地铁盾构隧道设计

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1、二.盾构机选型一.盾构简介三.地铁盾构结构设计四.附属结构设计五.盾构隧道防水设计六.地铁盾构设计重难点一.盾构简介盾构法施工的概念使用盾构机，一边保持开挖面及围岩稳定，一边进行隧道掘进、出渣，并在盾尾内拼装管片形成衬砌，及时实施注浆，尽可能不扰动围岩条件下修建隧道的方法。第一条盾构隧道1818年，法国的布鲁诺尔(M.I.Brune1)，最早提出了用盾构法建设隧道的设想，并在英国取得了专利。1825年，他第一次在伦敦泰晤河下开始用一个断面高6.8m、宽11.4m的矩形盾构修建隧道。1843年，经过18年施工，完成了全长458m的第一条盾

2、构法隧道。盾构经过四代发展一.盾构简介1818～1880年敞口式手掘盾构一.盾构简介1880～1960年机械式盾构、气压式盾构一.盾构简介1960～1980年闭胸式盾构一.盾构简介1980～至今大断面，大深度，长距离，高速化；断面的多样化；一.盾构简介一.盾构简介——盾构优点盾构施工优点地面作业少，隐蔽性好，因噪音、振动引起的环境影响小。自动化程度高、劳动强度低、施工速度快；因隧道衬砌属工厂预制，质量有保证；穿越地面建筑群和地下管线密集的区域时，周围受施工影响小；对于地质复杂、含水量大、围岩软弱的地层可确保施工安全；在费用和技术难度上不

3、受覆土深度影响。一.盾构简介——盾构缺点盾构施工缺点一次性投入大，施工设备费用较高；覆土较浅时，地表沉降较难控制；用于施作小曲率半径（R＜20D）隧道时掘进较困难。一.盾构简介——盾构组成刀盘盾体后配套设备前盾中盾尾盾配套台车、管片运输设备、出土设备、注浆系统、监控系统等。二.盾构机选型盾构机的选型及设计工程在前期准备时最重要的工作盾构机选型考虑因素地层土质条件断面大小线路周边环境排土方式地铁盾构常用的机型泥水平衡盾构土压平衡盾构二.盾构机选型泥水平衡式盾构土压平衡式盾构二.盾构机选型——泥水平衡式盾构二.盾构机选型——土压平衡式盾构二

4、.盾构机选型泥水平衡式盾构土压平衡式盾构比较项目二.盾构机选型——土层地质粉细砂卵石层粗砂砾层中细砂砾层粉细砾层粗砂泥砂粘土地层渗透性与盾构选型-10泥水盾构土压平衡盾构透水系数(m/s)-1-10-1-10-2-10-3-10-4-10-5-10-6-10-7-10-8-10-9-10-10三.地铁盾构结构设计主要设计原则抗震设防烈度：６度，结构设计按7度采取构造处理措施结构设计使用年限：100年结构的安全等级：一级消防要求：联络通道设置间距，沿隧道纵向方向不大于600m抗浮安全系数：不考虑侧摩阻力时，大于等于1.1三.地铁盾构结构设

5、计——设计原则单管大洞方案内径10米，外径11米；双管小洞方案内径5.4米，外径6.0米；三.地铁盾构结构设计——断面方案管片类型钢管片钢筋混凝土管片三.地铁盾构结构设计——管片结构衬砌环形式普通环左转弯环+直线环+右转弯环通用环一种楔形环管片的不同角度的旋转拟合线路三.地铁盾构结构设计——管片结构管片拼装形式通缝拼装拼装难度小，衬砌空间刚度稍差。错缝拼装接缝刚度分布均匀，整体性较好，管片精度要求高，拼装难度较大。三.地铁盾构结构设计——管片结构管片接缝连接弯螺栓连接斜螺栓连接直螺栓连接三.地铁盾构结构设计——管片结构管片环宽１.5m；

6、外径6.0m管片楔形量45mm；C50通用环管片；管片厚度300mm；管片分6块，5+1模式，小封顶三.地铁盾构结构设计——管片结构武汉地铁管片三.地铁盾构结构设计——衬砌内力分析地层－结构法（有限元法）二维平面分析三维空间分析荷载－结构法弹性均质圆环法弹性铰接圆环法日本修正惯用法二维平面分析三维空间分析弹性均质圆环法弹性铰接圆环法三.地铁盾构结构设计——衬砌内力分析日本修正惯用法考虑管片接头影响，进行刚度折减后按均质圆环进行计算；地层抗力按三角形抗力考虑；计算结果考虑管片环间错缝拼装影响进行内力调整。管片内力Mg：计算的弯矩为（1+ξ

7、）M，轴力为N；接头内力Mf：计算的弯矩为（1-ξ）M，轴力为N；ξ：弯距调整系数，一般取0.3～0.5。三.地铁盾构结构设计——衬砌内力分析计算结果示意三.地铁盾构结构设计——衬砌内力分析土压力计算土柱理论（H<2D）压力拱理论（太沙基，普氏）（H>=2D）三.地铁盾构结构设计——变形分析地面变形阶段分五个阶段三.地铁盾构结构设计——变形分析地面变形机理阶段沉降类型主要原因一初始沉降地下水位降低,二开挖面前方隆陷隆起:盾构机推力过大沉降:盾构机推力过小出碴过量三盾构通过时地沉降施工震动扰动,剪切错动四盾尾沉降土体失去盾构支撑,管片壁后

8、注浆不及时五固结沉降土体后续时效变形三.地铁盾构结构设计——变形分析地面变形计算Peck公式数值计算有限元法、有限差分法进行隧道开挖施工过程模拟分析应用于盾构施工对周边构筑物影响分析。三.地铁盾构结构设计—