大直徑盾構(gòu)隧道的技術(shù)進展

1、1.1.概述概述2.2.設(shè)計計算方法的進步設(shè)計計算方法的進步3.3.隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù)隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù)4.4.性能化設(shè)計的加強性能化設(shè)計的加強5.5.施工組織設(shè)計技術(shù)創(chuàng)新施工組織設(shè)計技術(shù)創(chuàng)新6.6.結(jié)語結(jié)語1.1 1.1 國內(nèi)大直徑盾構(gòu)的發(fā)展概況國內(nèi)大直徑盾構(gòu)的發(fā)展概況 1 1 概述概述 采用盾構(gòu)法修建隧道的歷史已有近采用盾構(gòu)法修建隧道的歷史已有近170年。從二十世紀(jì)年。從二十世紀(jì)60年代以來，隨年代以來，隨著機械制造技術(shù)的發(fā)展，不同類型盾構(gòu)機相繼出現(xiàn)，可實施的盾構(gòu)隧道著機械制造技術(shù)的發(fā)展，不同類型盾構(gòu)機相繼出現(xiàn)，可實施的盾構(gòu)隧道直徑也逐漸增大，掘進長度與開挖深度也在不斷增加，建成了英法

2、海峽直徑也逐漸增大，掘進長度與開挖深度也在不斷增加，建成了英法海峽隧道、東京灣海底隧道、荷蘭綠色心臟隧道等一批著名工程。隧道、東京灣海底隧道、荷蘭綠色心臟隧道等一批著名工程。 英法海峽隧道 東京灣隧道東京灣隧道綠色心臟隧道綠色心臟隧道1.1 1.1 國內(nèi)大直徑盾構(gòu)的發(fā)展概況國內(nèi)大直徑盾構(gòu)的發(fā)展概況 1 1 概述概述 自從上世紀(jì)自從上世紀(jì)90年代以來，隨著中國地下空間的開發(fā)利用和交通、能年代以來，隨著中國地下空間的開發(fā)利用和交通、能源等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大規(guī)?？焖侔l(fā)展，盾構(gòu)法隧道技術(shù)也得到了迅速的源等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大規(guī)?？焖侔l(fā)展，盾構(gòu)法隧道技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展。尤其是在越江交通隧道領(lǐng)域，不同地質(zhì)條

3、件下的中等直徑和大直發(fā)展。尤其是在越江交通隧道領(lǐng)域，不同地質(zhì)條件下的中等直徑和大直徑盾構(gòu)相繼開始使用，國內(nèi)部分大直徑越江隧道工程見表徑盾構(gòu)相繼開始使用，國內(nèi)部分大直徑越江隧道工程見表1（下頁）。（下頁）。 1.1 1.1 國內(nèi)大直徑盾構(gòu)的發(fā)展概況國內(nèi)大直徑盾構(gòu)的發(fā)展概況 1 1 概述概述國內(nèi)大直徑盾構(gòu)工法應(yīng)用情況國內(nèi)大直徑盾構(gòu)工法應(yīng)用情況序號隧道名稱隧道外徑盾構(gòu)段長度盾構(gòu)型式建設(shè)時間1 1上海打浦路隧道上海打浦路隧道10.0m10.0m1324m1324m1 1臺網(wǎng)格式盾構(gòu)臺網(wǎng)格式盾構(gòu)19661966年年2 2上海延安東路隧道上海延安東路隧道11.0m11.0m1310m1310m1 1臺網(wǎng)格

4、式盾構(gòu)臺網(wǎng)格式盾構(gòu)19881988年年3 3上海延安東路復(fù)線隧道上海延安東路復(fù)線隧道11.0m11.0m約約1.3km1.3km1 1臺泥水盾構(gòu)臺泥水盾構(gòu)19941994年年4 4上海大連路隧道上海大連路隧道11.0m11.0m1258m1258m2 2臺泥水盾構(gòu)臺泥水盾構(gòu)20032003年年5 5上海復(fù)興東路隧道上海復(fù)興東路隧道11.0m11.0m1214m1214m2 2臺泥水盾構(gòu)臺泥水盾構(gòu)20042004年年6 6上海翔殷路隧道上海翔殷路隧道11.36m11.36m1498m1498m2 2臺泥水盾構(gòu)臺泥水盾構(gòu)20052005年年7 7上海上中路隧道上海上中路隧道14.5m14.5m12

5、50m1250m1 1臺泥水盾構(gòu)臺泥水盾構(gòu)在建在建8 8武漢長江隧道武漢長江隧道11.0m11.0m2550m2550m2 2臺復(fù)合式泥水盾構(gòu)臺復(fù)合式泥水盾構(gòu)已通車已通車9 9上海長江隧道上海長江隧道15.0m15.0m7470m7470m2 2臺泥水盾構(gòu)臺泥水盾構(gòu)在建在建1010南京長江隧道南京長江隧道14.5m14.5m3022m3022m2 2臺泥水盾構(gòu)臺泥水盾構(gòu)在建在建1111廣深港客專獅子洋隧道廣深港客專獅子洋隧道10.8m10.8m9340m9340m4 4臺復(fù)合式泥水盾構(gòu)臺復(fù)合式泥水盾構(gòu)在建在建1212杭州慶春路過江隧道杭州慶春路過江隧道11.3m11.3m1766m1766m2

6、 2臺泥水盾構(gòu)臺泥水盾構(gòu)在建在建1313杭州錢江隧道杭州錢江隧道15.0m15.0m3250m3250m2 2臺泥水盾構(gòu)臺泥水盾構(gòu)在建在建1.1 1.1 國內(nèi)大直徑盾構(gòu)的發(fā)展概況國內(nèi)大直徑盾構(gòu)的發(fā)展概況 1 1 概述概述 近年來，以武漢、南京、上海越長江隧道和廣深港客運專線獅子洋隧近年來，以武漢、南京、上海越長江隧道和廣深港客運專線獅子洋隧道為代表的大直徑越江隧道的建設(shè)，無論是在工程建設(shè)規(guī)模還是建設(shè)難道為代表的大直徑越江隧道的建設(shè)，無論是在工程建設(shè)規(guī)模還是建設(shè)難度方面，均堪稱世界級工程，極大地促進了我國盾構(gòu)法隧道的設(shè)計和施度方面，均堪稱世界級工程，極大地促進了我國盾構(gòu)法隧道的設(shè)計和施工技術(shù)進步

7、。工技術(shù)進步。 1.2 1.2 國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點1 1 概述概述 1.2.1 武漢長江隧道武漢長江隧道 武漢長江隧道為城市道路隧道，盾構(gòu)通過的地層主要有：粘土、粉土、武漢長江隧道為城市道路隧道，盾構(gòu)通過的地層主要有：粘土、粉土、粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂、中粗砂、卵石、泥質(zhì)粉砂巖夾砂頁巖等，其中盾構(gòu)機粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂、中粗砂、卵石、泥質(zhì)粉砂巖夾砂頁巖等，其中盾構(gòu)機開挖粉細(xì)砂、中粗砂、卵石地層的比例占全隧道的開挖粉細(xì)砂、中粗砂、卵石地層的比例占全隧道的80，砂地層中石英含，砂地層中石英含量高達量高達65。在江中段每條隧道底部切入基巖長度約

8、。在江中段每條隧道底部切入基巖長度約400m，切入基巖的最，切入基巖的最大深度約大深度約2.5m，基巖最大抗壓強度達，基巖最大抗壓強度達40MPa。 漢口引漢口引道起點道起點中山中山大道大道漢口漢口工作井工作井武昌武昌工作井工作井友誼友誼大道大道江南引江南引道終點道終點1.2 1.2 國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點1 1 概述概述 1.2.1 武漢長江隧道武漢長江隧道 盾構(gòu)段最大水壓力達盾構(gòu)段最大水壓力達0.57MPa。江中段及兩岸邊大部分地段，盾構(gòu)段均。江中段及兩岸邊大部分地段，盾構(gòu)段均位于富含承壓水的粉細(xì)砂地層，其水平滲透系數(shù)約位于富含

9、承壓水的粉細(xì)砂地層，其水平滲透系數(shù)約5103cm/s，垂直滲，垂直滲透系數(shù)約透系數(shù)約5104cm/s。隧道覆土厚度最大。隧道覆土厚度最大40.5m，最小，最小7.2m，土壓變化，土壓變化大；長江水位洪水期與枯水期差別大，年內(nèi)變幅可達大；長江水位洪水期與枯水期差別大，年內(nèi)變幅可達15m左右，歷史最高左右，歷史最高最低水位相差最低水位相差18m。漢口引漢口引道起點道起點中山中山大道大道漢口漢口工作井工作井武昌武昌工作井工作井友誼友誼大道大道江南引江南引道終點道終點1.2 1.2 國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點1 1 概述概述 1.2.1 武漢長

10、江隧道武漢長江隧道 由于隧道位于武漢市中心城區(qū)，地面建筑密集，受盾構(gòu)施工影響的地面由于隧道位于武漢市中心城區(qū)，地面建筑密集，受盾構(gòu)施工影響的地面建筑物多達建筑物多達50余幢，最高的建筑物為余幢，最高的建筑物為8層，其中下穿魯慈故居（省級文物）層，其中下穿魯慈故居（省級文物）處的覆土厚度僅處的覆土厚度僅6m。此外，隧道穿越多條城市道路，其地下管線眾多，同。此外，隧道穿越多條城市道路，其地下管線眾多，同時還需穿越武九鐵路、長江防洪堤等。時還需穿越武九鐵路、長江防洪堤等。1.2 1.2 國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點1 1 概述概述 1.2.2

11、南京長江隧道南京長江隧道 南京長江隧道為城市快速路隧道，盾構(gòu)通過的地層主要有：淤泥質(zhì)粉南京長江隧道為城市快速路隧道，盾構(gòu)通過的地層主要有：淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土夾粉土、粉土、粉細(xì)砂、礫砂、圓礫、強風(fēng)化鈣質(zhì)泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土夾粉土、粉土、粉細(xì)砂、礫砂、圓礫、強風(fēng)化鈣質(zhì)泥巖，其中盾構(gòu)切入泥巖的長度約巖，其中盾構(gòu)切入泥巖的長度約350m，最大切入深度約，最大切入深度約3.9m，泥巖抗壓，泥巖抗壓強度小于強度小于1.0MPa。盾構(gòu)機開挖地層大部分為粉細(xì)砂、礫砂、圓礫地層，。盾構(gòu)機開挖地層大部分為粉細(xì)砂、礫砂、圓礫地層，比例占全隧道的比例占全隧道的85。1.2 1.2 國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)

12、境條件特點國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點1 1 概述概述 1.2.2 南京長江隧道南京長江隧道 盾構(gòu)段最大水壓力達盾構(gòu)段最大水壓力達0.65MPa。江中段粉細(xì)砂地層垂直滲透系數(shù)。江中段粉細(xì)砂地層垂直滲透系數(shù)2.210-4cm/s，水平滲透系數(shù)，水平滲透系數(shù)1.210-4cm/s。隧道覆土厚度最大。隧道覆土厚度最大31m，最小最小5.5m，土壓變化大；長江水位洪水期與枯水期差別大，年內(nèi)變幅可，土壓變化大；長江水位洪水期與枯水期差別大，年內(nèi)變幅可達達9m左右，歷史最高最低水位相差左右，歷史最高最低水位相差10.1m。1.2 1.2 國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點國內(nèi)幾座代表

13、性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點1 1 概述概述 1.2.2 南京長江隧道南京長江隧道 盾構(gòu)需穿越兩道長江防洪大堤，受水下以及兩岸地形限制，江中約盾構(gòu)需穿越兩道長江防洪大堤，受水下以及兩岸地形限制，江中約130m處于淺埋段，覆土厚度為處于淺埋段，覆土厚度為0.71.0D(D為隧道直徑為隧道直徑)。 1.2 1.2 國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點1 1 概述概述 1.2.3 上海長江隧道上海長江隧道 上海長江隧道為高速公路與地鐵合建的隧道，盾構(gòu)段穿越的主要地層上海長江隧道為高速公路與地鐵合建的隧道，盾構(gòu)段穿越的主要地層為淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘

14、土、粘土、砂質(zhì)粉土，局部地層中夾薄層為淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粘土、砂質(zhì)粉土，局部地層中夾薄層粉砂和粘質(zhì)粉土透鏡體。主要不良地質(zhì)現(xiàn)象有：淺層氣、砂土液化、流粉砂和粘質(zhì)粉土透鏡體。主要不良地質(zhì)現(xiàn)象有：淺層氣、砂土液化、流砂、管涌、淤泥質(zhì)粘土靈敏度高，易產(chǎn)生觸變與蠕變。工程淺部土層潛砂、管涌、淤泥質(zhì)粘土靈敏度高，易產(chǎn)生觸變與蠕變。工程淺部土層潛水與長江水有密切水力聯(lián)系，砂性土中地下水具承壓性，粉質(zhì)粘土中有水與長江水有密切水力聯(lián)系，砂性土中地下水具承壓性，粉質(zhì)粘土中有微承壓水。微承壓水。1.2 1.2 國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點1 1 概

15、述概述 1.2.3 上海長江隧道上海長江隧道 隧道在現(xiàn)狀河床下覆土厚度最大隧道在現(xiàn)狀河床下覆土厚度最大29m，最小，最小14m。隧道最大水壓力約。隧道最大水壓力約55m。工程沿線除長江防洪堤外，基本無其它建筑物。工程沿線除長江防洪堤外，基本無其它建筑物。 1.2 1.2 國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點1 1 概述概述 1.2.4 獅子洋隧道獅子洋隧道 獅子洋隧道為高速鐵路隧道，盾構(gòu)段穿越地層為淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土、粉獅子洋隧道為高速鐵路隧道，盾構(gòu)段穿越地層為淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂、中粗砂、全風(fēng)化細(xì)砂、中粗砂、全風(fēng)化-弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、粉砂

16、巖、細(xì)砂巖、砂礫巖。盾弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、砂礫巖。盾構(gòu)穿越弱風(fēng)化基巖、半巖半土、第四系覆蓋物地層的長度分別占掘進長度的構(gòu)穿越弱風(fēng)化基巖、半巖半土、第四系覆蓋物地層的長度分別占掘進長度的73.3、13.3、13.4?；鶐r的最大單軸抗壓強度為?；鶐r的最大單軸抗壓強度為82.8MPa，基巖層的滲，基巖層的滲透系數(shù)達透系數(shù)達6.410-4m/s，基巖的石英含量最高達，基巖的石英含量最高達55.2%，巖石地層的粘粉粒，巖石地層的粘粉粒（75m）含量為）含量為26.155.3%。1.2 1.2 國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點1 1 概述概

17、述 1.2.4 獅子洋隧道獅子洋隧道 地下水主要為第四系地層的孔隙水和白堊系巖層的裂隙水，具承壓性，地下水主要為第四系地層的孔隙水和白堊系巖層的裂隙水，具承壓性，地下水補給充足。地下水補給充足。 隧道在現(xiàn)狀河床下覆蓋厚度最大隧道在現(xiàn)狀河床下覆蓋厚度最大45m，最小，最小10m。隧道最大水壓力。隧道最大水壓力67m，為目前國內(nèi)水壓力最大的盾構(gòu)隧道。盾構(gòu)需穿越多道海堤和虎門港碼頭樁基。為目前國內(nèi)水壓力最大的盾構(gòu)隧道。盾構(gòu)需穿越多道海堤和虎門港碼頭樁基。 1.2 1.2 國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點1 1 概述概述 1.2.5 環(huán)境條件的主要特

18、點環(huán)境條件的主要特點 由上可見，國內(nèi)幾座大直徑盾構(gòu)隧道的工程用途涵蓋了由上可見，國內(nèi)幾座大直徑盾構(gòu)隧道的工程用途涵蓋了城市道路、城市快速路、高速公路和高速鐵路，盾構(gòu)穿越的城市道路、城市快速路、高速公路和高速鐵路，盾構(gòu)穿越的地層包含了極軟土、粉細(xì)砂、中粗砂、卵礫石、軟巖、中硬地層包含了極軟土、粉細(xì)砂、中粗砂、卵礫石、軟巖、中硬巖等多種地層，地層滲透性變化范圍大，水土壓力高，水壓巖等多種地層，地層滲透性變化范圍大，水土壓力高，水壓力大，地面環(huán)境亦十分復(fù)雜，如此復(fù)雜的環(huán)境條件也促進了力大，地面環(huán)境亦十分復(fù)雜，如此復(fù)雜的環(huán)境條件也促進了工程設(shè)計技術(shù)的進步。工程設(shè)計技術(shù)的進步。2.1 2.1 盾構(gòu)隧道結(jié)

19、構(gòu)計算理論概況盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)計算理論概況2 2 設(shè)計計算方法的進步設(shè)計計算方法的進步 盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)計算經(jīng)歷了剛性結(jié)構(gòu)法、彈性結(jié)構(gòu)法、假定抗盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)計算經(jīng)歷了剛性結(jié)構(gòu)法、彈性結(jié)構(gòu)法、假定抗力法、彈性地基梁法、連續(xù)介質(zhì)法幾個階段，幾種地下結(jié)構(gòu)計算力法、彈性地基梁法、連續(xù)介質(zhì)法幾個階段，幾種地下結(jié)構(gòu)計算理論的發(fā)展在時間上沒有截然的前后之分，后期提出的計算方法理論的發(fā)展在時間上沒有截然的前后之分，后期提出的計算方法也沒有否定前期的成果，且每一種計算理論中，又可根據(jù)假定條也沒有否定前期的成果，且每一種計算理論中，又可根據(jù)假定條件的不同細(xì)分為多種具體的計算方法。在目前設(shè)計和研究中，假件的不同細(xì)分為多種具

20、體的計算方法。在目前設(shè)計和研究中，假定抗力法、彈性地基梁法和連續(xù)介質(zhì)模型計算法都有應(yīng)用。由于定抗力法、彈性地基梁法和連續(xù)介質(zhì)模型計算法都有應(yīng)用。由于可用于盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)計算的方法很多，相應(yīng)的計算結(jié)果的差距也可用于盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)計算的方法很多，相應(yīng)的計算結(jié)果的差距也較為明顯。較為明顯。 2.1 2.1 盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)計算理論概況盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)計算理論概況2 2 設(shè)計計算方法的進步設(shè)計計算方法的進步世界各國盾構(gòu)隧道襯砌設(shè)計荷載計算方法見下表：世界各國盾構(gòu)隧道襯砌設(shè)計荷載計算方法見下表： 國家設(shè)計模型設(shè)計水土壓力（v為垂直水土壓力；h為水平水土壓力）澳大利亞澳大利亞全周彈簧模型全周彈簧模型v全部覆土重全部覆

21、土重hv+靜水壓力靜水壓力奧地利奧地利全周彈簧模型全周彈簧模型淺埋隧道：淺埋隧道：v全部覆土重全部覆土重hv+靜水壓力靜水壓力深埋隧道：按泰沙基土壓力公式深埋隧道：按泰沙基土壓力公式西德西德覆土深覆土深2D：局部彈簧模型；：局部彈簧模型；覆土深覆土深2D：全周彈簧模型：全周彈簧模型v全部覆土重全部覆土重hv（0.5）法國法國全周彈簧模型或有限元法全周彈簧模型或有限元法v全部覆土重或按泰沙基土壓力公式全部覆土重或按泰沙基土壓力公式hv（取經(jīng)驗值）取經(jīng)驗值）日本日本慣用設(shè)計法慣用設(shè)計法或梁或梁彈簧模型彈簧模型v全部覆土重或按泰沙基土壓力公式計算全部覆土重或按泰沙基土壓力公式計算hv（砂性土分算、粘

22、性土合算）（砂性土分算、粘性土合算）西班牙西班牙考慮圍巖和襯砌相互作用的考慮圍巖和襯砌相互作用的Buqera方法方法不計粘聚力的泰沙基公式不計粘聚力的泰沙基公式英國英國全周彈簧模型或全周彈簧模型或Moir Wood法法v全部覆土重全部覆土重hv（1+）/2美國美國彈性地基圓環(huán)法彈性地基圓環(huán)法v全部覆土重全部覆土重hv+水壓力，水壓力，（0.40.5）2.2 2.2 我國大直徑盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)計算方法我國大直徑盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)計算方法2 2 設(shè)計計算方法的進步設(shè)計計算方法的進步 我國大直徑盾構(gòu)的結(jié)構(gòu)一般采用修正慣用設(shè)計法或梁我國大直徑盾構(gòu)的結(jié)構(gòu)一般采用修正慣用設(shè)計法或梁彈簧模型彈簧模型進行計算，但根

23、據(jù)工程的具體條件也有采用其它計算方法的實例，如獅進行計算，但根據(jù)工程的具體條件也有采用其它計算方法的實例，如獅子洋隧道由于大部分地段位于基巖中，采用了有限元法進行計算。由于子洋隧道由于大部分地段位于基巖中，采用了有限元法進行計算。由于我國盾構(gòu)隧道的直徑在逐步加大，而且很多隧道在當(dāng)?shù)鼐鞘状谓ㄔO(shè)，我國盾構(gòu)隧道的直徑在逐步加大，而且很多隧道在當(dāng)?shù)鼐鞘状谓ㄔO(shè)，缺少經(jīng)驗，因此，一般同時采用兩種計算方法進行相互校核，并取其內(nèi)缺少經(jīng)驗，因此，一般同時采用兩種計算方法進行相互校核，并取其內(nèi)力包絡(luò)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。力包絡(luò)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。2.2.1 隧道橫向計算隧道橫向計算 OiM=KO接 縫 回 轉(zhuǎn) 彈 簧 K1

24、切 向 剪 切 彈 簧 K3徑 向 剪 切 彈 簧 K2C環(huán)B環(huán) (目 標(biāo) 環(huán) )A環(huán)2.2 2.2 我國大直徑盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)計算方法我國大直徑盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)計算方法2 2 設(shè)計計算方法的進步設(shè)計計算方法的進步 隨著對盾構(gòu)隧道研究的深入，結(jié)合對已經(jīng)運營的盾構(gòu)隧道的監(jiān)測數(shù)隨著對盾構(gòu)隧道研究的深入，結(jié)合對已經(jīng)運營的盾構(gòu)隧道的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，盾構(gòu)隧道的縱向變形問題開始受到關(guān)注，并提出了縱向設(shè)計的據(jù)分析，盾構(gòu)隧道的縱向變形問題開始受到關(guān)注，并提出了縱向設(shè)計的概念。目前縱向計算多采用彈性地基梁的方法，對曲線半徑較小的地段概念。目前縱向計算多采用彈性地基梁的方法，對曲線半徑較小的地段同時也采用三維有限元的方

25、法對施工過程進行模擬計算。同時也采用三維有限元的方法對施工過程進行模擬計算。2.2.2 隧道縱向計算隧道縱向計算 2.2 2.2 我國大直徑盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)計算方法我國大直徑盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)計算方法2 2 設(shè)計計算方法的進步設(shè)計計算方法的進步 為驗證結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性與合理性，南京長江隧道、上海長為驗證結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性與合理性，南京長江隧道、上海長江隧道、獅子洋隧道均進行了原型結(jié)構(gòu)試驗和現(xiàn)場實測，這些研江隧道、獅子洋隧道均進行了原型結(jié)構(gòu)試驗和現(xiàn)場實測，這些研究成果對改進結(jié)構(gòu)設(shè)計方法將起到很好的指導(dǎo)作用。究成果對改進結(jié)構(gòu)設(shè)計方法將起到很好的指導(dǎo)作用。 2.2.3 大型結(jié)構(gòu)試驗與現(xiàn)場實測大型結(jié)構(gòu)試驗與現(xiàn)

26、場實測 2.2 2.2 我國大直徑盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)計算方法我國大直徑盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)計算方法2 2 設(shè)計計算方法的進步設(shè)計計算方法的進步 為驗證結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性與合理性，南京長江隧道、上海長為驗證結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性與合理性，南京長江隧道、上海長江隧道、獅子洋隧道均進行了原型結(jié)構(gòu)試驗和現(xiàn)場實測，這些研江隧道、獅子洋隧道均進行了原型結(jié)構(gòu)試驗和現(xiàn)場實測，這些研究成果對改進結(jié)構(gòu)設(shè)計方法將起到很好的指導(dǎo)作用。究成果對改進結(jié)構(gòu)設(shè)計方法將起到很好的指導(dǎo)作用。 2.2.3 大型結(jié)構(gòu)試驗與現(xiàn)場實測大型結(jié)構(gòu)試驗與現(xiàn)場實測 武漢長江隧道3.1 3.1 襯砌結(jié)構(gòu)的多樣化襯砌結(jié)構(gòu)的多樣化3 3 隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù)隧道結(jié)構(gòu)與

27、防水新技術(shù) 工程實踐經(jīng)驗證明，盾構(gòu)法隧道采用單層管片襯砌完全可以滿足變工程實踐經(jīng)驗證明，盾構(gòu)法隧道采用單層管片襯砌完全可以滿足變形、接縫張開量及混凝土裂縫控制等的設(shè)計要求，同時通過同步注漿和形、接縫張開量及混凝土裂縫控制等的設(shè)計要求，同時通過同步注漿和二次注漿，可以進一步加強管片穩(wěn)定與防水效果。又由于單層管片襯砌二次注漿，可以進一步加強管片穩(wěn)定與防水效果。又由于單層管片襯砌具有工藝簡單、工期短、投資節(jié)省的優(yōu)點，因此盾構(gòu)隧道一般采用單層具有工藝簡單、工期短、投資節(jié)省的優(yōu)點，因此盾構(gòu)隧道一般采用單層管片襯砌。管片襯砌。 3.1 3.1 襯砌結(jié)構(gòu)的多樣化襯砌結(jié)構(gòu)的多樣化3 3 隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù)隧

28、道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù) 隨著盾構(gòu)隧道工程用途的推廣，國內(nèi)鐵路盾構(gòu)隧道開始嘗試設(shè)置二隨著盾構(gòu)隧道工程用途的推廣，國內(nèi)鐵路盾構(gòu)隧道開始嘗試設(shè)置二次襯砌的新結(jié)構(gòu)。如獅子洋隧道擬在軟弱地層地段和防災(zāi)救援定點地段次襯砌的新結(jié)構(gòu)。如獅子洋隧道擬在軟弱地層地段和防災(zāi)救援定點地段加設(shè)內(nèi)襯。這主要是由于高速列車通過隧道時，隧道內(nèi)氣壓變化幅度大、加設(shè)內(nèi)襯。這主要是由于高速列車通過隧道時，隧道內(nèi)氣壓變化幅度大、頻率高，防火涂層由于耐久性和粘結(jié)力的原因可能產(chǎn)生掉塊，而二次襯頻率高，防火涂層由于耐久性和粘結(jié)力的原因可能產(chǎn)生掉塊，而二次襯砌無論是在耐久性還是防火性能方面均有明顯的優(yōu)勢。擬建的滬通砌無論是在耐久性還是防火性能方

29、面均有明顯的優(yōu)勢。擬建的滬通線路中線建筑限界內(nèi) 襯救援通道內(nèi)軌頂面隧道中線厚30cm電力電纜槽 管 片內(nèi) 襯鐵路黃浦江隧道為通行雙層鐵路黃浦江隧道為通行雙層集裝箱列車和油罐車的水下集裝箱列車和油罐車的水下盾構(gòu)隧道，為加強防火性能盾構(gòu)隧道，為加強防火性能和提高抵抗列車脫軌撞擊的和提高抵抗列車脫軌撞擊的能力，亦準(zhǔn)備采用管片內(nèi)能力，亦準(zhǔn)備采用管片內(nèi)襯的結(jié)構(gòu)方案。襯的結(jié)構(gòu)方案。3.2 3.2 通用楔形環(huán)的采用通用楔形環(huán)的采用3 3 隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù)隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù) 我國上個世紀(jì)修建的盾構(gòu)隧道均同時采用幾種襯砌環(huán)類型，即左轉(zhuǎn)我國上個世紀(jì)修建的盾構(gòu)隧道均同時采用幾種襯砌環(huán)類型，即左轉(zhuǎn)彎環(huán)、右轉(zhuǎn)彎環(huán)

30、和直線環(huán)。該種設(shè)計方式有以下缺點：襯砌環(huán)類型多，彎環(huán)、右轉(zhuǎn)彎環(huán)和直線環(huán)。該種設(shè)計方式有以下缺點：襯砌環(huán)類型多，需要更多的管片制造模具，增加了造價；由于各種襯砌在外觀尺寸上需要更多的管片制造模具，增加了造價；由于各種襯砌在外觀尺寸上差別很小，增加了施工管理難度；管片本身無法擬合豎曲線，在豎曲差別很小，增加了施工管理難度；管片本身無法擬合豎曲線，在豎曲線地段需在環(huán)面加設(shè)不等厚的墊片，這在強透水和高水壓地層中對防水線地段需在環(huán)面加設(shè)不等厚的墊片，這在強透水和高水壓地層中對防水不利；由于施工中不可避免會產(chǎn)生掘進方向的誤差，因而在一環(huán)掘進不利；由于施工中不可避免會產(chǎn)生掘進方向的誤差，因而在一環(huán)掘進完成前

31、無法預(yù)知該采用何種襯砌環(huán)，不利于管片提前組織運輸，因而施完成前無法預(yù)知該采用何種襯砌環(huán)，不利于管片提前組織運輸，因而施工速度較慢，當(dāng)掘進長度較長時尤為不利。工速度較慢，當(dāng)掘進長度較長時尤為不利。3.2 3.2 通用楔形環(huán)的采用通用楔形環(huán)的采用3 3 隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù)隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù) 為克服上述缺點為克服上述缺點， 武漢長江隧道工程在國內(nèi)大直徑盾構(gòu)隧道中率先采武漢長江隧道工程在國內(nèi)大直徑盾構(gòu)隧道中率先采用通用楔形環(huán)襯砌。該種類型襯砌環(huán)只需一種類型模具，通過襯砌環(huán)的用通用楔形環(huán)襯砌。該種類型襯砌環(huán)只需一種類型模具，通過襯砌環(huán)的旋轉(zhuǎn)可以實現(xiàn)直線、平曲線、豎曲線的擬合和糾偏需要，且擬合精度高。

32、旋轉(zhuǎn)可以實現(xiàn)直線、平曲線、豎曲線的擬合和糾偏需要，且擬合精度高。通用楔形環(huán)的缺點在于管片空間旋轉(zhuǎn)位置不固定，為找出結(jié)構(gòu)最不利受通用楔形環(huán)的缺點在于管片空間旋轉(zhuǎn)位置不固定，為找出結(jié)構(gòu)最不利受力狀態(tài)，需進行高達幾十種甚至上百種拼裝組合狀態(tài)的計算，計算工作力狀態(tài)，需進行高達幾十種甚至上百種拼裝組合狀態(tài)的計算，計算工作量大。量大。3.3 3.3 新材料的應(yīng)用新材料的應(yīng)用3 3 隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù)隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù) 為提高管片襯砌的防火性為提高管片襯砌的防火性能并減少管片制作過程中的表能并減少管片制作過程中的表面收縮裂縫，不少隧道開始采面收縮裂縫，不少隧道開始采用合成纖維混凝土管片。合成用合成纖維混

33、凝土管片。合成纖維應(yīng)選擇耐堿性強、彈性模纖維應(yīng)選擇耐堿性強、彈性模量高、熔點低的材料量高、熔點低的材料，摻量控?fù)搅靠刂圃谥圃?.5kg/m3左右。左右。 3.3.1 混凝土結(jié)構(gòu)新材料的應(yīng)用混凝土結(jié)構(gòu)新材料的應(yīng)用3.3 3.3 新材料的應(yīng)用新材料的應(yīng)用3 3 隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù)隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù)3.3.1 混凝土結(jié)構(gòu)新材料的應(yīng)用混凝土結(jié)構(gòu)新材料的應(yīng)用 在上軟下硬的復(fù)合地層中掘進在上軟下硬的復(fù)合地層中掘進時，千斤頂推力變化較大，容易造時，千斤頂推力變化較大，容易造成管片局部開裂，同時在該種地層成管片局部開裂，同時在該種地層中荷載分布及結(jié)構(gòu)支撐狀態(tài)均明顯中荷載分布及結(jié)構(gòu)支撐狀態(tài)均明顯比單一地層中

34、更不利，因此武漢長比單一地層中更不利，因此武漢長江隧道和獅子洋隧道均采用了鋼筋江隧道和獅子洋隧道均采用了鋼筋鋼纖維混凝土管片。通過利用鋼鋼纖維混凝土管片。通過利用鋼纖維混凝土材料抗拉、抗裂性能好、纖維混凝土材料抗拉、抗裂性能好、韌性好的優(yōu)點，抵抗不可預(yù)見的局韌性好的優(yōu)點，抵抗不可預(yù)見的局部高應(yīng)力。部高應(yīng)力。3.3 3.3 新材料的應(yīng)用新材料的應(yīng)用3 3 隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù)隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù) 目前盾構(gòu)隧道接縫防水的常用材料為三元乙丙橡膠（目前盾構(gòu)隧道接縫防水的常用材料為三元乙丙橡膠（EPDM）和普）和普通遇水膨脹橡膠，通遇水膨脹橡膠，EPDM橡膠的耐久性好，但普通遇水膨脹橡膠在長期橡膠的耐久

35、性好，但普通遇水膨脹橡膠在長期或反復(fù)浸水前后質(zhì)量損失較大、膨脹倍率下降，耐久性相對較差。最近或反復(fù)浸水前后質(zhì)量損失較大、膨脹倍率下降，耐久性相對較差。最近南京長江隧道、上海長江隧道引進了聚醚聚氨酯遇水膨脹橡膠作為接縫南京長江隧道、上海長江隧道引進了聚醚聚氨酯遇水膨脹橡膠作為接縫的輔助防水材料。該種橡膠材質(zhì)為含親水性單元的線型聚醚聚氨酯彈性的輔助防水材料。該種橡膠材質(zhì)為含親水性單元的線型聚醚聚氨酯彈性體，聚醚分子在聚氨酯遇水膨脹膠中以化學(xué)鏈結(jié)合，且材料本身也是全體，聚醚分子在聚氨酯遇水膨脹膠中以化學(xué)鏈結(jié)合，且材料本身也是全部以化學(xué)鏈結(jié)合的熱固性結(jié)構(gòu)，沒有無機填充物和有機增塑劑，所以即部以化學(xué)鏈結(jié)

36、合的熱固性結(jié)構(gòu)，沒有無機填充物和有機增塑劑，所以即使在有機溶劑中也無可抽出物，更不溶于水，即使在流動水中長期浸泡使在有機溶劑中也無可抽出物，更不溶于水，即使在流動水中長期浸泡下其質(zhì)量和膨脹倍率也能基本保持不變，因而其耐久性較好。下其質(zhì)量和膨脹倍率也能基本保持不變，因而其耐久性較好。 3.3.2 盾構(gòu)接縫防水新材料的應(yīng)用盾構(gòu)接縫防水新材料的應(yīng)用4.1 4.1 工程風(fēng)險評估工程風(fēng)險評估 4 4 性能化設(shè)計的加強性能化設(shè)計的加強 2004年國際隧協(xié)發(fā)布了年國際隧協(xié)發(fā)布了隧道風(fēng)險管理指南隧道風(fēng)險管理指南，英國、日本，英國、日本等國家的隧道協(xié)會或保險業(yè)協(xié)會也發(fā)布了類似的風(fēng)險評估與管理等國家的隧道協(xié)會或保

37、險業(yè)協(xié)會也發(fā)布了類似的風(fēng)險評估與管理的規(guī)范或指南，我國鐵道部于的規(guī)范或指南，我國鐵道部于2007年也發(fā)布實施了年也發(fā)布實施了鐵路隧道風(fēng)鐵路隧道風(fēng)險評估與管理暫行規(guī)定險評估與管理暫行規(guī)定，上述大直徑盾構(gòu)隧道均進行了風(fēng)險評，上述大直徑盾構(gòu)隧道均進行了風(fēng)險評估專題研究。通過風(fēng)險評估對工程設(shè)計方案進行評價與優(yōu)化的辦估專題研究。通過風(fēng)險評估對工程設(shè)計方案進行評價與優(yōu)化的辦法，可以說是隧道設(shè)計技術(shù)的一項進步。法，可以說是隧道設(shè)計技術(shù)的一項進步。 PqRRR4.1 4.1 工程風(fēng)險評估工程風(fēng)險評估 4 4 性能化設(shè)計的加強性能化設(shè)計的加強 在盾構(gòu)法隧道設(shè)計的風(fēng)險評估中，經(jīng)常出現(xiàn)的關(guān)鍵問題有：隧道長距離在盾構(gòu)

38、法隧道設(shè)計的風(fēng)險評估中，經(jīng)常出現(xiàn)的關(guān)鍵問題有：隧道長距離掘進是否可行，長隧道究竟該采取怎樣的綜合防災(zāi)與救災(zāi)措施，其中并行掘進是否可行，長隧道究竟該采取怎樣的綜合防災(zāi)與救災(zāi)措施，其中并行隧道之間的橫通道設(shè)置更是焦點問題。對于長距離掘進的爭論主要是由于隧道之間的橫通道設(shè)置更是焦點問題。對于長距離掘進的爭論主要是由于國際上長距離掘進的工程實例還相對較少，工程經(jīng)驗不多，特別國際上長距離掘進的工程實例還相對較少，工程經(jīng)驗不多，特別是帶壓換刀難度大，對工期是帶壓換刀難度大，對工期影響大。目前，武漢長江隧影響大。目前，武漢長江隧道在高石英含量的砂層中掘道在高石英含量的砂層中掘進進2550m，期間沒有換刀，期

39、間沒有換刀，盾構(gòu)到達后刀具磨損不大，盾構(gòu)到達后刀具磨損不大，預(yù)計可以再掘進預(yù)計可以再掘進23km。4.1 4.1 工程風(fēng)險評估工程風(fēng)險評估 4 4 性能化設(shè)計的加強性能化設(shè)計的加強 至于對綜合防災(zāi)與救災(zāi)措施方面的爭論，原因是多方面的，一方面至于對綜合防災(zāi)與救災(zāi)措施方面的爭論，原因是多方面的，一方面是由于國內(nèi)對隧道火災(zāi)概率、火災(zāi)規(guī)模等的基礎(chǔ)理論研究還很不夠，是由于國內(nèi)對隧道火災(zāi)概率、火災(zāi)規(guī)模等的基礎(chǔ)理論研究還很不夠，不同專家的評價結(jié)果不同；另一方面經(jīng)濟能力也是主要的制約因素，不同專家的評價結(jié)果不同；另一方面經(jīng)濟能力也是主要的制約因素，如歐洲，各種防災(zāi)設(shè)備一應(yīng)俱全，唯恐如歐洲，各種防災(zāi)設(shè)備一應(yīng)俱全

40、，唯恐“遺漏遺漏”，而國內(nèi)選擇變動的，而國內(nèi)選擇變動的余地較大；余地較大；4.1 4.1 工程風(fēng)險評估工程風(fēng)險評估 4 4 性能化設(shè)計的加強性能化設(shè)計的加強 再有，消防主管部門與隧道技術(shù)專家的認(rèn)識角度不同，隧道技術(shù)專再有，消防主管部門與隧道技術(shù)專家的認(rèn)識角度不同，隧道技術(shù)專家多從橫通道修建的技術(shù)難度與風(fēng)險方面進行考慮，而消防部門則更家多從橫通道修建的技術(shù)難度與風(fēng)險方面進行考慮，而消防部門則更多的關(guān)注設(shè)備的先進性與救災(zāi)的及時性。因此，國內(nèi)在建隧道的橫通多的關(guān)注設(shè)備的先進性與救災(zāi)的及時性。因此，國內(nèi)在建隧道的橫通道設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一，地域不同，方式也不同。道設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一，地域不同，方式也不同。

41、盡管如此，隨著工程經(jīng)盡管如此，隨著工程經(jīng)驗的積累和風(fēng)險評估精度驗的積累和風(fēng)險評估精度的提高，在該方面的設(shè)計的提高，在該方面的設(shè)計將越來越趨于科學(xué)。將越來越趨于科學(xué)。4.2 4.2 耐久性設(shè)計耐久性設(shè)計 4 4 性能化設(shè)計的加強性能化設(shè)計的加強 工程結(jié)構(gòu)的耐久性對國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的作用是勿容置疑的，中工程結(jié)構(gòu)的耐久性對國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的作用是勿容置疑的，中國土木工程學(xué)會發(fā)布的國土木工程學(xué)會發(fā)布的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工指南混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工指南對提高對提高廣大工程技術(shù)人員對耐久性的認(rèn)識和對提高工程耐久性質(zhì)量起到了很廣大工程技術(shù)人員對耐久性的認(rèn)識和對提高工程耐久性質(zhì)量起到了很大的作用

42、。盾構(gòu)法隧道目前的設(shè)計和施工在耐久性方面采取了嚴(yán)格的大的作用。盾構(gòu)法隧道目前的設(shè)計和施工在耐久性方面采取了嚴(yán)格的構(gòu)造和工藝措施。但應(yīng)該看到，我國對耐久性的研究深度與規(guī)模還遠構(gòu)造和工藝措施。但應(yīng)該看到，我國對耐久性的研究深度與規(guī)模還遠遠不夠，特別是地下工程的耐久性研究差距更大。目前在建的幾座大遠不夠，特別是地下工程的耐久性研究差距更大。目前在建的幾座大直徑盾構(gòu)隧道均進行了耐久性的專題研究與試驗，如南京長江隧道，直徑盾構(gòu)隧道均進行了耐久性的專題研究與試驗，如南京長江隧道，對混凝土耐久性進行了受力狀態(tài)下的室內(nèi)試驗、現(xiàn)場取樣分析，對管對混凝土耐久性進行了受力狀態(tài)下的室內(nèi)試驗、現(xiàn)場取樣分析，對管片制作提

43、出了耐久性方面的過程控制參數(shù)，這些探索對盾構(gòu)隧道耐久片制作提出了耐久性方面的過程控制參數(shù)，這些探索對盾構(gòu)隧道耐久性設(shè)計與施工將起到積極的作用。性設(shè)計與施工將起到積極的作用。4.3 4.3 防火設(shè)計防火設(shè)計 4 4 性能化設(shè)計的加強性能化設(shè)計的加強 在公路隧道方面，在公路隧道方面，2006年以前，國內(nèi)對公路隧道的防火設(shè)計沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，年以前，國內(nèi)對公路隧道的防火設(shè)計沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，多是根據(jù)隧道的交通功能及車輛類型參考國外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。多是根據(jù)隧道的交通功能及車輛類型參考國外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。2006年年12月，國月，國家發(fā)布了家發(fā)布了建筑設(shè)計防火規(guī)范建筑設(shè)計防火規(guī)范，對城市道路隧道根據(jù)車輛類型、隧道，對城市道路隧道根據(jù)車輛類型、隧道長度進行了分類，長度進行了分類，并提出了應(yīng)滿足的并提出了應(yīng)滿足的標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線。這標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線。這對統(tǒng)一防火設(shè)計標(biāo)對統(tǒng)一防火設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)起到了良好的促準(zhǔn)起到了良好的促進作用。進作用。4.3 4.3 防火設(shè)計防火設(shè)計 4 4 性能化設(shè)計的加強性能化設(shè)計的加強 在鐵路隧道方面，雖然有在鐵路隧道方面，雖然有鐵路工程設(shè)計防火規(guī)范鐵路工程設(shè)計防火規(guī)范，但沒有提出隧道標(biāo)準(zhǔn)升，但沒有提出隧道標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線。目前國內(nèi)有關(guān)設(shè)計單位采用的標(biāo)準(zhǔn)為：客運專線隧道按溫曲線。目前國內(nèi)有關(guān)設(shè)計單位采用的標(biāo)準(zhǔn)為：客運專線隧道按RABT標(biāo)準(zhǔn)升溫標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線采用，火源功