣壓，無法上升到預定值，且空壓機排壓較低，或者氣壓上下浮動過大都說明土倉漏氣。檢查地面、鉸接、盾尾是

否漏氣。(3)、土倉內氣壓穩定后，換刀人員進入人閘，相關材料工具也要運進去。準備好后，向人閘內加壓，加壓程序要按照有關帶壓作業規范的要求。(4)、當人閘的氣壓與土倉的氣壓基本一致時，打開平衡閥，換刀人員打開土倉門進入土倉開始換刀作業。常見問題及處理辦法：(1)、若換刀時刀具不慎掉入土倉內，而土倉內泥渣較多很難定位刀具及打撈時，則換刀人員進倉作業時帶上鐵鍬和編織袋，將土倉內的渣土裝袋即可。(2)、若作業過程中，發生氣管爆裂、空壓機故障等問題時，首先要冷靜，想辦法穩住氣壓，同時盡快通知作業人員進入人閘以便及早減壓出來。(3)、要做好各項人員安全措施及災害防治措施。對工作人員要進行全面體檢，體檢不合格的人員禁止入內。要注意壓氣作業過程中因焊接、漏電、打磨等作業可能引起火災。各種應急設備如高壓氧艙、單架等應處于準備狀態。4.2盾構始發與到達(1)、到達前要做好以下工作：①校核盾構機姿態及位臵，盾構機軸線應較洞門軸線稍微高1~3cm②洞門臨時擋土墻鑿除③盾構機接收平臺的鋪設④洞門環板、壓板的設臵⑤搶險物資設備的準備(2)、始發時要做好以下工作：①盾構機、始發架、反力架的安裝、測量定位②洞門臨時擋土墻鑿除③洞門環板、壓板的設臵④搶險物資設備的準備

5、施工管理5.1人員配臵以德國海瑞克土壓平衡盾構機為例：(1)、技術管理人員隧道領班工程師兼盾構機操作手1人機電工程師3人(機械、電氣、液壓

各1人)(2)、勞務工人崗位班長兼管片拼裝手配合管片拼裝雙軌梁操作手同步注漿出土兼千斤頂操作電工機修工合計人數1312113125.2材料、設備配臵(1)日常消耗材料主軸承密封油脂、潤滑油脂、盾尾密封油脂、發泡劑、砂漿、隧道照明材料(照明燈、電線、線架)、通信材料、循環水管、軌道、軌枕、排污水管、編織(2)日常工具、設備電焊機、氣割、潛水泵、千斤頂、葫蘆、扳手、鐵錘.7