[建筑]盾构隧道设计、施工相关理论的研究.doc

盾构隧道设计、施工相关理论的研究 研究背景 使用盾构法进行隧道施工的技术是一项新型的土木工程技术。目前在我国的地铁隧道，排污隧道，越江隧道的施工中开始了较为广泛的使用。与日本及欧洲等国家相比，我国使用盾构技术的历史较短，施工经验较少，因此在这一新技术的应用中出现了一些问题，常见的有 隧道管片结构计算问题：由于我国尚无全国性的盾构隧道设计、施工规范，在管片设计计算方面没有统一的方法。各施工单位或设计单位根据自己的经验以及较为熟悉的国外方法进行设计计算，缺乏一定的系统性和可比性。 隧道的施工控制问题：由于施工经验较少在施工时盾构姿态控制的不好，盾尾管片拼装空隙不足，引起管片错台、管片裂缝，严重时甚至导致隧道轴线偏离而不得不修正规划线路。 压力舱内土体状态控制问题：我国目前所使用的盾构多为土压平衡式盾构。这种盾构型式的特点就是通过压力舱内的土压力平衡开挖面上的土压力和水压力，以保证在围岩应力较少释放的前提下施工隧道。在遇到地质条件不够理想时，一般要向开挖面以及压力舱内注入泥浆、气泡等添加材料调整压力舱内的土体性质。但是，由于在什麽样的条件下添加什麽样的材料，添加多少都是未能从理论上明确的问题，所以施工时经常出现压力舱被土体塞满的“闭塞”现象，有时，土体在刀盘或舱内被挤成硬块造成“结饼”现象。这两种现象的发生都会引起扭矩的上升而严重影响施工。当然，如果压力舱内的土体不能形成一种“塑性流动状态”就无法有效的控制开挖面的稳定和顺利排土。另外，如果这一土体不具有一定的不透水性，就会在排土口发生喷砂、喷泥、喷水的“喷涌”现象。 盾构施工引起的地基变形问题：盾构隧道多在城市地下工程中进行使用，其特点在于能够将对周围环境的影响将到最小。在正常施工条件下（也就是保持开挖面相对的平衡稳定的前提下）隧道施工对地面沉降以及周围建筑物的影响都比较小，也较易于预测和计算。但是，盾构施工很难保证开挖面的绝对稳定，而这种稳定状态的变化波动会对周围环境产生较大的影响。 研究内容 (1)??? 盾构隧道设计方面：国内外各种设计、计算方法的比较分析；计算方法与我国主要城市地质条件的适用性；管片衬砌结构模型及参数取值的理论研究；荷载系统及围岩参数取值的理论研究；设计计算软件的开发。 (2)盾构隧道的施工控制方面：盾构机运动规律及姿态控制的理论研究。使用合作研究者—日本长冈技术科学大学杉本教授的运动力学模型和软件，研究各种线路条件和地质条件下盾构机的控制方法。 (3)压力舱内土体状态控制方面：气泡添加剂的研究，开发适宜与各种土质条件的各种发泡材料，对其发泡效率，稳定性进行评价。气泡混合土的力学性质研究，研究开挖土体与气泡混合后的流动性、强度、粘度、透水性和压缩性，寻找压力舱内合理的力学状态。 (4)盾构施工引起的地基变形方面：考虑压力舱控制压力的地基变形计算方法的研究，从开挖面稳定状态的角度出发，研究盾构施工对周围环境的影响。研究平行配置盾构隧道，近接施工隧道之间的相互干扰等问题。 浅覆土盾构法隧道施工及管线保护控制技术　　 　 　　 浅覆土盾构法隧道施工及管线保护控制技术上海已建的盾构法地铁隧道大多集中于深埋、建筑密集的地区，施工方法及环境保护技术已渐趋成熟，而在浅覆土区间隧道中仍然是个技术难题。本文结合了上海地铁二号线浦东新区龙东路～中央化园区间隧道上行线的工程实例，针对盾构法浅覆土区间隧道施工的有关技术进行了初步探索和总结。1、工程概况782.402m，采用法国FCB公司提供的外径6.34m土压平衡式盾构机，隧道内径5.5m，由六块宽1m的高精度钢混凝土管片拼装而成。本区间隧道主要穿越了上海地区相沉积第(2)－2层灰色砂质粉土、第(3)层淤泥质粉质粘土和(4)层灰色淤泥质粘土。该土质渗透系数小，特征为饱和，流塑、土质均匀，属高压缩性土。本隧道最大的特点在于覆土浅,覆土深度（距隧道顶部）在2.60～9.0m之间，在出洞洞口处最浅仅有2.60m，而且在离出洞口后的300m以内平曲线曲率半径小（399.851m）竖向坡度大，最大值达到24.17％，平均值在21％左右；盾构在该浅覆土段将穿越内环线龙东路段，共有12道公用管线分布在道路下,并在龙东路段一侧有一根φ1600mm的污水南干线管线与隧道轴线斜交，施工条件相当苛刻。2、有关参数的理论选定值2.1、地表横向断面沉降槽宽度的预测由PECK法地面沉降量的横向分布估算公式计算最大沉降量：Smax＝V1/2π.I＝V1/2.5iV1－－盾构隧道单位长度地层损失量（m3/m），控制在2.5％，V1＝2.5％×π×3.1×3.1＝0.754m3/mi－－沉降槽宽度系数（m）I＝R×（Z/R）＝3.32～6.06m地面至隧道中心深度，约为5.8～12.1mSmax=5～9cm在距离