盾构法隧道结构
盾构法隧道结构(1)
2．砌块
一般适用于含水量较少的稳定地层内。由于隧道衬砌的分块 要求，使由砌块拼成的圆环（超过三块以上）成为一个不 稳定的多铰圆形结构。衬砌h结构在通过变形后（变形25量必 须予限制）地层介质对衬砌环的约束使圆环得以稳定。
衬砌的分类及其比较
（三）按形成方式分类 分为装配式衬砌和挤压混凝土衬砌。 目前我国广泛使用的是钢筋混凝土管片或砌块。
• 容纳各种专门的挖土设备。 • 支承环：承受荷重的核心部分，刚性较好的圆环
结构。 • 水平隔板和竖直隔板：增加盾构刚度 ，水平承受
拉力，竖直承受压力。 • 盾尾：掩护工人在其内部安装衬砌。
h
12
2）推进系统
• 由盾构千斤顶和液压设备组成 ，上下左右 活塞杆伸出长度不同达到纠偏目的。
• 盾构千斤顶一般是沿支承环圆周均匀分布 的；
所必须特殊考虑的荷载。
h
39
表10-2（a） 荷载的分类 1. 地层压力
2. 水压力
基本荷载 3. 自重
4. 上覆荷载的影响
5. 地基抗力
附加荷载
6. 内部荷载 7. 施工荷载
8. 地震的影响
9.h平行配置隧道的影响 40
表10-2（a） 荷载的分类
盾构隧道施工技术
施工监测
详细介绍了盾构隧道施工的各个阶段，包括工作井施 工、盾构机组装与调试、始发掘进、接收井施工等， 以及各阶段的关键技术要点和注意事项。
广州地铁某标段盾构隧道施工案例分析
概述
盾构机选型
施工工艺
施工监测
广州地铁某标段盾构隧道施 工案例，主要介绍了该工程 的基本情况、施工环境、盾 构机选型、施工工艺、施工
在处理过程中，还需要注意对 泥水性质的监测和控制，以防 止泥水对盾构机造成损害。
盾构机姿态控制技术
盾构机姿态控制是保证隧道施工质量 的关键技术之一，它涉及到对盾构机 姿态的监测和调整。
姿态控制技术还包括对盾构机推进力 的控制，以保持盾构机的稳定推进。
在盾构机推进过程中，需要实时监测 盾构机的位置和姿态，并根据实际情 况进行调整，以确保隧道轴线的准确 性和稳定性。
进行了分析和评估。
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施工工艺
详细介绍了盾构隧道施工的各个阶段，包括工作井施工、 盾构机组装与调试、始发掘进、接收井施工等，以及各阶 段的关键技术要点和注意事项。
施工监测
为了保证施工安全和质量，采用了多种监测手段对盾构隧 道施工过程进行实时监测和数据采集，并对监测结果进行 了分析和评估。
上海地铁某标段盾构隧道施工案例分析
在盾构机推进过程中，需要实时监测土层压力，并根据实际情况调整土压力，以防 止土层塌陷或超挖。
土压力控制技术还包括对盾构机出土量的控制，以保持土层压力的平衡，防止盾构 机前方土体发生过大变形。
泥水处理技术
盾构机在挖掘过程中会产生大 量的泥水，需要进行处理以避 免泥水对隧道施工造成影响。
泥水处理技术包括对泥水的分 离、浓缩、运输和排放等环节 的处理，以确保泥水能够得到 有效的处理和利用。
地铁盾构法隧道结构修复加固技术规程
地铁盾构法隧道结构修复加固技术规程一、前言随着城市的不断发展和建设，地铁交通成为了城市中主要的交通方式之一。
盾构法隧道是地铁建设中常用的一种隧道结构，其稳定性和安全性对地铁运营有着重要的影响。
然而，隧道结构在长期使用过程中，可能会因为多种原因出现损坏和破损，因此需要进行修复和加固。
本技术规程旨在对地铁盾构法隧道结构的修复加固技术进行规范和指导，以确保隧道结构的稳定性和安全性。
二、隧道结构损坏类型及原因分析1.隧道结构损坏类型隧道结构损坏主要包括：裂缝、渗漏、沉陷、混凝土破损等。
2.损坏原因分析(1)地铁盾构法隧道结构常受到地下水渗透和地震等自然因素的影响，使得隧道结构出现渗漏和裂缝。
(2)地铁盾构法隧道结构在使用过程中会受到车辆振动和地基沉陷等因素影响，导致结构沉陷和混凝土破损。
三、修复加固技术方法1.渗漏修复渗漏修复主要包括：封堵漏水孔、防水涂料覆盖、加装防水层等。
2.裂缝修复裂缝修复主要包括：注浆灌浆、抹灰填缝、封堵缝隙等。
3.沉陷修复沉陷修复主要包括：补充支撑、加固地基、加固结构等。
4.混凝土破损修复混凝土破损修复主要包括：混凝土修补、加固钢筋、喷涂保护层等。
四、地铁盾构法隧道结构修复加固技术规程1.施工前的准备工作(1)确定施工范围和施工方案。
(2)对施工区域进行检查和清理，清除障碍物和杂物。
(3)对施工人员进行安全培训和技术指导。
2.施工过程控制(1)施工中应按照设计要求进行操作，确保施工质量。
(2)施工过程中要定期检查，及时发现和处理施工中出现的问题。
(3)施工过程中要严格遵守安全操作规程，确保施工人员的安全。
3.施工后的验收工作(1)施工结束后需要对修复和加固工程进行验收，确保修复加固符合设计要求。
(2)验收通过后，需要对施工现场进行清理和整理，保持施工环境的整洁。
五、总结地铁盾构法隧道结构的修复加固技术对于地铁运营的安全性和稳定性至关重要。
本技术规程对隧道结构的损坏类型及原因进行了分析，并结合渗漏、裂缝、沉陷和混凝土破损修复方法进行了详细介绍。
盾构法隧道衬砌结构设计(设计)(内容详实)
课件类
5
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
6
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
课件类
64
不考虑自重对地基的反作用力：
pe2 pe1 pw1 pw2 pe1 D w
课件类
65
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
7
课件类
8
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
45
(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。
概述盾构法隧道内部结构施工
概述盾构法隧道内部结构施工1、盾构法隧道线形控制下掘进过程中，铰接千斤顶形成较大，推进千斤顶分区控制，以确保盾构姿态。
在小曲率段，自動导向系统的激光站每次移站的距离短，移站频率高，否则盾构机自动导向系统无法反映盾构机的真是姿态。
但移站频率高、吊篮不及时复测，会对自动导向精度造成一定影响，因此需增加人工复测频率。
为确保盾尾密封效果、管片质量，减小对地层的扰动，盾构机纠偏原则：每环的纠偏幅度不应太大，当水平、垂直都需要纠偏时：一个方向纠完，再纠另外一个方向，宜先稳住垂直姿态，再水平纠偏；同时纠偏效果不理想。
盾构机在全、强风化凝灰熔岩地层中施工小曲率隧道，保证速度的稳定性，也可以比较容易控制纠偏的尺度，太快或太慢都不利于模拟机盾构机纠偏。
2、盾构法隧道施工管片保护隧道姿态不理想时，利用管片吊装孔，同步注水泥水玻璃速凝浆液。
另外，考虑到曲线=超挖，浆液注入量也需要适当增加。
在软弱地层中，由于围岩自稳性差，应力释放快，塑性变形大，这一环形空间在管片脱出盾尾后，拱顶围岩极有可能发生变形或拱顶围岩下沉，减小了围岩与管片之间的间隙，同时建压掘进和及时地同步注浆使此间隙能得到有效填充，有利于管片快速稳定。
在盾构掘进施工中，盾构通常保持微微抬头姿势掘进，一般底部油缸推力较大，此推力会在设计轴线法线上产生一个向上的分力，特别是下坡段时，底部推进力增大，分力随之增大，这个分力加剧了管片的上浮，特别是在同步注浆浆液没有完全提供约束力的情况下。
由于双液浆在同步注浆管过程中易堵管，可选择在管片注浆孔进行注浆，即管片脱出盾尾后采用人工对管片进行注浆。
但通过吊装孔注双液浆往往要停止掘进，为减小注浆对施工进度的影响，可根据管片脱出盾尾后管片间相对上浮量不超过限界要求的前提下，选择隔环注双液浆的方式减小管片悬臂距离，同时优化同步浆液配合比。
一方面可有效封堵后部来水，减小同步注浆浆液前窜机率；二是有效填充管片壁后建筑间隙以达到防止管片上浮和稳定管片的目的。
盾构法隧道结构
B. 裂缝验算
根据《混凝土结构设计规范》规定了三种级别的裂缝验算标准： 严格要求不出现裂缝： ck pc 0
一般要求不出现裂缝： ck pc ftk
： 允许出现裂缝 max lim
盾构构件处于地下水的环境中，不允许出现裂缝，一般采用一或二级验算
标准。ftk 为混凝土轴心受拉强度标准值， pc 扣除全部预应力损失后抗裂验
施工阶段
1千斤顶推力
盾构千斤顶施加在环缝面上，特别是千斤顶顶力存在偏心状态 时，极易使管片开裂和顶碎。
衬砌环受力 P / K
F
2 壁后注浆压力
在向盾尾管片与围岩间隙注浆时，注浆压力在管片注浆孔周边 将形成一个临时作用的偏心荷载，在此荷载作用下容易使管片 发生变形甚至破坏。 施工时的注浆压力一般为0.1～0.3MPa。
断面内力系数表
荷重
截面 位置
M（α）
内力
N（α）
P
自重 0 ~ gRH2 1 0.5cos sina gRH sin 0.5cos
G
上荷
0~ 2
qRH2 0.193 0.106cos 0.5sin2
qRH sin2 0.106cos
第6章 盾构法隧道结构
衬砌形式和构造 衬砌圆环内力计算 盾构法隧道衬砌的结构设计 隧道防水及其综合处理 算例
盾 构 机
矩 形 盾 构 机
盾 构 进 洞
盾构衬砌
6.1 衬砌形式和构造
衬砌断面形式和构造
盾构隧道横断面一般由圆形、矩形、半圆形、马蹄形等，衬 砌最常用的断面形式为圆形与矩形。
错缝拼装弯矩传递及分配示意图
课堂练习题
第9章-盾构隧道结构
1986～1988年 复圆、多圆 断面盾构MF
1865年 圆形 挤压式盾构
1976年 铰接式盾构
1993年 球体盾构、 扩径盾构
3、盾构隧道的发展
国内盾构隧道走过的历程
上杨
海浦
上路 海南
地线 铁
延线
上一 海号
安 东
隧 道
双圆盾构
2003年
上路
地线 铁
1994年 泥水平衡式盾构
阜盾
海隧
新构
打道
Φ输
水
1、 隧道断面形式的选择，根据隧道的使用要求、施工技术 的可能、地层的特性、隧道受力等因素确定。
最常用的盾构隧道断面为圆形： (1)可以等同的承受各个方向
的外部压力，尤其是在饱和含水 的软土地层中修建地下隧道，由 于顶压和侧压较为接近，更可以 显示出圆形隧道断面的优越性；
(2)施工中易于盾构推进； (3)便于管片的制作与拼装； (4)盾构即使发生转动，对断 面的利用也无大碍。
1886年，Great在南伦敦铁路隧道中使用了盾构和压气组合 工法，为现在的盾构工法奠定了基础。
9
3、盾构隧道的发展
1825年 盾构机首次使用
1830年 使用气压的 半机械式盾构
1840年 能够壁后注浆的
机械式盾构
1966年 泥水加压盾构
1974年 土压平衡盾构EPB
1981年 压注混凝土 衬砌工法ECL
盾构法隧道有哪些优点呢？
（1）在盾构支护下进行地下工程暗挖施工，不受地 面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等条件的 影响，能较经济合理地保证隧道安全施工；
（2）在盾 构的掩护下 进行开挖和 衬砌作业， 有足够的施 工安全性；
（3）盾构作业产生的 振动、噪声等环境危害 较小; 对地面建筑物及 地下管线的影响较小
8、盾构法
8.1.2 盾构法的发展历史
最早是在1818年由英国工程师布鲁诺尔(M.I , Brunel)发明的， 他是从船的木板中，有一种蛀虫钻出孔道，并用它分泌的 粘液加固洞穴得到启发而研制出的，并于1825年开始用一 个宽11.58m、高6.7m的矩形盾构，在英国伦教的泰晤出河 下面修建世界第一条水底隧道。施工中遇到泥水涌入隧道 的极大困难，两次被淹，直至1835年对后构作了改良.用压 气辅助施工，才于1843年完工。隧道全长458m。
顶部垂直向下水压力底部垂直向上压力侧向水平水压力水压力的叠加衬砌自重0214610匀布底部竖向力平均后的拱被压力抵消后的平均水压力平均后的竖向土压力平均后的自重压力2施工阶段临时荷载自重引起的临时荷载临时荷载随盾构推进所产生一般来自千斤顶顶力和壁后注浆压力
8 盾构法隧道结构
主讲人：饶平平
8.1 概述
水压力: 顶部垂直向下水压力 底部垂直向上压力 侧向水平水压力
qw ' w H H (104 N )
qw'' w ( H 2RH ) H 2RH (104 N )
qw w [H (1 cos ) RH ](104 N )
水压力的叠加
衬砌自重
该盾构机对于途中存在障碍物、断面形状特殊及短距离等情 形均较适合。与封闭式盾构相比，价格便宜20～40%。上图示出是 掘进距离70m，有障碍物的人工式盾构工程的施工示意图。
手掘式盾构机
2.按掘削面的挡土形式分类
按掘削面的挡土形式，盾构可分为开放式、 部分开放式、封闭式三种。 ① 开放式：即掘削面敞开，并可直接看 到掘削面的掘削方式。 ② 部分开放式：即掘削面不完全敞开， 而是部分敞开的掘削方式。 ③ 封闭式：即掘削面封闭不能直接看到 掘削面，而是靠各种装置间接地掌握掘削面的 方式。
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装配式钢筋混凝土管片
环宽
• 一般在300~2000mm之间，常用的是750~900mm。 • 环宽过小导致接缝数量的增加进而加大隧道防水的困
难。 • 环宽过大会使盾尾长度增长而影响盾构的灵敏度。
隧道外径与管片环宽锥度的经验值
隧道外径（m）
D外<3
3<D外<6
D外>6
锥度（mm）
15~30
20~40
30~50
厚度
• 直径为6.0m以下的隧道，管片厚度约为250~350mm • 直径为6.0m以上的隧道，管片厚度约为350~600mm。
装配式钢筋混凝土管片
分块
单线地下铁道衬砌一 般分成6~8块，双线的 分为8~10块，小断面 分为4~6块。
拼装形式
• 圆环的拼装形式：通缝、错缝。 • 错缝拼装，加强圆环接缝刚度，约束接缝变形。
1
e
xp
h B0
tan
q exp
h B0
tan
B1 RH [cos( / 4 / 2) sin( / 4 / 2) tan( / 4 / 2) tan( / 4 / 2)]
4 地面超载
一般取 20kN / m2
• 由车辆限界外增加适量安全间隙来求得，一般为 150~200mm。
圆形隧道断面的优点与组成
• 受力性能合理 • 易于盾构推进 • 便于管片的制作、拼装
衬砌的类型
按材料及形式分类 a. 装配式钢筋混凝土管片
• 箱型管片——用于较大直径的隧道。
• 平板形管片——用于较小直径的隧道
b. 铸铁管片
• 弯螺栓能较少的影响管片的纵向承受能力，但其对抵抗圆环 横向内力的结构效能差，且加工麻烦。
铰接头
作为多铰环的环向接头，一般为转向接头结构。几乎不产生弯曲， 轴向压力占主导地位，在良好地基条件下是一种合理的结构。
销插入型接头接头
也可做环向接头来使用，但主要作为纵向接头使用。 在结构上的作用是加强了构件的链接，防止接头两边相对错动， 承担接头上的剪力。
5 侧向均匀主动土压
p1
q
tan45
2
2c
tan45
2
6 侧向三角形主动土压
p2
2 RH
tan 2 45
2
7 侧向土壤抗力
pk k y(kN / m2 )
y
2q
24
p1
EI
p2 qRH4
管片接头类型
• 管片间的接头分两类：纵向接头、环向接头
• 从力学性质看可分为：柔性接头、刚性接头
螺栓接头
利用螺栓将接头板紧固起来，将管片环组装起来的抗拉连接结构。
弯螺栓连接形式
直螺栓连接形式
• 直螺栓受力性能好、效果显著、加工简单、但扩大了螺栓手 孔尺寸，影响了管片承受盾构千斤顶顶力的承载能力。
第6章 盾构法隧道结构
衬砌形式和构造 衬砌圆环内力计算 盾构法隧道衬砌的结构设计 隧道防水及其综合处理 算例
盾 构 机
矩 形 盾 构 机
盾 构 进 洞
盾构衬砌
6.1 衬砌形式和构造
衬砌断面形式和构造
盾构隧道横断面一般由圆形、矩形、半圆形、马蹄形等，衬 砌最常用的断面形式为圆形与矩形。
8 拱底反力压
水土分算时不用 考虑
PR
q g
0.2146RH
2
RH
w
9 水压力 （1）水土分算
①按静水压力计算
pw1 Dw w pw2 RH (1 cos)
荷载计算
• 荷载的类型 • 荷载的计本惯用修正法修正
荷载的类型
• 基本荷载是设计时必 须考虑的荷载。
• 附加荷载是施工中或 竣工后作用的荷载， 根据隧道的使用目的， 施工条件以及周围环 境进行考虑的荷载。
• 特殊荷载是根据围岩 条件、隧道的使用条 件所必须特殊考虑的 荷载。
2 拱背土压
G
2
1
4
RH2
0.43RH2
3 竖向土压
• 软粘土中按h计算较为合适。
n
q i hi i 1
• 在砂土等抗剪强度较 大的地层内，且隧道埋 深超过隧道衬砌的外径 时，按“松动高度”理 论进行进算。
p
B0 c /
tan
B0
内部使用限界的确定
a. 车辆限界
• 车辆限界是指在平、直线路上运行中的车辆，可能达到的 最大运动包迹线。
• 确定车辆限界的各个控制点，要考虑车辆外轮廓横断面的 尺寸以及制造上的公差，车轮和钢轨之间及在支承中的机 械间隙、车体横向摆动和在弹簧上颤动倾斜等。
b. 建筑限界
• 建筑限界是决定隧道内轮廓尺寸的依据，是在车辆限界以 外一个形状类似的轮廓。
国外在饱和含水不稳定地层中修建隧道时多采用铸铁管片。 不宜用做承受冲击荷载的隧道衬砌结构。
c. 钢管片
重量轻，强度高，但刚度小，耐锈蚀性差，需进行机械 加工以满足防水要求，金属消耗量大，成本昂贵。
d. 复合管片
外壳采用钢板制成，在钢壳内浇筑钢筋混凝土。重量轻； 刚度大，金属消耗量小；耐蚀性差，加工复杂。
楔形接头
环向和纵向接头都可使用的结构，利用楔作用将管片拉合紧固的 接头。
榫接头
主要作为纵向接头使用的结构。接头部分设有凹凸，通过凹凸部 位的啮合作用进行的力传递。
分配带 传送带
开挖面端 .塑料预埋栓
接头螺栓孔
榫接部
.榫接部
分配带
接头螺栓 隧道口端
轴向接头面
塑料预埋栓
接头螺栓 周向接头面
6.2 衬砌圆环内力计算
0.045kRH4
一般取 0.25 ~ 0.8
土的种类
固结密实黏性土 极坚实砂质土
密实砂质土 硬黏性土
地层基床系数值
k（kN/m³）
土的种类
30000~50000 10000~30000
中等黏性土 松散砂质土 软弱黏性土 非常软黏性土
k（kN/m³）
5000~10000 0~10000 0~5000 0
基本荷载 附加荷载 特殊荷载
荷载分类
1. 地层压力 2. 水压力 3. 自重 4. 上覆荷载的影响 5. 地基抗力
1. 内部荷载 2. 施工荷载 3. 地震的影响
1. 平行配置隧道的影响 2. 接近施工的影响 3. 其他
基本使用阶段
荷载简图
1 自重
g h
一般采用： h 25kN / m3