1、第三章 盾構(gòu)隧道斷面、線形和管片選型.盾構(gòu)隧道斷面.通常盾構(gòu)隧道按其端面來分有圓形隧道、半圓形隧道、雙圓搭 接形隧道、三圓搭接形隧道、矩形隧道、馬蹄形隧道、橢圓形隧道等 多種隧道。(1)圓形斷面圓形隧道是使用得最多的斷面形狀，因此，人們通常把圓形斷面 稱為標(biāo)準(zhǔn)斷面。本書以后若無其他說明，一般提到的隧道均指圓形斷 面的盾構(gòu)隧道。圓形隧道有以下幾個優(yōu)點：由于圓形斷面的拱作用，故管環(huán)上作用的外壓小(相對非圓斷 面而言)，管環(huán)受損小，壽命長，即隧道的耐久性好、安全性好。圓形盾構(gòu)斷面盾構(gòu)機掘削機理簡單，掘削系統(tǒng)(刀盤，力、扭 矩的傳遞結(jié)構(gòu))容易制作、造價底。管片的制作簡單容易，拼裝方便。圓形斷面隧道的內(nèi)

2、空(直徑)可大可小。內(nèi)空利用率底，存在浪費。(2)矩形斷面矩形斷面的優(yōu)點是內(nèi)空利用率高，與圓形斷面相比構(gòu)筑時可以減 少3 0 %的土體切削和排放。利于成本降低。另外，矩形斷面地中占 位小，地下空間利用率高。缺點是管環(huán)上的作用大，不適于大尺寸隧 道的構(gòu)筑；管片設(shè)計、施工復(fù)雜；盾構(gòu)機制作復(fù)雜、價格偏高。雙圓搭接端面這種多用于鐵路、公路往返復(fù)線的情形。地中占地面積小、空間 利用率高。盾構(gòu)機制作復(fù)雜、造價高，管片設(shè)計、組裝、施工復(fù)雜。(3)三圓搭接斷面三圓搭接斷面可以說是為構(gòu)筑地鐵車站而設(shè)計的盾構(gòu)斷面形狀。 優(yōu)點是空間利用率高，使地鐵車站的構(gòu)筑施工完全轉(zhuǎn)入地下，此工法 的造價底。缺點是盾構(gòu)機、管片的設(shè)

3、計、制作和施工均比較復(fù)雜。.盾構(gòu)隧道的線形.平面線形平面線形可以分為平曲線和豎曲線，平曲線和豎曲線在盾構(gòu)隧道 的線形中有直線、緩和曲線、圓曲線幾種形式。從盾構(gòu)工法自身的施 工性來方面來看，盾構(gòu)隧道最好選用直線和大曲率半徑的平面線形。 但多數(shù)的施工對象是城市市區(qū)的地下工程，因都市地區(qū)的地下構(gòu)筑物 密集，加上地價昂貴，所以線形的確定受地層條件、地表條件、地下 障礙物及用地條件的制約。也就是說，線形為直線和大曲率半徑的條 件通常不易得以滿足，而多數(shù)情況會出現(xiàn)小曲率半徑的急轉(zhuǎn)彎，所以 小曲率半徑的設(shè)計、施工是平面線形討論的重點。.坡度隧道的坡度不僅取決于使用目的，還取決于河流、地下構(gòu)造物及 障礙物的分

4、布狀況。從隧道使用目的上來考慮，其坡度原則上設(shè)計成滲漏水可以自流 排放的平緩坡度，以不底于0.2%為宜；從施工方面來考慮，為了使施工的涌水能自流排放，使坡度提高 到0.2%0.5 %為宜。但坡度超過0.2 %會影響出渣和運料等作 業(yè)效率。由于條件限制的原因坡度大于5 %時，就要選擇特殊的運輸 方式，同時還要做好各種安全防護措施。.盾構(gòu)姿態(tài)的控制和管片選型()盾構(gòu)姿態(tài)盾構(gòu)姿態(tài)是指盾構(gòu)機前端刀盤中心(以下簡稱力頭”)三維坐標(biāo) 和盾構(gòu)機筒體中心軸線在三個相互垂直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)角等參數(shù)。.盾構(gòu)姿態(tài)的控制(1)盾構(gòu)姿態(tài)的控制是盾構(gòu)推進施工的一項關(guān)鍵技術(shù)，軸線方向 控制主要是依靠測量精確性，在實際施工中盾構(gòu)推

5、進軸線控制不可能 是理想狀況，軸線控制不佳狀況的原因：地質(zhì)不均勻引起正面阻力不 均勻，施工操作技術(shù)水平不高?？刂坪枚軜?gòu)的推進軸線，才能保證管片拼裝在位置的準(zhǔn)確，才能 使隧道竣工軸線誤差控制在允許范圍內(nèi)。(2)盾構(gòu)推進及管片拼裝施工時，為了減少由于盾構(gòu)自轉(zhuǎn)所產(chǎn)生 的施工困難，應(yīng)控制盾構(gòu)旋轉(zhuǎn)量，在30以內(nèi)。在施工中可采取措施以防止過量的旋轉(zhuǎn)，方法有：改變刀盤的旋轉(zhuǎn)方向。改變管片拼裝左、右交叉的先后次序。調(diào)整兩腰推進油缸軸線，使其與盾構(gòu)軸線不平行。 當(dāng)旋轉(zhuǎn)量較大時，可在盾構(gòu)支承環(huán)或切口環(huán)內(nèi)單邊加壓重。(3)盾構(gòu)在硬巖、地下水比較發(fā)育地段、淺埋隧道地段、軟弱土 層中推進時，特別是在曲線段盾構(gòu)逐環(huán)轉(zhuǎn)折推

6、進時會引起盾尾后一段 隧道的位移，導(dǎo)致測量的后視標(biāo)志點移動。因此，在盾構(gòu)推進軸線和 成環(huán)管片中心的測量必須定時嚴(yán)格復(fù)測后視標(biāo)志點的移動值，并及時 進行調(diào)整，確保盾構(gòu)推進導(dǎo)向測量的正確性。(二)盾構(gòu)姿態(tài)的糾偏(1)分析上環(huán)盾構(gòu)推進姿態(tài)測量報表，決定本環(huán)推進糾偏方案， 按糾偏量選擇千斤頂編組，盾構(gòu)司機按千斤頂編組和設(shè)備操作規(guī)定檢 查和操作推進系統(tǒng)開始盾構(gòu)掘進，在掘進施工時應(yīng)經(jīng)常觀察進士情 況。盾構(gòu)是依靠安裝于支承環(huán)周圍的千斤頂推力向前推進的，正確地 使用千斤頂是使盾構(gòu)沿設(shè)計軸線方向準(zhǔn)確向前推進最有效的措施，所 以每環(huán)推進前必須根據(jù)前幾環(huán)盾構(gòu)推進現(xiàn)狀報表分析盾構(gòu)趨勢，決定 糾偏方案、糾偏量，選擇千斤

7、頂編組。(2)盾構(gòu)內(nèi)徑與管片外徑兩者之者有一定施工間隙，盾構(gòu)糾偏只 能在此范圍內(nèi)調(diào)整，過量糾偏會使盾殼卡住管片，導(dǎo)致管片被擠壞或 增加下一環(huán)管片拼裝的困難。盾構(gòu)糾偏應(yīng)及時、連續(xù)，不要過量糾偏。過大糾偏會使盾構(gòu)軸 線與隧道軸線產(chǎn)生較大的夾角，影響盾尾密封效果產(chǎn)生盾尾漏漿。壁 后注漿發(fā)生漏漿無法保證空隙填充，過量糾偏增加盾構(gòu)對土體的擾 動，這些因素都將增大地面變形。(三)管片選型.管片類型在盾構(gòu)施工過程中，管片的類型根據(jù)隧道斷面的不同而不同，有 圓形、半圓形、雙圓搭接形、三圓搭接形、矩形、馬蹄形、橢圓形等 多種形式，在這里以圓形斷面隧道的管片來講述。圓形斷面隧道的成 型管片是圓形的，該類型的管片一

8、般由六塊管片組合形成圓形，在盾 構(gòu)法施工中采用預(yù)制鋼筋碎塊（管片）做為永久支護，或永久支護的 一部分。目前常用的是將管片分為左、右轉(zhuǎn)彎環(huán)和標(biāo)準(zhǔn)環(huán)三種類型。.管片與隧道線路隧道設(shè)計線路的特征決定了管片拼裝成環(huán)后橫斷面的走向，同時 也在總量上限制了管片在一個施工合同中的類型分布。曲線地段曲線地段應(yīng)根據(jù)線路的曲線要素、縱向坡度的大小、不同襯砌環(huán) 的組合特征（楔形量、錐度、偏移量等）來決定要安裝的管片類型。線路所要求提供的圓心角：a = 180L / 兀 R式中：L 一段線路中心線的長度；R一線路曲線半徑。K塊（封頂塊）不同位置時管片錐度的計算：B = 2arctg（ 6 x cos 0 / 2D）式

9、中：B一管片成環(huán)后的錐度。標(biāo)準(zhǔn)環(huán)為0。6 轉(zhuǎn)彎環(huán)楔形量，即轉(zhuǎn)彎環(huán)管片12 : 00時 水平方向內(nèi)外寬度差。D一管片外徑。9 -K塊所在位置對應(yīng)的角度。K塊位置10: 0011 : 0012: 001: 002: 00972 36 00-36 0-72 我們追求的是X環(huán)不同類型及封頂塊的組合提供的錐度B 和 X環(huán)管片長線路所需要的圓心角a相等的X環(huán)不同類型的組合，管 片選型時應(yīng)按這種組合為基準(zhǔn)來實施。如廣州地鐵二號線越三區(qū)間隧道盾構(gòu)工程中左轉(zhuǎn)彎曲線：R=399.863m,6 =50mm, D=6000mm, 通過計算 L12+T+L1+T 為最佳組合。（備注：L12為左轉(zhuǎn)彎12 : 00, T為

10、標(biāo)準(zhǔn)環(huán)，裝L1是滿足線 路為下坡及管片環(huán)與環(huán)間錯縫拼裝的要求。)直線地段直線地段原則上裝標(biāo)準(zhǔn)環(huán)，只是在適當(dāng)?shù)臅r候靠轉(zhuǎn)彎環(huán)來完成線 路的縱向坡度，以及調(diào)整盾構(gòu)機掘進過程中偏移中線的糾偏量。.管片與盾構(gòu)機姿態(tài)(1)盾構(gòu)機姿態(tài)決定管片選型盾構(gòu)機姿態(tài)在某種程度上決定了管片選型。我們在選擇要安裝的 管片類型時，一定要考慮盾構(gòu)機的趨勢、盾構(gòu)機偏移中線在水平和豎 直方向的程度，以及計劃要在以后幾環(huán)中調(diào)整盾構(gòu)機到隧道中心線 上0比如盾構(gòu)機豎直方向偏移中線16mm ,每環(huán)L10使下一環(huán)向下低 頭4mm,則最少需要4環(huán)L10才能調(diào)整過來，但此時一定還要同線路的 水平特性、盾構(gòu)機俯仰趨勢等相結(jié)合。(2)管片影響盾構(gòu)

11、機掘進在盾構(gòu)施工過程中，我們注意到管片在某種程度上也會影響盾構(gòu) 機向前掘進的。如果盾構(gòu)機在左右或上下油缸行程差很大，使盾構(gòu)機 趨勢過大甚至偏離中心，且使推進油缸的撐靴不能和管片緊密面接觸 而形成線接觸，從而導(dǎo)致盾構(gòu)機推力不能完全發(fā)揮，進一步影響推進 速度。同時要完美地控制盾構(gòu)沿隧道中線掘進是不容易的，也就是說， 盾構(gòu)機一直和隧道中線成一定的角度向前推進，而且使推力在管片上 分解出一個接近于徑向的分力，然后通過管片及連接螺栓傳遞到后一 環(huán)甚至后幾環(huán)，當(dāng)此分力超過了管片碎的抗剪極限時，管片就要破損。 在實際的施工中，這種情況發(fā)生的很多。在施工中盾構(gòu)機推進過程中油缸行程差過大，也是造成小半徑曲 線隧

12、道和隧道超挖過大的一個重要原因，使隧道背襯注漿在管片四周 厚度不均，地層下沉，防水困難等。所以在管片選型時要盡可能地縮小油缸行程差，并且考慮每掘進 完一環(huán)線路所形成的油缸行程差，做到預(yù)測下幾環(huán)的管片類型。.盾尾與管片選型管片安裝是在盾尾殼體的支護下完成，安裝完的管片應(yīng)該處于盾 尾的正中央，也就是說，管片外壁和盾尾內(nèi)壁之間的孔隙是勻均的。 所以盾尾姿態(tài)也限制了管片選型。盾尾一般如下圖： _圖1如果管處片選型不注意盾尾姿態(tài)，使盾尾間隙& a,則盾尾就要擦 著管片，使盾構(gòu)在掘進的過程中摩擦力增大，降低掘進速度，嚴(yán)重時壓 破管片邊角甚至整環(huán)管片。盾尾和盾構(gòu)機中體連接的錢接油缸的不均勻伸縮，是造成盾尾問

13、 隙不均勻的直接原因。施工過程中一定要時刻觀注著錢接油缸行程 差，過大時要在限界范圍內(nèi)指導(dǎo)主司機向有利的方向偏移，使盾尾順 應(yīng)管片，有必要時可以人工手動控制，接回油缸。管片成圓度不好也會導(dǎo)致盾尾間隙不均勻。這就要在管片選型 時，盡可能平緩地過度到最佳狀態(tài)，安裝管片時按規(guī)程及時的上好連 接螺栓，為下一環(huán)管片的選型和安裝創(chuàng)造條件。.工程地質(zhì)與管片選型刀盤范圍內(nèi)地質(zhì)軟硬不均，掘進不易控制方向，甚至盾構(gòu)機產(chǎn)生 “低頭”或“抬頭”現(xiàn)象，使掘進偏移隧道中心線或盾尾偏斜，這樣 也直接影響到管片選型。在地質(zhì)條件復(fù)雜特別是下軟上硬的地質(zhì)情況 下要更周到的考慮管片選型。.盾構(gòu)機操作司機與管片選型在盾構(gòu)施工中要使盾構(gòu)司機明白現(xiàn)在和將來的線路走向和工程 地質(zhì)情況，以及下一環(huán)要安裝的管片所能夠提供的偏移量和它能抵消 的油缸行程差等，以便司機掘進有一個明確的目標(biāo)，從而按理論的管