大直径盾构隧道的技术进展(内容详细)课件.ppt

1、1医学精制1.1.概述概述2.2.设计计算方法的进步设计计算方法的进步3.3.隧道结构与防水新技术隧道结构与防水新技术4.4.性能化设计的加强性能化设计的加强5.5.施工组织设计技术创新施工组织设计技术创新6.6.结语结语2医学精制1.1 1.1 国内大直径盾构的发展概况国内大直径盾构的发展概况 1 1 概述概述 采用盾构法修建隧道的历史已有近采用盾构法修建隧道的历史已有近170年。从二十世纪年。从二十世纪60年代以来，随年代以来，随着机械制造技术的发展，不同类型盾构机相继出现，可实施的盾构隧道着机械制造技术的发展，不同类型盾构机相继出现，可实施的盾构隧道直径也逐渐增大，掘进长度与开挖深度也在

2、不断增加，建成了英法海峡直径也逐渐增大，掘进长度与开挖深度也在不断增加，建成了英法海峡隧道、东京湾海底隧道、荷兰绿色心脏隧道等一批著名工程。隧道、东京湾海底隧道、荷兰绿色心脏隧道等一批著名工程。 英法海峡隧道 东京湾隧道东京湾隧道绿色心脏隧道绿色心脏隧道3医学精制1.1 1.1 国内大直径盾构的发展概况国内大直径盾构的发展概况 1 1 概述概述 自从上世纪自从上世纪90年代以来，随着中国地下空间的开发利用和交通、能年代以来，随着中国地下空间的开发利用和交通、能源等基础设施建设的大规模快速发展，盾构法隧道技术也得到了迅速的源等基础设施建设的大规模快速发展，盾构法隧道技术也得到了迅速的发展。尤其是

3、在越江交通隧道领域，不同地质条件下的中等直径和大直发展。尤其是在越江交通隧道领域，不同地质条件下的中等直径和大直径盾构相继开始使用，国内部分大直径越江隧道工程见表径盾构相继开始使用，国内部分大直径越江隧道工程见表1（下页）。（下页）。 4医学精制1.1 1.1 国内大直径盾构的发展概况国内大直径盾构的发展概况 1 1 概述概述国内大直径盾构工法应用情况国内大直径盾构工法应用情况序号隧道名称隧道外径盾构段长度盾构型式建设时间1 1上海打浦路隧道上海打浦路隧道10.0m10.0m1324m1324m1 1台网格式盾构台网格式盾构19661966年年2 2上海延安东路隧道上海延安东路隧道11.0m1

4、1.0m1310m1310m1 1台网格式盾构台网格式盾构19881988年年3 3上海延安东路复线隧道上海延安东路复线隧道11.0m11.0m约约1.3km1.3km1 1台泥水盾构台泥水盾构19941994年年4 4上海大连路隧道上海大连路隧道11.0m11.0m1258m1258m2 2台泥水盾构台泥水盾构20032003年年5 5上海复兴东路隧道上海复兴东路隧道11.0m11.0m1214m1214m2 2台泥水盾构台泥水盾构20042004年年6 6上海翔殷路隧道上海翔殷路隧道11.36m11.36m1498m1498m2 2台泥水盾构台泥水盾构20052005年年7 7上海上中路隧

5、道上海上中路隧道14.5m14.5m1250m1250m1 1台泥水盾构台泥水盾构在建在建8 8武汉长江隧道武汉长江隧道11.0m11.0m2550m2550m2 2台复合式泥水盾构台复合式泥水盾构已通车已通车9 9上海长江隧道上海长江隧道15.0m15.0m7470m7470m2 2台泥水盾构台泥水盾构在建在建1010南京长江隧道南京长江隧道14.5m14.5m3022m3022m2 2台泥水盾构台泥水盾构在建在建1111广深港客专狮子洋隧道广深港客专狮子洋隧道10.8m10.8m9340m9340m4 4台复合式泥水盾构台复合式泥水盾构在建在建1212杭州庆春路过江隧道杭州庆春路过江隧道1

6、1.3m11.3m1766m1766m2 2台泥水盾构台泥水盾构在建在建1313杭州钱江隧道杭州钱江隧道15.0m15.0m3250m3250m2 2台泥水盾构台泥水盾构在建在建5医学精制1.1 1.1 国内大直径盾构的发展概况国内大直径盾构的发展概况 1 1 概述概述 近年来，以武汉、南京、上海越长江隧道和广深港客运专线狮子洋隧近年来，以武汉、南京、上海越长江隧道和广深港客运专线狮子洋隧道为代表的大直径越江隧道的建设，无论是在工程建设规模还是建设难道为代表的大直径越江隧道的建设，无论是在工程建设规模还是建设难度方面，均堪称世界级工程，极大地促进了我国盾构法隧道的设计和施度方面，均堪称世界级工

7、程，极大地促进了我国盾构法隧道的设计和施工技术进步。工技术进步。 6医学精制1.2 1.2 国内几座代表性大直径盾构隧道的环境条件特点国内几座代表性大直径盾构隧道的环境条件特点1 1 概述概述 1.2.1 武汉长江隧道武汉长江隧道 武汉长江隧道为城市道路隧道，盾构通过的地层主要有：粘土、粉土、武汉长江隧道为城市道路隧道，盾构通过的地层主要有：粘土、粉土、粉质粘土、粉细砂、中粗砂、卵石、泥质粉砂岩夹砂页岩等，其中盾构机粉质粘土、粉细砂、中粗砂、卵石、泥质粉砂岩夹砂页岩等，其中盾构机开挖粉细砂、中粗砂、卵石地层的比例占全隧道的开挖粉细砂、中粗砂、卵石地层的比例占全隧道的80，砂地层中石英含，砂地层

8、中石英含量高达量高达65。在江中段每条隧道底部切入基岩长度约。在江中段每条隧道底部切入基岩长度约400m，切入基岩的最，切入基岩的最大深度约大深度约2.5m，基岩最大抗压强度达，基岩最大抗压强度达40MPa。 汉口引汉口引道起点道起点中山中山大道大道汉口汉口工作井工作井武昌武昌工作井工作井友谊友谊大道大道江南引江南引道终点道终点7医学精制1.2 1.2 国内几座代表性大直径盾构隧道的环境条件特点国内几座代表性大直径盾构隧道的环境条件特点1 1 概述概述 1.2.1 武汉长江隧道武汉长江隧道 盾构段最大水压力达盾构段最大水压力达0.57MPa。江中段及两岸边大部分地段，盾构段均。江中段及两岸边大

9、部分地段，盾构段均位于富含承压水的粉细砂地层，其水平渗透系数约位于富含承压水的粉细砂地层，其水平渗透系数约5103cm/s，垂直渗，垂直渗透系数约透系数约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，土压变化，土压变化大；长江水位洪水期与枯水期差别大，年内变幅可达大；长江水位洪水期与枯水期差别大，年内变幅可达15m左右，历史最高左右，历史最高最低水位相差最低水位相差18m。汉口引汉口引道起点道起点中山中山大道大道汉口汉口工作井工作井武昌武昌工作井工作井友谊友谊大道大道江南引江南引道终点道终点8医学精制1.2 1.2 国内几座代表性大直径盾构隧道的环境条件特

10、点国内几座代表性大直径盾构隧道的环境条件特点1 1 概述概述 1.2.1 武汉长江隧道武汉长江隧道 由于隧道位于武汉市中心城区，地面建筑密集，受盾构施工影响的地面由于隧道位于武汉市中心城区，地面建筑密集，受盾构施工影响的地面建筑物多达建筑物多达50余幢，最高的建筑物为余幢，最高的建筑物为8层，其中下穿鲁慈故居（省级文物）层，其中下穿鲁慈故居（省级文物）处的覆土厚度仅处的覆土厚度仅6m。此外，隧道穿越多条城市道路，其地下管线众多，同。此外，隧道穿越多条城市道路，其地下管线众多，同时还需穿越武九铁路、长江防洪堤等。时还需穿越武九铁路、长江防洪堤等。9医学精制1.2 1.2 国内几座代表性大直径盾构

11、隧道的环境条件特点国内几座代表性大直径盾构隧道的环境条件特点1 1 概述概述 1.2.2 南京长江隧道南京长江隧道 南京长江隧道为城市快速路隧道，盾构通过的地层主要有：淤泥质粉南京长江隧道为城市快速路隧道，盾构通过的地层主要有：淤泥质粉质粘土、粉质粘土夹粉土、粉土、粉细砂、砾砂、圆砾、强风化钙质泥质粘土、粉质粘土夹粉土、粉土、粉细砂、砾砂、圆砾、强风化钙质泥岩，其中盾构切入泥岩的长度约岩，其中盾构切入泥岩的长度约350m，最大切入深度约，最大切入深度约3.9m，泥岩抗压，泥岩抗压强度小于强度小于1.0MPa。盾构机开挖地层大部分为粉细砂、砾砂、圆砾地层，。盾构机开挖地层大部分为粉细砂、砾砂、圆

12、砾地层，比例占全隧道的比例占全隧道的85。10医学精制1.2 1.2 国内几座代表性大直径盾构隧道的环境条件特点国内几座代表性大直径盾构隧道的环境条件特点1 1 概述概述 1.2.2 南京长江隧道南京长江隧道 盾构段最大水压力达盾构段最大水压力达0.65MPa。江中段粉细砂地层垂直渗透系数。江中段粉细砂地层垂直渗透系数2.210-4cm/s，水平渗透系数，水平渗透系数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，土压变化大；长江水位洪水期与枯水期差别大，年内变幅可，土压变化大；长江水位洪水期与枯水期差别大，年内变幅可达达9m左右，历史最高最低水位相差左右，

13、历史最高最低水位相差10.1m。11医学精制1.2 1.2 国内几座代表性大直径盾构隧道的环境条件特点国内几座代表性大直径盾构隧道的环境条件特点1 1 概述概述 1.2.2 南京长江隧道南京长江隧道 盾构需穿越两道长江防洪大堤，受水下以及两岸地形限制，江中约盾构需穿越两道长江防洪大堤，受水下以及两岸地形限制，江中约130m处于浅埋段，覆土厚度为处于浅埋段，覆土厚度为0.71.0D(D为隧道直径为隧道直径)。 12医学精制1.2 1.2 国内几座代表性大直径盾构隧道的环境条件特点国内几座代表性大直径盾构隧道的环境条件特点1 1 概述概述 1.2.3 上海长江隧道上海长江隧道 上海长江隧道为高速公

14、路与地铁合建的隧道，盾构段穿越的主要地层上海长江隧道为高速公路与地铁合建的隧道，盾构段穿越的主要地层为淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土、粘土、砂质粉土，局部地层中夹薄层为淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土、粘土、砂质粉土，局部地层中夹薄层粉砂和粘质粉土透镜体。主要不良地质现象有：浅层气、砂土液化、流粉砂和粘质粉土透镜体。主要不良地质现象有：浅层气、砂土液化、流砂、管涌、淤泥质粘土灵敏度高，易产生触变与蠕变。工程浅部土层潜砂、管涌、淤泥质粘土灵敏度高，易产生触变与蠕变。工程浅部土层潜水与长江水有密切水力联系，砂性土中地下水具承压性，粉质粘土中有水与长江水有密切水力联系，砂性土中地下水具承压性，粉质粘土中有微承

15、压水。微承压水。13医学精制1.2 1.2 国内几座代表性大直径盾构隧道的环境条件特点国内几座代表性大直径盾构隧道的环境条件特点1 1 概述概述 1.2.3 上海长江隧道上海长江隧道 隧道在现状河床下覆土厚度最大隧道在现状河床下覆土厚度最大29m，最小，最小14m。隧道最大水压力约。隧道最大水压力约55m。工程沿线除长江防洪堤外，基本无其它建筑物。工程沿线除长江防洪堤外，基本无其它建筑物。 14医学精制1.2 1.2 国内几座代表性大直径盾构隧道的环境条件特点国内几座代表性大直径盾构隧道的环境条件特点1 1 概述概述 1.2.4 狮子洋隧道狮子洋隧道 狮子洋隧道为高速铁路隧道，盾构段穿越地层为

16、淤泥质土、粉质粘土、粉狮子洋隧道为高速铁路隧道，盾构段穿越地层为淤泥质土、粉质粘土、粉细砂、中粗砂、全风化细砂、中粗砂、全风化-弱风化泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、砂砾岩。盾弱风化泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、砂砾岩。盾构穿越弱风化基岩、半岩半土、第四系覆盖物地层的长度分别占掘进长度的构穿越弱风化基岩、半岩半土、第四系覆盖物地层的长度分别占掘进长度的73.3、13.3、13.4。基岩的最大单轴抗压强度为。基岩的最大单轴抗压强度为82.8MPa，基岩层的渗，基岩层的渗透系数达透系数达6.410-4m/s，基岩的石英含量最高达，基岩的石英含量最高达55.2%，岩石地层的粘粉粒，岩石地层的粘粉粒（75m

17、）含量为）含量为26.155.3%。15医学精制1.2 1.2 国内几座代表性大直径盾构隧道的环境条件特点国内几座代表性大直径盾构隧道的环境条件特点1 1 概述概述 1.2.4 狮子洋隧道狮子洋隧道 地下水主要为第四系地层的孔隙水和白垩系岩层的裂隙水，具承压性，地下水主要为第四系地层的孔隙水和白垩系岩层的裂隙水，具承压性，地下水补给充足。地下水补给充足。 隧道在现状河床下覆盖厚度最大隧道在现状河床下覆盖厚度最大45m，最小，最小10m。隧道最大水压力。隧道最大水压力67m，为目前国内水压力最大的盾构隧道。盾构需穿越多道海堤和虎门港码头桩基。为目前国内水压力最大的盾构隧道。盾构需穿越多道海堤和虎

18、门港码头桩基。 16医学精制1.2 1.2 国内几座代表性大直径盾构隧道的环境条件特点国内几座代表性大直径盾构隧道的环境条件特点1 1 概述概述 1.2.5 环境条件的主要特点环境条件的主要特点 由上可见，国内几座大直径盾构隧道的工程用途涵盖了由上可见，国内几座大直径盾构隧道的工程用途涵盖了城市道路、城市快速路、高速公路和高速铁路，盾构穿越的城市道路、城市快速路、高速公路和高速铁路，盾构穿越的地层包含了极软土、粉细砂、中粗砂、卵砾石、软岩、中硬地层包含了极软土、粉细砂、中粗砂、卵砾石、软岩、中硬岩等多种地层，地层渗透性变化范围大，水土压力高，水压岩等多种地层，地层渗透性变化范围大，水土压力高，

19、水压力大，地面环境亦十分复杂，如此复杂的环境条件也促进了力大，地面环境亦十分复杂，如此复杂的环境条件也促进了工程设计技术的进步。工程设计技术的进步。17医学精制2.1 2.1 盾构隧道结构计算理论概况盾构隧道结构计算理论概况2 2 设计计算方法的进步设计计算方法的进步 盾构隧道结构计算经历了刚性结构法、弹性结构法、假定抗盾构隧道结构计算经历了刚性结构法、弹性结构法、假定抗力法、弹性地基梁法、连续介质法几个阶段，几种地下结构计算力法、弹性地基梁法、连续介质法几个阶段，几种地下结构计算理论的发展在时间上没有截然的前后之分，后期提出的计算方法理论的发展在时间上没有截然的前后之分，后期提出的计算方法也

20、没有否定前期的成果，且每一种计算理论中，又可根据假定条也没有否定前期的成果，且每一种计算理论中，又可根据假定条件的不同细分为多种具体的计算方法。在目前设计和研究中，假件的不同细分为多种具体的计算方法。在目前设计和研究中，假定抗力法、弹性地基梁法和连续介质模型计算法都有应用。由于定抗力法、弹性地基梁法和连续介质模型计算法都有应用。由于可用于盾构隧道结构计算的方法很多，相应的计算结果的差距也可用于盾构隧道结构计算的方法很多，相应的计算结果的差距也较为明显。较为明显。 18医学精制2.1 2.1 盾构隧道结构计算理论概况盾构隧道结构计算理论概况2 2 设计计算方法的进步设计计算方法的进步世界各国盾构

21、隧道衬砌设计荷载计算方法见下表：世界各国盾构隧道衬砌设计荷载计算方法见下表： 国家设计模型设计水土压力（v为垂直水土压力；h为水平水土压力）澳大利亚澳大利亚全周弹簧模型全周弹簧模型v全部覆土重全部覆土重hv+静水压力静水压力奥地利奥地利全周弹簧模型全周弹簧模型浅埋隧道：浅埋隧道：v全部覆土重全部覆土重hv+静水压力静水压力深埋隧道：按泰沙基土压力公式深埋隧道：按泰沙基土压力公式西德西德覆土深覆土深2D：局部弹簧模型；：局部弹簧模型；覆土深覆土深2D：全周弹簧模型：全周弹簧模型v全部覆土重全部覆土重hv（0.5）法国法国全周弹簧模型或有限元法全周弹簧模型或有限元法v全部覆土重或按泰沙基土压力公式

22、全部覆土重或按泰沙基土压力公式hv（取经验值）取经验值）日本日本惯用设计法惯用设计法或梁或梁弹簧模型弹簧模型v全部覆土重或按泰沙基土压力公式计算全部覆土重或按泰沙基土压力公式计算hv（砂性土分算、粘性土合算）（砂性土分算、粘性土合算）西班牙西班牙考虑围岩和衬砌相互作用的考虑围岩和衬砌相互作用的Buqera方法方法不计粘聚力的泰沙基公式不计粘聚力的泰沙基公式英国英国全周弹簧模型或全周弹簧模型或Moir Wood法法v全部覆土重全部覆土重hv（1+）/2美国美国弹性地基圆环法弹性地基圆环法v全部覆土重全部覆土重hv+水压力，水压力，（0.40.5）19医学精制2.2 2.2 我国大直径盾构隧道的结

23、构计算方法我国大直径盾构隧道的结构计算方法2 2 设计计算方法的进步设计计算方法的进步 我国大直径盾构的结构一般采用修正惯用设计法或梁我国大直径盾构的结构一般采用修正惯用设计法或梁弹簧模型弹簧模型进行计算，但根据工程的具体条件也有采用其它计算方法的实例，如狮进行计算，但根据工程的具体条件也有采用其它计算方法的实例，如狮子洋隧道由于大部分地段位于基岩中，采用了有限元法进行计算。由于子洋隧道由于大部分地段位于基岩中，采用了有限元法进行计算。由于我国盾构隧道的直径在逐步加大，而且很多隧道在当地均是首次建设，我国盾构隧道的直径在逐步加大，而且很多隧道在当地均是首次建设，缺少经验，因此，一般同时采用两种

24、计算方法进行相互校核，并取其内缺少经验，因此，一般同时采用两种计算方法进行相互校核，并取其内力包络进行结构设计。力包络进行结构设计。2.2.1 隧道横向计算隧道横向计算 OiM=KO接缝回转弹簧K1切向剪切弹簧K3径向剪切弹簧K2C环B环(目标环)A环20医学精制2.2 2.2 我国大直径盾构隧道的结构计算方法我国大直径盾构隧道的结构计算方法2 2 设计计算方法的进步设计计算方法的进步 随着对盾构隧道研究的深入，结合对已经运营的盾构隧道的监测数随着对盾构隧道研究的深入，结合对已经运营的盾构隧道的监测数据分析，盾构隧道的纵向变形问题开始受到关注，并提出了纵向设计的据分析，盾构隧道的纵向变形问题开

25、始受到关注，并提出了纵向设计的概念。目前纵向计算多采用弹性地基梁的方法，对曲线半径较小的地段概念。目前纵向计算多采用弹性地基梁的方法，对曲线半径较小的地段同时也采用三维有限元的方法对施工过程进行模拟计算。同时也采用三维有限元的方法对施工过程进行模拟计算。2.2.2 隧道纵向计算隧道纵向计算 21医学精制2.2 2.2 我国大直径盾构隧道的结构计算方法我国大直径盾构隧道的结构计算方法2 2 设计计算方法的进步设计计算方法的进步 为验证结构设计的安全性与合理性，南京长江隧道、上海长为验证结构设计的安全性与合理性，南京长江隧道、上海长江隧道、狮子洋隧道均进行了原型结构试验和现场实测，这些研江隧道、狮

26、子洋隧道均进行了原型结构试验和现场实测，这些研究成果对改进结构设计方法将起到很好的指导作用。究成果对改进结构设计方法将起到很好的指导作用。 2.2.3 大型结构试验与现场实测大型结构试验与现场实测 22医学精制2.2 2.2 我国大直径盾构隧道的结构计算方法我国大直径盾构隧道的结构计算方法2 2 设计计算方法的进步设计计算方法的进步 为验证结构设计的安全性与合理性，南京长江隧道、上海长为验证结构设计的安全性与合理性，南京长江隧道、上海长江隧道、狮子洋隧道均进行了原型结构试验和现场实测，这些研江隧道、狮子洋隧道均进行了原型结构试验和现场实测，这些研究成果对改进结构设计方法将起到很好的指导作用。究

27、成果对改进结构设计方法将起到很好的指导作用。 2.2.3 大型结构试验与现场实测大型结构试验与现场实测 23医学精制武汉长江隧道3.1 3.1 衬砌结构的多样化衬砌结构的多样化3 3 隧道结构与防水新技术隧道结构与防水新技术 工程实践经验证明，盾构法隧道采用单层管片衬砌完全可以满足变工程实践经验证明，盾构法隧道采用单层管片衬砌完全可以满足变形、接缝张开量及混凝土裂缝控制等的设计要求，同时通过同步注浆和形、接缝张开量及混凝土裂缝控制等的设计要求，同时通过同步注浆和二次注浆，可以进一步加强管片稳定与防水效果。又由于单层管片衬砌二次注浆，可以进一步加强管片稳定与防水效果。又由于单层管片衬砌具有工艺简

28、单、工期短、投资节省的优点，因此盾构隧道一般采用单层具有工艺简单、工期短、投资节省的优点，因此盾构隧道一般采用单层管片衬砌。管片衬砌。 24医学精制3.1 3.1 衬砌结构的多样化衬砌结构的多样化3 3 隧道结构与防水新技术隧道结构与防水新技术 随着盾构隧道工程用途的推广，国内铁路盾构隧道开始尝试设置二随着盾构隧道工程用途的推广，国内铁路盾构隧道开始尝试设置二次衬砌的新结构。如狮子洋隧道拟在软弱地层地段和防灾救援定点地段次衬砌的新结构。如狮子洋隧道拟在软弱地层地段和防灾救援定点地段加设内衬。这主要是由于高速列车通过隧道时，隧道内气压变化幅度大、加设内衬。这主要是由于高速列车通过隧道时，隧道内气

29、压变化幅度大、频率高，防火涂层由于耐久性和粘结力的原因可能产生掉块，而二次衬频率高，防火涂层由于耐久性和粘结力的原因可能产生掉块，而二次衬砌无论是在耐久性还是防火性能方面均有明显的优势。拟建的沪通砌无论是在耐久性还是防火性能方面均有明显的优势。拟建的沪通线路中线建筑限界内 衬救援通道内轨顶面隧道中线厚30cm电力电缆槽 管 片内 衬铁路黄浦江隧道为通行双层铁路黄浦江隧道为通行双层集装箱列车和油罐车的水下集装箱列车和油罐车的水下盾构隧道，为加强防火性能盾构隧道，为加强防火性能和提高抵抗列车脱轨撞击的和提高抵抗列车脱轨撞击的能力，亦准备采用管片内能力，亦准备采用管片内衬的结构方案。衬的结构方案。2

30、5医学精制3.2 3.2 通用楔形环的采用通用楔形环的采用3 3 隧道结构与防水新技术隧道结构与防水新技术 我国上个世纪修建的盾构隧道均同时采用几种衬砌环类型，即左转我国上个世纪修建的盾构隧道均同时采用几种衬砌环类型，即左转弯环、右转弯环和直线环。该种设计方式有以下缺点：衬砌环类型多，弯环、右转弯环和直线环。该种设计方式有以下缺点：衬砌环类型多，需要更多的管片制造模具，增加了造价；由于各种衬砌在外观尺寸上需要更多的管片制造模具，增加了造价；由于各种衬砌在外观尺寸上差别很小，增加了施工管理难度；管片本身无法拟合竖曲线，在竖曲差别很小，增加了施工管理难度；管片本身无法拟合竖曲线，在竖曲线地段需在环

31、面加设不等厚的垫片，这在强透水和高水压地层中对防水线地段需在环面加设不等厚的垫片，这在强透水和高水压地层中对防水不利；由于施工中不可避免会产生掘进方向的误差，因而在一环掘进不利；由于施工中不可避免会产生掘进方向的误差，因而在一环掘进完成前无法预知该采用何种衬砌环，不利于管片提前组织运输，因而施完成前无法预知该采用何种衬砌环，不利于管片提前组织运输，因而施工速度较慢，当掘进长度较长时尤为不利。工速度较慢，当掘进长度较长时尤为不利。26医学精制3.2 3.2 通用楔形环的采用通用楔形环的采用3 3 隧道结构与防水新技术隧道结构与防水新技术 为克服上述缺点为克服上述缺点， 武汉长江隧道工程在国内大直

32、径盾构隧道中率先采武汉长江隧道工程在国内大直径盾构隧道中率先采用通用楔形环衬砌。该种类型衬砌环只需一种类型模具，通过衬砌环的用通用楔形环衬砌。该种类型衬砌环只需一种类型模具，通过衬砌环的旋转可以实现直线、平曲线、竖曲线的拟合和纠偏需要，且拟合精度高。旋转可以实现直线、平曲线、竖曲线的拟合和纠偏需要，且拟合精度高。通用楔形环的缺点在于管片空间旋转位置不固定，为找出结构最不利受通用楔形环的缺点在于管片空间旋转位置不固定，为找出结构最不利受力状态，需进行高达几十种甚至上百种拼装组合状态的计算，计算工作力状态，需进行高达几十种甚至上百种拼装组合状态的计算，计算工作量大。量大。27医学精制3.3 3.3

33、 新材料的应用新材料的应用3 3 隧道结构与防水新技术隧道结构与防水新技术 为提高管片衬砌的防火性为提高管片衬砌的防火性能并减少管片制作过程中的表能并减少管片制作过程中的表面收缩裂缝，不少隧道开始采面收缩裂缝，不少隧道开始采用合成纤维混凝土管片。合成用合成纤维混凝土管片。合成纤维应选择耐碱性强、弹性模纤维应选择耐碱性强、弹性模量高、熔点低的材料量高、熔点低的材料，掺量控掺量控制在制在1.5kg/m3左右。左右。 3.3.1 混凝土结构新材料的应用混凝土结构新材料的应用28医学精制3.3 3.3 新材料的应用新材料的应用3 3 隧道结构与防水新技术隧道结构与防水新技术3.3.1 混凝土结构新材料

34、的应用混凝土结构新材料的应用 在上软下硬的复合地层中掘进在上软下硬的复合地层中掘进时，千斤顶推力变化较大，容易造时，千斤顶推力变化较大，容易造成管片局部开裂，同时在该种地层成管片局部开裂，同时在该种地层中荷载分布及结构支撑状态均明显中荷载分布及结构支撑状态均明显比单一地层中更不利，因此武汉长比单一地层中更不利，因此武汉长江隧道和狮子洋隧道均采用了钢筋江隧道和狮子洋隧道均采用了钢筋钢纤维混凝土管片。通过利用钢钢纤维混凝土管片。通过利用钢纤维混凝土材料抗拉、抗裂性能好、纤维混凝土材料抗拉、抗裂性能好、韧性好的优点，抵抗不可预见的局韧性好的优点，抵抗不可预见的局部高应力。部高应力。29医学精制3.3

35、 3.3 新材料的应用新材料的应用3 3 隧道结构与防水新技术隧道结构与防水新技术 目前盾构隧道接缝防水的常用材料为三元乙丙橡胶（目前盾构隧道接缝防水的常用材料为三元乙丙橡胶（EPDM）和普）和普通遇水膨胀橡胶，通遇水膨胀橡胶，EPDM橡胶的耐久性好，但普通遇水膨胀橡胶在长期橡胶的耐久性好，但普通遇水膨胀橡胶在长期或反复浸水前后质量损失较大、膨胀倍率下降，耐久性相对较差。最近或反复浸水前后质量损失较大、膨胀倍率下降，耐久性相对较差。最近南京长江隧道、上海长江隧道引进了聚醚聚氨酯遇水膨胀橡胶作为接缝南京长江隧道、上海长江隧道引进了聚醚聚氨酯遇水膨胀橡胶作为接缝的辅助防水材料。该种橡胶材质为含亲水

36、性单元的线型聚醚聚氨酯弹性的辅助防水材料。该种橡胶材质为含亲水性单元的线型聚醚聚氨酯弹性体，聚醚分子在聚氨酯遇水膨胀胶中以化学链结合，且材料本身也是全体，聚醚分子在聚氨酯遇水膨胀胶中以化学链结合，且材料本身也是全部以化学链结合的热固性结构，没有无机填充物和有机增塑剂，所以即部以化学链结合的热固性结构，没有无机填充物和有机增塑剂，所以即使在有机溶剂中也无可抽出物，更不溶于水，即使在流动水中长期浸泡使在有机溶剂中也无可抽出物，更不溶于水，即使在流动水中长期浸泡下其质量和膨胀倍率也能基本保持不变，因而其耐久性较好。下其质量和膨胀倍率也能基本保持不变，因而其耐久性较好。 3.3.2 盾构接缝防水新材料

37、的应用盾构接缝防水新材料的应用30医学精制4.1 4.1 工程风险评估工程风险评估 4 4 性能化设计的加强性能化设计的加强 2004年国际隧协发布了年国际隧协发布了隧道风险管理指南隧道风险管理指南，英国、日本，英国、日本等国家的隧道协会或保险业协会也发布了类似的风险评估与管理等国家的隧道协会或保险业协会也发布了类似的风险评估与管理的规范或指南，我国铁道部于的规范或指南，我国铁道部于2007年也发布实施了年也发布实施了铁路隧道风铁路隧道风险评估与管理暂行规定险评估与管理暂行规定，上述大直径盾构隧道均进行了风险评，上述大直径盾构隧道均进行了风险评估专题研究。通过风险评估对工程设计方案进行评价与优

38、化的办估专题研究。通过风险评估对工程设计方案进行评价与优化的办法，可以说是隧道设计技术的一项进步。法，可以说是隧道设计技术的一项进步。 PqRRR31医学精制4.1 4.1 工程风险评估工程风险评估 4 4 性能化设计的加强性能化设计的加强 在盾构法隧道设计的风险评估中，经常出现的关键问题有：隧道长距离在盾构法隧道设计的风险评估中，经常出现的关键问题有：隧道长距离掘进是否可行，长隧道究竟该采取怎样的综合防灾与救灾措施，其中并行掘进是否可行，长隧道究竟该采取怎样的综合防灾与救灾措施，其中并行隧道之间的横通道设置更是焦点问题。对于长距离掘进的争论主要是由于隧道之间的横通道设置更是焦点问题。对于长距

39、离掘进的争论主要是由于国际上长距离掘进的工程实例还相对较少，工程经验不多，特别国际上长距离掘进的工程实例还相对较少，工程经验不多，特别是带压换刀难度大，对工期是带压换刀难度大，对工期影响大。目前，武汉长江隧影响大。目前，武汉长江隧道在高石英含量的砂层中掘道在高石英含量的砂层中掘进进2550m，期间没有换刀，期间没有换刀，盾构到达后刀具磨损不大，盾构到达后刀具磨损不大，预计可以再掘进预计可以再掘进23km。32医学精制4.1 4.1 工程风险评估工程风险评估 4 4 性能化设计的加强性能化设计的加强 至于对综合防灾与救灾措施方面的争论，原因是多方面的，一方面至于对综合防灾与救灾措施方面的争论，原

40、因是多方面的，一方面是由于国内对隧道火灾概率、火灾规模等的基础理论研究还很不够，是由于国内对隧道火灾概率、火灾规模等的基础理论研究还很不够，不同专家的评价结果不同；另一方面经济能力也是主要的制约因素，不同专家的评价结果不同；另一方面经济能力也是主要的制约因素，如欧洲，各种防灾设备一应俱全，唯恐如欧洲，各种防灾设备一应俱全，唯恐“遗漏遗漏”，而国内选择变动的，而国内选择变动的余地较大；余地较大；33医学精制4.1 4.1 工程风险评估工程风险评估 4 4 性能化设计的加强性能化设计的加强 再有，消防主管部门与隧道技术专家的认识角度不同，隧道技术专再有，消防主管部门与隧道技术专家的认识角度不同，隧

41、道技术专家多从横通道修建的技术难度与风险方面进行考虑，而消防部门则更家多从横通道修建的技术难度与风险方面进行考虑，而消防部门则更多的关注设备的先进性与救灾的及时性。因此，国内在建隧道的横通多的关注设备的先进性与救灾的及时性。因此，国内在建隧道的横通道设置标准并不统一，地域不同，方式也不同。道设置标准并不统一，地域不同，方式也不同。 尽管如此，随着工程经尽管如此，随着工程经验的积累和风险评估精度验的积累和风险评估精度的提高，在该方面的设计的提高，在该方面的设计将越来越趋于科学。将越来越趋于科学。34医学精制4.2 4.2 耐久性设计耐久性设计 4 4 性能化设计的加强性能化设计的加强 工程结构的

42、耐久性对国民经济可持续发展的作用是勿容置疑的，中工程结构的耐久性对国民经济可持续发展的作用是勿容置疑的，中国土木工程学会发布的国土木工程学会发布的混凝土结构耐久性设计与施工指南混凝土结构耐久性设计与施工指南对提高对提高广大工程技术人员对耐久性的认识和对提高工程耐久性质量起到了很广大工程技术人员对耐久性的认识和对提高工程耐久性质量起到了很大的作用。盾构法隧道目前的设计和施工在耐久性方面采取了严格的大的作用。盾构法隧道目前的设计和施工在耐久性方面采取了严格的构造和工艺措施。但应该看到，我国对耐久性的研究深度与规模还远构造和工艺措施。但应该看到，我国对耐久性的研究深度与规模还远远不够，特别是地下工程

43、的耐久性研究差距更大。目前在建的几座大远不够，特别是地下工程的耐久性研究差距更大。目前在建的几座大直径盾构隧道均进行了耐久性的专题研究与试验，如南京长江隧道，直径盾构隧道均进行了耐久性的专题研究与试验，如南京长江隧道，对混凝土耐久性进行了受力状态下的室内试验、现场取样分析，对管对混凝土耐久性进行了受力状态下的室内试验、现场取样分析，对管片制作提出了耐久性方面的过程控制参数，这些探索对盾构隧道耐久片制作提出了耐久性方面的过程控制参数，这些探索对盾构隧道耐久性设计与施工将起到积极的作用。性设计与施工将起到积极的作用。35医学精制4.3 4.3 防火设计防火设计 4 4 性能化设计的加强性能化设计的

44、加强 在公路隧道方面，在公路隧道方面，2006年以前，国内对公路隧道的防火设计没有统一的标准，年以前，国内对公路隧道的防火设计没有统一的标准，多是根据隧道的交通功能及车辆类型参考国外有关标准设计。多是根据隧道的交通功能及车辆类型参考国外有关标准设计。2006年年12月，国月，国家发布了家发布了建筑设计防火规范建筑设计防火规范，对城市道路隧道根据车辆类型、隧道，对城市道路隧道根据车辆类型、隧道长度进行了分类，长度进行了分类，并提出了应满足的并提出了应满足的标准升温曲线。这标准升温曲线。这对统一防火设计标对统一防火设计标准起到了良好的促准起到了良好的促进作用。进作用。36医学精制4.3 4.3 防

45、火设计防火设计 4 4 性能化设计的加强性能化设计的加强 在铁路隧道方面，虽然有在铁路隧道方面，虽然有铁路工程设计防火规范铁路工程设计防火规范，但没有提出隧道标准升，但没有提出隧道标准升温曲线。目前国内有关设计单位采用的标准为：客运专线隧道按温曲线。目前国内有关设计单位采用的标准为：客运专线隧道按RABT标准升温标准升温曲线采用，火源功率曲线采用，火源功率1020MW；客货共线隧道按；客货共线隧道按RWS标准升温曲线采用，火源标准升温曲线采用，火源功率功率300MW。37医学精制4.3 4.3 防火设计防火设计 4 4 性能化设计的加强性能化设计的加强 与岩石隧道不同，由于盾构法隧道一般位于软

46、弱地层中，如结构在火灾中损伤较大，与岩石隧道不同，由于盾构法隧道一般位于软弱地层中，如结构在火灾中损伤较大，则可能造成结构倒塌，其风险后果原大于山岭隧道，因此盾构隧道的防火保护措施应则可能造成结构倒塌，其风险后果原大于山岭隧道，因此盾构隧道的防火保护措施应加强。国内大直径盾构隧道一般均根据高温对混凝土和钢筋材料性能的影响曲线，对加强。国内大直径盾构隧道一般均根据高温对混凝土和钢筋材料性能的影响曲线，对灾后结构承载能力进行了分析。南京长江隧道、上海长江隧道、狮子洋隧道还对管片灾后结构承载能力进行了分析。南京长江隧道、上海长江隧道、狮子洋隧道还对管片的耐火性能进行了室内试验。的耐火性能进行了室内试

47、验。38医学精制5.1 5.1 盾构地中对接技术盾构地中对接技术5 5 施工组织设计技术创新施工组织设计技术创新 狮子洋隧道盾构段长度为狮子洋隧道盾构段长度为9340m，且工期紧，必须采用四台盾构施工。，且工期紧，必须采用四台盾构施工。设计中对多个施工组织方案进行了研究比较，推荐采用地中对接方案设计中对多个施工组织方案进行了研究比较，推荐采用地中对接方案（见下图）。该方案是国内首次进行地中对接施工，根据地质条件，（见下图）。该方案是国内首次进行地中对接施工，根据地质条件，对接施工的辅助工程措施为长管棚超前注浆。对接施工的辅助工程措施为长管棚超前注浆。 盾构对接 进口工作井 出口工作井盾构对接3

48、9医学精制5.2 5.2 盾构直接切削围护墙始发技术盾构直接切削围护墙始发技术5 5 施工组织设计技术创新施工组织设计技术创新 目前国内盾构始发时一般采用人工凿除掘进范围的围护墙后，再进目前国内盾构始发时一般采用人工凿除掘进范围的围护墙后，再进行盾构推进的方式。该种方式对围护墙背后地层加固和止水的要求较行盾构推进的方式。该种方式对围护墙背后地层加固和止水的要求较高，且存在一定的施工风险，对工期也有一定影响。武汉长江隧道盾高，且存在一定的施工风险，对工期也有一定影响。武汉长江隧道盾构始发后构始发后20m即进入五层高的教学楼下，为降低工程风险，盾构开挖范即进入五层高的教学楼下，为降低工程风险，盾构

49、开挖范围内的工作井围护墙采用围内的工作井围护墙采用GFRP（玻璃纤维）筋代替钢筋，盾构始发时（玻璃纤维）筋代替钢筋，盾构始发时直接切削围护墙进入土层，该种方式在国内大直径盾构始发工艺中系直接切削围护墙进入土层，该种方式在国内大直径盾构始发工艺中系首次采用。首次采用。40医学精制6 6 结结 语语 目前我国大直径盾构隧道的修建尚处于起步阶段，随着我国综目前我国大直径盾构隧道的修建尚处于起步阶段，随着我国综合国力的加强，在今后较长一段时期内地下工程将得到较大的发合国力的加强，在今后较长一段时期内地下工程将得到较大的发展。由于我国地域辽阔，地质条件复杂，今后很多工程将遇到复展。由于我国地域辽阔，地质条件复杂，今后很多工程将遇到复杂的技术难题。本文对目前国内大直径盾构隧道的设计技术进步杂的技术难题。本文对目前国内大直径盾构隧道的设计技术进步进行了粗浅的总结，希望能对类似工程的建设有微薄的参考价值，进行了粗浅的总结，希望能对类似工程的建设有微薄的参考价值，也希望得到专家的批评与指导。也希望得到专家的批评与指导。 41医学精制42医学精制