沈陽(yáng)地鐵沈新路站—黃海路站區(qū)間盾構(gòu)隧道選線及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(畢業(yè)設(shè)計(jì)正文).doc

北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作日志I題目： 沈陽(yáng)地鐵沈新路站黃海路站區(qū)間盾構(gòu)隧道選線及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 專業(yè)： 土木工程 學(xué)生姓名： 張子侃 學(xué)號(hào)： 06231276 時(shí) 間 2010年 3 月5日 至 2010 年 3 月19日 （一）工作重點(diǎn)開(kāi)題報(bào)告、外文翻譯3月5日上午會(huì)上，劉老師詳細(xì)布置了畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，并發(fā)給我們?cè)敿?xì)的畢業(yè)設(shè)計(jì)資料，從此我便開(kāi)始了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)之路。這兩周的主要任務(wù)是熟悉資料、開(kāi)題報(bào)告和外文翻譯。在這緊張匆忙的兩周時(shí)間里，我首先搜集了很多相關(guān)資料，在圖書(shū)館借閱到地下鐵道設(shè)計(jì)與施工、盾構(gòu)法隧道等書(shū)，并通過(guò)上網(wǎng)下載了許多相關(guān)的工程論文。通過(guò)閱讀這些資料，我較為深入地理解了我所研究的內(nèi)容，并初步掌握了設(shè)計(jì)的研究步驟。我的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容為區(qū)間盾構(gòu)隧道選線及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由于缺乏對(duì)盾構(gòu)感官的、全面的認(rèn)識(shí)，我在網(wǎng)上下載了一些相關(guān)圖片和視頻，這些圖片和視頻使我更加感性地認(rèn)識(shí)了盾構(gòu)，并使我對(duì)盾構(gòu)施工的原理有了較為深刻的認(rèn)識(shí)，這對(duì)我后來(lái)的開(kāi)題報(bào)告和外文翻譯的書(shū)寫(xiě)大有裨益。博觀而約取，厚積而薄發(fā)，我的開(kāi)題報(bào)告書(shū)寫(xiě)地很順利，只用了一周的時(shí)間。感謝我的同組好友馮山群，他對(duì)我的初稿提出了一些看法，同時(shí)我也感覺(jué)到我的初稿里較為繁重地介紹了盾構(gòu)隧道的研究理論和方法，較為空洞，而我的論文屬于設(shè)計(jì)類型而非理論類型。因此我便在研究方法上主要介紹了我國(guó)設(shè)計(jì)應(yīng)用較為普遍的荷載結(jié)構(gòu)法及其模型，增加了對(duì)盾構(gòu)隧道主要技術(shù)問(wèn)題的研究，這使得我的報(bào)告更為充實(shí)和貼切。周三時(shí)，我將修改后的開(kāi)題報(bào)告送予劉老師，懇請(qǐng)?zhí)岢鰧氋F意見(jiàn)。劉老師對(duì)開(kāi)題報(bào)告最后部分的研究意義和價(jià)值方面提出了一些獨(dú)到的見(jiàn)解。通過(guò)對(duì)這些問(wèn)題的修改，我順利完成了開(kāi)題報(bào)告。兩周的時(shí)間里，我瀏覽了一下外文翻譯，并初步掌握了此外文的研究?jī)?nèi)容和方法。我查閱了相關(guān)生詞，相信我會(huì)較快地完成我的外文翻譯。指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 簽字： 日期： 備注：此表每?jī)芍苡涗浺淮?，將作為學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)的依據(jù)。 如填寫(xiě)內(nèi)容較多，此表可另附頁(yè)。題目： 沈陽(yáng)地鐵沈新路站黃海路站區(qū)間盾構(gòu)隧道選線及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 專業(yè)： 土木工程 學(xué)生姓名： 張子侃 學(xué)號(hào)： 06231276 時(shí) 間 2010年 3 月19日 至 2010 年 4月2日 （二）工作重點(diǎn)區(qū)間隧道選線設(shè)計(jì)（包括平面、縱斷面、橫斷面）3月19日，劉老師布置了下一階段的計(jì)劃安排， 這一階段，我需要初步完成盾構(gòu)區(qū)間隧道的選線設(shè)計(jì)，包括平面、縱斷面和橫斷面設(shè)計(jì)。老師提議我在平面設(shè)計(jì)中盡量選出多套方案以進(jìn)行線路優(yōu)化。考慮到線路設(shè)計(jì)的繁重，劉老師同意留給我三周的時(shí)間去完成這項(xiàng)任務(wù)。真是“書(shū)到用時(shí)方恨少，事非經(jīng)過(guò)不知難”，剛開(kāi)始設(shè)計(jì)的兩天里，我毫無(wú)頭緒，心里也是亂的一團(tuán)糟，不知從何開(kāi)始，尤其每當(dāng)打開(kāi)CAD看到那些密密麻麻的線和點(diǎn)，心中不由得就生出幾分抵觸和懶惰。不過(guò)，令我慶幸的是，我自認(rèn)為我還是一位意志剛強(qiáng)的戰(zhàn)士。我覺(jué)得不管做什么事情，首先要有充分的準(zhǔn)備和扎實(shí)的基礎(chǔ)，因此我決定首先從圖紙和相關(guān)專業(yè)知識(shí)下手。我復(fù)習(xí)了相關(guān)的城市道路制圖等方面的知識(shí)，并翻閱了大量的相關(guān)圖紙，理解了區(qū)間選線設(shè)計(jì)的任務(wù)和技術(shù)要點(diǎn)。我復(fù)習(xí)了道路幾何設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)，非常慶幸的是，我從圖書(shū)館借到了地鐵輕軌線路設(shè)計(jì)一書(shū)，這本書(shū)完全切合我的設(shè)計(jì)，并對(duì)我以后的選線設(shè)計(jì)幫助很大，堪稱是我的第一本“如來(lái)神掌”。通過(guò)對(duì)選線知識(shí)的復(fù)習(xí)，我掌握了選線設(shè)計(jì)的基本步驟和方法?？芍^是“讀書(shū)破萬(wàn)卷，下筆如有神”，未免有點(diǎn)自夸，不過(guò)下起筆來(lái)確實(shí)很快，由于有了充分的專業(yè)知識(shí)，我只用了一天就將平曲線的幾何要素計(jì)算出來(lái)。接下來(lái)就要開(kāi)始曲線的繪制工作了，由于CAD中沒(méi)有專門(mén)繪制緩和曲線的工具，怎樣簡(jiǎn)單而又精確地繪制出緩和曲線成為了一個(gè)技術(shù)難題。為此，我查閱了大量的文獻(xiàn)，繪制緩和曲線的方法有多種。大部分采用CAD結(jié)合語(yǔ)言來(lái)擬合緩和曲線，結(jié)果精確但繪制繁瑣，一般在大型設(shè)計(jì)院中才會(huì)采用。本設(shè)計(jì)采用了CAD結(jié)合Excel的繪制方法，步驟簡(jiǎn)單，精確度可以滿足設(shè)計(jì)要求。在設(shè)計(jì)豎曲線時(shí)，由于沒(méi)有掌握豎曲線設(shè)計(jì)的原則和盾構(gòu)施工所需的地質(zhì)環(huán)境，設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮了防水的要求，即盾構(gòu)施工盡量不要穿過(guò)承壓水，而沒(méi)有考慮其他的問(wèn)題。在設(shè)計(jì)橫斷面時(shí)，通過(guò)查閱盾構(gòu)法隧道、地下鐵道設(shè)計(jì)規(guī)范、地鐵輕軌線路設(shè)計(jì)等書(shū)，我了解了區(qū)間圓形隧道的建筑限界以及目前國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的盾構(gòu)管片形式，由于目前盾構(gòu)襯砌大都為單層鋼筋混凝土預(yù)制管片，因此在設(shè)計(jì)橫斷面時(shí)較為輕松。兩周的時(shí)間里，我完成了一條平曲線、左線縱斷面圖、右線縱斷面圖和盾構(gòu)區(qū)間隧道橫斷面圖的繪制。短暫的兩周使我覺(jué)得生活其實(shí)伴隨著一個(gè)認(rèn)知的過(guò)程，雖然起初有“事非經(jīng)過(guò)不知難”，但事情過(guò)去了，也就覺(jué)得不難了。從不懂到懂，一直伴隨著我們成長(zhǎng)。指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 簽字： 日期： 備注：此表每?jī)芍苡涗浺淮?，將作為學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)的依據(jù)。 如填寫(xiě)內(nèi)容較多，此表可另附頁(yè)。題目： 沈陽(yáng)地鐵沈新路站黃海路站區(qū)間盾構(gòu)隧道選線及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 專業(yè)： 土木工程 學(xué)生姓名： 張子侃 學(xué)號(hào)： 06231276 時(shí) 間 2010年 4 月2日 至 2010 年 4月16日 （三）工作重點(diǎn)完成線路選線設(shè)計(jì)，開(kāi)始進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算功夫不負(fù)有心人，4月2日，我把前兩周的畢業(yè)設(shè)計(jì)成果匯報(bào)給劉老師，老師對(duì)我的設(shè)計(jì)進(jìn)度較為滿意，同時(shí)也提出了諸多建議，我也從中發(fā)現(xiàn)了不少問(wèn)題。首先在進(jìn)行區(qū)間線路平面設(shè)計(jì)時(shí)，未考慮車(chē)站站臺(tái)的因素，由于列車(chē)從車(chē)站站臺(tái)出發(fā)，設(shè)計(jì)出的線路應(yīng)與車(chē)站站臺(tái)銜接好。其次在設(shè)計(jì)豎曲線時(shí)，老師糾正了我的設(shè)計(jì)原則，盾構(gòu)施工法地層適應(yīng)能力強(qiáng)，并且地層越差越能顯示盾構(gòu)法的優(yōu)越性，在沿海地區(qū)，如上海，為海相沉積地層，地下水位高，由此上海地鐵區(qū)間全部采用了盾構(gòu)法施工。老師建議我在設(shè)計(jì)豎曲線時(shí)，盡量設(shè)計(jì)成節(jié)能坡。由于區(qū)間盾構(gòu)管片橫斷面設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，老師建議我設(shè)計(jì)出管片襯砌環(huán)各拼裝塊的形式和尺寸。4月2日的例會(huì)上，老師布置了新一階段的任務(wù)，下一階段就需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)的荷載和內(nèi)力計(jì)算。例會(huì)上，老師詳細(xì)地說(shuō)明了地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所應(yīng)考慮的荷載及計(jì)算方法，老師建議我們應(yīng)熟練掌握結(jié)構(gòu)分析軟件（ANSYS、SAP2000等）的使用并提醒我們復(fù)習(xí)土力學(xué)等相關(guān)方面的專業(yè)知識(shí)。由于在前一階段，我已完成了選線設(shè)計(jì)中的大部分成果，因此在進(jìn)行平曲線優(yōu)化設(shè)計(jì)和修改線路縱斷面圖設(shè)計(jì)時(shí)較為順利。由于對(duì)管片結(jié)構(gòu)及盾構(gòu)的施工程序缺乏一個(gè)系統(tǒng)的理解，因此我在網(wǎng)上下載和實(shí)地觀察了大量管片的構(gòu)造形式，參閱了相關(guān)的圖紙和規(guī)范要求，最后完成了管片襯砌環(huán)各拼裝塊結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì)。4月2日的例會(huì)上，劉老師在向我們介紹地鐵結(jié)構(gòu)計(jì)算所需考慮的荷載時(shí)，由于我長(zhǎng)時(shí)間未復(fù)習(xí)土力學(xué)等相關(guān)方面的知識(shí)，對(duì)于老師所講的水土分算法、水土和算法、主動(dòng)土壓力計(jì)算以及容重按厚度加權(quán)等知識(shí)點(diǎn)印象不深刻，在這兩周剩下的時(shí)間里，我著重復(fù)習(xí)了此方面的有關(guān)知識(shí)。由于我已初步掌握了結(jié)構(gòu)分析軟件ANSYS的使用方法，并且在學(xué)習(xí)地下鐵道這門(mén)課程時(shí)，利用ANSYS軟件做過(guò)相關(guān)的課程設(shè)計(jì)，因此，我相信，我會(huì)較為順利地運(yùn)用ANSYS來(lái)完成結(jié)構(gòu)的受力分析。按照結(jié)構(gòu)最不利原則的設(shè)計(jì)思想，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)選擇結(jié)構(gòu)可能遇到的各種作用效應(yīng)組合中的對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利影響的斷面進(jìn)行分析，在初步分析時(shí)，我選定了結(jié)構(gòu)最大埋深處的斷面為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的所在斷面，并以此斷面來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的荷載和內(nèi)力計(jì)算。根據(jù)所選斷面，首先我利用CAD繪制出了該斷面處的土層及水文情況，土壓力計(jì)算并不復(fù)雜，本設(shè)計(jì)采用水土分算法計(jì)算出結(jié)構(gòu)各種所受荷載。然后繪制出結(jié)構(gòu)荷載圖，它清晰地表達(dá)了結(jié)構(gòu)所受的荷載，這樣有利于荷載的組合以及軟件分析時(shí)的加載。接下來(lái)就應(yīng)該利用ANSYS進(jìn)行建模了，先做到此吧，畢業(yè)設(shè)計(jì)不是大四生活的全部。指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 簽字： 日期： 備注：此表每?jī)芍苡涗浺淮?，將作為學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)的依據(jù)。 如填寫(xiě)內(nèi)容較多，此表可另附頁(yè)。題目： 沈陽(yáng)地鐵沈新路站黃海路站區(qū)間盾構(gòu)隧道選線及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 專業(yè)： 土木工程 學(xué)生姓名： 張子侃 學(xué)號(hào)： 06231276 時(shí) 間 2010年 4 月16日 至 2010 年 4 月30日 （四）工作重點(diǎn)ANSYS建模進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析及解析法計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力4月16日，劉老師肯定了我的選線設(shè)計(jì)成果，我將結(jié)構(gòu)荷載計(jì)算的選取斷面匯報(bào)給劉老師，劉老師予以了否定，因?yàn)楹苊黠@，結(jié)構(gòu)最大埋深處的所在斷面有約9.0m厚的雜填土，而雜填土的容重比較小，因此盡管結(jié)構(gòu)處在最大埋深處，但結(jié)構(gòu)所受的荷載未必為最不利，因此通過(guò)仔細(xì)研究線路縱斷面圖和綜合比較，我對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)斷面重新做了選擇，在進(jìn)行荷載計(jì)算時(shí)發(fā)現(xiàn)，計(jì)算出的荷載確實(shí)要比第一次所選斷面計(jì)算出的荷載大。由于我所研究的盾構(gòu)管片結(jié)構(gòu)分析時(shí)較為簡(jiǎn)單，劉老師建議我再用解析法計(jì)算一下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，然后通過(guò)對(duì)軟件分析和解析法計(jì)算出的結(jié)果進(jìn)行比較，同樣按照最不利的原則，取其中較大者作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的設(shè)計(jì)內(nèi)力。為了讓我對(duì)解析法有更為深刻的認(rèn)識(shí)，劉老師借給我盾構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（盾構(gòu)篇）及解說(shuō)一書(shū)，這本書(shū)對(duì)我無(wú)論是運(yùn)用解析法計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力還是利用ANSYS軟件進(jìn)行加載還是以后的管片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)編寫(xiě)等，都起到了至關(guān)重要的作用，我親切地稱它為我的第三本“如來(lái)神掌”，這本書(shū)令我愛(ài)不釋手，因此我決定等我完成畢業(yè)設(shè)計(jì)后再還予劉老師吧。利用ANSYS進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的過(guò)程中，盾構(gòu)管片建模非常簡(jiǎn)單，比較麻煩和令人頭痛的是結(jié)構(gòu)的加載。我們將作用在襯砌上的分布荷載置換為等效節(jié)點(diǎn)力，等效節(jié)點(diǎn)力分別取節(jié)點(diǎn)兩相鄰單元水平或垂直投影長(zhǎng)度的一半襯砌計(jì)算寬度這一面積范圍內(nèi)的分布荷載的總和。由于一個(gè)結(jié)構(gòu)要?jiǎng)澐譃楸姸喙?jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)力的施加比較費(fèi)時(shí)和費(fèi)力，為此可利用Excel來(lái)計(jì)算等效節(jié)點(diǎn)力，這樣對(duì)我以后的多次不同加載幫助很大。或許是天道酬勤吧，偶爾在圖書(shū)館查找資料時(shí)，我幸運(yùn)地翻閱到了隧道及地下工程ANSYS實(shí)例分析一書(shū)，其中也有關(guān)于盾構(gòu)管片的分析實(shí)例，這本書(shū)令我欣喜若狂，暫且封它為我的第二本“如來(lái)神掌”吧。在它的幫助下，我很快就完成了管片的建模與分析，并較早地繪制出了盾構(gòu)管片的內(nèi)力圖和變形圖，我及早地和劉老師進(jìn)行了匯報(bào)和交流，劉老師指出我的結(jié)構(gòu)變形圖及內(nèi)力圖形狀的是正確的，只是計(jì)算結(jié)果有些偏小，希望我能檢查一下，查找出問(wèn)題的原因。因此我又仔細(xì)地對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多次加載并查看了相關(guān)的書(shū)籍，最后終于找到了問(wèn)題的癥結(jié)所在。由于自己的馬虎和對(duì)問(wèn)題理解地不夠深刻，通常在設(shè)計(jì)時(shí)我們均勻地取縱向1m來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，但本設(shè)計(jì)管片環(huán)寬為1.2m，而管片均為鋼筋混凝土預(yù)制類型，因此設(shè)計(jì)時(shí)長(zhǎng)度應(yīng)取1.2m來(lái)進(jìn)行分析和研究。改正后的設(shè)計(jì)結(jié)果與實(shí)際情況較為相符。在利用解析法計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力時(shí)，由于各公式中的荷載符號(hào)均有專門(mén)的含義，因此我仔細(xì)地翻閱了書(shū)籍和查看了公式中的荷載符號(hào)示意圖，明白了各符號(hào)的含義，開(kāi)始著手下一階段的工作。指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 簽字： 日期： 備注：此表每?jī)芍苡涗浺淮危瑢⒆鳛閷W(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)的依據(jù)。 如填寫(xiě)內(nèi)容較多，此表可另附頁(yè)。題目： 沈陽(yáng)地鐵沈新路站黃海路站區(qū)間盾構(gòu)隧道選線及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 專業(yè)： 土木工程 學(xué)生姓名： 張子侃 學(xué)號(hào)： 06231276 時(shí) 間 2010年 4月30日 至 2010 年 5 月14日 （五）工作重點(diǎn)解析法計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力和管片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4月30日的例會(huì)上，劉老師認(rèn)可了我的ANSYS分析結(jié)果，詢問(wèn)了我在利用解析法計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力時(shí)的進(jìn)展和疑惑，并布置了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)，希望我們積極查閱鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范等相關(guān)資料。在運(yùn)用解析法計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力時(shí)，由于各公式均為關(guān)于角度的函數(shù)，因此需要選取較多數(shù)量的角度值進(jìn)行計(jì)算，在此，利用Excel編輯公式，計(jì)算出相應(yīng)于各角度處的結(jié)構(gòu)彎矩值和軸力值，然后利用CAD繪制出結(jié)構(gòu)的彎矩圖和軸力圖，通過(guò)解析法和ANSYS計(jì)算結(jié)果的比較，發(fā)現(xiàn)利用解析法計(jì)算出的結(jié)構(gòu)內(nèi)力值偏大，因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，依據(jù)了解析法的計(jì)算內(nèi)力。根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，決定采用偏心受壓的方法對(duì)管片進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。配筋設(shè)計(jì)過(guò)程中，感謝同組好友周少斌同學(xué)的意見(jiàn)，他對(duì)我在設(shè)計(jì)時(shí)采用對(duì)稱配筋還是非對(duì)稱配筋的問(wèn)題上進(jìn)行了詳細(xì)的解答，因此我在進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)時(shí)，同時(shí)采用了對(duì)稱配筋和不對(duì)稱配筋的方式，并對(duì)兩者的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較和分析，以對(duì)結(jié)構(gòu)配筋形式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在具體配筋計(jì)算時(shí)，按照公式計(jì)算出的受壓區(qū)鋼筋面積總是小于0 ，起初只是覺(jué)得比較奇怪，通過(guò)多次檢查、計(jì)算和分析后，我覺(jué)得出現(xiàn)這種情況是合理的和正常的，且管片結(jié)構(gòu)截面受壓區(qū)鋼筋一般只需按照構(gòu)造要求配筋設(shè)計(jì)即可，即截面配筋率只需大于最小配筋率即可。最后對(duì)完成的截面主筋的設(shè)計(jì)進(jìn)行了承載力的復(fù)核和裂縫的檢算。根據(jù)相關(guān)的規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)中的箍筋、橫向加強(qiáng)筋、吊筋、螺旋筋等進(jìn)行了設(shè)計(jì)。并對(duì)管片襯砌環(huán)標(biāo)準(zhǔn)塊及全環(huán)含鋼量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和計(jì)算。通過(guò)查閱大量的書(shū)籍和相關(guān)的技術(shù)資料、文獻(xiàn)，對(duì)管片的形狀、組合方式、接縫方式、封頂塊的插入方法、楔形量、管片接頭等進(jìn)行了設(shè)計(jì)。指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 簽字： 日期： 備注：此表每?jī)芍苡涗浺淮?，將作為學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)的依據(jù)。 如填寫(xiě)內(nèi)容較多，此表可另附頁(yè)。題目： 沈陽(yáng)地鐵沈新路站黃海路站區(qū)間盾構(gòu)隧道選線及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 專業(yè)： 土木工程 學(xué)生姓名： 張子侃 學(xué)號(hào)： 06231276 時(shí) 間 2010年 5 月14日 至 2010 年 5月28日 （六）工作重點(diǎn)施工組織設(shè)計(jì)和資料整理盾構(gòu)法對(duì)地層的適應(yīng)能力較強(qiáng)，施工速度更快，施工安全度較高，防水效果好，地面沉降更容易控制，因此盾構(gòu)施工法越來(lái)越多地受到了城市地鐵工程建設(shè)者的青睞，本設(shè)計(jì)對(duì)于這一目前在國(guó)內(nèi)方興未艾、蓬勃發(fā)展的施工方法進(jìn)行了詳細(xì)地論述。本設(shè)計(jì)首先介紹了盾構(gòu)施工法的原理和特點(diǎn)，包括土壓平衡盾構(gòu)和泥水平衡盾構(gòu)各自的開(kāi)挖原理及維持開(kāi)挖面穩(wěn)定的方法以及目前各種盾構(gòu)機(jī)的類型等，結(jié)合盾構(gòu)機(jī)的原理，介紹了盾構(gòu)施工的主要步驟。通過(guò)對(duì)盾構(gòu)機(jī)的構(gòu)成及主要施工步驟的學(xué)習(xí)，我對(duì)盾構(gòu)施工法有了更為全面和直觀的認(rèn)識(shí)。然后提出了本工程的施工方案設(shè)計(jì)，包括前期準(zhǔn)備工作、盾構(gòu)機(jī)的組裝與吊裝、盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工技術(shù)、管片拼裝、渣土運(yùn)輸、盾構(gòu)機(jī)的到達(dá)與接收等主要環(huán)節(jié)，其中詳細(xì)闡述了盾構(gòu)施工過(guò)程中的技術(shù)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)。本設(shè)計(jì)對(duì)于盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)控制以及盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)施工技術(shù)進(jìn)行了專門(mén)的論述。對(duì)于盾構(gòu)機(jī)姿勢(shì)和線路控制問(wèn)題，除建立動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)以外，操作人員的熟練程度也是非常重要的因素。而盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)施工技術(shù)是盾構(gòu)法施工的一大關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是盾構(gòu)法施工隧道的難點(diǎn)之一，始發(fā)掘進(jìn)的成敗將直接影響到施工的質(zhì)量、進(jìn)度、安全、工期以及經(jīng)濟(jì)效益。本設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了盾構(gòu)區(qū)間隧道的防水設(shè)計(jì)，包括管片防水的原則、襯砌自防水和管片接縫防水的方法等。本設(shè)計(jì)最后對(duì)盾構(gòu)施工監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的論述，首先介紹了施工監(jiān)測(cè)對(duì)于盾構(gòu)施工的重要性，然后詳細(xì)地提出了盾構(gòu)施工過(guò)程中地表沉降的變形機(jī)理和地表沉降的一般過(guò)程。結(jié)合本工程的實(shí)際工程情況，提出了本工程監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)項(xiàng)目，分別對(duì)盾構(gòu)施工過(guò)程中的地表沉降監(jiān)測(cè)、管片變形監(jiān)測(cè)、地面建、構(gòu)筑物監(jiān)測(cè)以及地下管線監(jiān)測(cè)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，對(duì)各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中的監(jiān)測(cè)方法、測(cè)點(diǎn)布置及沉降控制對(duì)策進(jìn)行了詳細(xì)地論述。最后對(duì)施工監(jiān)測(cè)的要求提出了自己的看法和建議。指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 簽字： 日期： 備注：此表每?jī)芍苡涗浺淮?，將作為學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)的依據(jù)。 如填寫(xiě)內(nèi)容較多，此表可另附頁(yè)。題目： 沈陽(yáng)地鐵沈新路站黃海路站區(qū)間盾構(gòu)隧道選線及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 專業(yè)： 土木工程 學(xué)生姓名： 張子侃 學(xué)號(hào)： 06231276 時(shí) 間 2010年 5 月28日 至 2010 年 6月11日 （七）工作重點(diǎn)整理資料、畢業(yè)設(shè)計(jì)修改和優(yōu)化作為未來(lái)國(guó)家的棟梁之才，我們承載著中華民族復(fù)興的偉大使命，我們?nèi)沃囟肋h(yuǎn)。當(dāng)代的大學(xué)生需要有全方面地綜合發(fā)展，我們需要有完美的語(yǔ)文能力、過(guò)硬的電腦知識(shí)及技巧、優(yōu)秀的英語(yǔ)能力、良好的人際關(guān)系等等。在整理資料時(shí)，我深深地感受到了這一點(diǎn)。首先我希望我們每一個(gè)當(dāng)代的大學(xué)生都具有完美的漢語(yǔ)能力，都能夠說(shuō)一口流利文明、語(yǔ)言通順的漢語(yǔ)，都能夠?qū)懴马樌沓烧?、引人入勝的文章，洋洋灑灑，盡顯中華文化之美。令人惋惜的是，我們當(dāng)代的大學(xué)生遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到這樣的標(biāo)準(zhǔn)和要求，句子中錯(cuò)別字比比皆是，語(yǔ)言晦澀難懂，文章枯燥乏味，所寫(xiě)非所思。一篇好的文章，不但體現(xiàn)了作者的優(yōu)雅和藝術(shù)，更體現(xiàn)了一個(gè)人的態(tài)度和工作作風(fēng)。由于我的文章寫(xiě)得較為仔細(xì)和認(rèn)真，語(yǔ)言通順、合情合理，句子中也沒(méi)有出現(xiàn)什么錯(cuò)別字，因此劉老師對(duì)我的初稿就給予了很高的評(píng)價(jià)，并對(duì)我畢業(yè)設(shè)計(jì)中的摘要和一些細(xì)節(jié)問(wèn)題提出了建議和看法。計(jì)算機(jī)知識(shí)是我們當(dāng)代大學(xué)生的必備，我們生活在一個(gè)充滿了信息的世界里，我們需要及時(shí)地溝通才能了解身外事物的變化。而計(jì)算機(jī)則無(wú)疑是我們進(jìn)行溝通的最好的工具，我們需要利用計(jì)算機(jī)把我們的所思所想記錄下來(lái)，進(jìn)而呈獻(xiàn)給周?chē)娜?，并希望他們?duì)我們有一個(gè)全面、客觀的認(rèn)識(shí)。因此，怎樣將我們的想法盡情地表露在計(jì)算機(jī)里，就成為了一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題。以前我對(duì)于Word、Excel、PowerPoint等辦公軟件不重視，只是覺(jué)得它們只不過(guò)是用于寫(xiě)文字的紙張而已，只需在上面打字即可，而在我多次地做設(shè)計(jì)之后，我才發(fā)現(xiàn)它們卻是那樣的博大精深，而我這只井底之蛙也非常有幸地欣賞到了它們那如大海般的浩瀚和廣闊。我們國(guó)家還處于發(fā)展中階段，我們國(guó)家的很多高科技技術(shù)還欠發(fā)達(dá)，這就需要我們謙虛地去向一些發(fā)達(dá)國(guó)家學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)他們先進(jìn)的管理經(jīng)驗(yàn)和高科技技術(shù)。作為我們和世界人民相互交流的工具，英語(yǔ)顯得日益重要，因此我們當(dāng)代的大學(xué)生都需要擁有較好的英語(yǔ)水平以及和外國(guó)人溝通的能力。我自詡我的英語(yǔ)水平還算優(yōu)秀，因此在做外文翻譯時(shí)也較為輕松，并從中受益匪淺?！叭朔巧?，孰能無(wú)惑？惑而不從師，其為惑也，終不解矣”。對(duì)于我們不懂的問(wèn)題，我們需要及時(shí)地、謙虛地請(qǐng)教身邊的人，孔子曰：“三人行，必有我?guī)熝伞?，因此建立一個(gè)良好的人際關(guān)系對(duì)一個(gè)人的發(fā)展也是至關(guān)重要的。指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 簽字： 日期： 備注：此表每?jī)芍苡涗浺淮?，將作為學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)的依據(jù)。 如填寫(xiě)內(nèi)容較多，此表可另附頁(yè)-177-北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作日志II題目： 沈陽(yáng)地鐵沈新路站黃海路站區(qū)間盾構(gòu)隧道選線及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 專業(yè)： 土木工程 學(xué)生姓名： 張子侃 學(xué)號(hào)： 06231276 責(zé)任指導(dǎo)教師： 劉衛(wèi)豐 指導(dǎo)組組長(zhǎng)意見(jiàn)：（重點(diǎn)考察學(xué)生的工作日志是否完整，內(nèi)容是否翔實(shí)；責(zé)任指導(dǎo)教師的指導(dǎo)工作是否到位等項(xiàng)目，明確是否同意學(xué)生參加畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。）是否同意參加答辯： 簽字： 日期： 備注：學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯前，土木工程專業(yè)（含鐵道工程方向）至少需填報(bào)7份工作日志，環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生至少需填報(bào)8份工作日志，否則不能參加答辯北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)題 目：沈陽(yáng)地鐵沈新路站黃海路站區(qū)間盾構(gòu)隧道選線及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)適合專業(yè)： 土木工程 指導(dǎo)教師（簽名）： 劉衛(wèi)豐 提交日期： 2010 年 1 月 5 日學(xué)院： 土建學(xué)院 專業(yè)：土木工程 學(xué)生姓名：張子侃 學(xué)號(hào)：06231276畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基本內(nèi)容和要求：主要內(nèi)容：1 線路總平面設(shè)計(jì)2 線路縱斷面設(shè)計(jì)3 盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)與優(yōu)化4 盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)各工況內(nèi)力組合計(jì)算5 管片結(jié)構(gòu)截面檢算及配筋設(shè)計(jì)6 盾構(gòu)隧道施工方案設(shè)計(jì)基本要求：1 獨(dú)立完成上述各項(xiàng)內(nèi)容；2 線路平、縱斷面設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)實(shí)際圖紙情況，經(jīng)多方案比選后確定；3 各項(xiàng)圖紙應(yīng)按制圖標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行繪制；4 論文寫(xiě)作規(guī)范化；5引用規(guī)范應(yīng)注明。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）重點(diǎn)研究的問(wèn)題：1線路總平面設(shè)計(jì)2盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)與優(yōu)化3盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)各工況內(nèi)力組合計(jì)算畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的工作：1 中英文摘要；2 開(kāi)題報(bào)告；3 設(shè)計(jì)正文；4 提交圖紙：線路總平面布置圖；線路縱斷面設(shè)計(jì)圖；盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)形式橫截面圖；盾構(gòu)管片設(shè)計(jì)圖；盾構(gòu)管片結(jié)構(gòu)受力圖、內(nèi)力圖及配筋圖。5 外文翻譯一篇，不少于40000字符。參考資料推薦：（1）地下鐵道設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50157-2003）（2）混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2002）（2）施仲衡，張彌主編，地下鐵道設(shè)計(jì)與施工其他要說(shuō)明的問(wèn)題：指導(dǎo)教師提供：區(qū)間所在地面環(huán)境總平面圖一張、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件。北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告題 目： 沈陽(yáng)地鐵沈新路站黃海路站區(qū)間盾構(gòu)隧道選線及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué)院： 土建學(xué)院 專業(yè)： 土木工程 學(xué)生姓名： 張子侃 學(xué)號(hào)： 06231276 一、 文獻(xiàn)綜述 （一）國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向盾構(gòu)隧道施工系指使用盾構(gòu)機(jī)，一邊控制開(kāi)挖面使圍巖不發(fā)生坍塌失穩(wěn)，一邊進(jìn)行隧道襯砌，并及時(shí)向盾尾后面的開(kāi)挖隧道周邊與襯砌環(huán)外圍之間的空隙中壓注足夠的漿液，以防止圍巖松馳和地面下沉。在盾構(gòu)推進(jìn)中可以從開(kāi)挖面不斷地排出適量的土體。自1841年世界第一座用盾構(gòu)法修建英國(guó)泰晤士河水底隧道以來(lái)，盾構(gòu)法迄今已有170余年歷史。最早發(fā)明盾構(gòu)法的思路是來(lái)自發(fā)明者的一個(gè)有趣的發(fā)現(xiàn)，他發(fā)現(xiàn)船的木板中，有一種蛀蟲(chóng)鉆出孔道，并用它自己分泌的液體覆涂在孔壁上。l866年，莫爾頓在申請(qǐng)專利中第一次使用了“盾構(gòu)(shield)”這一術(shù)語(yǔ)。1874年，在英國(guó)倫敦地鐵隧道的施工中，格雷塞德(James Henry Greathead)綜合了以往盾構(gòu)施工和氣壓法的技術(shù)特點(diǎn)，首創(chuàng)了在盾尾后面的襯砌外圍環(huán)形空隙中壓漿的施工方法，為盾構(gòu)施工法的發(fā)展起到重大推動(dòng)作用。18801890年間，在美國(guó)和加拿大間的圣克萊河下用盾構(gòu)施工法建成一條直徑6.4m，長(zhǎng)1800m的水底鐵路隧道。20世紀(jì)初，盾構(gòu)施工法已在美、英、德、蘇、法等國(guó)開(kāi)始推廣，3040年代這些國(guó)家已成功地使用盾構(gòu)建成內(nèi)徑3.095m多條地鐵及過(guò)河公路隧道，僅在美國(guó)紐約就采用氣壓法建成了19條重要的水底隧道，盾構(gòu)施工的范圍很廣泛，有公路隧道、地下鐵道、上下水道以及其他市政公用管道等。1939年，日本正式應(yīng)用盾構(gòu)施工法修建國(guó)鐵關(guān)門(mén)隧道的海底部分，該盾構(gòu)的外徑7.182m，隧道總長(zhǎng)為7258m，此工程奠定了日本盾構(gòu)技術(shù)的基礎(chǔ)。從20世紀(jì)60年代起，盾構(gòu)施工法在日本得到迅速發(fā)展，70年代日本及德國(guó)針對(duì)城市建設(shè)區(qū)的松軟含水地層中因盾構(gòu)施工引起的地表沉降，解決了預(yù)制高精度鋼筋混凝土管片和接縫防水等技術(shù)問(wèn)題，研制了各種新型的襯砌和防水技術(shù)及局部氣壓式、泥水加壓式和土壓平衡式等新型盾構(gòu)及相應(yīng)的工藝和配套設(shè)備。在我國(guó)，盾構(gòu)(TBM)技術(shù)應(yīng)用始于20世紀(jì)五六十年代，推廣于20世紀(jì)90年代，到20世紀(jì)末，盾構(gòu)已廣泛應(yīng)用于廣州、北京、南京、深圳等大城市的地鐵區(qū)間隧道施工中。新世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)城市軌道交通、鐵路、公路、輸水、輸氣、排污等隧道建筑采用盾構(gòu)的方法越來(lái)越多，盾構(gòu)的型式多樣，性能日益先進(jìn)。令人興奮的事情是盾構(gòu)和TBM設(shè)備及其部件的研發(fā)和制造在我國(guó)已經(jīng)形成了初步的能力和規(guī)模，這將為盾構(gòu)(TBM)技術(shù)在我國(guó)的運(yùn)用和發(fā)展提供更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。如在上海、廣州、大連、沈陽(yáng)、德陽(yáng)、新鄉(xiāng)等地都已經(jīng)生產(chǎn)和組裝過(guò)盾構(gòu)或TBM。國(guó)家“863”計(jì)劃中的隧道掘進(jìn)機(jī)項(xiàng)目落戶上海隧道股份有限公司和中鐵隧道集團(tuán)公司，并給以資金支持。上海和新鄉(xiāng)的工廠及其合作單位已經(jīng)可以批量生產(chǎn)、組裝盾構(gòu)或TBM設(shè)備。盾構(gòu)隧道施工技術(shù)最早是以穿越江河為目的而開(kāi)發(fā)的,此后,在城市地下工程中得到了廣泛的使用。隨著地下空間的開(kāi)發(fā)利用和城市市政綜合管線的建設(shè)，盾構(gòu)的斷面尺寸具有向超大、微小兩個(gè)方向發(fā)展的趨勢(shì)。直徑18m的盾構(gòu)正在研制，而小到200mm的微型盾構(gòu)已在工程中得到應(yīng)用。近10年來(lái)，日本先后開(kāi)發(fā)了雙圓盾構(gòu)、多圓盾構(gòu)和球體盾構(gòu)，使盾構(gòu)隧道的截面形式日趨多樣化。由于圓形隧道具有結(jié)構(gòu)受力好的優(yōu)點(diǎn)，故95%以上的盾構(gòu)隧道均采用圓形截面，但圓形截面存在空間利用率低的缺點(diǎn)，因此開(kāi)發(fā)應(yīng)用隧道截面更為合理的異形盾構(gòu)隧道掘進(jìn)技術(shù)成為一種新的發(fā)展趨勢(shì)。盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要反應(yīng)在以下三個(gè)方面：施工斷面的多元化，從常規(guī)的單圓形向雙圓形、三圓形、方形、矩形及復(fù)合斷面發(fā)展；施工新技術(shù)，包括進(jìn)出洞技術(shù)、地中對(duì)接技術(shù)、長(zhǎng)距離施工、急曲線施工、擴(kuò)徑盾構(gòu)施工法、球體盾構(gòu)施工法等；隧道襯砌新技術(shù)，包括壓注混凝土襯砌、管片自動(dòng)化組裝、管片接頭等技術(shù)。在國(guó)外,盾構(gòu)隧道施工技術(shù)已經(jīng)發(fā)展、細(xì)化為大量、復(fù)雜的施工技術(shù)。而這種新技術(shù)的開(kāi)發(fā)、產(chǎn)生有其必然的市場(chǎng)需求。在考慮引進(jìn)、吸收這些新型技術(shù)時(shí)必須根據(jù)我國(guó)的國(guó)情,進(jìn)行仔細(xì)的論證。就目前我國(guó)盾構(gòu)技術(shù)使用的情況而言,一些問(wèn)題的解決、新技術(shù)的開(kāi)發(fā)將成為當(dāng)務(wù)之急。 1、盾構(gòu)機(jī)的反復(fù)使用問(wèn)題由于盾構(gòu)機(jī)本身是一個(gè)非常昂貴的設(shè)備,以我國(guó)的工程造價(jià)水準(zhǔn),還不具備一項(xiàng)工程完全折舊的能力。因此,在購(gòu)置設(shè)備時(shí),一定要考慮到機(jī)械的反復(fù)使用問(wèn)題,盡可能設(shè)計(jì)多功能、多用途的機(jī)械以充分發(fā)揮其作用。另外,也要開(kāi)發(fā)比較系統(tǒng)的盾構(gòu)改造、維修技術(shù)以滿足市場(chǎng)的要求。 2、長(zhǎng)距離施工一般認(rèn)為盾構(gòu)施工法在施工長(zhǎng)度大于500m以后才能發(fā)揮較為顯著的優(yōu)勢(shì)。由于盾構(gòu)機(jī)造價(jià)昂貴,加上盾構(gòu)豎井建造的費(fèi)用和用地問(wèn)題,長(zhǎng)距離施工一直是一個(gè)重要的問(wèn)題。 3、雙圓形或眼鏡形盾構(gòu)在盾構(gòu)隧道形狀向多元化發(fā)展的趨勢(shì)中,最可能被國(guó)內(nèi)接受的是雙圓形或眼鏡形盾構(gòu)。我國(guó)的地鐵隧道采用單圓雙線隧道施工,容易出現(xiàn)后續(xù)隧道對(duì)先行隧道發(fā)生影響和超近距離施工的問(wèn)題。如果采用雙圓形或眼鏡形盾構(gòu)進(jìn)行施工,這些問(wèn)題將會(huì)得到解決。而這一新技術(shù)能否得到使用的另一個(gè)決定因素就是造價(jià)問(wèn)題。也就是施工兩個(gè)單圓隧道和施工一個(gè)雙圓形或眼鏡形隧道的經(jīng)濟(jì)性比較問(wèn)題。 4、三圓形盾構(gòu)由于地鐵車(chē)站一般設(shè)置在城市繁華地區(qū),很多工程已經(jīng)遇到難以確保施工用地或施工用地拆遷費(fèi)過(guò)高的問(wèn)題。如果能夠采用三圓形盾構(gòu)施工地鐵車(chē)站將會(huì)使這一難題得到解決。但是,相對(duì)于明挖、暗挖工程來(lái)說(shuō),采用三圓形盾構(gòu)施工將會(huì)大大提高施工的直接費(fèi)用。而且,三圓形盾構(gòu)機(jī)的造價(jià)也會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單圓形盾構(gòu)。從施工技術(shù)的角度,其要求也要高于單圓形盾構(gòu),在施工控制、管理方面尚需一些技術(shù)積累。5、管片技術(shù)目前為止,我國(guó)使用的管片種類比較單一,而且分塊、接頭也比較簡(jiǎn)單。由于管片技術(shù)的發(fā)展必須與管片設(shè)計(jì)理論相結(jié)合,而且需要相應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)證工作。這一方面尚需要進(jìn)行大量的研究工作。但就現(xiàn)狀而言,首先解決普通管片在使用中所遇到的問(wèn)題,保證襯砌管片不發(fā)生裂縫、踏步、滲漏和長(zhǎng)期耐久性極為重要。（二）盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)基本研究方法目前我國(guó)常用的盾構(gòu)隧道襯砌設(shè)計(jì)模型主要有經(jīng)驗(yàn)類比法、荷載結(jié)構(gòu)法。在工程可行性研究階段一般可以采用經(jīng)驗(yàn)類比法確定結(jié)構(gòu)尺寸,在初步設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)階段需要用荷載結(jié)構(gòu)模型對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行較為精確的計(jì)算。荷載結(jié)構(gòu)模型中對(duì)結(jié)構(gòu)及荷載的處理方法不止一種，常用的組合形式是如下三種:1、日本慣用法及修正慣用法日本慣用計(jì)算法即把管片環(huán)簡(jiǎn)化為與管片主截面具有相同剛度的彈性均質(zhì)圓環(huán), 并采用以三角形抗力為特征的慣用荷載系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算的方法。日本修正慣用計(jì)算法中也將管片襯砌圓環(huán)考慮為彈性勻質(zhì)圓環(huán),并用小于1的剛度折減系數(shù)來(lái)體現(xiàn)環(huán)向接頭的影響,不具體考慮接頭的位置,即僅降低襯砌圓環(huán)的整體抗彎剛度。當(dāng)采用通縫拼裝方式時(shí),其分析結(jié)果就作為設(shè)計(jì)值；而當(dāng)為錯(cuò)縫拼裝時(shí),由于環(huán)與環(huán)間的縱向接頭的咬合作用,出現(xiàn)附加彎矩值,用附加彎矩增大系數(shù)來(lái)表示,即用于管片主截面設(shè)計(jì)的彎矩為(1)M, 用于接頭設(shè)計(jì)的彎矩為(1)M。2、梁彈簧模型在一環(huán)管片襯砌內(nèi),用曲梁?jiǎn)卧M管片的實(shí)際狀況,用旋轉(zhuǎn)彈簧來(lái)模擬接頭,并用抗彎剛度來(lái)體現(xiàn)環(huán)向接頭的實(shí)際抗彎剛度。這種模型在計(jì)算中可以具體考慮環(huán)向接頭的位置以及由接頭引起的管片環(huán)的剛度作用此時(shí),除考慮計(jì)算目標(biāo)環(huán)外,將對(duì)其有影響的前后二襯砌圓環(huán)也作為研究對(duì)象,并用徑向抗剪剛度Kr和切向抗剪剛度Kt來(lái)體現(xiàn)縱向接頭的環(huán)間傳力效果。3、修正勻質(zhì)圓環(huán)法與修正慣用法相同的是,也將管片襯砌圓環(huán)考慮為彈性勻質(zhì)圓環(huán),并用小于1的剛度折減系數(shù)來(lái)體現(xiàn)環(huán)向接頭的影響,不具體考慮接頭的位置,即僅降低襯砌圓環(huán)的整體抗彎剛度；當(dāng)采用錯(cuò)縫拼裝方式時(shí),用附加彎矩增大系數(shù)來(lái)模擬由于環(huán)間的縱向接頭的咬合作用引起的附加彎矩值。與修正慣用法不同的是,其荷載系統(tǒng)中的地基抗力不采用三角形假定抗力,而是用地基彈簧模擬。（三）盾構(gòu)技術(shù)的特點(diǎn)及存在的問(wèn)題為了更好、更經(jīng)濟(jì)、更安全地使用盾構(gòu)技術(shù)，我們需要對(duì)盾構(gòu)技術(shù)在施工過(guò)程中遇到的常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，并指出解決相應(yīng)技術(shù)問(wèn)題的一般思路，明確今后盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展的方向。1、開(kāi)挖面的穩(wěn)定問(wèn)題盾構(gòu)法的主要原理就是盡可能在不擾動(dòng)圍巖的前提下完成施工,因此施工的關(guān)鍵就是維持開(kāi)挖面的穩(wěn)定性。泥水加壓盾構(gòu)與土壓平衡盾構(gòu)在維持開(kāi)挖面穩(wěn)定性方面機(jī)理稍有不同,主要區(qū)別在于其控制開(kāi)挖面的壓力時(shí)分別采用了泥漿和流塑性土體。 （1）泥水加壓盾構(gòu)泥水加壓盾構(gòu)是通過(guò)壓力艙內(nèi)泥水的壓力、泥水的特性來(lái)維持開(kāi)挖面穩(wěn)定的。泥漿對(duì)開(kāi)挖面的穩(wěn)定作用主要有: 通過(guò)一定壓力注入到開(kāi)挖面的泥漿會(huì)在開(kāi)挖面上形成一個(gè)難透水的泥膜或滲透壁,在泥膜兩側(cè)圍巖內(nèi)的水壓力、土壓力通過(guò)泥漿壓力得到平衡從而有效地維持開(kāi)挖面的穩(wěn)定性。泥漿微粒子向開(kāi)挖面前方滲透可增加土的粘聚力,對(duì)開(kāi)挖面的穩(wěn)定有利。因此首先選擇最佳的泥水壓力對(duì)開(kāi)挖面的穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。泥水壓力過(guò)小時(shí),開(kāi)挖面在圍巖土壓力、水壓力的作用下就會(huì)發(fā)生破壞。而壓力過(guò)大時(shí),泥水會(huì)在透水性良好的砂土中滲透逸散,泥水壓力超過(guò)土的抗剪強(qiáng)度就會(huì)在地基中形成劈裂裂隙而造成冒漿。其次選擇合適的泥漿特性也很重要,泥漿的比重、粘性、穩(wěn)定性和過(guò)濾特性決定泥膜形成的快慢和泥膜的質(zhì)量。一般來(lái)講泥漿的比重越大越有利于開(kāi)挖面的穩(wěn)定性。但是在長(zhǎng)距離隧道開(kāi)挖中,過(guò)大的比重不但會(huì)引起泥漿輸送泵的超負(fù)荷,還會(huì)增加泥水處理的難度。比重過(guò)小就會(huì)出現(xiàn)大量逸泥而增加泥膜和滲透壁形成的難度。在透水性良好的飽和砂土中,泥水的過(guò)濾特性尤為重要,泥水中微粒子的大小與土中孔隙大小的相對(duì)關(guān)系直接決定了泥膜形成的難易程度。因此研究泥漿壓力的控制和泥漿成膜機(jī)理是發(fā)展泥水加壓盾構(gòu)的重要問(wèn)題。（2）土壓平衡盾構(gòu)土壓平衡盾構(gòu)需要在壓力艙內(nèi)充滿開(kāi)挖泥土,通過(guò)對(duì)開(kāi)挖土體施加壓力來(lái)平衡開(kāi)挖面上的土壓力和水壓力。一般將壓力艙內(nèi)開(kāi)挖土的狀態(tài)稱為“塑性流動(dòng)狀態(tài)”，從土力學(xué)的角度分析,這種狀態(tài)包括三個(gè)方面的含義: 土體不易固結(jié)排水。當(dāng)推力通過(guò)隔板傳遞到壓力艙內(nèi)土體時(shí),如果土體迅速排水固結(jié),就會(huì)在壓力艙內(nèi)形成固結(jié)“土餅”,土水分離會(huì)影響壓力艙內(nèi)土體的循環(huán)和排土,因此土體要保持為不易固結(jié)排水的狀態(tài)。土體處于流塑狀態(tài)。壓力艙內(nèi)的土體應(yīng)處于高含水率,土的強(qiáng)度較低而易于翼板的攪拌。這一流塑狀態(tài)可保證土體受到擠壓時(shí)向螺旋排土器內(nèi)發(fā)生塑性流動(dòng),而順利完成排土,就是所謂的“擠牙膏”效應(yīng)。土體具有不透水性。只有壓力艙的土體具有足夠的不透水性,才能保證維持開(kāi)挖面上的水壓力, 同時(shí)也能防止從排土口發(fā)生噴涌現(xiàn)象。一些淤泥質(zhì)粘土、粘土、粉質(zhì)粘土在天然狀態(tài)下通過(guò)開(kāi)挖攪拌后即可滿足以上三個(gè)條件,這是最為適合于土壓平衡盾構(gòu)的圍巖。但是在很多情況下,情況并非如此，此時(shí)則一般通過(guò)向刀盤(pán)、壓力艙或螺旋式排土器內(nèi)添加泥漿等添加材料改善土體的性質(zhì),以滿足以上的三個(gè)條件。添加材料各種各樣,需要根據(jù)地層的土質(zhì)條件進(jìn)行選擇。2、盾構(gòu)姿勢(shì)和線路控制問(wèn)題盾構(gòu)機(jī)是一個(gè)由盾構(gòu)千斤頂驅(qū)動(dòng)、在地中運(yùn)動(dòng)的龐然大物。而隧道設(shè)計(jì)對(duì)盾構(gòu)機(jī)行走軌跡的要求非常嚴(yán)格。這是由于盾構(gòu)機(jī)的過(guò)大偏移會(huì)造成隧道的偏移而影響使用。盾構(gòu)機(jī)的偏移會(huì)造成施工操作上的困難。由于圍巖的不均勻性、曲線段施工、推力的偏心、刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)的反作用,盾構(gòu)機(jī)的姿勢(shì)易發(fā)生左右偏移、上下偏移(所謂的“抬頭”和“磕頭”)。盾構(gòu)機(jī)姿勢(shì)的偏移直接造成線路的偏移,同時(shí)造成管片拼裝困難,有時(shí)也會(huì)由于不得不偏心推進(jìn)而對(duì)管片產(chǎn)生過(guò)大的施工荷載造成管片開(kāi)裂。盾構(gòu)機(jī)的偏移可以說(shuō)是難以避免的,但是最重要的是要將偏移量始終控制在較小的范圍之內(nèi)。這就需要對(duì)千斤頂和推力進(jìn)行合理的使用并且動(dòng)態(tài)掌握盾構(gòu)機(jī)姿態(tài),因此對(duì)操作人員的培訓(xùn)尤為重要。3、盾構(gòu)施工對(duì)環(huán)境的影響問(wèn)題盾構(gòu)施工時(shí)，一般會(huì)引起一定的地基變形,其發(fā)生原因可以分為以下幾點(diǎn): 開(kāi)挖面上的土水壓力不平衡導(dǎo)致開(kāi)挖面失去穩(wěn)定性。此時(shí),壓力艙壓力大于開(kāi)挖面土壓力和水壓力時(shí)出現(xiàn)地基隆起,相反會(huì)出現(xiàn)地基沉降。盾構(gòu)推進(jìn)對(duì)圍巖的擾動(dòng)。盾構(gòu)殼板和圍巖的摩擦、以及圍巖的擾動(dòng)會(huì)引起地基隆起和沉降。尤其在蛇曲修正、曲線推進(jìn)時(shí)如采用超挖,會(huì)使圍巖松動(dòng)的范圍變大加大地基的沉降量。盾尾空隙的發(fā)生和壁后注漿的不足。盾構(gòu)施工必然產(chǎn)生盾尾空隙,這一空隙會(huì)引起地基的應(yīng)力釋放而產(chǎn)生彈塑性變形。一般可通過(guò)實(shí)施壁后注漿來(lái)控制,但壁后注漿的材料、注漿時(shí)間、位置、壓力、注漿量都會(huì)影響地基的變形量。管片的變形和變位。管片從盾尾脫出后,受到圍巖荷載作用發(fā)生一些變形或變位,造成地基沉降,但其量一般較小。地下水位下降。由于漏水或降水引起的地基沉降。盾構(gòu)施工期間由于上述各種原因引起的地表沉降對(duì)周?chē)h(huán)境有一定的影響。因此，盾構(gòu)施工時(shí)就必須對(duì)地基變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)代盾構(gòu)可廣泛適用于軟土、砂卵石、軟巖直至硬巖等各類地層條件，施工不受地形地貌、江河水域等地表環(huán)境條件的限制，施工受天氣影響小。既可用來(lái)修建小斷面的區(qū)間隧道，也可用來(lái)修建大斷面的車(chē)站隧道。而且施工占地和征地費(fèi)用少，施工速度快，對(duì)控制地面沉降有較大把握。但盾構(gòu)隧道施工也存在一些不足之處：當(dāng)隧道曲線半徑過(guò)小時(shí)，盾構(gòu)隧道施工較為困難，不適合應(yīng)用于折返線等大斷面工程；修建城市隧道時(shí)，若隧道覆土太淺則施工難度較大，水下施工時(shí)，若覆土太淺將導(dǎo)致施工安全性較低；施工中隧道上方一定范圍內(nèi)的地表沉降難以完全消除，特別是對(duì)于飽和含水松弛地層而言，施工中應(yīng)采取嚴(yán)密的技術(shù)措施以將沉降控制在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)；飽和含水地層和水下隧道施工過(guò)程中，該施工法所采用的拼裝襯砌對(duì)達(dá)到整體結(jié)構(gòu)防水性的技術(shù)要求較高；兩盾構(gòu)隧道之間的聯(lián)絡(luò)通道尚需用礦山法人工開(kāi)挖，存在較大風(fēng)險(xiǎn)。因此，盾構(gòu)隧道施工仍存在施工風(fēng)險(xiǎn)，切不可掉以輕心，我們必須認(rèn)真對(duì)待。盾構(gòu)法施工在盾構(gòu)與附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造及建造端頭工作井等工程設(shè)施上需要較多的時(shí)間和投資。同時(shí)，盾構(gòu)法的施工技術(shù)方案和施工細(xì)節(jié)對(duì)巖層條件存在較大的依賴性，這就需要事先對(duì)沿線的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件做細(xì)致的勘探工作，并要根據(jù)圍巖的復(fù)雜程度做好各種準(zhǔn)備。因此，只有在地面交通繁忙，地面建筑物和地下管線密集，對(duì)地面沉降要求嚴(yán)格的城區(qū)，不宜采用明挖法，且地下水發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性差，或隧道很長(zhǎng)而又工期要求緊迫，不能采用礦山法施工時(shí)，采用盾構(gòu)法施工才是經(jīng)濟(jì)合理的。（三）本設(shè)計(jì)的意義和價(jià)值由于國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展拉動(dòng)內(nèi)需的宏觀大局，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入空前加大，已經(jīng)迎來(lái)了鐵路、公路、地鐵、水電、輸油、輸氣及環(huán)保等工程建設(shè)高潮，其中隧道項(xiàng)目占有十分突出的位置。隧道技術(shù)的發(fā)展正當(dāng)其時(shí)。在這些工程項(xiàng)目的建設(shè)中盾構(gòu)及掘進(jìn)機(jī)的使用會(huì)越來(lái)越多，以目前所列的建設(shè)規(guī)模估計(jì)，至少在今后的35年內(nèi)盾構(gòu)和TBM設(shè)備會(huì)以每年上百臺(tái)套的速度不斷增長(zhǎng)。盾構(gòu)方法在城市隧道建設(shè)中一直發(fā)揮著重要的作用，而且潛力巨大。特別是在大城市，由于諸如施工場(chǎng)地不足，需要在毗鄰重要建筑物處施工，深處施工和要求降低成本等一些原因，隧道施工預(yù)計(jì)會(huì)有更高的要求。盾構(gòu)需要發(fā)揮更大的作用去解決這些問(wèn)題。在即將參加工作之際，我希望能夠認(rèn)真順利地完成此次設(shè)計(jì)。我相信，通過(guò)此次設(shè)計(jì)，我的專業(yè)知識(shí)將會(huì)更加豐富和牢固，從而對(duì)我以后的工作打下一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二、主要參考文獻(xiàn)1劉建航，侯學(xué)淵.盾構(gòu)法隧道M.北京:中國(guó)鐵道出版社，19912朱偉，陳仁俊.盾構(gòu)隧道施工技術(shù)現(xiàn)狀及展望.巖土工程界，2002，4(11)：19213賀少輝等.地下工程.北京：清華大學(xué)出版社；北京交通大學(xué)出版社，2008.34吳笑偉.國(guó)內(nèi)外盾構(gòu)技術(shù)現(xiàn)狀及展望.建筑機(jī)械，2008.85孫文昊.荷載結(jié)構(gòu)模型在盾構(gòu)管片內(nèi)力計(jì)算中應(yīng)用的探討.鐵道勘測(cè)與設(shè)計(jì)，2006(1)6郭陜?cè)?盾構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展方向.建筑機(jī)械化.2009(07)7姜安龍，胡斌，郭云英.盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究.南昌航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2007(3)8崔玖江.盾構(gòu)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)與規(guī)避對(duì)策.隧道建設(shè).2009(08)9呂劍英.城市地鐵盾構(gòu)法區(qū)間隧道的設(shè)計(jì).西部探礦工程.2004(08)10呂劍英.廣州地鐵越三區(qū)間盾構(gòu)隧道的設(shè)計(jì).現(xiàn)代隧道技術(shù).2003(12)11朱世友.國(guó)內(nèi)地鐵盾構(gòu)區(qū)間隧道管片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀與發(fā)展.現(xiàn)代隧道技術(shù).2002(12)12施仲衡等.地下鐵道設(shè)計(jì)與施工.陜西科學(xué)技術(shù)出版社.1997(06)13陳丹，袁大軍，張彌.盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用.現(xiàn)代城市軌道交通.2005(05)14趙成剛等.土力學(xué)原理.北京：清華大學(xué)出版社；北京交通大學(xué)出版社，2004.815夏永旭，王永東.隧道結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算M.北京：人民交通出版社，200416張鳳祥，傅德明等.盾構(gòu)隧道施工手冊(cè)M.北京：人民交通出版社.200517劉維寧，劉衛(wèi)豐等.盾構(gòu)法與淺埋暗挖法結(jié)合建造車(chē)站技術(shù)的結(jié)構(gòu)方案初步研究.現(xiàn)代隧道技術(shù).2009(12)18陳丹，袁大軍，張彌.盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用.現(xiàn)代城市軌道交通.2005(5)19吳鴻慶，任俠.結(jié)構(gòu)有限元分析.北京：中國(guó)鐵道出版社.2000.920陳超.城市地鐵盾構(gòu)法施工技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析.施工技術(shù).2005(09)21 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Design and construction of a tunnel using the technology for controlling muck flow in the cutting chamber of an earth pressure balance shield of large cross section. Underground Space.200722 Mitsutaka Sugimoto, Aphichat Sramoon. Theoretical Model of Shield Behavior During Excavation. M.ASCE三、研究方案1、本設(shè)計(jì)研究步驟：線路總平面設(shè)計(jì)、線路縱斷面設(shè)計(jì)、盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)與優(yōu)化、盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)各工況內(nèi)力組合計(jì)算、管片結(jié)構(gòu)截面檢算及配筋設(shè)計(jì)、盾構(gòu)隧道施工方案設(shè)計(jì)。2、本設(shè)計(jì)所用理論基礎(chǔ)：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)力學(xué)、土力學(xué)、選