（土木工程专业论文）新型管片盾构隧道应用技术研究.pdf

摘要 随着我国国民经济的持续快速发展和城市化进程的加快，大城市，尤其是 经济发达人口密度大的特大城市公共交通压力越来越大，而发展轨道交通系统 是被国内外公认的解决这一难题的最佳途径。 盾构技术由于具有施工安全可靠、工程质量好、施工进度快、对周边环境 影响小等诸多优点，在地铁建设中被广泛应用，并已经成为修建地铁隧道的最 主要施工方法。盾构技术按管片拼装形式分为通缝拼装、错缝拼装、新型通用 管片等几种形式，新型通用管片盾构，可以采用一种盾构管片完成一个和多个 盾构区间的施工，可以节约钢模板，提高机械化施工程度，降低工程造价，代 表盾构技术发展方向。 本文以深圳地铁一号线续建工程白石洲科技园盾构区间隧道工程为背景，、 研究并解决了新型通用管片盾构隧道平面纵断面确定、新型通用管片隧道断面 拟定、结构分析变形计算、关键节点结构处理、隧道防水与地基加固等隧道关 键技术。重点解决了新型通用管片结构分析计算的方法问题，采用梁一弹簧模型 对盾构管片进行精确分析计算。 同时，本文针对盾构联络通道与泵房处结构受力复杂，工程事故频繁的特 点，对该处结构进行三维受力分析计算，并提出了以工程安全为首要因素确定 施工方案的新思路。 关键词：盾构技术通缝拼装错缝拼装新型管片结构分析 梁一弹簧模型拼装效应联络通道与泵房施工方法 w i t ht h ec o n s i s t e n ta n dr a p i dd e v e l o p m e n to ft h en a t i o n a le c o n o m y , a n dt h e s p e e d u po fu r b a n l i z a f i o n , b i gc i t i e s ，e s p e c i a l l yt h ee x t r ab i gc i t i e so fw h i c ht h e e c o n o m yi sd e v e l o p e da n dt h ed e m i t yo fp o p u l a t i o ni sv e r yh i g h , t h ep u b u l i c l h , m s p a t a f i o n s a i e f a c i n g l n o r ea n dm o l e p r o b l e m s a n dd i f f i c u l t i e s r a i l w a y t r a n s p o r t a t i o ns y s t e mi st h eb e s tm e t h o dw h i c hi sr e c o n g a i z e di nt h ew o r l dw i d e h a v i n gt h ea d v a n t a g eo fs a f e t y , h i 曲q u a l i t ya n dl i t t l ea f f e c t i o nt ot h eb u i l d i n g s a f o u n d , s h i e l dt e c h n i q u ei sa p p l i e da b r o a di nt h ec o n s t r u c t i o no fm e t r o ，a n dh a sb e e n t h em a i nc o n s t r u c t i o nm e t h o dh im 酣l ot u n n e l ，s h i e l dt e c h n i q u ec a nb ec l a s s i f i e di n t o s e g m e n ts e a m si ns e q u e n c e ，s e g m e n t $ e a m 5i ns t a g g e ra n dn e wt y p es e g e m e n te c t t h e i l c wt y p eo f s e g m e n ts h i e l dc a nf i to n ew h o l eb i t l i e lo fs e v e r a lt u n n e l sw i t ho n l yo n e g r o u ps e g c m e n t si nr i n g , i tc mr e d u c et h e a m o u n to fs t e e l m o u l d i n gb o a r d n e e d e d ，i m p r o v et h ee x t e n to fm e c h a n i z a t i o ni nc o n s u u c t i o na n dr e d u c et h ec o s to f p r o j e c t , t h i s i sr i g h t t h e d i r c e t i o n o f s h i e l d t u n n e ld e v e l o p m e n t b a s i n go nt h eb a i s h i z h o u - k e j i y u a nt u n n e lo ft h ef n l o w - u pe n g i n e e r i n g i ns h e z h e nm e t r ol i n e 1 , t h ea u t h o rh a sr e s e a r c h e da n ds o l v e dt h e o o r e t e c h n i q u eo ft h en e wt y p es h i e l dt u n n e l ，s u c h t h eg e n e r a lp l a n ea n dp r o f i l eo f t u n n e l ，t h e s e c t i o no fn e wt y p es e g m e nt u n n e l , t h es t r u o m t ea n a l y s e sa n dt h e d e f o r m a t i o no f m n n e l , t b et e c i l t t i q l mo f t b ek e ys t r u c t u r e j o i n t , t h ew a t e r p r o o f o f t u n n e l a n dt h ec o n s o l i d a t i o no ff o u n d a t i o ne e t , e s p e c i a l l yp u te m p h a s i so nt h es t r u c t u r e a n a l y s i sa b o u tn e wt y p es e g m e n tr u n n e l ：t a k eb e a m - s p r i n gm o d e lt 0s i m u l a t et h e s e g m e n tj o i n t sa n dt h ea s s e m b l ye f f e c tb e t w e e nt h e m ，a n dg e tm o f ea c c u r a t er e s u l t s f m a l l y i nt h em e a n t i i l l e ，c o n s i d e r i n gt h e c o m p l i c a c yo ft h es t r u c t u r ea n dt h eh i 曲 f r e q u e n c yo fe n g i n e e r i n ga c c i d e n ta b o u tt h ec o n n e c t i n gp a s s e g ea n dt h ep u m ph o u s e b e t w e e nt w ot u n n e l s , t h ea n t h o ru s e3 df e mm o d e lt oa n a l y z et h es t r u c t u r e , a n dp u t f o r w a r dt h ei l e wv i e w p o i n tt h a ts a f e t yi st h em o s ti m p o r t a n tf a c t o ri n t h es e l e c t i o no f c o n s t r u c t i o nm e t h o df o rs u c hs t r u c t u r e j o i n t k e yw o r d s ：s h i e l dt e c h n i q u es e g m e n t si ns e q u e n c e n e w t y p es e g m e n t s t r u c t u r ea n a l y s i s $ e g m e n t si ns t a g g e r b e a m - s p r i n gm o d e l a s s e m b l ye f f e c t c o n n e c t i n gp a s s a g ea n dp u m ph o u s e c o n s t r u c t i o nm e t h o d 独创性声明 本人声明所里交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫鲞盘茎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 一虢铷聋蝴期：归厂年，朔移 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨壅盘茎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨鲞盘空可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 勿弘矾 导师签名 场、割 l 签字日期：) t “7 年h ，月形日 签字日期：一f 年忿月似日 新型管片盾构技术研究 第一章绪论 1 1 概述 第一章绪论 改革开放二十年来，我国经济得到持续、快速、健康发展，国民经济整体实 力得到显著提高，城市化进程不断加快。随着城市规模的不断加大，城市公共交 通压力越来越大。出行难成为一些大城市的重大问题，已经到了严重影响人们正 常工作、生活的程度。从发达国家的发展经验看，发展城市轨道交通系统是解决 城市公共交通的最为行之有效的办法，为了充分发挥轨道交通系统的运输能力， 轨道交通系统尽可能与城市中心商务区、居民区、学校、医院等公共场所结合， 为尽可能便利居民出行，轨道交通系统城区段多与繁华市区结合，由于城区客流 量大，以及土地资源有限等原因，轨道交通系统多采用地铁方案，但在城区施工 地铁技术难度以及施工干扰都很大，采用什么技术是关键问题。盾构技术由于其 具有施工安全可靠、工程质量好、对周边建筑物影响小、可安全穿越江河楼群等 困难地段，机械化程度高、施工不需降水、安全环保等诸多优点，在地铁建设中 被广泛采用。 1 2 盾构技术发展历史与现状 盾构法隧道施工技术起源于欧洲，1 8 1 8 年，b r u n e l 从一种食船虫在船上打 洞受到启发。研究出了盾构施工方法，历经曲折后于1 8 4 1 年在泰晤士河底贯通 世界上第一座盾构隧道。此后，盾构施工方法得到持续改进，陆续出现了圆形盾 构机，盾构施工与压气施工方法相结合等改进方法，奠定了目前盾构旌工方法基 础。1 9 世纪末至2 0 世纪前半叶，对城市隧道工程的需求增加，不断采用盾构法 藏工铁路、公路隧道，推进了盾构技术的迸一步发展，出现了闭胸式盾构。进入 2 0 世纪后半叶，盾构技术在地铁、公路、电讯、上下水道等城市基础设施建设 中得到广泛应用，出现了适应各种需求的盾构技术。我国盾构技术研究起步较晚， 在本世纪5 0 年代开始引入盾构技术，但改革开放以来，我国经济实力得到显著 提高，尤其是近年来，随着城市轨道交通的迅速发展，盾构技术运用达到了空前 广泛的程度，相继在上海、广州、北京、深圳、天津等城市中大量采用，并成为 她铁区闻建设中的重要施工方法。 盾构技术按管片拼装方式分为通缝拼装、错缝拼装与通用管片拼装三种。通 缝拼装技术理论模型相对简单，施工比较容易，在盾构起步阶段广泛使用，但该 技术最大缺点是盾构管片整体刚度较羞，变形较大，目前欧洲，日本等发达国家 已经不采用该技术，我国城市地铁建设中应用数量也在逐步降低：错缝拼装技术 具有受力台理、整体刚度大、变形小的优点，目前被国内外广泛采用，通用管片 新型管片盾构技术研究 第一章绪论 衬砌盾构不仅具有错缝拼装盾构的全部优点，还具有模具统一、机械化程度高、 降低工程成本等诸多优点，代表盾构技术发展方向。该技术在国内应用较晚，理 论上主要参考国外规范，实践上也没有积累太多经验，很多问题需要进一步解决。 1 3 本文研究主要内容 盾构隧道技术是集研究、设计与施工的系统工程，通用衬砌环盾构技术作为 一种新的技术，必需从模型研究出发，对传统技术进行改进，确定理论先进性； 从施工工艺入手，针对每个环节考虑技术可行性，通过工艺改进，提高机械化程 度，提高功效，降低工程造价：通过该技术应用，完成盾构隧道设计与施工，积 累工程经验，完成新技术推广，主要研究内容如下： ( t ) 盾构隧道平、纵断面的确定 隧道平面决定隧道走向。地铁隧道平面布置首先应满足城市规划要求，符合 城市发展要求；并尽可能躲避既有建筑物、构筑物、地下管线等，避免近接工程， 降低工程难度，控制工程风险；同时，从技术上应符合岩土力学规律，控制隧道 合理问距，保证受力的合理性；还应将隧道工程视为埯铁系统工程的有机组成部 分，满足全线要求，确定隧道平面；最后，最小曲线半径应考虑盾构施工的可行 性与行车安全性。 隧道覆土一般在一倍洞径以上，纵断面确定主要受地质情况，以及江河、楼 群等控制节点限制，同时满足地铁行车要求。 ( 2 ) 新型盾构通用管片的确定 新型盾构通用管片，首先要满足限界要求，确定合理内径；然后综合整个盾 构区间的曲线半径，考虑施工安全性与通用性，确定楔行量：根据受力要求以及 耐久性要求，确定盾构衬砌厚度；根据施工便利，及受力的合理性确定管片分块 数量，并最终完成管片确定。本次研究完成了新型通用管片的确定。 ( 3 ) 新型盾构理论模型建立与结构分析 本次研究采用的新型盾构为新型通用管片，具有错缝拼装与通用拼装的双重 特性，结构分析比较复杂，目前，比较常用的分析方法是匀质圆环法，即将盾构 结构简化成一个匀质封闭的圆，该方法虽然在大量工程中应用，但对盾构管片间 以及管片环之间的接头刚度无法模拟。因此，本次研究采用先进的梁弹簧单元 模型，考虑片问与环间的接头刚度，考虑管片的拼装效应，从而更准确模拟结构 受力状况，并与匀质圆环法进行对比，使工程设计更接近实际情况。 ( 4 ) 联络通道与排水泵房研究与设计 近距离盾构区间联络通道与排水泵房设计与施工难度很大，工程风险很高， 国内在该处发生工程事故较多。因此，本次研究采用暗挖逆作施工方法，首先施 新型管片盾构技术研究 第一章绪论 工上部初期支护与主体结构，上部结构强度达到设计要求7 5 后，开始下部分结 构旌工，上部结构既是主体结构一部分，又是下部结构的强有力的支护结构，该 方法虽然施工进度较慢，防水效果稍差，但在高危地区作是最为有效的施工方法， 本论文进行了较深入研究，同时该区域进行空间结构分析计算，以便指导设计 新型管片盾构技术研究 第二章工程概况 第二章工程概况 2 1 工程概述 深圳地铁i 号线续建工程自石洲至科技园区闯线路自自石洲站西端 d k l 8 + 0 2 8 5 5 引出后汾深南大道向前延伸，至d k l 8 + 3 3 2 5 6 处线间距由1 3 2 变 为9 m 。线路穿过沙河后在d k l 9 + 1 1 9 1 9 处线间距由9 m 变为1 4 2 m 后引入科技 园站东端d k l 9 + 1 9 3 6 2 。右线全长1 1 6 7 8 9 4 m ，左线全长1 1 6 3 2 1 8 m 。区间共设 平面曲线六处，左、右线各三处，曲线半径分别为r - 一4 5 0 m 、1 5 0 0 m 、3 0 0 0 m ， 曲线总长3 7 8 “双线米。本区间隧道在d g 1 8 + 2 7 0 5 线潞最低点设置区间泵房( 兼 联络通道) 一处，根据消防疏散的要求在里程d k l 8 + 8 3 0 设区间联络通道一处。 本区间线位主要沿深南大道布设，隧道主要位于深南大道中央绿化带下，线路南 北两侧为绿地，在靠近区间始终点两端有部分建筑物，重要建筑物有深圳湾畔、 未来时代、国际市长交流中心、沙河高尔夫球场、深南大道太沙河立交桥及大冲 科技园等。除大沙河立交桥外建筑物距线路中心均大于4 0 m 。 该区问地下管线较多，主要布置在深南大道的两侧。该区间线路的最大纵坡 为3 0 0 0 0 ，区间结构覆土大于1 0 m 。 区间隧道采用蓐构法施工，辩技国站东端为盾构始发井，自石洲站西端为盾 构接收井：联络通道及泵房采用矿山法施工。 2 2 工程范围 本工程的设计包括白科区间盾构隧道、区间泵房( 兼联络通道) 、区间联络通 道以及与车站相连接的4 个洞门等永久工程的设计和其它临时工程的设计。 新型管片盾构技术研究 第三章丁烈地质与水文地质 第三章工程地质与水文地质 3 1 区域工程地质与水文地质概述 3 1 1 区域地质构造 深圳市的大地构造单元属华南褶皱系的紫金一惠阳凹褶断柬，位于高要 蕙来东西向断裂带南侧和北东向莲花山断裂带的南西端，属于莲花山断裂带北西 支五华深圳断裂带西段展布区。 从地质历史上看，本区经历了多次构造运动，形成了诸多的里“s ”型的紧密 线型褶皱和以北东向、北西向、东西向为主的深大断裂带。自晚更新世晚期以来， 断裂活动已明显减弱，区域稳定性良好。 3 1 工区域地层概述 深圳地区地层发育有震旦系、泥盆系、石炭系、侏罗系、白垩系和第四系。 深圳地铁1 号线续建工程沿线所经地区的下伏基岩为燕山期花岗岩、加里东期混 合花岗岩及震旦系变质岩；第四系主要为：冲洪积砂砾、牯性土，海积及海冲积 砂砾、淤泥、糙性土。风化残积土等。 3 1 , 3 区域水文 深圳市的气候属亚热带季风气候，热量丰富，日照时间长，雨量充沛。气候 和降雨量随冬、夏季风的转换而变化。每年5 - 9 月为雨季，大气降水补给地下水。 深圳地铁1 号线续建工程所经地区，地势北高南低，仅有海湾水系。主要河 流为大沙河、新圳河、西乡河等。这些河流流程短，汇流时间快，支流沟汉较多， 蜿蜒曲折，加之流域内地表植被破坏严重，原来的树林草地被各种建筑及硬化路 面代替，形成洪水暴涨暴落的特点。下游段地势平缓，河道弯曲，海潮顶托，使 洪水渲泄不畅，易造成洪水泛滥。 3 2 场地工程地质与水文地质概述 3 2 1 地形地貌及既有建筑物和管线管道 深圳地铁1 号线续建工程白石洲至科技园区间所经地区为海冲积平原，地形 略有起伏，已修建成道路和建筑物，地面高程0 3 5 3 4 m 。地铁线路穿行于深南 大道下，于设计里程d k l 8 + 6 8 0 d k l8 + 7 4 0 处下穿大沙河，两侧主要建筑物有深 圳湾畔、国际市长交流中心、沙河高尔夫球场、深南大道大沙河立交桥和大冲科 技园等。 新型管片盾构技术研究第三章工科地质与水文地质 深南大道及深圳湾畔( 面向小里程) 深南大道等道路两侧存在电力、电信、 雨水、上水、污水、燃气、路灯等地下管线管道，部分地下管线管道横穿深南大 道。 3 2 2 场地地质构造 本区间地质构造主要表现为燕山期花岗岩岩浆侵入作用，花岗岩在 风化作用下形成残积层，上部沉积海冲积的粘性土层和砂层、碎石土层， 地表为人工素填土。 本区问勘察没发现断层，但下部基岩特别是在中等风化岩、微风化 岩中节理裂隙较发育，沙河桥勘探资料9 0 z l - 4 7 孔4 9 m 以下发育晶洞。 3 2 3 场地地层概述 本区间范围内上覆第四系全新统人工堆积层( q 4 “) 、海冲积层( q i ”“) 、 花岗岩残积层( f ) ，下伏燕山期花岗岩( - 1 5 3 ) ，主要地层概述如下： ( 1 ) 第四系全新统人工堆积素填土、海冲积淤泥、粘土、粉质粘土、粉土、 粉砂、中砂、粗砂、砾砂、圆砾，下为花岗岩残积砾质粘性土和砂质粘性土。 ( 2 ) 燕山期花岗岩：肉红、灰黄、褐黄、灰白色，中粗粒结构，块状构造， 主要成分为石英、长石、云母，按风化程度可分为全风化岩、强风化岩、中等风 化岩和微风化岩。 其分布详见工程地质断面图。 3 2 4 场地水文 大沙河由北向南横穿本区问，注入深圳湾，流程短，汇流时间快，支流沟汉 较多，蜿蜒曲折，加之流域内地表植被破坏严重，原来的树林草地被各种建筑及 硬化路面代替，形成洪水暴涨暴落的特点。本区闻属于太沙河下游，河道已经过 人工治理，河床用浆砌片石护坡。 3 3 岩土分层岩性特征 3 3 1 第四系全新统人工堆积层( q 4 m 1 ) 主要为素填土，按照成分可分为1 素填土和2 素填土2 个亚层。 l 素填土；主要为褐黄色、红褐色，主要成分为粉质粘土，混砂砾，由花 岗岩残积土回填而成，硬塑坚硬，局部可塑，深南大道表层为沥青路面、混凝 土路面和垫层。标准贯入锤击数5 2 5 击，平均击数1 1 击。平均压缩系数 a 0i 一0 卢0 3 0 m p a - ，平均压缩模量e s = 6 0 1 m p a 。厚1 8 4 0 m ，平均厚度3 。1 2 m ， 属中高压缩性土层，除沙河河床外普遍分布，层顶高程3 9 6 5 4 7 m ，层底高 程0 2 2 35 5 m 。 新型管片盾构技术研究 第三章 ：稃地质与水文地质 2 素填土：主要成分为碎石、块石，为花岗岩或混凝土。粒径一般2 0 3 0 0 r a m 。本次勘探在z d b k - 2 0 、z d _ b k 3 1 和z d - b k - 3 2 处揭露，厚0 4 i o m ， 平均厚度o 8 3 m ，层顶高程1 2 2 3 5 5 m ，层底高程o 7 7 2 5 5m ，层顶埋深1 8 3 7 m ，层底埋深2 8 4 7 m 。 3 3 2 第四系全新统海冲积层( q 4 m + a 1 ) 按照颗粒级配或塑性指数可分为l 撤泥、。粘土、5 粉质粘土、6 粉土、 7 粉砂、 ，中砂、i o 粗砂、l l 砾砂和1 2 圆砾7 个亚层。 。淤泥：主要为深灰色、黑色，局部灰黄色，流塑，含腐殖质，有臭味， 局部夹泥炭层，部分混砂砾，夹粘性土薄层。属高压缩性土层， w 1 5 6 k n m 3 ， e = 7 1 k p a ，萨8 0 。厚1 o m ，呈透镜体状分布，在z d - b k - 2 1 和z n - b k - 2 2 孔揭露。 层顶高程1 2 4 1 。4 0 m ，层底高程- 2 2 4 0 4 0m ，层顶埋深3 2 0 5 7 5m ，层底 埋深4 2 0 6 7 5 m 。 4 粘土：主要为灰白色，局部灰、灰褐色，硬塑软塑。混少量砂砾。平 均压缩系数a o l m o 卸5 7 m p a 1 ，平均压缩模量e s _ 3 3 6 m p a ，属高压缩性土层。厚 o 7 2 9 m ，平均厚度1 5 3 m ，在d k l 8 + 6 6 6 d k l 8 + 8 4 8 段( 左d k l 8 + 6 6 6 左 d k l 8 + 8 4 8 段) 呈透镜体状分布，层顶高程7 0 0 1 1 6 m ，层底高程一9 9 0 0 1 6m ， 层顶埋深3 0 0 1 2 1 0 m ，层底埋深4 0 - 1 3 9 m 。 s 粉质粘土：黄褐色、红褐色，坚硬软塑，混砂砾，局部灰黑色，含腐 殖质，有臭味。标准贯入锤击数5 3 0 击，平均击数1 1 击。平均压缩系数 a o 1 柚2 - - 0 3 4 m p a 1 ，平均压缩模量e s = 5 7 9 m p a ，属中高压缩性土层。厚o 4 5 1 0 m ，平均厚度1 7 9 m ，在d k l 8 + 0 2 9 7 d k l 8 + 3 4 9 8 段和d k l 8 + 8 2 5 d k l 9 + 1 5 7 段( 左d k l 8 + 0 2 9 7 左d k l 8 + 3 9 0 5 段和左d k l 8 + 7 9 1 5 左 d k l 9 + l t 0 段) 呈透镜体状分布，层硬离程一1 2 2 4 1 9 6 m ，层底高程一1 3 - 2 2 1 1 0 m ，层顶埋深0 0 0 1 7 2 0m ，层底埋深0 8 0 1 8 o o m 。 6 粉土：灰白色、密实，稍湿。标准贯入锤击数1 8 3 3 击，平均击数2 6 击。平均压缩系数她】 n f o 1 8 m p a 1 ，平均压缩模量e s = 8 2 8 m p a ，属中压缩性土 层。厚1 6 2 0 m ，平均厚度1 8 m ，呈透镜体状分布，仅在z o - b k 一3 9 、z o - k j y - 0 1 孔揭露，层顶高程9 9 9 一f f 2 m ，层底高穆1 1 9 弘- 5 6 21 1 3 ，层顶埋深8 1 4 ，0m ， 层底埋深9 6 - 1 6 0 m 。 ，粉砂：灰白色、褐红色，松散中密，饱和，混粘性土，标准贯入锤击 数1 4 1 7 击，平均击数1 6 击。厚1 6 3 4 m ，平均厚度2 ，5 3 m ，呈透镜体状分 布，仅在z d - b k 0 4 、z d - b k - 0 8 、z d 墙k - 1 7 孔揭露，层项高程一5 ，5 7 一5 ，4 7 m ， 层底高程8 8 7 一7 0 9 i l l ，层顶埋深9 5 0 1 0 5 0 i n ，层底埋深1 1 1 0 1 3 1 0 i n 。 9 中砂：褐黄色，褐灰色，松散，饱和，混粘性土，标准贯入锤击数4 新型管片盾构技术研究 第三章】。稃地质与水文地质 6 击，平均击数5 击。厚1 7 m ，星透镜体状分布，仅在z d b k 4 0 孔揭露，层 顶高程o 6 1 m ，层底高程- 1 0 9 m ，层顶埋深3 5 01 1 1 ，层底埋深5 2 0 m 。 1 0 粗砂：灰白色、褐黄色，稍密中密，饱和，混粘性土，标准贯入锤 击数7 2 4 击，平均击数1 7 击。厚1 ，2 2 0 m ，平均厚度1 6 m ，呈透镜体状分 布，仅在z d b k - 4 1 、z n - k j y - 0 1 孔揭露。层项高程o 9 8 1 3 0 m ，层底高程- 1 0 2 0 i o m ，层顶埋深3 0 0 3 2 0m ，层底埋深4 4 0 5 0 0 m 。 l i 砾砂：主要为灰白、灰色、褐黄色，松散密实，稍湿饱和，主要 成分为石英、长石，混粘性土，局部夹粘性土、中细砂、圆砾薄层，局部含贝壳 和卵石，卵石成分主要为石英，局部( 在z d _ b k - 3 6 孔揭露) 含漂石( 岩性为石 英岩) ，单轴抗压强度8 5 i m p a 。标准贯入锤击数2 4 2 击，平均1 4 击。厚0 6 0 1 1 6 m ，平均厚度5 6 4 m ，基本各孔都有揭露，层顶高程1 0 4 6 2 6 8 m ，层底高 程1 2 0 3 1 4 0 m ，层顶埋深0 o 】4 7 0 1 3 3 ，层底埋深3 2 0 1 6 3 0 m 。 1 2 圆砾：灰白色，松散中密，饱和，主要成分为石英、长石，混粘性 土，夹中细砂、砾砂薄层，含卵石。厚0 - 3 0 1 1 3 0 m ，平均厚度3 8 4 m ，呈透镜 体状分布，在d k l 8 + 0 2 9 7 d k l 8 + 5 2 2 段、d k l 8 + 6 3 7 5 d k l 8 + 9 3 8 9 段和 d k l 9 + 0 4 1 5 d k l 9 + 1 2 2 段( 左d k l 8 + 0 2 9 7 左d k l 8 + 5 2 2 段和左 d k l g + 6 3 7 5 左d k l 8 + 9 3 8 9 段) 呈透镜体状分布，层顶高程一1 3 2 2 o 9 3 m ，层 底高程一1 4 3 s 一5 5 7m ，层顶埋深3 7 1 8 0 0m ，层底埋深9 0 0 1 8 6 0 m 。 3 3 3 残积层( q 。) 由花岗岩风化残积形成，按照其大于2 m m 颗粒含量( ) 可分为 l 砾质 粘性土和 2 砂质粘性土2 个亚层。 - 砾质粘性士：以灰白、褐黄、褐红色为主，局部为紫红色，软塑坚硬。 标准贯入锤击数6 3 0 击，平均击数1 9 击。平均压缩系数a o1 i 锄4 0 m p a l ，平 均压缩模量e s = 5 1 8m p a ，属中高压缩性土层，晟大揭示厚度1 9 0 m ，平均厚 度7 2 6 r a ，基本各孔均有揭露，层顶高程一2 0 3 8 一7 0 4 m ，层底高程- 2 6 1 - l o 4 3 m ，层顶埋深9 0 2 5 3 01 1 1 ，层底埋深1 4 0 0 3 0 4 5 m 。 2 砂质粘性土：以灰白、褐黄、褐红色为主，软塑坚硬。标准赁入锤击 数1 6 2 8 击，平均击数2 2 击。平均压缩系数她l m 尹0 4 5 m p a 1 ，平均压缩模量 e s = 4 5 5 m p a ，属中高压缩性土层，最大揭示厚度1 4 ，5 5 m ，呈透镜体分布，仅 在z d _ b k ，0 7 、z t , - b k - 1 5 、z d - b k 一2 9 、z d 埔k 一3 1 、z d - b k - 3 4 、z d - b s z - 4 1 孔揭露，层顶高程一1 4 3 8 9 6 0 m ，层底高程一2 4 9 8 1 3 1 7m ，层顶埋深1 4 1 0 1 8 6 0m ，层底埋深1 7 6 0 3 0 4 5 m 。 3 3 4 燕山期花岗岩( y s 3 ) 肉红、灰黄、褐黄、灰白色，中粗粒结构，块状构造，主要成分为石英、 新型管片盾构技术研究第三章工程地质与水文地质 长石、云母、角闪石，按风化程度可分为1 全风化花岗岩、( 魏强风化花岗岩、 3 中等风化花岗岩、4 微风化花岗岩4 个亚层，分述如下： l 全风化花岗岩；岩体呈土状及土夹砂状，除石英外，各种矿物均已经风 化为粘土，标准贯入锤击数3 0 5 0 击，平均击数3 9 击。平均压缩系数 a 0t 0 2 卸4 0 m p d l ，平均压缩模量e s = - - - 4 9 0m p a ，具中高压缩性，最大揭示厚度 1 1 4 0 m ，平均厚度4 9 4 m ，在d k l 8 + 0 2 9 7 d k l 8 + 6 9 6 ，5 段和d k l 8 + 7 9 1 ，5 d k l 9 + 1 9 4 3 2 段( 左d k l 8 + 0 2 9 7 左d k l 8 + 0 9 4 6 段、左d k l 8 + 1 9 0 左 d k l 8 + 6 9 6 5 段和左d k l 8 + 8 4 9 左d k l 9 + 1 9 4 3 2 段) 分布，层顶高程2 4 7 4 8 2 0 m ，层底高程- 2 8 8 3 1 1 0 0m ，层顶埋深1 2 8 0 2 9 0 0m ，层底埋深1 5 6 0 3 3 2 0 m 。 2 强风化花岗岩：岩体呈土夹砂砾、碎块状，长石风化成砂砾状，云母局 部可见，石英成分末交，标准贯入锤击数5 0 7 4 击，平均击数5 8 击。最大揭示 厚度2 9 1 m ，在z i 厂l 张- 3 4 、z - b k 3 5 、z o - b k - 3 6 、z d - b k - 3 9 孔揭露，层顶高 程- 2 8 8 3 1 1 0 0 m ，层底高程4 7 2 0 一1 6 6 91 1 1 ，层顶埋深1 5 6 0 3 3 2 0m ，层底 埋深2 1 2 0 4 9 0 0 m 3 中等风化花岗岩：岩体里碎块、块状，节理裂隙面上可见矿物风化，周 部节理裂隙发育。具绿泥石化现象，最大揭示厚度2 7 m ，仅在9 0 - b l - 2 7 、 z d _ b k 0 9 、z d - b s z - 4 1 孔揭露，层顶高程4 6 7 0 - 2 2 1 4 m ，层底高程- 4 8 3 0 - 2 4 3 4m ，层顶埋深2 6 3 0 4 9 6 0n l ，层底埋深2 8 5 0 5 0 2 0 m 。 q 微风化花岗岩：岩质坚硬，岩体呈块状，各种矿物成分基本未发生变化， 局部节理裂隙发育，最大揭示厚度3 2 m ，仅在z d b k - 0 4 、z d - b k 0 9 、9 0 - b l - 2 7 、 9 0 _ b l 一7 孔揭露，层顶高程4 8 3 0 一- 2 4 2 7 m ，层顶埋深2 8 4 0 5 0 2 0l i t 。 3 4 详细水文她质条件 本区间地下水按赋存条件主要分为孔隙潜水及基岩裂隙水。 孔隙潜水主要赋存在第四系砂层、圆砾及粘性土、残积层和全风化 花岗岩中，局部地段略具承压性。基岩裂隙水主要赋存在花岗岩强风化 层中等风化层中，具承压性。本次勘察期间地下水位埋深1 2 - 4 3 m ， 水位高程o 7 8 35 0 m ，水位变幅0 5 2 m ，水温2 6 8 2 9 0 。 地下水总的径流方向为由北向南。 沙河常年有水，地表河水与地下水具水力联系，补给排泄关系随季 节的变化而变化。地下水的排泄途径主要是蒸发。 3 4 1 各岩土层的富水性及渗透性 素填土在本区间广泛分布，成分以粘性土为主的素填土含水量少， 9 为弱透水层；成分以碎石为主的素填土含水量少或饱和，为中等透水层。 海冲积淤泥中地下水含量高呈饱和状态。透水性差，为微透水层。 海冲积粘土中地下水含量较高，呈饱和状态，透水性差，为微透水 层，为相对隔水层。 海冲积粉质粘土中地下水含量较少，透水性较差，为弱透水层。 海冲积粉土中地下水含量较少，透水性较差，为弱透水层。 海冲积粉砂中地下水较丰富，透水性较好，为中等透水层 海冲积中砂中地下水较丰富，透水性较好，为中等强透水层。 海冲积粗砂中地下水较丰富，透水性较好，为中等强透水层。 海冲积砾砂层富含地下水，为场地主要含水层，透水性随粘粒含量 增多而交小，具中等强透水性。 圆砾中地下水丰富，为场地主要含水层，透水性随粘粒含量增多而 变小具中等强透水性。 花岗岩残积层中地下水含量较少，透水性差，为弱透水层。 全风化花岗岩中地下水较少，透水性较差，渗透性从上向下逐渐增 大。 强风化花岗岩中地下水富水性、透水性较好，为中等透水层。 中等风化花岗岩中地下水富水性、透水性相对较好，透水性随节理 裂隙发育程度改变。 微风化花岗岩中地下水较少，透水性较羞。 特别应引起注意的是在砂层和圆砾底部局部含卵石和漂石该处透 水性强。 3 4 2 地下永、地表永的腐蚀性 ， z d - b k - 0 8 处砂层中地下水对混凝土结构具弱溶解性腐蚀，对钢筋 混凝土结构中钢筋不具腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性，其余地段砂层中 地下水对混凝土结构不具腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋不具腐蚀 性对钢结构具弱腐蚀性：花岗岩残积层和全、强风化层中地下水对混 凝土结构不具腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋不具腐蚀性。对钢结构 具弱腐蚀性。 沙河水对混凝土结构不具腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋不具腐 蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。 3 5 工程地质评价 3 5 1 场地评价 新型管片盾构技术研究 第三章_ 稃地质与水文地质 本区间地形基本平坦，岩性多变，地下水位较高，多为中硬场地土和中软场 地土所构成，为中等复杂场地。 根据波速测试成果，本区间等效剪切波速为2 1 6 6 2 5 5 0 ( m s ) ，覆盖层厚 度 2 5 m ，依据建筑抗震设计规范( g b5 0 0 1 1 - - 2 0 0 1 ) 表4 1 6 判定，场地类 别为h 类。 据建筑抗震设计规范( g b5 0 0 1 1 2 0 0 1 ) 附录a 规定，深圳市抗震设防 烈度为度，设计基本地震加速度值为0 1 0 9 ，设计地震分组为第一组。 3 5 2 隧道围岩性质、分布特征及综合评价 根据线路纵断面，本区间隧道底板、边墙和拱项的围岩分级及评价如下： ( 1 ) 隧道底板 本区间隧道底叛围岩主要为花岗岩残积土和全风化花岗岩，强风化花岗岩， 围岩分级为v 级，天然状态下强度高，稳定性好，承载力高：扰动后，易软 化，强度骤减。 ( 2 ) 边墙 本区间隧道边墙围岩主要为花岗岩残积土和海冲积砾砂、圆砾和粘性土，围 岩分级为级，结构松散松软，稳定性差，极易发生变形。 3 ) 拱顶 本区间隧道拱顶围岩主要为花岗岩残积土和海冲积砂层、圆砾，围岩分级为 级，结构松散松软，稳定性差，极易发生变形，产生拱顶坍塌。 3 5 3 特殊土与不良地质 ( 1 ) 素填土 本区间普遍分布索填土，成分主要为粉质粘，混砂砾，由花岗岩残积土回 填而成，结构不均，表层经过碾压，深南大道路面处为混凝土路面及垫层。局部 素填土成分主要为碎石和块石。 ( 2 ) 软土 本区间右线d k l 8 + 4 9 5 d k1 8 + 5 7 9 段( 左线左d k i g + 4 8 8 左 d k l 8 + 5 8 5 段) 分布的淤泥，结构松软，承载力低，灵敏度为5 8 4 ，为高灵敏 土，有臭味，呈透镜体状分布，厚1 0 m ，i = 1 5 6 k n m 3 ，c = 7 i k p a ，妒8 。a ( 3 ) 残积土 本场地普遍分布花岗岩残积土和全风化花岗岩，饱和状态下受扰动后，极易 软化变形，强度、承载力骤减，是本区间不利条件。土夹砂砾状和砂砾状强风化 花岗岩饱和状态下受扰动后，软化变形，强度、承载力减效，只是程度较轻。 ( 4 ) 膨胀土 新型管片盾构技术研究第三章工程地质与水文地质， 经取样试验，本区间粘性土无膨胀性。 ( 5 ) 地震液化士及漂石 本区间分布的砂层和圆砾富含地下水，结构松散，隧道施工中极易坍塌， 且右线d k l 8 + 0 2 9 7 d k l 8 + 0 7 5 8 段、d k l 8 + 3 2 4 d k l 8 + 3 8 9 段、 d k ig + 4 8 5 d k l 8 + 5 9 9 段、d k l 8 + 7 5 7 9 d k l 9 + 1 7 2 段和左线左 d k l 8 + 0 2 9 7 左d k l 8 + 1 2 5 5 段、左d k l 8 + 3 2 0 4 左d k l 8 + 3 8 5 2 段、 左d k l 8 + 4 8 0 4 左d k l 8 + 5 9 9 段、左d k l 8 + 7 5 7 5 左d k l 9 + 1 8 1 段的 部分松散砂层为地震液化土。 经z i ) - b k - 3 6 孔揭示，在砂层中存在漂石，粒径2 0 0 5 0 0 m m ，漂石成分为 石英岩( 饱和单轴抗压强度达到8 5 1 1 皿a ，为极硬岩) ( 6 ) 花岗岩的差异风化 经z d b s z 4 1 、z d b k _ 2 1 和z d 出k - 3 2 孔揭示，本场地花岗岩残积层和风 化岩中存在差异风化现象，表现为残积层中存在全风化花岗岩和全风化花岗岩中 存在强风化花岗岩。 ( 7 ) 有害气体 本次勘察发现在软土中存在有臭味气体。 3 5 4 控制断面地质柱状图 该盾构隧道穿越地层深浅不同，但隧道埋深最深、埋深最浅与穿越大沙河地 段为控制断而，其工程地质与水文地质情况详见地质柱状图。 新型管片盾构技术研究第二章t 稃地质与水文地质 嚣 埋累最浅处地质枉状图 斗弦1a “ l 垂埘 j 大沙河处地质柱状图埋深最深处地质柱状图 图3 5 4 1 控制断面地质柱状图 l奄穿 啦驻抓疆垃亍 ，1il叫il引lljj一 ：+十+：十+ 新型管片盾掏技术研究 第四章设计原则及主要技术标准 第四章设计原则及主要技术标准 4 1 设计原则 设计原则的拟定要以能满足工程的的实际情况，达到合同规定的技术标准 及有关设计规范的要求为目的。主要设计原则为： ( 1 ) 工程结构的安全等级为一级。 ( 2 ) 结构设计按7 度地震验算并设防。 ( 3 ) 结构设计按六级人防验算并设防。 ( 4 ) 结构防水等级为二级。 ( 5 ) 本工程的设计应满足工程施工、地铁运营、防排水，以及场地、环境、 规划的要求。 ( 6 ) 隧道管片的净空尺寸除满足隧道限界5 2 0 0 m m 的规定外，还考虑盾构推 进、管片安装、管片环椭变等导致的各种偏差。 ( 7 ) 结构设计在满足强度和刚度的前提下，尚需满足防水防腐、防迷流和预 埋件设置的要求。 ( 8 ) 管片直径变形控制在2 0 d o ( d o 为管片外径) ；环缝张开不大于2 m m ( 变 形缝处不大于3 r a m ) ，级缝张开不大于3 m m 。 ( 9 ) 为便于管片制作、安装的系列化、定型化和规范化，通过规模效益达到 节省投资的目的，管片设计根据各区段隧道的埋置深度、工程地质和水文地质条 件，采用分段设计、综