隧道与洞室工程盾构的勘察与规划.ppt

现在盾构机种类繁多 特性各异 适用土质条件 环境条件也各不相同 如不对上述条件进行勘察 或者勘察不细致 则可能造成设计不合理 施工中出现事故等等 1勘察 例如 某存在一定坡度的盾构隧道 事前粗略的土质勘察和借鉴其它工程的土质勘察结果 把盾构穿越的地层定为粉砂层 但是遗漏了其中一小段地层为砂砾层 且地下水压较大 的客观事实 误认为整个路线上均为粉砂层 故选用了挤压盾构施工 当穿越砂砾层部位时 出现大量喷水现象 又如 盾构穿越沼泽地带时地层中可能会藏有甲烷气体 如果事先不认真勘察 施工中也不制定应急防范措施和储备应急设备 则施工中出现事故造成损失也在所难免 再如 施工前对盾构路线近旁的各种地下管道和设施勘察不充分 施工中也不跟踪监测 则施工中出现管道破裂 沉降引起 基础受损 致使喷水 漏气 爆炸 地表建筑物倾斜或墙体开裂等事故也不少见 总之 因勘察工作疏忽 致使施工时发生事故的事例数不胜数 留下了惨痛的教训 总起来说 事先不做勘察或者勘察不彻底 则施工中发生事故的概率较大 致使工期赔误 成本提高 有时还要大量赔款 严重时整个竖井或隧道报废 事先勘察是决定建造隧道成败的关键因素 我们必须慎重对待 制定总体规划方案阶段 以确定路线作为主要目的的勘察为预备勘察 主要是收集整理有关资料 现场勘察 设计阶段勘察分为基本设计和正式设计两步 基本设计阶段的勘察为基本勘察 包括钻孔 原位试验 土体取样室内土体试验 绘制隧道沿线地质剖面图 正式设计阶段的勘察为详细勘察 主要指依据土体试验的结果 研究平面 纵剖面线形 确定盾构机机型 提出在盾构施工中可能出现的技术问题 进而针对这些问题进行再勘察 施工阶段的勘察大致上也分为两步 即辅助工法施工效果勘察和盾构施工勘察 前者的主要目的是确认辅助工法的地层加固效果 后者的目的是为盾构掘进施工提供施工管理的数据 确保掘进施工正常 隧道竣工后继续对长期影响隧道性能的因素的连续勘察 称为跟踪勘察 规划勘察即制定总体规划阶段开展的预备勘察 该项勘察的主要目的是确定隧道的线址 竖井的设备位置及判定盾构工法的适用性 勘察结果还可用作后期设计阶段和施工阶段的参考资料 规划勘察的勘察项目大致包括 场地条件 障碍物的分布状况和数量 地形 土质 周围环境及以往的施工实例 这些勘察项目与规划 设计及施工的关系示于下表 1 场地条件勘察场地条件勘察包括 土地利用情况 将来的规划 道路的类型和路面交通状况 有无工程用地及用地周围的环境 包括河流 湖泊 海洋等自然环境 供电及给排水设施的需求及设备状况 随后根据勘察结果 确定线址和基地位置 制定设备需求计划 拟定环境保护措施 2 障碍物勘察障碍物勘察系对原有的地上 地下构造物 埋设物 水井和以往的工程施工记录等进行勘察 若发现有埋入板桩 废弃设施的基础桩等残存物时 则事先应在盾构机上设切割作业用的入孔和滤除这些障碍物的装置 下图分别为安装在盾构机上的滤除刀具切削下来的木屑的装置和某废弃桥墩基础松木桩的残存位置断面图 3 地形和土质勘察在基本规划阶段的地形及土质的勘察应以现场踏勘和收集资料为主 勘察项目有 地形 地层构造 土质 地下水 地层中的气体是否缺氧 是否存在毒气 是否会出现大范围的地层沉降等等 此外 掌握因抽取地下水导致的大范围地层沉降 填土造地等填土荷载引起的沉降收敛程度和以后的沉降状况的勘察也很必要因为弄清这些沉降可将施工的沉降影响分离开来 方能更好地控制施工的影响 4 周围环境勘察通常盾构施工时产生的噪声 振动 地层变位 注浆造成的地下水污染 排放的废弃物 泥 等问题会对环境构成污染 为此需勘察其影响程度 并制定抑制措施 特别是隧址周围和作业基地周围存在古建筑或重要设施的情况下 更应详细勘察 此外 还应注意上述污染对周围动植物的影响 5 以往施工实例的勘察在盾构机选型 制定盾构施工计划时 对同一地区的以往的施工实例的调查也非常重要 特别是出过事故的施工实例 在盾构选型 辅助工法设计 制定环保措施等方面更具参考价值 如果该工程是该地区的第一项盾构施工工程 则可借鉴对象地层土质条件类似 接近的同类盾构机种的其它区域的施工实例的经验 设计勘察系设计阶段的勘察 以地质 土质勘察为重点 设计讨论事项及其必要的土质条件 原位试验 室内试验的汇总如下表所示 1 基本勘察基本勘察即按规划勘察阶段确定的线址进行钻孔勘察 钻孔勘察的孔距因地形 地层构造的不同而不同 一般部位的孔距为200 300m 但竖井部位必须要钻孔 作为原位试验多选用标准贯入 试验频率多定为1次 m 每层均应进行土体取样 并做室内试验 此外 还应利用钻孔法测定地下水位 最后根据上述现场勘察结果绘出纵断土质柱状图 必要的室内试验项目包括 密度 含水率 重度 粒度 液限 塑限试验 单轴 三轴压缩试验 压密试验等 2 详细勘察在基本设计勘察确定的平面 纵断面线形和盾构机型的基础上 进行明确盾构机 衬砌 竖井设计条件的详细勘察 详细勘察的重点是盾构施工线址上的特殊地层的各种特性的勘察 下列一些地层值得特别注意 a 崩塌性砂层 b 高水压的混有巨石的砾层 c 缺氧地层 含有毒气体的地层 1 崩塌性砂层崩塌性砂层的特点是不均匀系数小 密实性差 渗水系数大 稳定性差 土压稍有失衡就会发生崩塌 对这种地层来说 当盾尾离开背后注入浆液尚未填充到位之前的短暂时间间隔内 地层中出现空洞 此时砂层中出现崩塌直至地表出现凹陷 示意图如图2 3 1所示 盾构在这种地层中推进时 为确保掘削面的稳定 必须设计出与地层条件相匹配的泥水 泥土 参数 泥水盾构的情形下 应恰当的选择泥水的密度 粒度级配 泥水的粘度等参数 详见泥水盾构一章的叙述 同时 应恰当地选择泥土的配比 添加材的注入量等参数 详见土压盾构一章的叙述 为此 准确的掌握掘削土层的粒径级配构成 渗水性和地下水位等参数显得极为重要 这些参数是防止挡土墙接头部位涌水和保障管片密封材料止水性的设计依据 故这些勘察势在必行 2 高水压砾层这种地层多为江河下部含大卵石的高水压的砾层 掘削这种地层之前 必须弄清大小卵石的形状 尺寸 数量硬度 地下水的流速 流量等参数 因为这些参数是设计盾构详细掘削构造 刀具材质 形状 切口形状等 的依据 必须详细勘察 当采用常规钻孔法难以获得上述参数时 可采用大口径钻孔和试掘深基础的方法来取得上述参数 此外 当竖井井底粘土层下方存在砾石层的情况下 开挖井底时因承压水的作用可能会出现井底隆起 对这种情形来说 必须事先通过测量孔隙水压等方法 掌握承压水的压力 必要时应采取地层加固等措施予以防止 3 软淤泥粘土层该地层的特点是自然含水率比液限还大 故稍受外力作用就会发生扰动 且强度显著下降 就这种土层而言 不仅盾构掘进中保持土压平衡极为困难 而且往往会出现下图所示出的引动前期沉降 及盾构通过后沉降长期不收敛 即沉降持续时间特别长 为了防止出现这种现象必须对该地层进行加固 所以事先掌握土体的灵敏度和变形特性的勘察特别重要 因为这是合理进行加固设计的依据 4 缺氧 含有毒气体的地层盾构穿越地下水枯竭的砂砾层和过多含有未分解有机物的粘土层 及缺氧和有毒气的土层之前 应先分析水质 测定气体浓度 了解其含量 为了防范未然 盾构机上应配备各种监测装置及报警装置 以此确保作业安全 1 确认勘察为了保护竖井井底 盾构机进洞 出洞洞口 曲线部位 近接构造物 通常采用注浆工法 高压喷射深层搅拌工法 冻结工法等辅助工法对地层进行加固 采用以上加固方法对上述部位实施加固后 效果究竟如何 原则上可用表2 4 1给出的判定方法进行确认 即所谓的确认勘察 加固效果确认包括加固范围确认 平面形状 深度分布确认 即三维空间确认 和强度确认 土体强度参数的改进状况 表中给出的方法较多 应该说这些方法各有各的用途 不简单地说哪种方法绝对好 哪种方法绝对差 选用哪种方法应根据加固目的 客观条件因地制宜 不过这里我们应当指出 因为井底地层加固 曲线部位加固 构造物外围加固 均属提高地层抗剪强度的加固 故可用标准贯入 旋转触探等勘察方法勘察 而对盾构进 出洞口的保护加固而言 因防水效果是第一位的 属范围加固 故可用电气探层 中子探层 弹性波法 地下雷达法等方法勘察 2 管理勘察作为盾构推进时的管理勘察 内容包括掘削面的稳定勘察 一次衬砌的组装状况勘察 背后注浆状况察 周围地层变位勘察 近接构造物的表象勘察等项目 对背后注浆状况的勘察而言 多采用轻携式锥休静力触探仪 通过管环上的预留注浆孔测定管片背面土层的扰动范围 通过土体取样器测定背后注浆的固结厚度 再由这些测定结果确定有效的背后注浆位置 注浆量等背后注浆的管理基准 下图所示为是土压盾构机在粘土层中掘进时的扰动范围和背后注浆厚度的测定结果的实例 结果表明管片外侧的扰动范围为30 90cm 相当于盾构外径的5 13 背后注浆后浆液的固结厚度的勘察结果因位置的不同而变化 其值为0 15cm 接近构造物的监测管理可按表2 4 1给出的监测内容 结合构造物的工况勘察管理 其它勘察项目将在有关的章节中详细叙述 盾构掘进过后长时间的沉降造成的影响及动植物造成的影响 均系无法早期确认的影响 所以必须在施工后做跟踪勘察确认 勘察因场合 影响因素的不同而不同 勘察频率应缓慢减少 通常在施工后一段相当长的时间内均需坚持跟踪勘察 本节主要包括电锥静触试验 静触试验 切削声音识别土质及土中有害气体的勘察评价等新的土质勘察方法 此外 还有其他如 地中构造物及各种埋设管道设施的定位勘察方法 即电磁感应法 磁探法 地下雷达法等无损探测法等方法 标准贯入试验 静力触探 旋转触探 膨胀计法 钻孔参数记录法等有关勘察方法 可参看相关文献 1 静力触探静触试验的种类较多 图示为静力触探 CFT 法的测量概况 静力触探是将金属制作的圆锥形的探头以静力方式按一定的速度均匀压入土中 借以量测贯入阻力等参数值 间接评估土的物理力学性质的试验 这种方法对那些不易钻孔取样的饱和砂土 高灵敏度的软土以及土层竖向变化复杂 不易密集取样查明土层变化状况的情形而言 可在现场连续 快速地测得土层对触探头的贯入阻力 近年推出的主要有电锥静触及RI静触试验等 电锥静触试验 地层的导电特性取决于地层的电阻率 电阻率取决于地层中间隙水的导电特性和土的构造 地层不同 间隙水的导电特性和土的构造不同 即电阻率不同 测定地层深度方向上的电阻率的变化状况 就可知道地层的构造状况 电锥静触试验就是在静力触探杆锥头的上部设置电极 在静触杆贯入地层的的同时 测定该深度处的土体的电阻率 就可测得地层电阻率随深度的变化曲线 据此曲线可判定地层土质随深度的变化图 这种测定地层土质电阻率的装置称为电阻率锥体静触装置 简称为电锥静触装置 对应的测定地层土质随深度变化的试验为电锥静触试验 RI静触试验 正确地掌握砂地层的原位状态非常重要 但是 取得不破坏原位构造的砂试样 进而进行室内试验求取土样的物性值是件极其不容易的事 对于细粒成分极少的砂层来说 使地层充分冻结随后取样的方法是获得高质量取试的最好途径 但是这种方法的费用过大 而近年开发成功的放射性同位素静触试验 简称RI静触试验 可以避免取样 直接原位测定土层的各种特性参数 这些特性参数除了包括一般静力触探试验可以测定的参数出 地层侧限压缩模量Es 变形模量E0 间隙水压力 地基土的承载力 判定土质 砂地层液化及桩承载力等 之外 还新增了地层的含水率 湿密度及地层的相对密度 RI静触试验适用于回填砂地层 河流性冲积砂地层 洪积砂地层等多种砂地层 静触可对砂地层钵行含水率和湿密度的探层 其探层的结果 经与在同一地点实施冻结取样的室内试验求出的含水率 湿密度结果的对比 表明两者的吻合程度较好 即精度较高 2 土中有害气体的勘察评价方法近年来地下工程 主要指盾构隧道工程 沉井 沉箱工程等 根据多样化的需求 目前正朝着大规模 大深度及多样化的方向发展 作为这些地下工程施工时的一个悬念问题 即存在可燃性气体径 主要是甲烷气体 缺氧空气 毒气 硫化氢 二氧化碳 等土中有害气体的威胁 土中有害气体造成的事故常有发生 可燃性气体造成的爆炸事故 缺氧气体造成的缺氧事故 毒性气体造成的中毒事故 这些事故一旦发生 对作业人员的生命直接构成威胁 为防范这些土中气体造成的事故 除了施工中加强监测防范之外 还应在工程之前的土质勘察阶段实施 土中有害气体的有无 种类 及施工中是否发生喷射 喷出位置 喷出量 等事项的勘察 以便制定必要的安全措施 土中甲烷气体的性质 产生的主要原因及地层内的存在状态前面已指出在多种有害气体中 通常人们对其中的硫化氢 二氧化碳 缺氧空气等气体有所了解 这里重点介绍甲烷气体 1 甲烷气体的一般性质甲烷气体 Mathane 的分子式为CH4 别名沼气 坑气 其一般性质如表3 3 1所示 2 土中甲烷气体的生成与存在环境 1 产生源由微生物学知道 有机物在无氧状态下 由于细菌的作用被分解成甲烷和二氧化碳气体 甲烷的产生量与土中有机物的含量有关 2 甲烷生成后的扩散甲烷生成后 以溶存于地下水中的溶存气体及存在于土颗粒空隙中的游离气体两种形式存在于土层中 其扩散与地层的渗水特性有关 3 甲烷自身的物理化学性质从物理化学知道 甲烷气体溶解于地下水的量 随甲烷气体所承受的压力的增大而增大 随温度的下降而增大 4 地形甲烷存在于砂 砂砾层上方的渗水 透气性能差的粘性土层中 多数的游离甲烷被压缩在这种粘性土帛的凹部 3 甲烷气体在地层内的存在状态多数情况下像图3 3 1示出的那样 甲烷气体在有机质土层中产生 溶存于上面存在不透气粘土层的砂层的地下水中 液相 这种液相甲烷称为溶存甲烷 当甲烷量超过溶于地下水的饱和浓度时 多出的甲烷存在于土颗粒的空隙中 气相 这种气相甲烷称为土隙甲烷 也称游离甲烷 当压力降低 或温度升高 时 甲烷的溶存饱和度下降 故会有部分溶存甲烷气体从地下水中分离开来 存入土颗粒空隙中 这部分分离开来的甲烷气体称为逸出甲烷气体 成为游离甲烷的增加部分 溶存甲烷气体与游离甲烷气体的和为士中甲烷气体 当压力减小或温度上升时 部分游离甲烷气体进入大气中 这里把这部分甲烷气体称为释时甲烷气体 3 环境勘察如前所述 环境勘察即对井位占地状况 施工占地状况 地表交通状况 邻近建筑物分布状况 地下管道及埋设物体分布状况的勘察 其中 地下管道的勘察尤为重要 如不认真 施工中易出现重大事故 近年来施工中破坏电信电缆 造成国内外通信中断 弄断电力电缆 造成大面积供电中断 施工中弄破供水管 致使马路积水 商店铺面和居民家中淹水 造成正常供水中断 碰破煤气管道 致煤气泄漏 发生煤气中毒或煤气爆炸伤人等事故 另外 地下埋设物体的勘察 也至关重要 特别是战时遗留下来的易爆物体 如炸弹 若不勘察清楚 施工时撞上后果不堪设想 事故的发生不仅会给人民生活工作带来诸多不便 同时也会造成大的经济损失 严重时造成物毁人亡 严重影响国家声誉 综上所述 施工前勘察是一项避免事故的根本措施 是一项必不可少的环节 该项勘察以往不被人们重视 多年实践证明极为重要 应予加倍重视 1 无损探测法这里就地下管道和埋设物体的无损探查方法及发展方向用一简单介绍 1 探查对象与探测方法的关系地下管道和埋设物体的无损探查方法与探测对象的关系如表3 4 1所示 由表3 4 1可以看出以下几点 a 探测方法的选择因探测对象的材质 形状和埋设深度的不同而异 b 表中所列出的方法是互相交叉的 目前尚无一种完善的方法能胜任不同深度 不同介质 不同材质和不同形状的探测 c 从精度上看有粗 细之分 d 能区分材质的方法 不能区分形状 能区分形状的方法不能区分材质 e 表中给出的各种方法各有所长 不可偏废 2 电磁感应法当探测对象为金属管线时 可以考虑使用电磁感应探测法 该方法可分为两种 由于电磁感应法的构成设备简单 价格便宜 携带方便 所以该方法的设备是目前所有探测设备中数量最多的一种 其工作原理是在地表面设置一个交变电磁场辐射源 使埋在地下的金属管道上流过感应电流 间接法 或者把发射机的输出端直接接到管线的地面露出端上 使管道上流过传导电流 直接法 3 磁场探测法当陆地或水底埋有铁磁性物体时 可用磁场探测法探测 由于地球磁场的作用 使埋在地下的铁磁性协体被磁化 故地表面的磁场强度增大 用磁强计找出磁场强度的异常点 即可确定该物体的埋设位置 如图3 4 6所示 也可用磁场梯度来确定埋设物体的位置 常用的磁强计见表3 4 4 除上述方法外 表3 4 1中示出的地下雷达探测法 声波探测法 电阻率探测法 弹性波法 电磁波法等方法均有使用 这里不再赘述 通常隧道可按其断面形状 用途进行分类 3 1断面形状断面形状 盾构隧道的断面形状有圆形 半圆形 双圆搭接形 三圆搭接形 矩形 马蹄形 椭圆形等多种形状 1 圆形断面圆形断面是使用得最多的断面形状 因此 人们通常把圆形断面称为标准断面 以下一般提到的盾构均指圆形断面盾构隧道 圆形断面隧道具有如下几个优点 a 由于圆形断面的拱作用 故管环上作用的外压力小 相对非圆断面而言 管环的受损小 寿命长 即隧道的耐久性好 安全性好 b 圆形断面盾构机掘削机理简单 掘削系统 刀盘 力 扭矩的传递机构 容易制作 造价低 c 管片的制作简单容易 拼装方便 d 圆形断面隧道的内空 直径 可大可小 已有14 8m及1 5m的大 小圆形隧道问世 目前有人构思19 2lm的隧道 圆形断面的缺点是对某些用途而言 如地铁隧道 公路隧道 城市共同沟隧道等利用矩形内空的情形下 内空利用率低 即存在浪费 圆形盾构隧道的内径取决于两个因素 即满足使用目的所必须的内空 包括维修管理上的裕度和施工误差 及施工上的安全性 其外径可由内径加衬砌厚度 一次衬砌 二次衬砌 决定 2 矩形断面矩形断面隧道的优点是内空利用率高 与圆断面隧道相比构筑时可以减少30 左右的土体掘削和排放 利于成本降低 另外 矩形断面地中占位小 地下空间利用率高 缺点是隧道管环上的作用外压大 不适于大尺寸隧道构筑 管片设计 施工复杂 盾构机制作复杂 价格偏高 对城市地下铁道 共同沟等隧道而言 是较为理想的断面形状 3 双圆搭接断面这种断面形式多用于铁路 公路往返复线的情形 其占地面积小 空间利用率高 盾构机制作复杂 价格高 管片设计 组装 施工复杂 4 三圆搭接断面三圆搭接断面可以说是为构筑地铁车站而设计的盾构断面形状 优点是空间利用率高 使地铁车站的构筑施工完全转入地下 此工法的造价低 缺点是盾构机 管片的设计 制作及施工均较复杂 马蹄形断面 椭圆形断面的优点也是空间利用率高 缺点是盾构机造价高 3 2线形 1 平面线形从盾构工法自身的施工性方面看 盾构隧道的平面线形最好选用直线和大曲率半径的平面线形 但多数的施工对象是城市市区的地下工程 因都市市区地下构造物较为密集 加上地价昂贵 所以线形的确定受地层条件 地表条件 地下障碍物 构造物 及用地条件的制约 也就是说 线形为直线和大曲率半径的条件通常不易得以满足 而大多数情形会出现小曲率半径的急弯段所以小曲率半径情形的设计 施工是平面线形讨论的重点 影响曲线施工质量的因素如下 a 盾构机通过地层的土质软硬程度及分布状况b 掘进方法 敞开式 封闭式 掘进速度和推进控制 c 盾构机的形状 构造 直径 机长 有无中折机构及其它辅助设备 d 管片的宽度 楔形量e 坡度分布状况f 采用的辅助工法 隔离导墙等防护措施 对一般的曲线施工而言 盾构隧道的允许曲率半径尺值 因盾构直径的不同而不同 对大直径盾构机而言 对应的隧道曲率半径最小值可按下式考虑对某些要求进行更小的急弯施工而言 必须采用旋转竖井或使用球体盾构 实现任意转角的施工 2 覆盖土层厚度从提高施工作业效率 出渣 材料的运入及作业人员的进出 构筑竖井的难易程度 防水处理的难易程度 使用的气压和泥水压的降低和隧道建成后的维护管理及运营方便等方面看 隧道的埋深 即覆盖土层的厚度 以浅为好 但是 埋深太浅易发生地层沉陷和爆喷等事故 所以应以对周围环境不产生不良影响的条件选择覆盖土层的厚度H 通常选择H 1 1 5 D 其中D为盾构机的外径 上述厚度范围也不能一概而论 以往有过H1 5D而仍发生沉陷和爆喷的事例 H的大小与土质性能 地表建筑物 地中构造物的分布状况 地下水位 盾构机型 辅助工法 施工管理措施等多种因素有关 一般在H较小的浅层施工时 应加强施工管理及辅以地层加固工法 在H较大的深层施工时 应采取抑制高水压 大土压的措施 并作好施工管理 3 坡度隧道的坡度不仅取决于使用目的 还取决于河流 地下构造物及障碍物的分布状况 从隧道使用目的考虑 公路隧道 铁路隧道 电力电缆隧道 通信电缆隧道 原则上设计成渗漏水可以自流排放的平缓坡度 以不低于0 2 为宜 而下水道 供水隧道的坡度则必须根据下泄流量 流速等从施工方面考虑 为了使施工时的涌水能够自流排放 使坡度提高到0 2 0 5 为宜 但坡度超过2 会影响出渣和运料等作业效率 再有当由于条件限制的原因坡度必须大于5 时 不仅要选用特殊的井内运输方式 同时还必须采取各种安全防护措施 3 3 1铁路隧道1 内空断面形状前面指出 对铁道隧道而言 选择矩形断面较为理想 但是 由于矩形断面设计施工中的一些隧道管环上不利因素的影响 矩形断面铁道隧道尚未形成推广高潮 目前圆形 矩形断面的铁路隧道均有应用 3 3用途 就区间隧道 位于两站间的隧道 而言 断面形状的示意图如下图所示 选择哪种断面形状必须在对平面线形 地面条件 土质状况 已建和拟建地下构造物的分布状况以及隧道的维护管理方法等进行综台考虑后再行确定 对盾构法施工的站断面而言 其断面示意图如下图所示 2 单线盾构隧道的内空断面隧道内空断面的大小是在建筑限界的基础上综合考虑 摆动裕度 管片制作及拼装误差 维修通道空间 轨道 电气 通信设施 曲线段隧道中心与轨道中心的偏离裕度等因素后确定 隧道的建筑限界是纵向延续的 所以必须按在建筑限界 轮廓线 的上 下方留出所需裕度的方式决定内空尺寸 确定内空尺寸的关键是确定控制点 比如可以以安装架线的金属架的下端点为上部控制点 以排水沟底面中心为下部控制点 在通过这些控制点的外接圆的基础上 再扣除摆动和施工裕度 即得出必要的内空尺寸 参考图4 2 3 对于这种情形而言 因为排水沟的位置随枕木形状变化 因此必然给内空尺寸造成若干误差 参考表4 2 1 3 复线盾构隧道的内空断面 复线隧道的建筑限界是横向2列平行配置 所以内空尺寸必须按确保断面左右两侧留有所需裕量的原则来确定 断面两侧所需要的裕度包括 曲线段内侧建筑限界的裕度 维护用的待避宽度 维护用的通道宽度 此外 就竖向 即上下 而言 必须确保待避空间的高度 总之在决定隧道内空尺寸时 应把上述各种裕度统统考虑进去 见图4 2 5 这种场合下 应尽可能使隧道埋深浅一些 即竖井变浅 通常将轨道面高程 RL 与隧道中心的间距取得大些 这样一来 因曲率半径变小 故很难确定曲线段外侧维护通道的必要空间 为此必须采取措施减小必需的尺寸 即增大轨道面高程到维护通道路面的距离 台阶高度K 减小h1的值 a 线形计划铁路盾构隧道的平面线形以轨道中心线为基准 纵断面线形以轨面高程为基准 从提高车速和乘坐舒适的角度出发轨道的平面线形应尽可能取直线 即使必须出现曲线段 也应以大曲率半径为宜 从确保排水顺畅的角度出发 纵断线形的最小坡度应为0 2 左右 按规定坡度大于1 则纵断线形中必须插入纵曲线 4 线形 但在实际的线形设计中由于种种条件的限制 常常不得不仍然采用急弯段和陡坡段 随着中折型盾构机的问世及施工技术的进步 就平面线形而言 已有复线隧道 直径约10m 最小曲率半径为160m的施工实例 就外径5 2m 内径4 3m 的小型地铁隧道而言 平面线形的最小曲率半径为100m 最陡的坡度可为5 5 也就是说线形设计中的曲率半径和坡度的选定范围较大 b 平面线形设计中的注意事项隧道中心线与轨道中心线二者在直线隧道段是重合的 但在曲线段 由于建筑限界左右两边的裕量均匀分配 故隧道中心线与轨道中心线出现错动 在复线隧道中 当曲线段的轨道中心线为同心圆时 缓变曲线区段的隧道中心线缓慢地偏离轨道中心线 当过渡到圆曲线区段时偏离达到限界量 见图4 2 7 图4 2 7曲线段轨道中心为同心圆情形下的复线隧道中各中心线间的关系 在这种情形下 因通常盾构掘进管理中进行隧道中心线的测定 即测心 所以必须事先知道轨心和测心间的距离 另外 当曲线段的轨道中心线不为同心圆时 因轨心间距是不固定的 所以规定按5m的间距求取可以确保建筑限界裕度和待避空间 容积 的隧道中心的位置 c 纵断面线形设计中应注意的事项因纵断面线形取决于轨面高程H 故这种场合下 轨面高程与隧道中心 上下向 距离的设定最为关键 因此 在H随轨道构造和曲率半径变化致使上述距离改变的地段 从利于盾构掘进管理的观点出发 应在变化点前后设置缓冲区段 约20m 公路盾构隧道的内空断面 线形 坡度等技术设计考虑与铁道盾构隧道的情形大体相同 图4 2 8示出的是公路隧道内空断面的一个典型例子 图4 2 9示出的是三圆搭接盾构公路隧道的示意图 图4 2 10示出的是双圆并联变位盾构公路隧道的示意图 3 3 2公路隧道 公路隧道的发展趋势是大断面 目前已有直径14 8m的隧道问世 变位 分岔 汇合 多圆断面等多种发展势头 1 断面形状圆形断面的另一个优点是其水利特性也较好 所以下水道隧道一般情况下全部采用圆形断面 隧道可按设计的污水畅通下泄流量所必需的通水断面 隧道内径对应的内空 加上一 二次衬砌的厚度确定 3 3 3下水道及供水盾构隧道 下水道隧道中的二次衬砌是确保设计污水下泄流量的一道重要的施工工序 应予以特别重视 图4 3 1示出的是下水道盾构隧道断面的典型实例图 图4 3 2为同一盾构隧道内布设多种下水道的情形 图4 3 3为多条下水道管道集中布设于盾构隧道内的特殊例子 2 内径及坡度下水道隧道与地铁隧道不同 隧道直径从上游到下游逐渐增大 通常起始段的管径多为250mm 到处理场和泵站就逐渐增大 到最下游内径可加大到7 8m 就地下雨水贮水调节池隧道而言 日前已有外径12 18m 内径10 8m的竣工实例 从目前的实例盾 盾构下水道隧道的直径分布范围为1 35 10 8m 隧道内径应根据其管道可以容纳的污水 或雨水 量决定 但因是自流方式 故应与坡度同时考虑 考虑到固体物质的沉淀及管道的损耗 下水道管道内的最低流速取0 6 0 8m s 最大流速为3m s 管道坡度越往下游越平缓 流速越往下游越快 整个区域的管道系统应按此原则确定 隧道坡度和深度的确定与地表形状 污水处理场及泵站的位置有关 此外 这些因素也是决定成本和维护管理费的关键 应予以充分地重视 通常 决定隧道内径和坡度的顺序如下 a 下游的通水断面 隧道内断面 上流的通水断面 隧道内断面 b 按下流坡 上流坡的厚则设定坡度 c