合理选择盾构隧道结构与防水方案

1、WELCOME中 国 铁 建合理选择盾构隧道结构与防水方案二、小组概况三、选题理由四、活动计划五、现状调查及目标确定六、原因分析七、要因确认八、研究制定对策目 录十、实施效果十一、巩固措施 十二、 总结及今后打算九、对策实施一、武汉长江隧道工程概况长江一桥 路线全长3630m武汉长江隧道工程位于武汉长江一桥、二桥之间，是一条解决武汉内环线内主城区过江交通的城市主干道，北起汉口大智路，南迄武昌沙湖附近三角路村，全长3630m。 沙湖大智路长江二桥一、武汉长江隧道工程概况一、武汉长江隧道工程概况隧道内设双向四车道，设计车速50km/h，分为江北段、盾构段和江南明挖段，盾构段全长2550m。 作为武

2、汉的第一条过江隧道，也是国内第一条穿越长江的市政道路隧道，该工程投资巨大，难度极高，影响深远，对今后类似工程的修建有着十分重要的参考价值。 2004年11月28日省委书记俞正声亲自主持了武汉长江隧道的开工仪式。一、武汉长江隧道工程概况注册编号: 成立时间: 2004年10月5日 活动次数: 10次 小组出勤： 98% 课题注册时间: 2004年12月 小组类型: 攻关型 活动时间: 2004.102005.3 二、小组概况序号姓名性别年龄文化程度职 称组内职务受QC教育时间1肖明清男34硕士高工组 长482焦齐柱男33本科高工副组长463邓朝辉男28本科工程师副组长454王腾飞男32本科工程师

3、组 员465王文辉男26本科工程师组 员426张慧兰女31本科工程师组 员407管鸿浩男31本科工程师组 员408季大雪男26硕士助理工程师组 员89彭长胜男26硕士助理工程师组 员810阳 芳女24硕士助理工程师组 员8二、小组概况武汉长江隧道盾构断面大，埋深大，隧道岸边段最大埋深为40.5m，江中段最大埋深为21.3m，断面最大水压力0.57MPa，该工程结构与防水设计是整个越江隧道成败的关键。隧道穿越地层复杂，既穿越淤泥质粘土、粉细砂、中粗砂，又穿越卵石层和基岩，这样的地层除了极大地增加盾构隧道的施工难度外，还对隧道的结构和防水设计提出了更高的要求。其中衬砌接缝防水是盾构隧道防水的重点，

4、结构设计与防水设计又紧密相关。合理的结构与防水设计不仅能加快施工进度，而且能减少工程安全隐患，节省工程投资，推动水底隧道的发展。三、选题理由 基于以上理由，确定了QC课题的名称为合理选择盾构隧道结构与防水方案。 课题确定以后，小组制定了活动计划实施表，要求全组成员按此计划时间进行活动。(图中虚线表示计划完成时间，每一阶段完成后，实际完成的时间用实线划在它的下面。)计划内容10月11月12月1月2月3月现状调查原因分析要因确认制定对策对策实施效果检查巩固措施下部打算四、活动计划现状调查 在我国，公路隧道（11m以上）仅上海地区修建了几条穿越黄浦江的水底隧道，盾构管片分块一般为7+1方式，基本上采

5、用左右转弯环+标准环，环宽1.2-1.5m，采用弯螺栓，管片厚度为450500mm；水压不超过0.4MPa，盾构机为土压平衡式或泥水平衡式。五、现状调查及目标确定现状调查对于盾构隧道防水，欧洲多采用在接缝处设置弹性橡胶密封垫的方式，日本多采用在接缝处设置遇水膨胀橡胶条的方式，国内盾构隧道设计者经过对欧洲和日本防水方式及材料的综合比选，结合国内实际情况，基本上采用接缝处设置弹性橡胶密封垫防水的方式。五、现状调查及目标确定现状调查国内已建的所有大直径盾构隧道穿越地层均为软土，地层相对单一。五、现状调查及目标确定 武汉长江隧道是国内第一条穿越长江的大断面隧道，目前类似条件的隧道仅欧洲有几例，可借鉴的

6、经验很少，设计施工难度极大，必须在设计和施工中不断加强总结和优化。为此我们确定了以下目标：目标确定五、现状调查及目标确定 通过小组活动的开展，完整掌握大直径盾构隧道结构与防水设计的关键技术，为今后相关工程提供技术支持。目标确定五、现状调查及目标确定 通过方案比选及优化，确定安全合理的设计方案，节省直接及间接投资，以取得良好的经济效益。 积极开展小组活动，以加快设计施工进度，保证工程质量，使隧道早日贯通，安全运行，造福武汉市民。可行性分析1、我院对盾构隧道设计已具备一定的技术积累，将借鉴国内外类似工程成功经验，结合本工程实际情况，研究衬砌结构及防水方案，确保设计正确有效。2、小组成员构成为新老结

7、合，以老带新，具有较强的专业技术水平，有一定的技术攻关能力。3、小组成员大多参加了武汉长江隧道的前期工作，对现场的情况比较了解，且具备广州、上海盾构地铁区间设计经验。4、武汉长江隧道是我院设计的第一条正在施工的过江隧道，因此本次活动受到了院领导的高度重视，小组成员参加活动的积极性也很高。五、现状调查及目标确定可行性分析综上所述，我们认为：小组确定的目标，通过小组成员的共同努力是完全可以实现的。 五、现状调查及目标确定 为确保小组活动目标的实现，针对存在的问题，小组成员多方分析，查找原因，绘制了以下因果分析图。六、原因分析第一次设计施工长江下大直径盾构隧道人员下穿长江，隧道埋深大，水压大合理选择

8、盾构隧道结构与防水方案困难环境设计材料设计人员经验不足施工方经验不足工程地质条件复杂 工程外部环境复杂结构及防 水设计难度大管片环结构设计难度大接缝防水设计难度大密封垫难以确定密封垫材料选择困难接缝张开量确定困难 针对原因分析中的末端因素，本着解决问题的目的，小组根据责任到人、互相帮助的原则，深入研究，精心论证，确定要因，以确保对策实施的准确性和针对性。论证结果详见下表。序号末端因素理 由 简 述要因 确认1设计人员经验不足可通过与国内外专家交流，消化吸收大直径盾构隧道成功设计经验，以弥补设计经验不足，不是要因。2施工方经验不足可通过与施工方交流贯彻设计意图，同时施工方与国内外交流，施工人员进

9、行培训，以保证施工质量，不是要因。3隧道埋深大，水压大隧道规划下穿长江，隧道埋深需保证施工安全及满足抗浮要求，埋深及水压可调节余地不大，不是要因。4工程地质条件复杂隧道穿越地层因隧道设计可调整的可能性不大，不是要因。5管片环结构设计难度大管片环根据结构强度、防水要求设计，管片环的合理划分可以在防水接缝长度和结构刚度之间协调，是结构设计的关键因素，是要因。6接缝防水设计难度大接缝设计要根据防水机理、防水要求来选择，接缝防水形式直接影响结构防水效果，是要因。7密封垫材料选择困难密封垫之间的接触应力及材料的耐久性在很大程度上影响结构一百年正常使用年限内结构的安全性，是要因。8接缝张开量确定困难在管片

10、环结构确定及工程外部环境一定的条件下，接缝张开量可以确定最不利工况，不是要因。七、要因确认 通过深入现场调查研究，运用各种方法对上述8项末端因素进行分析论证，我们找出了三个主要因素:管片环结构设计难度大接缝防水设计难度大密封垫材料选择困难七、要因确认 针对上述主要因素，小组成员共同商讨，集思广益，在可控因素范围内对三项要因制定了切实可行的对策表。序号要因对策目标措施地点负责人完成日1管片环结构设计难度大确定满足结构安全条件的衬砌厚度，在盾构机机械能力范围内增大环宽。管片结构满足强度要求，减少接缝长度，做到强度、防水与施工机具有机结合。采用管片厚0.5m、环宽2.0m，等分9块的管片环设计。铁四

11、院总工办公室肖明清焦齐柱邓朝辉季大雪04.122接缝防水设计难度大在高水压条件下，采用两道密封垫防水。提供安全、可靠、经济的措施保证防水设计。根据内外侧防水特点，分别设计内外防水垫。武汉长江隧道联合体三层楼会议室肖明清邓朝辉王腾飞05.13密封垫材料选择困难内外两道防水分别采用适合其特点的防水材料。保证在使用期限范围内每道防水防线安全可靠。外侧采用三元乙丙+遇水膨胀橡胶密封垫，内侧采用遇水膨胀止水条。西北橡胶塑料研究院试验室焦齐柱邓朝辉张惠兰阳 芳05.2八、研究制定对策对 策 表实施一：针对管片环结构设计难度大这一要因，主要从以下几个方面解决：1.合理选择管片厚度，经计算分析，选用50cm厚

12、管片；2.根据管片受力特点，选择配用M30及M36连接螺栓；3.针对管片环划分，做了以下几个方案进行比较：分块方案A块圆心角（）外周弧长（m）环宽1.5m重（t）环宽2.0m重（t）环宽1.5m隧道接缝全长（m）环宽2.0m隧道接缝全长（m）7+1分块模式51.4284.9379.25712.343146142.81197228块等分454.328.110.8146142.81197228+1分块模式454.328.110.8151192.4124771.69块等分403.847.29.6151192.4124771.69+1分块模式403.847.29.6156242129821.2九、对策

13、实施 确定采用环宽2.0m、管片厚50cm及等分9块的管片环划分方案实施二：针对接缝防水设计难度大这一要因，采取了双道密封垫防水方案，外侧靠近管片外缘，内侧设置在连接螺栓与内缘之间，确保结构防水安全。九、对策实施实施三：针对密封垫材料选择困难这一要因，根据内外侧防水特点，分别选用不同材料，外侧为三元乙丙+遇水膨胀橡胶密封垫，内侧为遇水膨胀止水条，确保材料在一百年使用期限内的防水效果。十、实施效果本QC小组严格地按照制定的对策进行实施，指定计划时间表并落实到每个人，做到了有计划、有目的、有步骤地完成了一个PDCA循环，取得了显著的效果。技术效益：小组活动的开展，攻克了大直径盾构隧道结构和防水设计

14、的难题，积累了大直径盾构隧道的设计经验，同时设计人员的专业水平和个人素质都得到了提高。十、实施效果经济效益：管片环划分减少接缝长度213712m，节省投资1480万元；优化管片接缝防水密封垫设计，防水密封垫截面积减少200mm2，节省投资748万元；优化连接螺栓，节省投资880万元；共节省直接投资3108万元。社会效益：课题的开展积极推动了项目设计施工的进展，为盾构机招标采购、管片高精度钢模板制造提供了技术支持，为隧道早日贯通造福武汉市民作出贡献。本项目成果在2004年11月设计评审会上获得与会专家一致好评。十、实施效果本次活动达到了预期的目的，为了使本次活动的成果进一步深化、巩固和提高，制定了以下巩固措施：定期开展知识培训活动，进行技术交流，并经常组织到工程现场实地调研考察，学习先进的经验和技术。 十一、巩固措施 小组通过本次PDCA循环，不仅节省了工程投资，而且使小组成员运用QC方法的能力、解决问题的信心、责任心、团队精神、质量意识都有了明显提高。项 目活动前活动后质量意识35