第4章 盾构法隧道衬砌结构设计
盾构掘进隧道工程施工及验收规范
盾构掘进隧道工程施工及验收规范篇一：盾构工程验收表格第四章盾构工程4.1工程概况1、盾构区间结构形式和施工方法盾构法是一种技术先进的施工方法，特别适合在松软含水地层或城市地下管线密布，施工条件困难地段施工。
南京地铁盾构区间隧道采用单圆盾构法装配式砼衬砌结构。
过江盾构隧道：内径10200mm，衬砌厚度50cm，环宽2000m；其它盾构隧道：内径5500mm，衬砌厚度35cm，环宽1200m。
环与环、块与块间采用螺栓连接。
横通道（横通道与泵房结合设置），多采用类矿山法施工。
根据隧道运营通风需要，对隧道较长，具备施工条件的区间，设置风井，多采用明挖法施工。
2、验收标准盾构工程验收依据主要参照《地下铁道工程施工及验收规范》（GB 50299-1999）（2003版）编制，考虑到盾构工程施工工序，并结合南京地铁管片生产的特点和在建工程施工经验，确定了盾构工程分部、分项、检验批划分的标准。
其中，成品管片、成型隧道的主要项目、指标参照《盾构掘进隧道工程施工及验收规范》（GB 50446-2008）进行调整。
3、参考规范目录（1）地下铁道工程施工及验收规范 GB 50299-1999（2003版）（2）地下防水工程质量验收规范 GB 50208-2002 （3）混凝土结构工程施工质量验收规范 GB 50204-2002 （4）盾构掘进隧道工程施工及验收规范 GB 50446-2008 （5）矿山井巷工程施工及验收规范 GBJ 213-19904.2 分部、分项工程划分盾构工程划分表注：1、盾构隧道区间验收标准主要参照一号线的内容，并根据《地下铁道工程施工及验收规范》进行编制的。
2、竖井的分项工程可参照地下车站的内容进行确定。
3、联络通道（泵房）防水见矿山法区间隧道。
4、洞门工程的分项工程可参照地下车站的内容进行确定。
5、土体加固除冷冻法加固是参照《矿山井巷工程施工及验收规范》进行编制的，其他处理方法见地下车站的相关内容。
盾构法
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①密封 密封是在管片接头表面进行喷涂或粘贴胶 条的方法。 ②螺栓孔防水 螺栓孔防水是在螺栓垫圈及螺栓孔间放入环形衬 垫，在紧固螺栓时，此衬垫的一部分产生变形， 填满在螺栓孔壁和垫圈表面间形成的空隙中， 防止从螺栓孔中漏水。 ③嵌缝 嵌缝指预先在管片的内侧边缘留有嵌缝糟，以后 用嵌缝材料填塞。
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2、二次衬砌 是在一次衬砌内侧灌注的混凝土结构。
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（四）盾构法施工
盾构法施工的内容包括盾构的出发和到达，盾构的 掘进、衬砌，压浆和防水等。
１．盾构的出发和到达 （１）竖井
①在出发和到达时，需要有拼装和拆卸盾构用的竖井 ②当盾构需要调转方向或线路在急曲线的部位，需要 设置中间竖井和方向变换竖井。
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４．衬砌、压注及防水 （１）一次衬砌 一般是在推进完了后将几块管片组成环状， 使盾构处于可随时进行下一次推进的状态。 一次装配式衬砌的施工是依照组装管片的 顺序从下部开始逐次收回千斤顶，管片的 环向接头一般均错缝拼装。组装前彻底清 扫，防止产生错台和存有杂物，管片问应 互相密贴。
§4-5
盾构法
一、概述 1、盾构法： 是使用盾构机械，在围岩中推进， 一边防止土砂的崩坍，一边在其内 部进行开挖、 衬砌作业，来修建隧道的方法。
2012-10-6
第四章 第四节 盾构法
1
2、基本过程
（1）在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构 安 装就位。 （2）盾构从竖井或基坑的墙壁开孔出发，在地层中 沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的 孔洞推进。 盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶 传至盾构尾部已拼装的隧道衬砌 结构上，再传到 竖井或基坑的后靠壁上。 （3）盾构 ①它既能支承地层荷载而又能在地层中推进 ②为圆形、矩形、马蹄形等特殊形状的钢筒结构。
《隧道工程》精品课件第四章 隧道的总体设计
隧道工程
2. 越岭隧道标高选择
在选择越岭隧道标高时，考虑运营条件的改善和通过能力的提高，宜 采用低标高方案，但必须进行地形、地质、施工、运营、经济技术等多种 因素综合比较来确定最优隧道标高。
三、傍山隧道选址
1.傍山隧道在埋深较浅的地段，一定要注意洞身覆盖厚度问题。为保持山体 稳定和避免偏压产生，隧道位置宜往山体内侧靠。 2.河岸存在冲刷现象或河道窄，水流急，冲刷力强的地段，要考虑河岸冲刷 对山体和洞身稳定的影响，隧道位置宜往山体内侧靠一些，有可能时最好设 在稳定的岩层中，如图4.1-2 所示。
隧道工程
公路隧道横断面示意图(单位：m)
隧道工程
由于地质条件的关系，隧道宽度过大则不经济，施工上也增加难度， 因此高速公路、一级公路一般应设计为上下行分离的两座独立隧道。两相 邻隧道最小净距视围岩类别、断面尺寸、施土方法、爆破震动影响等因素 确定，一般情况可按下表的规定选用。
围岩级别
I
最小净距 1.0× B （m）
修道宽度不宜小于1.0m。
隧道工程
1. 建筑限界高度，高速公路、一级公路、二级公路取5.0m；三、四级公 路取4.5m。
2. 当设置检修道或人行道时，不设余宽；当不设置检修道或人行道时，应 设不小于25cm的余宽。
3. 隧道路面横坡，当隧道为单向交通时，应取单面坡；当隧道为双向交通 时，可取双面坡。坡度应根据隧道长度，平、纵线形等因素综合分析确定， 一般可采用1.5﹪～2.0﹪。
隧道工程
隧道工程
第二篇 公路隧道的勘察设计
隧道工程
第 四章 隧道总体设计
★知识目标：
了解隧道选址时主要应考虑哪些问题；熟悉隧道平面、纵断面设计时 应注意的问题；熟悉隧道建筑限界、衬砌内轮廓线、实际开挖线的定义。
盾构法隧道衬砌结构设计(设计)(内容详实)
课件类
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4.1.1盾构法衬砌设计流程
（1）遵守相关规划、规范或标准 （2
设计的隧道内径应该由隧道功能所需要的地 下空间决定。
地铁隧道 公路隧道； 给、排水管道计算流量； 普通管道
课件类
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4.1.1盾构法衬砌设计流程
（3）荷载类型的确定 作用在衬砌上的荷载包括土压力、水压力、静荷
载、超载及盾构千斤顶的推力等 （4）衬砌条件的确定
其中：
pg g
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不考虑自重对地基的反作用力：
pe2 pe1 pw1 pw2 pe1 D w
课件类
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4.2.2.5 地面超载
地面超载增加了作用于衬砌上的土压力， 道路交通荷载、铁路交通荷载、建筑物的重量
地面超载及其参考值如下： 公路车辆 铁路车辆 建筑物
课件类
设计者应该确定衬砌的条件，如衬砌的尺寸（厚
（5）计算内力 设计者应该通过使用合适的计算模型及设计方法
课件类
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课件类
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4.1.1盾构法衬砌设计流程
（6）安全性校核 设计者应该对照计算出的内力来校核衬砌的安
（7）评估 如果设计的初衬砌不满足设计荷载要求或设计
衬砌安全但不经济，设计者应该改变衬砌的条件并 且重新设计。
• 粘性, 硬质粘土（N≥0）良好地基，H>1～2D时多 采用松弛土压力
• 中等固结的粘土（4≤N＜8）和软粘土（2≤N＜4）, 将隧道的全覆土重力作为土压力考虑实例比较常见。
课件类
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(2)垂直土压力
• 松弛土压力的计算，一般采用太沙基公式。垂 直土压力的下限值虽然根据隧道使用目的的不 同，但一般将其作为相当于隧道外径的2倍的 覆土厚度的土压力值。当地层为互层分布时， 以地层构成中的支配地层为基础，将地层假设 为单一土层进行计算，或者就以互层的状态进 行松弛土压力的计算。
盾构区间隧道衬砌结构的抗震计算
盾构区间隧道衬砌结构的抗震计算作者：江国仲来源：《城市建设理论研究》2013年第31期摘要:横通道施工是隧道工程中常见的施工项目，其施工对主隧道有很大影响，盾构是在软岩和土体中进行隧道施工的专门机具，使用盾构机开挖隧道的方法称为盾构法。
所以对隧道结构受力特征计算和盾构工程风险控制进行研究，对于保证隧道施工的安全性有重要意义，本文就盾构区间隧道衬砌结构的抗震计算进行了简要分析。
关键词:盾构；隧道；衬砌结构；抗震计算中图分类号：U45 文献标识码：A1、盾构区间隧道衬砌结构施工技术概述1.1、盾构隧道法使用现状盾构是在软岩和土体中进行隧道施工的专门机具，使用盾构机开挖隧道的方法称为盾构法，盾构隧道法的施工，在近几年的城市隧道建设中得到越来越广泛的应用，盾构法隧道前进是依靠设在盾尾的一组千斤顶克服盾构机重和周围土体产生的正面和侧壁的摩阻力，千斤顶支撑在已拼装好的环形隧道衬砌上，每拼装一环管片，千斤顶向前推进一个衬砌环间宽度，在施工过程中，衬砌管片的投资通常达到总投资额的40%，因此，正确合理的衬砌结构计算方法不仅是制约隧道安全性的重要影响因素，更大大决定着隧道投资额的数目。
1.2、盾构掘进适应性分析根据施工盾构区间周边条件、工程地质、水文地质情况，选用土压平衡盾构。
鉴于盾构经过地段主要为膨胀土地层，渗透系数小，泥质含量较高，遇水软化，极易发生“泥饼”现象，将极大的影响盾构掘进。
因此，在选用土压平衡盾构时要对盾构刀盘、刀具方面进行盾构机的适应性分析：（一）盾构刀盘开口率是决定刀盘拓扑结构的关键参数，在刀盘的设计中具有重要的作用。
当刀盘开口率在30%～40%范围时，刀盘的支护压力与膨胀土地层所对应的地应力较为接近，对开挖面的稳定较为有利。
故盾构采用35%的开口率。
盾构刀具排布以铲刀和刮刀为主，辅以单双刃滚刀，为了方便对损坏及磨损严重的刀具进行更换，滚刀采用较为可靠的楔形安装方式且为背装式。
面板刮刀布置在面板开口槽两侧，随刀盘旋转对开挖面土体产生轴向剪力和径向切削力，从而对土体进行有效切削。
盾构隧道混凝土管片衬砌内力分析(道路与铁道工程专业优秀论文)
第五章程序的界面处理ｆ３）提供了易学易用的应用程序集成开发环境；（４）结构化的程序设计语言；（５）支持多种数据库系统的访问；（６）支持动态数据交换、动态链接库和对象的链接与嵌入技术（７）完备的Ｈｅｌｐ联机帮助功能。
５．２程序的界面处理隧道管片衬砌内力计算程序界面处理的思路是：通过界面将数据输入，并写入到ＦＯＲＴＲＡＮ程序中的数据文件，以便运行执行文件时调入；之后激活ＭＳ．ＤＯＳ窗口，进入到编译连接得到的执行文件所在的子目录下，运行执行文件；在计算程序中将盾构隧道衬砌各截面的内力及位移写入到输出文件：在后处理时将输出文件的数据读入并绘成内力图形。
卜ＩＡｌ介绍盾构隧道管片衬砌内力计算程序的界衄。
首先，点击由ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ形成的执行文件，弹出图５－１所示的窗口。
图５－１欢迎窗口点击“继续”按纽，弹出图５－２所示的窗口。
如选择均质圆环计算方法，将出现５—３所示窗口，提示均质圆环计算方法的数据文件路径及数据文件名。
第五章程序的界面处理图５－２选择计算方法窗口图５－３均质圆环数据文件路径及文件名窗口在“数据文件路径”下输入计算程序的数据文件所处的路径。
在“数据文件名”下输入数据文件名。
这一步是确保程序执行过程中的输入输出正常进行。
然后，点击“确定”按纽，弹出图５—４所示的“均质圆环数据输入窗口”。
图５－４均质圆环数据输入窗口在图５—４中，可以输入程序执行过程中所需要的数据。
前三个按钮分别为“管片尺寸及地层参数”、“配筋参数”、“千斤顶参数”的数据输入按钮。
第四个按钮为“数据文件写入”按钮。
单击“管片尺寸及地层参数”按钮，弹出“管片尺寸及地层参数卡”，如图５．５所示。
其上有“覆土厚度”、“地下水位”、“管片外径“、管片宽度”、管片厚度“、土容重”、“混凝土容重”、“土的粘接力”、“土的内摩擦角”、“地面附加压力”、“地基反力系数”、“侧向土压系数”、“刚度调整系数”、“弯矩增一３９—第五章程序的界面处理图５－５管片尺寸及地层参数窗口大系数”、“混凝土的弹模”、“钢筋的弹模”、“内力计算角度增量”、“钢筋允许拉应力”、“钢筋允许压应力”、“混凝土允许压应力”。
地下铁道-地铁教程ppt第6讲
①衬砌的基本结构类型——复合式衬砌 由初期支护、防水隔离层和二次衬砌所组成。
②衬砌结构的变化方案 单层的喷锚支护 单层整体现浇混凝土衬砌或装配式衬砌 矿山法可用来修建折返段等特殊地段的隧道。
3．盾构法修建的隧道衬砌结构
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。 ⑴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。
每节沉管的长度依据所在水域的地形、地质、 航运、航道、施工方法等方面的要求确定，一 般为60~140m，多数在100m左右，最长的已达 到268m。 断面尺寸根据使用要求、与其它交通结构合建 要求、埋深、地质条件、施工方法等确定。 管段结构构造除受力要求外，还应考虑管段浮 运、沉放、波浪力、基础形式及地基性质的影 响。 ⑵顶进法施工的区间隧道结构
4000
550 300 300 4400
300
400
4000
300
2200
400
550 450 4100
特点：整体性好，防水性能好，但施工工序较 多，速度较慢。 ②预制装配式衬砌
4000
250 250
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2Hale Waihona Puke 0500300 4000 550 300
150
2200
4100
特点：整体性较差，对于有特殊要求(如防护、 抗震)的地段要慎重选用。
(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。
盾构法隧道结构
盾构机出土可采用一次出土、两次出土或多
次出土等方式。
同步注浆： 在盾构推进的过程中管片和土体之间会出现建 筑空隙，为了填充这些空隙，就要进行衬砌（管片）
壁后注浆。它是盾构推进施工中的一道重要工序。
注浆浆液应选择和易性好、泌水性小，且具有一定 稠度的浆液，进行及时、均匀、足量压注。
同步注浆的作用有： a、防止地表变形，减少隧道的沉降量 b、增加管片接缝的防水性能 c、改善衬砌的受力状况 d、有利于盾构推进纠偏，控制盾构的施 工轴线
座轨道面上涂抹牛油；为避免刀盘上的刀头损坏封 门密封装臵，在刀头和密封装臵上也要涂抹油脂。
c、洞口止水装置的安装。 因井壁洞口内径与盾构外径存在环形建筑空隙， 为了防止盾构出洞时土体从间隙处流失，洞圈内安装 由橡胶环状板、扇形合页板等组成的密封装置，作为 施工阶段临时防泥水措施。 d、在盾构机正式推进前应先布置后盾管片并进行 后座混凝土浇筑，以保证盾构机推进有足够的反力并 使其均匀推进。
时，即可拆除后盾支撑和后盾管片。
充分利用井内的空间，在井底形成一个井底 车场，通过搭建平台，铺设双轨等措施来提高水 平运输的能力，加快施工进度。
（2）、盾构100m试推进施工 盾构出洞后大约100m的推进范围为试推进施 工，在这段时间里，为了更好的掌握盾构的各类
参数，施工时应注意对推进参数、地面监测信息
管片防水： 对于盾构法施工，钢筋混凝土管片是主要的 受力、防水结构。设计所采用的管片防水包括自 防水和弹性防水胶条防水。 管片的自防水是通过高强度混凝土的抗渗性 来完成的。弹性防水胶条防水是通过在管片周边
粘贴防水橡胶条，当地下水渗入时，防水橡胶条
膨胀并在管片之间挤压密实来完成防水的。
1
聚合物砂浆 或密封胶
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4.2.2 荷载
1.荷载的种类 2.土压力 3.水压力 4.静荷载 5.地面超载 6.地基反作用力 7.内部荷载 8.施工时期的荷载 9地震荷载 10.其他荷载
4.2.3 衬砌材料 钢筋混凝土管片适用于初衬支护材料， 而现浇混凝土适合作为二次衬砌支护的材 料。对于没有现浇的内部衬砌支护，如果 外部管片衬砌支护需要的话，一次完成衬 砌也是允许的。 1.弹性模型 2.应力应变曲线
4.1.2 盾构设计程序包括的主要内容 （1）确定几何参数 （2）确定岩土参数 （3）选择危险断面 （4）确定TBM机的机械参数 （5）确定材料的属性 （6）设计荷载 （7）设计模型 （8）计算结果
4.1.3 盾构法设计常用名词及图示符号 （1）管片 （2）管片衬砌 （3）盾构中完成的管片衬砌 （4）扩大管片衬砌 （5）厚度 （6）宽度 （7）连接缝
第4章 盾构法隧道衬砌结构设计
目录
4.1 概述 4.2 盾构衬砌结构设计方法 设计实例
4.1 盾构法概述
盾构法开挖隧道通常适用于软土而 不适用于岩石中。相关衬砌参数，如材 料的尺寸和强度不仅取决于地层情况， 也取决于施工状况。实际应用中盾构法 衬砌设计需要许多施工经验和理论知识。
4.1.1 盾构法隧道衬砌设计流程 （1）遵守相关规划、规范或标准 （2）确定隧道的内部尺寸 （3）荷载类型的确定 （4）衬砌条件的确定 （5）计算内力 （6）安全性校核 （7）评估 （8）设计的批准
4.2 盾构衬砌结构设计方法
4.2.1 设计原则 1.应用范围 适用于软土中，如淤泥质土层和冲洪积 土层，由高强混凝土组成的管片衬砌及盾构 开挖隧道的二次衬砌，也适用于由盾构机开 挖的地下软岩隧道的管片衬砌。
2.设计原理 设计原理是为了检验盾构隧道衬砌的 安全性。在隧道衬砌报告中，都应该阐述设 计计算的必要性、设计概念的假设、设计寿 命、检查永久安全性等问题。来自
4.2.4 安全系数 4.2.5 管片结构设计计算 4.2.6 断面安全性检验 4.2.7 连接缝构造计算 4.2.8 衬砌安全性校核 4.2.9 管片构造 4.2.10 管片的生产 4.2.11 二次衬砌