石家庄铁道大学培训课件 盾构法施工

1、盾构法施工,第三部分,地下工程系 刘 勇,从它的定义可以看出：盾构施工法由稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌三大部分组成。 在闹市区或软弱地层中，盾构法是修建地铁的主要施工方法之一。 使用的主要机械就是盾构机。,一,盾构法施工概念,（一）什么是盾构法施工？,“使用盾构机在地下掘进，在护盾的保护下，在机内安全的进行开挖和衬砌作业，从而构筑成隧道的施工方法”。,一,盾构法施工概念,（一）什么是盾构法施工？,双护盾盾构机,单护盾盾构机,一,盾构法施工概念,（二）盾构法的发展, 1825年到1843年英国首次采用盾构法修建了一条河底隧道。 早期盾构法是手掘式或机械开挖式盾构机用压气方法保证开挖面稳定。 在地

2、下水较丰富的地区，用注浆法进行止漏，而对软弱地层，则采用掌子面封闭式施工。 现在常用的是泥水平衡式和土压平衡式两种盾构机。将维持掌子面稳定和开挖融为一体，不需要辅助施工措施，能适应地质较广的变化。,一,盾构法施工概念,（二）盾构法的发展,盾构法应用范围不断扩大 盾构机断面通常是圆形，但各种断面形式（多圆盾构、椭圆形、矩形）和具有特殊功能的盾构机械(急转变盾构、扩大盾构法、地下对接盾构等)的相继出现，盾构法的应用范围也不断的扩大。,一,盾构法施工概念,（三）盾构法施工的优点,施工作业在地下进行，不影响地面交通； 采用机械开挖，减少了对附近居民的噪音和振动影响； 施工费用不受埋深的影响，有较高的技

3、术经济优越性； 盾构的推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，易于管理，施工人员较少； 穿越江、河、海时，不影响航运； 施工不受风雨等气候条件影响； 隧道内施工环境较好、安全性好，控制地表沉降的效果较好。,二,盾构机,（一）盾构机的种类,是指在机械开挖式盾构机内设置隔墙，进入刀盘与隔墙土仓的土体，由泥水压力或土压提供足以使开挖面保持稳定的压力。密封式盾构机又分成局部气压式、土压平衡式和泥水平衡式几种。,二,盾构机,（一）盾构机种类-密封式盾构机,在机械式盾构支承环的前边装上隔板，使切口环成为一个密封舱，其中充满压缩空气，达到疏干和稳定开挖面土体的作用。,(1)局部气压式盾构,二,盾构机,（一）

4、盾构机种类-密封式盾构机,(2) 土压平衡式盾构 前端是全断面切削刀盘； 后面有贮留切削土体的密封舱； 在中心处或下方装有长筒形的螺旋输送机； 在密封舱和螺旋输送机，以及在盾壳四周装设的土压传感装置； 还可装设塑流化材料的注入设备改善切削土体流动性。,二,盾构机,（一）盾构机种类-密封式盾构机,刀盘：用于切削土体，同时将切削下来的土体搅拌混合，以改善切削土体的流动性。 根据围岩条件，切削刀盘可以是花板型的、辐条型的和砾石破碎型。在刀盘上装有切削刀具。 根据盾构直径的大小，刀盘的主轴可以采用中空轴式、中间支承式和周边支承式。,中空轴式中间支撑式周边支撑式,刀盘主轴形式,二,盾构机,（一）盾构机种

5、类-密封式盾构机-土压平衡式盾构,盾构机刀盘(花板型）,盾构机刀盘(辐条型）,盾构机刀盘(砾石破碎型）,盾构机刀盘(辐条型）,标准刮刀,超挖刀,中心刀,滚刀,箭型刀,先行刀,周边刀,密封舱：用于存贮被刀盘切削下来的土体，并加以搅拌使其成为不透水的，具有适当流动性的塑流体，使其能及时充满密封舱和螺旋输送机的全部空间，对开挖面实行密封，以维持开挖面的稳定性，同时，也便于将其排出。,二,盾构机,（一）盾构机种类-密封式盾构机-土压平衡式盾构,螺旋输送机：用来将密封舱内的塑流状土体排出盾构外，并在排土过程中，利用螺旋叶片与土体间的摩擦和土体阻塞所产生的压力损失，使螺旋输送机排土口的泥土压力降至一个大气

6、压力，使其不发生喷漏现象。,二,盾构机,（一）盾构机种类-密封式盾构机-土压平衡式盾构,螺旋输送机的工作状态,塑流化材料注入器：用来向密封舱、刀盘和螺旋输送机内注入塑流化添加剂(泥浆材料、化学发泡剂两类)。 碴土的塑流性常用螺旋输送机的排土率K来定量判定：,二,盾构机,（一）盾构机种类-密封式盾构机-土压平衡式盾构,式中 Vs 螺旋输送机每旋转一周的排土体积； N 螺旋输送机的转速； A 切削断面积； V 推进速度。,塑流性良好；柔软而富有流动性的渣土塑流性不好；0产生喷涌现象。,加注泡沫,土压传感器：用于测量密封舱和螺旋输送机内的土压力，密封仓内土压力是判定开挖面是否稳定的依据，螺旋输送机内

7、的土压力用来判断螺旋输送机的排土状态，如喷涌、固结、阻塞等。,二,盾构机,（一）盾构机种类-密封式盾构机-土压平衡式盾构,Qmin,二,盾构机,（一）盾构机种类-密封式盾构机-土压平衡式盾构,土压平衡式盾构维持开挖面稳定的原理： 是依靠密封舱内塑流状土体作用在开挖面上的压力(P) (它包括泥土自重产生的土压力与盾构推进过程中盾构千斤顶的推力)和盾构前方地层的静止土压力与地下水压力(F)相平衡。,控制盾构推进过程中开挖面的稳定，可以用以下两种方法来实现： 一是控制螺旋输送机排土量(调节其转速)； 二是调节盾构千斤顶的推进速度和螺旋输送机转速，直接控制密封舱内的土压力P。 不使开挖面产生影响的渣土

8、压力P的波动范围（即较合理的P值） 主动土压力+地下水压力P被动土压力+地下水压力 对于花板型刀盘，若刀盘面板开口率为x，刀盘上和密封舱内的碴土压力分别为P1和P2， 主动土压力+地下水压力P1(1-x)+ P2x被动土压力地下水压力,二,盾构机,（一）盾构机种类-密封式盾构机-土压平衡式盾构,二,盾构机,（一）盾构机种类-密封式盾构机-土压平衡式盾构,土压平衡式盾构适用条件： 从理论上讲，通过注入塑流化添加剂和强力搅拌能将各种土质改良成土压平衡式盾构工作所需的塑流体，故这种盾构能适用于各种围岩条件。 但在含水的砂层或砾砂层，尤其在高水压的条件下，土压平衡式盾构在稳定开挖面土体、防止和减少地面

9、沉降、避免土体移动和土体流失等方面都较难达到理想的控制。 进行地层改良后可采用泥水加压式盾构。,(3)泥水加压式盾构 泥水加压式盾构的总体构造与土压平衡式盾构相似，仅支护开挖面方法和排碴方式有所不同。,二,盾构机,（一）盾构机种类-密封式盾构机,支护开挖面方法：密封舱内充满特殊配制的压力泥浆，刀盘(花板型)浸没在泥浆中工作。通常是泥浆压力和刀盘面板共同对开挖面支护，泥浆压力主要是在掘进中起支护作用，刀盘面板主要是在停止掘进时起支护作用。 排碴方式：刀盘切削下的碴土在密封舱内与泥浆混合后，用排泥泵及管道输送至地面处理，处理后的泥浆再由供泥泵和管道送回盾构重复使用。 所以，采用泥水加压式盾构时，还

10、需配备一套泥浆处理系统。,二,盾构机,（一）盾构机种类-密封式盾构机-泥水加压式盾构,泥水加压式盾构泥浆压力控制方式分为直接控制型(日本型)和间接控制型(德国型) 。 直接控制型 盾构的泥浆压力控制由一套自动控制泥浆平衡的装置来实现。,二,盾构机,（一）盾构机种类-密封式盾构机-泥水加压式盾构,间接控制型(德国型) 盾构泥浆压力控制由空气和泥水双重系统实现。,气压室内的空气压力，根据开挖面需要的支护泥浆压力而确定的。不论盾构是否掘进或液面位置产生波动，空气压力可以通过空气调节阀保持恒定。 在盾构推进时，由于泥浆流失或盾构推进速度变化，进、出泥浆量将会失去平衡，空气和泥浆接触面的位置就会发生上下

11、波动现象。通过液位传感器，即可根据液位变化来控制供泥浆泵的转速和流量，使液位恢复到设定位置，以保持开挖面支护压力的稳定。当液位达到最高极限位置时，供泥浆泵自动停止；当液位达到最低极限位置时，排泥浆泵则自动停止。,二,盾构机,（一）盾构机种类-密封式盾构机-泥水加压式盾构,刀盘,气压舱,泥水舱,P2,P4,P5,(二)盾构的组成 从纵向可将盾构分为：切口环、支承环和盾尾。 切口环：是盾构的前导部分，在其内部和前方可以设置各种类型的开挖和支撑地层的装置； 支承环：是盾构的主要承载结构，沿其内周边均匀地安装有推进盾构前进的千斤顶，以及开挖机械的驱动装置和排土装置； 盾尾：主要是进行衬砌作业的场所，其

12、内部设置衬砌拼装机，尾部有盾尾密封刷、同步注浆管和盾尾密封油膏注入管等。,二,盾构机,(三)盾构尺寸 盾构外径:取决于管片衬砌外径、保证管片拼装方便的裕量、曲线施工以及修正盾构蛇行时的间隙量、盾尾壳体的厚度等因素，一般可用下式计算：,D盾构外径； D0管片衬砌外径； t盾尾壳体的厚度，一般取3040mm； x盾尾间隙，x=x1+x2；x1为拼装管片方便的裕量，一般在2040mm；x2曲线施工和修正盾构蛇行所需的间隙。,二,盾构机,L盾尾覆盖的衬砌长度；R曲线半径；,盾构长度:应根据围岩条件、隧道平面形状、开挖方法、运转操作、衬砌型式等条件确定，一般按下式计算：,lH切口环长度，取决于刀盘和刀盘

13、支承型式； lC支承环长度，取决于盾构千斤顶的冲程长，即每环管片的宽度； lr盾尾长度，取决于盾尾需要覆盖几环管片，一般为1.52.5环。,二,盾构机,(一)选型依据,三,盾构机机型选择,(1)工程地质与水文地质条件 隧道沿线地层围岩分级、各级围岩的工程特性、不良地质现象和地层中含瓦斯状况； 地下水位，穿越透水层和含水砂砾透镜体的水压力、围岩的渗透系数以及地层在动水压力作用下的流动性。,(一)选型依据,三,盾构机机型选择,(2)地层的参数 地层固有特性的参数：颗粒级配、最大土粒粒径、液限WL、塑限WP、塑性指数IP(IP=WL-WP)； 地层状态的参数：含水量W、饱和度Sr、液性指数、孔隙比e

14、、渗透系数K、湿土容重。 地层强度和变形特性的参数：不排水抗剪强度Su、粘结力C、内摩擦角、准贯入度N、压缩系数、压缩模量Es；对于岩层则有：无侧限抗压强度、RQD值等。,(一)选型依据,三,盾构机机型选择,(3)地面环境、地面和地下建(构)筑物对地面沉降的敏感度； (4)隧道尺寸：长度、直径、永久衬砌的厚度； (5)工期； (6)造价； (7)经验：承包商的经验、有无同类工程的经验。,(二)选型方法,三,盾构机机型选择,在综合分析比较的基础上，从技术角度来探讨最适宜的盾构型式，最终的选择仍取决于经济和企业的施工能力。,四,盾构法施工,（一）盾构法施工的主要步骤,(1)在盾构法隧道的起始端和终

15、端各建一个工作竖井； (2)盾构机在始发井内安装就位； (3)依靠盾构千斤顶推力将盾构从始发井的墙壁开孔处（封门）推出。 (4)盾构在地层中沿隧道设计轴线推进，同时不断出土和安装衬砌管片；视频1 视频2 (5)及时向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环的位置；视频3 视频4 (6)盾构进入到达井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推进。,盾构机安装示意图,出洞前破除洞门,四,盾构法施工,（二）盾构的始发和到达,1、始发井和接收井,盾构工作竖井宜设置在靠近车站的端头处，其结构形式根据地质环境条件，可选用地下连续墙、支护桩及沉井等,盾构拼装井剖面图,盾构拼装井平面图,四,盾构法施工,

16、（二）盾构的始发和到达,1、始发井和接收井,始发工作井的长度应大于盾构主机长度3m，宽度应大于盾构直径3m； 接收工作井的平面内净尺寸应满足盾构接收、解体或整体移位的要求；接收工作井宽应大于盾构直径1.5m，工作井的长度应大于盾构主机长度2.0m 始发、接收工作井的井底板宜低于进、出洞洞门底标高700mm,四,盾构法施工,（二）盾构的始发和到达,1、始发井和接收井,工作井预留洞门直径,H洞门井壁厚度(m) 隧道轴线与洞门轴线的夹角()(采取平面或纵坡夹角的值)； D盾构的外径(m)； e设计规定的始发或接收工作井预留口直径大于盾 构外径的差值(m)(通常始发工作井为0.10m，接收工作井为0.

17、20m) ； s测量误差(m)(通常为0.10m) ； g盾构基座安装高程误差(m)(通常为0.05m)。,四,盾构法施工,（二）盾构的始发和到达,(1) 封门类型,钢筋混凝土封门 钢板桩封门 预埋H型钢封门,四,盾构法施工,（二）盾构的始发和到达,(2) 盾构拼装,进发座台,四,盾构法施工,（二）盾构的始发和到达,(2) 盾构拼装,反力座,四,盾构法施工,（二）盾构的始发和到达,(2) 盾构拼装,进发入口密封垫圈,由于洞圈与盾构外径有一定的间隙，为了防止盾构出洞时及施工期间土体及浆液从该间隙中流失，在洞圈周围安装由橡胶帘布、扇形压板等组成的密封装置。,四,盾构法施工,（二）盾构的始发和到达,

18、(2) 盾构拼装,进发入口密封垫圈,四,盾构法施工,临时拼装管环,四,盾构法施工,（二）盾构的始发和到达,(2) 盾构拼装,进发座台 反力座 进发入口密封垫圈 临时拼装管环,四,盾构法施工,（二）盾构的始发和到达,(3) 洞口地层加固,四,盾构法施工,（二）盾构的始发和到达,(3) 洞口地层加固,四,盾构法施工,（二）盾构的始发和到达,(3) 洞口地层加固,四,盾构法施工,（二）盾构的始发和到达,(4) 破除洞门,四,盾构法施工,（二）盾构的始发和到达,(5)盾构出洞施工中应注意事项,盾构偏转,盾构机在始发时，切口进入加固区，土体比较硬，因盾构机没有完全进入土体，盾构机壳体在发射架上，壳体外表

19、面没有土压力，只存在盾构机的自重，刀盘在旋转切削土体时所产生的扭力大于盾构机在发射架上得的导轨摩阻力，所以会产生盾构机旋转的现象。,四,盾构法施工,(1)注意事项 盾构机切口进入加固区时，刀盘切削转速和掘进速度要控制在较低的速度范围内，要均匀掘进，不能过快 盾构机操控手要控制好盾构机旋转角度，一般不能大于5。 盾构机安装千斤顶时，要求千斤顶水平直线与盾构机轴线平行。 (2)预防措施 盾构机在托架导轨上期间，通过加装临时固定挡块控制盾构机的旋转。 根据掘进参数，判断并调整千斤顶水平轴线与盾构机水平轴线的角度，预防盾构机旋转。,四,盾构法施工,盾构机磕头与上浮现象的预防与控制,(1)盾构机磕头原因

20、 盾构机在掘进过程中，正面土体超挖、千斤顶编组不合适以及掘进过程中纠偏量过大都会造成盾构机磕头。 (2)预防措施 控制好泥水仓压力平衡及各种技术参数，防止超挖。 纠偏量一般控制在lcm3cm左右，防止正面土体过大扰动。 盾构机穿越不同土层时，合理调整千斤顶编组。 掘进过程中，如因土层突变或遇到障碍物导致盾构机磕头时，应立即停止掘进，找出原因处理好后再进行掘进。 发现盾构机磕头现象时，及时调整千斤顶编组，减少出土量，增加正面土体的密实度。,四,盾构法施工,推进轴线偏离的预防,(1)安装始发托架的轴线控制 始发托架为钢结构预制成品，盾构机座安装位置与设计轴线准确放样，基座安装时按照测量放样的基线就

21、位。尽量控制在5mm以内，为确保出洞的轴线，基座安装时进行焊接与加固支撑，确保其刚度和强度。 盾构机在托架上就位时，盾构机的垂直中心轴线与设计轴线偏离一般控制在5mm，转角一般不超过12度左右，但由于加工、测量，基座变形等因素，可能会与理想值有偏差。,四,盾构法施工,推进轴线偏离的预防,盾构机在发射架上向前空载推进时，要注意盾构机内左右千斤项的行程长短，防止盾构机偏离设计轴线。 盾构机在空载推进过程中，正面未建立阻力，千斤顶每只油缸的内摩阻力由于大小不同而产生伸出速度快慢，要及时调整,四,盾构法施工,(2)正负环管片过渡时的轴线控制 负环管片拼装完成后，准备拼装正环时，要调整好环面与圆环轴线，

22、同盾构机轴线和设计轴线偏差在允许范围内，如发现偏差较大，采用软木衬垫来调整，一般不超过34mm。 (3)加固区推进的轴线控制 盾构机进入出洞加固区，推进速度要慢，通过测量及掘进报表的反映，盾构姿态偏离设计轴线，要采用上下左右千斤顶的编组后，产生的顶力差来纠偏，初始掘进阶段，盾构机姿态的好坏，直接影响进入正常推进阶段的姿态控制。 盾构机推出加固区后，进入原状土层内施工(加固区外延)，此时盾构机开始进入正常推进阶段，通过调整盾构机千斤顶的组合，可以调整千斤顶的顶力分布，实现盾构机姿态的调整,四,盾构法施工,(1)盾构进洞前50环进行贯通测量，以确定盾构机的实际位置和姿态。此后的掘进不允许有大的偏差

23、发生，逐渐按偏差方位调整姿态和位置，满足盾构进洞尺寸要求。这一调整应在刀盘进入洞前加固土前完成，以避免盾构进洞发生意外。 (2)盾构机进井接收架的高低必须经最后测定盾构机的实际高低来调整。 (3)洞圈内混凝土分六块凿除，洞门中心穿孔释放应力。盾构机距井壁混凝土5米之后掘进中逐步降低正面土压力，最后盾构机头部贴紧井壁时，正面土压力降为零。为降低盾构正面压力对洞门墙体推力，可适当打开洞门中心释放孔。 (4)在洞门混凝土分块吊除后，盾构机应尽快连续推进。 (5)洞圈特殊环管片脱出盾尾后，将用弧形钢板与其焊接成一个整体，并用水硬性浆液将管片和洞圈的间隙进行充填，以防止水土流失，保护周围环境。,（6）盾

24、构机到达与接收,四,盾构法施工,（五）盾构的推进,盾构掘进由操作司机在中央控制室内进行，由工地技术人员经计算初设正面土压力值。土压力值根据隧道埋深、土层性质和地面超载计算。设定值约为计算值的1.051.1倍。开始施工时，在盾构机的正面及盾构体的上下方设置土、水压传感器监控平衡系统，在盾构机前面安装岩土勘探系统。打开出土闸门，依次开启皮带输送机，螺旋机和刀盘，推进千斤顶，调整好各千斤顶工作油压。此时刀盘切削土体，盾构前进。,四,盾构法施工,（五 )盾构的推进,盾构掘进注意事项 正确选择推进千斤顶的个数与配置，以确保所需的推力。使盾构按设计的线路方向行走，并能进行必要的纠偏； 不得破坏开挖面的稳定

25、。开挖后立即推进，或在开挖的同时进行推进。衬砌组装完毕后，应立即进行开挖或推进，尽量缩短开挖面的暴露时间； 不应使衬砌等后方结构受到损害。最好用全部千斤顶来产生所需推力。在曲线段、上下坡、修正蛇行等情况下，使用局部千斤顶时，要尽量多增加千斤顶的使用台数。可能损坏结构时，应进行加固，或者采取措施。 尽量防止横向、纵向和转动偏差的发生。,四,盾构法施工,(3)盾构掘进施工管理 盾构掘进管理的目的是在保持隧道线形和开挖面稳定的同时，尽早进行尾隙处理，以防止围岩松弛和下沉等。 掘进管理内容可分为四大项：即开挖管理、线形管理、注浆管理、管片拼装管理。,四,盾构法施工,四,盾构法施工,泥水盾构掘进管理,四

26、,盾构法施工,土压盾构掘进管理,四,盾构法施工,掘进施工时的质量通病及防治,(1)土压平衡盾构正面阻力过大,现象,掘进困难和地面隆起变形,原因,刀盘开口率小 地层变化 障碍物 千斤顶内泄露 正面平衡压力设置过大,四,盾构法施工,掘进施工时的质量通病及防治,(2)泥水加压式盾构正面阻力过大,现象,掘进困难和地面隆起变形,原因,泥水压力过大 地层变化 障碍物 千斤顶内泄露 开口率偏小,四,盾构法施工,掘进施工时的质量通病及防治,(3) 盾构正面平衡压力过量波动,现象,压力波动异常，偏离理论值,原因,推进速度与螺旋机的旋转速度不匹配 螺旋机堵塞 盾构后退 土压平衡控制系统出现故障,盾构操作室,司机操

27、作,盾构机掘进,盾构机掘进实况,进入正常掘进后，出土、进料的运输将直接影响着掘进的速度。在左右线的掘进中，采取在隧道内铺设轨道（四轨三线）进行运输，选用38kg/m钢轨，在进行出土、进料运输中，始终保持一列电瓶车停在洞内道岔后的一侧轨道线上，当从盾尾台车门架下中线驶来的列车经过洞内道岔进入另一侧轨道线后，等候的列车立即过岔进入盾尾台车架下的中线进行装碴、卸管片作业，尽量缩短两列车之间的等候时间。 螺旋机将密封仓内的土输送到皮带运输机上，再由皮带输送至泥斗中，由电瓶车将泥斗车通过隧道内钢轨拖运至井口，泥斗由地面上的门吊吊运至井上，倒入地面渣土池中，夜间再装车外运。,运输与出土,运送管片,运送碴土

28、,皮带输送机上出土现况,土斗吊运现况,道岔,龙门吊,盾构法修建的隧道衬砌有预制装配式衬砌、双层衬砌以及挤压混凝土整体式衬砌三大类。,预制装配式衬砌 预制装配式衬砌是用工厂预制的构件(称为管片)，在盾构尾部拼装而成的。,按管片按材料可分为: 钢筋混凝土管片：耐久性和耐压性都比较好，刚度大 ，防水性能有保证；其缺点是重量大，抗拉强度较低，在脱模、运输、拼装过程中，容易将其角部碰坏。,（六）管片拼装,模具清理,管片生产过程,混凝土浇筑,管片从模具内吊出,抗压检测,拼装试验,管片存放,养护池内养护,钢管片：焊接性好，便于加工和维修，重量轻，便于施工；其缺点是刚度小、易变形，抗锈性差，价格较贵。,铸铁管

29、片：强度高，防水和防锈蚀性能好，易加工，刚度大；其缺点是价格较贵。,按管片螺栓手孔成型大小可分为: 箱形管片：因手孔较大而呈肋板形结构。接头螺栓的穿入和拧紧比较方便，节省了材料，单块管片重量减轻，便于运输和拼装。但因截面削弱较多，在盾构千斤顶推力作用下容易开裂。,平板型管片：因螺栓手孔较小或无手孔而呈曲板型结构的管片。截面削弱较少或无削弱，故对千斤顶推力具有较大的抵抗力，对通风的阻力也较小。,箱形管片的纵向接缝(径向接缝)和横向接缝(环向接缝)一般都是平面状的。 平板形管片的接缝除了可采用平面状外，也有采用榫槽式接缝的。,衬砌环内管片之间以及各衬砌环之间的连接方式，可分为： 柔性连接：允许相邻

30、管片间产生微小的转动和压缩，使衬砌环能按内力分布状态产生相应的变形，以改善衬砌的受力状态。 刚性连接：通过增加连接螺栓的排数，力图在构造上使接缝处的刚度与管片本身相同。,目前较为通用的是柔性连接，常用的有以下几种形式： 单排螺栓连接：按螺栓形状又可分为弯螺栓连接、直螺栓连接和斜螺栓连接三种。,销钉连接：用销钉连接的管片形状简单，截面无削弱，建成的隧道内壁光滑平整。和螺栓连接相比既省力、省时，价格又低廉，连接效果也相当好。销钉是埋在衬砌内的，不能回收，故通常都是用塑料制成。 无连接件：在稳定的不透水地层中，圆形衬砌的径向接缝也可不用任何连接件连接。因管片沿隧道径向呈一楔形体，外缘宽内缘窄，在外部

31、压力作用下，管片将相互挤紧，而形成一个稳定的结构。,(2)双层衬砌 为防止隧道渗水和衬砌腐蚀，修正隧道施工误差，减少噪音和振动以及作为内部装饰，可以在装配式衬砌内部再做一层整体式混凝土或钢筋混凝土内衬。 (3)挤压混凝土整体式衬砌 挤压混凝土衬砌(Extrude Concrete Lining，简称ECL)就是随着盾构向前推进，用一套衬砌施工设备在盾尾同步灌注的混凝土或钢筋混凝土整体式衬砌。,衬砌一次成型，内表面光滑，衬砌背后无空隙，无需注浆，对控制地层移动特别有效。但因需要较多的施工设备，而且混凝土制备、配送、钢筋骨架等工艺较为复杂，在渗漏性较大的土层中要达到防水要求尚有困难。 (4)盾构法

32、施工时特殊地段的衬砌 曲线段的衬砌 在竖曲线和水平曲线地段上，需要在标准衬砌环之间插入一些楔形衬砌环，以保证隧道向所需的方向逐渐转折。,楔形衬砌环的楔入量 ，即楔形衬砌环最大宽度与最小宽度之差，或楔入角 ，即楔入量与衬砌外径D外之比， ，除应根据曲线半径、衬砌内径、管片宽度和在曲线段使用楔形衬砌环所占的百分比确定外，还要按盾尾间隙量进行校核。,曲线地段常用的方法是根据线路上的最小曲线半径设计一种楔形环，然后用优选的方法将标准环和楔形环进行排列组合，以拟合不同半径的曲线段，并使线路拟合误差，即隧道推进轴线与设计轴线的偏差，达到最小(10mm)。在进行排列组合时，楔形衬砌环与标准衬砌环的组合比最好

33、不要大于2:1。否则可以重新设计楔形衬砌环以满足上述要求，或采用楔形垫板的方法。,所谓蛇形即盾构在施工中，由于地质条件变化或操作不当，使施工轴线或左或右地偏离轴线，其轨迹似蛇行的曲线。 区间联络通道和中间泵站衬砌 渡线和折返线衬砌结构,3盾构法修建的隧道构造 横截面内轮廓和结构尺寸拟订 横截面内轮廓尺寸：采用盾构法修建地下铁道区间隧道，其横截面的内轮廓尺寸全线是同一的，按线路的最小曲线半径进行确定。 管片厚度：衬砌管片厚度应根据地层条件、隧道外径D的大小、埋置深度、管片材料、隧道用途、施工工艺、受荷载情况以及衬砌所受的施工荷载(主要为盾构千斤顶顶力)等因素计算确定，一般取(0.050.06)D

34、。,管片宽度：控制在10001500mm之间。 衬砌环的分块 衬砌环的组成，一般有两种方式。一种是由若干标准管片(A)、两块相邻管片(B)和一块封顶管片(K)组成。另一种是由若干块A型管片、一块B型管片和一块K型管片构成。,封顶块的拼装形式有径向楔入和纵向插入两种。 衬砌环的拼装形式有错缝和通缝两种。,(b)错缝,通常直径D6m的地下铁道区间隧道，衬砌环以分46块为宜，D6m时，可分为68块。 螺栓和注浆孔的配置 组装管片用的螺栓分为纵向连接螺栓和环向连接螺栓两种。 螺栓直径一般为1636mm，螺栓孔直径必须大于螺栓直径48mm。 为了均匀地向衬砌背后进行回填注浆，管片上还应设置一个以上的注浆

35、孔，注浆孔直径一般由所用的注浆材料决定，通常其内径为50100mm左右。,区间隧道衬砌结构静力计算,盾构隧道衬砌结构计算,接头刚度和本体刚度一样,考虑环向接头刚度和纵向接头刚度,接头抗弯刚度为零,目前较通用的计算方法有3种： 自由变形弹性匀质圆环法 处于软弱地层和饱和软粘土中的整体式圆形衬砌，或接头刚度接近结构本身刚度的装配式衬砌均可采用本方法进行结构内力分析。,2. 区间隧道衬砌结构静力计算,盾构隧道衬砌结构计算,假定： a地层不提供侧向弹性抗力； b基底竖向反力按均匀分布考虑，并根据静力平衡条件计算其量值； c结构为弹性匀质体。,2. 区间隧道衬砌结构静力计算,盾构隧道衬砌结构计算,对于浅

36、埋隧道为简化计算，可将拱背上的非匀布的竖向地层压力近似地换算成匀布荷载：,式中 RH 衬砌计算半径； G 拱背上地层压力总值。,2. 区间隧道衬砌结构静力计算,盾构隧道衬砌结构计算,于是，竖向匀布地层压力即为：,2. 区间隧道衬砌结构静力计算,盾构隧道衬砌结构计算,衬砌中各截面的弯矩M(内缘受拉为正)和轴力N(受压为正)如表所示。,2. 区间隧道衬砌结构静力计算,盾构隧道衬砌结构计算,考虑侧向水平弹性抗力法 处于能提供侧向弹性抗力的地层，如硬黏土、砂性土中的整体式或装配式圆形衬砌均可采用本方法进行结构内力分析。 在此方法中假定： a地层侧向弹性抗力为水平方向作用，并呈三角形分布，上下零点在水平

37、直径上下45处，最大值在水平直径处，其余任一点的侧向水平弹性抗力均为最大值的函数。,2. 区间隧道衬砌结构静力计算,盾构隧道衬砌结构计算,2. 区间隧道衬砌结构静力计算,盾构隧道衬砌结构计算,b基底竖向反力按匀布考虑，并根据静力平衡条件计算其量值； c在装配式衬砌中，若接头刚度较小，则衬砌的整体刚度也将有所减弱，有助于充分发挥地层的承载力，改善结构受力状态。 接头对刚度的影响： 按日本土木协会的盾构用标准管片(1982)中规定，如为错缝拼装的平板型管片，其计算刚度取：,2. 区间隧道衬砌结构静力计算,盾构隧道衬砌结构计算,式中 弯曲刚度有效率，上述文献建议0.8； 管片的原有刚度。 根据 求得

38、衬砌中的内力( 、 、 )，需按(1 ) 与 进行管片设计，按(1 ) 与 进行管片接头连接件的设计，其中的 (弯矩增大系数)取为0.3。 按本方法分析衬砌内力时，衬砌环中各截面的弯矩和轴力仅需在上表所示的量值上叠加下表的值。,2. 区间隧道衬砌结构静力计算,盾构隧道衬砌结构计算,引起的圆环内力表,弹性地基梁法或弹性支承链杆法,2. 区间隧道衬砌结构静力计算,盾构隧道衬砌结构计算,多铰圆环,2. 区间隧道衬砌结构静力计算,盾构隧道衬砌结构计算,以隧道周围围岩状况良好作为对象而采用的计算法，将管片接头作为铰结构来计算。 多铰环自身是个静不定结构，只有在隧道周围的围岩作用下才会成为静定结构。因此，

39、对作用于环的荷载分布以及围岩地基抗力的评价极为重要。 由于以隧道周围围岩普遍具有抗力为基础，需要注意其适用地基的局限性。,2. 区间隧道衬砌结构静力计算,盾构隧道衬砌结构计算,同时考虑旋转弹簧和剪切弹簧的圆环,2. 区间隧道衬砌结构静力计算,盾构隧道衬砌结构计算,将管片主截面模拟成圆弧梁或者直线梁、将管片接头模拟成旋转弹簧、将环接头模拟成剪切弹簧，以评价接头刚度的下降和交错组装的拼接效应的计算法 。并且通过地基弹簧可以考虑结构与地层的相互作用。 考虑问题比较全面，但确定接头参数比较麻烦。 当将剪切弹簧和旋转弹簧常数同时设定为零，则基本上与多铰环模型法相同；当将旋转弹簧常数设定为无限大时，则与刚

40、度均匀环的计算方法相同。,2. 区间隧道衬砌结构静力计算,盾构隧道衬砌结构计算,由于国内管片设计方法不系统性，对各种设计方法的适用范围了解不深刻。因此，出现随意套用现有的设计图纸的现象，其结果是可能在某些地层中出现意想不到后果。 在以上设计方法中，惯用法没有考虑接头影响；修正惯用法考虑因管片接头对整体刚度的降低，从而修正惯用法比惯用法更接近工程实际。 多铰环法由于其刚度最小所计算的弯矩值偏小，而变形量偏大，因此需要较好的周围围岩提供地基抗力。 梁弹簧模型法因考虑的因素最为全面，从理论上来讲，比修正惯用法更为先进，但参数的选取十分不易。,四,盾构法施工,（六）管片拼装,管片拼装允许偏差为：高程和平面50mm；每环相邻管片平整度4mm；纵向相邻环环面平整度5mm；衬砌环直径椭圆度5。,四,盾构法施工,（四）管片拼装,(1)管片拼装准备 管片拼装允许偏差为：高程和平面50mm；每环相邻管片平整度4mm