《大断面越江盾构隧道管片衬砌结构设计力学分析》.pdf

现代隧道技术 2006年增刊(297—301) 大断面越江盾构隧道管片衬砌结构设计力学分析 李围 何川 (西南交通大学土木工程系学院，成都610031) 摘要根据两车道公路越江盾构隧道的特点，设计了管片衬砌结构，包括不同的管片分块、厚度和幅宽；同 时，采用粱一弹簧模型并借助于有限元法进行了管片衬砌结构内力和变形分析；最后，根据计算结果得出了满足设 计要求、且受力合理及有利于施工中的管片拼装和提高防水能力的管片结构型式，为类似大断面越江盾构隧道管 片衬砌结构设计提供参考。 关键词越江盾构隧道大断面管片衬砌结构力学分析 拼装和提高防水能力的管片结构型式。 1 前 言 2工程概况 随着我国城市的发展，市区及城市间交通堵塞 问题日益突出，严重制约了我国经济的发展。为了 在建的武汉长江公路隧道盾构段的起止里 1tl—K5+040 解决交通增长过快的问题，修建了大量的跨江大 程为K2+840 m；起点为汉口洞庭 桥。但因桥梁在市区影响城市景观，且所产生的 街竖井侧，终点为武昌武汉理工大学三角路校区 噪音影响了附近居民的生活环境，降低了周围土 竖井侧；江北人江点为汉口江滩公园大门下游， 地的使用价值，拆迁导致工程造价增加，在城市间 江南人江点为武昌武汉船舶设计院18层楼东侧 200 的跨江桥梁对航道有影响，以及有时在交通主干 约50m处，全长2 m。隧道为双洞双向4车 线上选择桥址有困难等原因；同时为了解决战争 道、单洞布置2车道，位于城市一级主干道上，设计 中不中断交通的防空问题，越来越多的将交通转 时速为60km／h”1。 为地下“1，修建了大量的越江隧道。如上海复兴 根据盾构段工程地质纵断面图，盾构段隧道覆 东路双管双层公路越江隧道”J、在建的武汉长江 盖层最厚处位于K4+493m地段，厚约40“；最薄 隧道和南京长江隧道，以及拟建的广深港狮子洋 处为K4+356m地段，厚约9．50m。整条线路地层 铁路隧道等。越江隧道的施工方法有新奥法、沉 从上到下分别为杂填土、素填土、粉细砂、中粗砂、粘 管法和盾构法等。由于盾构法具有施工安全性 土、粉质粘土、粉土、淤泥质粉质粘土、卵石、泥质粉 高、速度快、建成后的隧道防水性能好等优点，成 砂岩、砂岩和页岩。盾构穿越地层主要为富含地下 为了首先工法。 水的砂土层，两岸地下水的特征表现为较高承压水 为了调整线路坡度，越江隧道的纵断面多为“U 头的承压水，在长江中则表现为高水头压的潜水特 型”，导致线路长度增加，故越江隧道多为长大隧 性。由于其水头压力较高，盾构施工时易引起突发 道。特别是采用盾构法修建的两车道或三车道公路 性涌水和流砂，从而导致大范围的突然塌陷。同 越江隧道，对其管片衬砌的结构设计要求较高，而且 时，高水头压对盾构机和隧道的密封及抗渗能力 我国在超大断面盾构隧道管片衬砌结构的设计方面 提出了更高要求。盾构推进时，工作面底部将会 技术不成熟，进行的专项研究较少。本文结合两车 遇到卵石层，虽然其粒径不大，厚度较小．但仍应 道公路越江盾构隧道的特点，进行了管片衬砌结构 考虑掘进时刀盘对卵石层的扰动而引起超挖和地 设计探讨，主要针对不同的管片分块、厚度和幅宽， 基下沉的影响。隧道结构设计水位(黄海高程)： 并采用梁一弹簧模型进行了力学分析。最后，得出了 最高水位27．64m，最低水位10．0m，长江两岸地