超大直径隧道设计
上软下硬地层超大直径泥水盾构掘进关键技术
上软下硬地层超大直径泥水盾构掘进关键技术摘要：改革后，在我国社会高速发展的影响下，带动了我国各行业领域的进步。
近年来，在人们生活水平的提升下，对建筑行业的要求不断提高。
目前，超大直径泥水盾构机在上软下硬岩地层长距离掘进时，容易出现开挖面失稳、掘进参数突变、姿态不易控制、刀具异常损坏、泥水环流易滞排等现象。
以汕头海湾隧道项目为依托，通过研究超大直径泥水盾构机穿越上软下硬地层的施工技术，从盾构机选型、施工方案选择、掘进管理与控制、掘进参数控制、掘进姿态控制等方面提出了具体的控制措施和注意事项。
关键词：超大直径泥水盾构；上软下硬；掘进参数引言近年来盾构施工技术发展迅速，盾构隧道施工已经成为一种成熟的施工方法，上软下硬地层施工的工程也日益增加，然而在这种地层下的施工会面对各种难点。
因此，针对该类施工工程的施工技术和策略研究十分重要。
研究泥岩和砂卵石相交地层分析的掘进参数，依据地质条件确定了合理的掘进参数范围。
研究上软下硬地层中盾构施工主要掘进参数的分布情况，总结出各个掘进参数的分布模型。
分析了在上软下硬地层中新建隧道对已有隧道的影响，总结了已有隧道沉降和变形特点。
刀具磨损、掘进参数及舱内状况等方面研究了盾构施工管理。
从刀具管理、掘进参数及冲刷系统等方面进行分析，提供盾构施工过程中的掘进管理建议。
研究了上软下硬富水砂层掘进过程中的注浆控制，采用了洞内超前注浆加固施工技术，保证施工安全。
目前，在上软下硬地层施工技术方面已经有很多专家学者进行研究，但缺少对上软下硬地层掘进参数的分析研究。
本文基于和燕路过江通道某区间盾构隧道工程，分析盾构施工技术的主要难点，探究掘进过程中掘进参数的变化情况，总结出解决主要施工难点的控制策略。
1上软下硬地层特点及施工难点根据地层组合的形式，上软下硬地层大体上可以划分为三种类型。
一是第四系土层的上软下硬。
这种组合的特点是上部地层的标贯级数很低，含水量高，颗粒粒径小，下部地层反之。
二是岩石地层的上软下硬。
盾构技术总结摘要范文
随着城市化进程的加快和基础设施建设的不断深化，盾构技术在隧道工程中的应用日益广泛。
盾构法施工以其高效、环保、安全等优势，成为地下空间开发的重要手段。
以下是对盾构技术发展历程、关键技术、应用现状及未来展望的总结摘要。
一、盾构技术发展历程盾构技术起源于19世纪末，历经百余年的发展，从最初的单一模式逐步演变为多种类型，如土压平衡盾构、泥水盾构、双模式盾构等。
近年来，随着我国基础设施建设的快速发展，盾构技术取得了显著进步，尤其在超大直径盾构、长距离隧道、复杂地质条件下的施工等方面取得了重要突破。
二、盾构关键技术1. 盾构设备设计：盾构设备是盾构法施工的核心，包括盾构机本体、刀盘、推进系统、驱动系统、导向系统等。
随着技术的不断进步，盾构设备的设计更加注重高效、节能、环保和智能化。
2. 地质勘察与隧道设计：地质勘察是盾构施工的前提，通过地质勘察可以了解隧道所处的地质条件，为隧道设计提供依据。
隧道设计主要包括隧道断面设计、支护结构设计、防水设计等。
3. 盾构施工技术：盾构施工技术主要包括盾构掘进、隧道衬砌、同步注浆、地下连续墙施工等。
其中，盾构掘进技术是盾构施工的关键环节，包括掘进参数控制、掘进速度控制、盾构姿态控制等。
4. 盾构施工信息化技术：随着信息化技术的快速发展，盾构施工信息化技术也得到了广泛应用，如盾构机远程监控、地质实时探测、施工数据管理等。
三、盾构技术应用现状盾构技术在隧道工程中的应用已遍布全球，尤其在地铁、市政、公路、铁路等领域取得了显著成果。
我国盾构技术已达到国际先进水平，在超大直径盾构、长距离隧道、复杂地质条件下的施工等方面具有明显优势。
四、盾构技术未来展望1. 超大直径盾构技术：随着城市化进程的加快，超大直径盾构技术在隧道工程中的应用将更加广泛。
未来，超大直径盾构技术将朝着更高效、更智能、更环保的方向发展。
2. 长距离隧道施工技术：长距离隧道施工技术是盾构技术发展的一个重要方向。
未来，长距离隧道施工技术将注重提高施工效率、降低施工成本、确保施工安全。
超大直径土压平衡盾构穿越铁路沉降分析
考虑空间效应 ， 组织合理 的施工方案和施工监 测布置。
分析 ［ Ｊ ］ ． 铁道建筑 ， ２ ０ １ １ ， （ １ Ｏ ） ： ７ ２ — ７ ４ ． ［ ７ ］ 赵记辉 ， 王沛 ， 谢 玉杰 ．数值 模拟在 基坑 开挖过 程 中的应用 ［ Ｊ ］ ． 山西建筑 ， ２ ０ ０ ６ ， ３ ２ （ １ ７ ） ： ９ ４— ９ ５ ．
报， ２ ０ ０ ３ ， ２ ５（ ３ ） ： ２ ５ ８— ２ ６ ３ ．
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（ ３ ） 针 对 长 条形基 坑 ， 存 在 明显 的 空 间效 应 。 越靠 近地 连墙 长边 中部位置 ， 基坑 开挖受基 坑空 间作 用程度越低 ， 产生的水平位移越 大 ； 距墙 角距离越 近 ， 受基 坑空间作用程度越高 ， 产生的水平 位移越 小 ， 基坑
参考文献
ｆ １ １ 徐 至均 。 赵 锡 宏 ．逆 作 法设 计 与 施 工 ｆ Ｍ］ ． 北 京 ：机 械 工 、 ｌ 出
过设置 注浆孑 Ｌ 进行压力注浆 ， 成功控制 了工后地面沉 降。
【 关键词 】 超大直径 ； 土压平衡盾构 ； 穿越施 工 ； 铁路 ； 沉降控制
【 中图分类号 】 Ｔ Ｕ ７ ５ ３ ． ７
０ 引言
【 文献标识码 】 Ｂ
【 文章编号 】 １ ０ ０ １ — ６ ８ ６ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ７ — ０ １ ２ ４— ０ ４
高地震烈度下超大直径海底盾构隧道地震响应分析
２ １ 年 第 ３期 （ 第 ７ ０１ 总 ５期）
高地 震 烈 度 下超 大 直 径 海 底 盾 构 隧 道 地震 响 应 分 析
刘 继 国 郭 小红 程 勇
（ 中交第二公路勘察设计 研究 院有限公 司 武汉 ４ ０５ ） ３ ０ ６
摘 要
运用 Ｆ Ａ ｍ软件采用动力有限元法对高地震烈度下超大直径海底隧道地震响应进行分析。通过分析 ＬＣ
（ 直径 在 １ ｍ 以上 ） 构隧 道 的地震 响应 进行 研 究 。 ４ 盾 目前 ， 下 隧道 结 构抗 震 问题 的研 究方 法 主 要 地 有 ＿ ： 型观 测 ， １原 Ｊ 实验 研究 以及理 论 分 析 。原 型 观 测 就 是通 过 实测 地下 隧道 结构 在地 震 时 的动力 特性 来 了解其 地震 响 应特 点 。它 主要包 括震 害调 查 和现 场 试 验 两大类 。震害 调查 很难 对地 震 过程 中 的动力 响 应 进行 量测 ， 无法 控 制 地 震 波 的输 入 机 制 和 边 界 也 条 件 ， 无法 主动地 改 变 各 种 因素 以对 某 一 现 象进 更
波动 理论 和有 限元 方 法 。地 下 隧道 结 构 的震 害 、 动
力 反应 及 结 构 自身 （ 向尺 寸远 大 于横 向尺 寸 ） 纵 特点
图 １ 隧道横 断面 图
・
１ ・
公路 隧道
２１ ０ １年 第 ３ （ 期 总第 ７ ５期 ）
隧道 最 大 覆 土 厚 度 为 ２ ｍ， 小 覆 土 厚 度 为 ７ 最
２ 工 程 概 况
拟建 的海底 隧道 为 三 车 道 高 等级 公 路 隧道 ， 位 于汕 头市 海湾 大桥 和 磐 石 大 桥 之 间 ， 点 接 天 山南 起 路 ， 越汕 头市 内海 湾 ， 点 接 安 海路 ， 程 附 近水 跨 终 工
2021年度河北省科技进步奖提名项目公示内容2
2021年度河北省科技进步奖提名项目公示内容项目名称：复杂环境大直径泥水盾构关键技术研究与应用提名单位：廊坊市科技局项目简介：交通强国战略的实施极大激发了国内大直径盾构隧道工程建设需求，但适用于复合地层的大直径泥水盾构装备核心技术长期受制于国外。
复杂环境大直径泥水盾构广泛存在地质复杂掘进难、地表沉降控制难、施工环保要求高、智能化水平低等技术难题。
项目依托国家铁路总公司重大专项、中铁隧道局集团科技创新计划等课题，以北京地下直径线、北京望京隧道及汕头海湾隧道工程为背景，针对北京铁路直径线穿越宣武门大街、望京隧道穿越300多栋无基础民房、机场高速、北京机场快轨及汕头海湾隧道穿越大量花岗岩孤石和主航道下三段浅覆土基岩突起（土岩强度差达200MPa）等工程重难点，围绕“新装备核心技术研发、掘进沉降精细控制、安全高效零污染绿色建造”总体目标，产学研用相结合，开展复杂环境大直径（15m级）泥水盾构装备系统研发和施工关键技术攻关，取得了一系列重大研究成果，取得主要创新成果如下：（1）突破高水压极软极硬地层超大直径（15米）盾构装备系统关键技术。
发明了滚刀常压换刀装置、建立了极软极硬地层平衡多元需求的常压刀盘刀具设计方法；研发了高水压大直径主轴承密封压力随动自适应控制技术、极软极硬地层推进油缸负载均衡同步精准控制技术；发明了刀具磨损检测装置，构建了盾构刀盘刀具状态感知运维系统；解决了高水压装备密封和滚刀常压更换国际难题。
（2）创新了复杂环境大直径泥水盾构精细施工控制技术。
揭示了复杂环境典型地层开挖面扰动失稳机理，优化了基于地层损失率最大拟合度的地层沉降域解析模型；揭示了极软极硬地层滚刀破岩载荷在刀盘转速与贯入度耦合作用下的非线性变化规律，形成了“低转速、低贯入、扭矩红线控制”掘进参数优化选取技术；创新了复杂地层“内外联动、自动监测、跟踪注浆、动态控制”的沉降精细控制技术；创新了一种盾构掘进参数统计过程控制（SPC）和自动滑窗模型融合的自动识别技术，建立了盾构掘进参数异常分级预警及信息实时反馈系统，实现了复杂地层突变载荷超大直径盾构可靠掘进，高风险区地表沉降0.68mm。
大断面隧道设计施工技术
施工通风与照明
通风设计
大断面隧道施工时，应注重通风设计，确保隧道内空气流通，降低有害气体和粉 尘浓度，保障施工安全和作业人员的健康。
照明设计
隧道内应设置足够的照明设施，保证隧道内光线充足，提高施工效率，同时为作 业人员提供良好的工作环境。
施工安全与环境保护
安全防护措施
施工过程中应采取必要的安全防护措 施，如设置安全网、安装安全警示标 志等，以降低施工安全风险。
隧道断面尺寸设计
根据交通流量和车辆 类型确定隧道断面尺 寸。
考虑通风和照明需求， 确定隧道内壁距离。
考虑结构安全和施工 可行性，确定隧道净 空高度和宽度。
隧道结构设计
01
选择合适的衬砌厚度和 材料。
02
确定隧道支护结构形式 和材料。
03
考虑地质条件和施工方 法，进行结构稳定性分 析。
04
大断面隧道施工关键技 术
施工测量技术
施工测量的内容
控制测量、施工放样、竣工测量等。
施工测量的技术要求
高精度、高效率、自动化。
施工测量的方法
全站仪、GPS、三维激光扫描等。
施工过程中的变形监测
01
02
03
变形监测的内容
隧道围岩变形、支护结构 变形、地面沉降等。
变形监测的频率
根据施工阶段和监测数据 变化情况确定。
变形监测的预警值
根据工程经验和规范设定， 一旦达到预警值，立即采 取措施。
04
大断面隧道施工中的技术问 题与对策
施工排水与防水
施工排水
在隧道施工过程中，应合理设计排水系统，确保隧道内积水 能够及时排出，防止积水对隧道施工和结构造成影响。
防水设计
隧道结构应采取有效的防水措施，如设置防水层、采用防水 混凝土等，以防止水渗漏对隧道结构和运营造成影响。
南京纬三路盾构隧道建设关键技术(技术篇)
南京纬三路过江通道位于长江大桥上游5km，连接江北新区和主城区，自北起于浦珠路与定向河交叉点，终于江南扬子江大道和定淮门大街，采用双层双管、X型8车道盾构方案：l北线（N线）隧道总长度4.960km，盾构段长度3.557m；l南线（S线）隧道总长度5.330km，盾构段长度4.135km。
南京纬三路过江通道工程平面图l建设内容：本项目工程主要由浦口接线道路、收费广场、隧道段(包括浦口明挖段、盾构段、定淮门大街明挖段、扬子江大道明挖段)、江南接线道路、管理中心、收费站（已取消）组成。
l建设工期：工期计划四年，2010年12月8日正式开工建设，受复合地层盾构掘进难度大导致工期滞后影响，计划于2015年12月31日建成通车。
2地质条件：隧道过江段设计为盾构隧道，盾构隧道大部分处于粉细砂、砂卵石地层中，局部位于淤泥质粉质粘土中，部分地段穿越软硬不均地层。
盾构隧道穿越基岩的最大单轴抗压强度为128MPa,基岩石英含量高达65%。
l北线隧道岩层段长度约510m，岩层最大厚度约7.79m；l南线隧道岩层段长度约600m，岩层最大厚度约8.33m。
大、高、薄、长l大：盾构管片外径14.5m、内径13.3m，属超大直径盾构隧道；45大、高、薄、长l 高：管片防水设计水压达0.72MPa ；岩层硬度最高达128Mpa ，石英含量高达65%；0.72MPa大、高、薄、长l薄：江底隧道覆土厚度小，北线隧道局部覆土厚度只有0.6D ；MIN:0.6盾构直径N线隧道工程地质纵断面图6大、高、薄、长l长：盾构一次掘进距离长达4135m（S线），隧道长距离穿越高石英含量的砂卵石层及复合地层，并可能存在不明障碍物。
S 线隧道工程地质纵断面图7江北段工程南京纬三路过江通道工程使用的2台气垫式泥水平衡复合盾构是由中交天和机械设备制造有限公司针对纬三路过江通道工程地质条件专门设计。
中交天和机械设备制造有限公司通过集成创新，成功研制了中国首台套超大型泥水气压平衡复合式隧道掘进机，解决了复合地层、超大断面、长距离掘进、施工水压高等条件下施工作业的难题。
大直径盾构隧道施工工作结构分解实证研究
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
４ ． １围护结构
１ ） 地下连续墙： 首先， 沿槽段采用现浇钢筋混凝土 结构构
接下来 ， 待 导墙 混凝土 达到设 计强度后 ， 再采 用泥 浆 内容 的分解 ， 在此基础之 上再进行 资源的分配、 进 度计划并估 筑导墙 。 护壁法进行１ ． ２ ｍ 地下连续墙成槽作业 ， 标准段墙 深为４ ４ ５ ｍ ， 计项 目的成本 。 ２ ｍ ， 单幅标准长 度 为５ ． ２ ５ ． ４ ｍ 。 最 后进行 冠梁 施 Ｗ Ｂ Ｓ 的创建过程 通常可 以用图１ 来表 示， 而其分解工作的方 加深段墙深 ５
超大直径盾构施工具有作业环境复杂、 点多面广、 工期紧、
施 工专业多、 交叉作业多、 参建队伍 多、 项 目利 益 近年来 ， 地铁 由于其运量大、 速度快、 低污染、 避免地面拥 质量 要求 高、 使得其Ｗ Ｂ Ｓ 具有与普通房建项 目不同的特点及 堵、 充分利用空间等优势 ， 成 为缓解 城市 日益增大 的交 通压力 相关者多等特点， 工作方法 。 此外， 盾 构施工 经常面临非常复杂 多变 的底层环 境 最为行之有 效的方法 。 而盾 构法施 工由于其 机械化程 度高、 施
因此 ， 本文应用Ｗ Ｂ Ｓ 的基本方 展实证研 究， 描 绘其 Ｗ Ｂ Ｓ ， 以辅助项 目管理者更好、 更有 效进行 收井 的建设合为工作井进行 讨论。 法， 以超大 直径盾 构隧道施工 过程为主线， 以物理 结构施工为 项 目管理及成本控制 。
２ ＷＢ Ｓ 的基本 方法
在项 目管理过程 中， 项 目规划和控制是非常重要 的一个环
邻；
ｙ ＝ ７ ， ｙ ． ． ， ． ） ， ， ｙ ， ∈ 。 ， 且ｄ （ Ｄ ， 利用Ｌ Ｌ Ｅ 降维主要步骤如下：
盾构机的研究现状及发展前景
盾构机类型 隧道直径φ （ｍ） 隧道名称
泥水
１４．１４
东京湾道路隧道
国家 日本
建成年限 １９９６ 年
口，影响盾构机的国产化进程。譬如，国内盾构关键 部件 —— 大轴承、驱动马达、液压阀件都是引进的
泥水
泥水 土压 泥水
１４．８０ １４．２０ １４．８０ １５．００ １５．２０
东京地铁 ７ 号线 日本 １９９６ 年
系统的安装、调试技术，所以国产盾构存在性能不稳
块、砖块、铁器管、铁器等） 时掘削困难。目前，直
定的现象［２，５ ，９］ 。
径为 ０．２ ｍ 的微型盾构机已在工程中得到应用。 近年超大断面盾构机应用情况见表 １。
表 １ 近年超大断面盾构机应用情况
３．３ 关键元配件生产技术
盾构机许多配套设备要求很高，但是国内盾构机 配套设备生产技术相对落后，许多关键设备还需要进
有：Ｈ ＆ Ｖ 盾构法、Ｍ Ｓ Ｄ 盾构法、Ｍ Ｍ Ｓ Ｔ 盾构法、局
部扩大盾构工法、气泡盾构工法、硅胶盾构工法、
Ｅ Ｃ Ｌ 盾构工法
等，适用于各种
盾构工法的盾构
机也相应开发使
用。
Ｈ＆Ｖ （Ｈｏｒｉ－
ｚｏｎｔａｌ ＆ Ｖｅｒｔｉｃａｌ
ｖａｒｉａｔｉｏｎ） 盾构
机。就是将几个
圆形断面单体盾
术的开发，但是与国外相比，我国现代盾构机的研制
数企业在生产研制过程中过分依赖于国外技术的吸
在适应性设计、系统集成技术和关键元配件的生产制
收、图纸的消化，缺乏必要的模型试验与系统仿真研
造等方面，存在着一定的差距。
究。在盾构机虚拟样机建立与动态仿真，盾构机施工
３．１ 适应性设计
英、德、日、法、美等国在长期的实践探索过程 中，形成了一套针对本国隧道地质条件的盾构设备设
抗倾覆稳定性
编辑：于璐
I
抗"覆稳％性
1
抗倾覆稳定性是指工程机械（如起重机等）在自重和外载荷作用下抵抗倾覆的能力。
］机抗倾覆稳定性的校核方法
保证起重机具有足够的抗倾覆稳定性,是起重机设计中最基本的要求之一。国内外对起重机抗倾覆 ］稳定性的校核主要有3种方法:力矩法、稳定系数法和按临界倾覆载荷标定额定起重量。
中
广泛的 用, 在 等
下用 方。
4
在城市高架桥桥下部结构设计时，为减少占用桥下空间、增加视野和桥形美观，桥墩往往采用独柱
承方式。这种形式的
力状态较复杂，对横向抗倾覆稳定 不利。
［独柱墩弯桥抗倾覆稳定性分析
］
现浇箱梁独柱墩弯桥具有整体性能好、抗扭刚度大及视觉通透、外形美观等优点。但结构的受力特
又决定 抗倾覆稳定性对 的 性能存在极影响。
北方建筑
第6卷
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起重机抗倾覆能力的判据，不能小于规定值。稳定系数有3种规定值:工作状态考虑 载荷的载重
4稳定系数1.15,工作状态不虑 的载重稳定系数1.4,自重稳定系数1.15。
；
3）按临界倾覆载荷标定额定起重量
:
这种方法是通过实验或计算，得岀起重机在不同幅度下达到倾覆临界状态时的起升载荷 ，称为“临