盾构法隧道管片设计、建造与保护

盾构法隧隧道管片片设计、、建造与与保护绪论开通及在在建地铁铁的城市市多达40多个，地地铁区间隧道道大部分分都采用用了盾构构法施工工。同时时越来越越多的城城市核心心区隧道道及穿江江越海隧隧道采用用了盾构构法隧道道，随着着21世纪地下下空间开开发时代代的发展展，盾构构法隧道道已得到到越来越越广泛的的应用。。目前盾构构法隧道道，国内内大多为为单圆隧隧道，直直径从3m至15m左右不等等，香港港屯门隧隧道外径径达到了了17m。管片厚厚度从25cm到70cm不等。盾构法隧隧道的管管片建造造技术已已较为成成熟，但但运营的的保护却却面临新新的问题题。盾构法隧隧道管片片类型从材质来来说：有有铸铁的的、钢的的、钢筋筋混凝土土的、钢钢纤维混混凝土的的，从结构形形式来说说：有箱箱型、平平板型…从曲线拟拟合来说说：有通用楔楔形、左左右楔形形、标准准+左右楔形形从使用螺螺栓来说说：有直直螺栓、、斜螺栓栓、弯螺螺栓…从形状来来说：有有圆形（（大多数数）、双双圆、类类矩形、、马蹄形形….目前国内内用得比比较多的的是平板板型钢筋筋混凝土土管片，，特殊地地段加钢钢纤维，，大直径径盾构隧隧道大多多采用通通用楔形形环，联联络通道道局部会会用到钢钢管片，，国内全全铸铁等等材质管管片基本本没有。。目录录一、盾构构法隧道道管片设设计二、盾构构法隧道道管片建建造三、盾构构法隧道道管片运运营保护护四、管片片的缺陷陷整治与与修复五、结束束语一、盾构构法隧道道管片设设计1、总体步步骤：确定内净净空衬砌厚度度、环宽宽及楔形形量分块方案案连接方式式接缝构造造连接构造造2、确定内净净空（1）建筑限限界：铁路、、城际、、地铁、、道路隧隧道（2）内净空空与限界界之间的的富裕量量（软土土径向一一般预留留15cm，最近也也预留到到55cm,硬土卵石石层等可可预留小小些）1）施工误误差：一一般5cm,拟合5cm,2）隧道衬衬砌变形形:设计2~3D%,验收规范范5~6D%3）后期变变形（沉沉降或隆隆起）:以前软土土预留不不足通常直径径6m以下称为为小盾构构，6m-10m为中盾构构，10-14m为大盾构构，14m以上则为为超大直直径盾构构，目前前建成的的最大直直径盾构构为上海海长江隧隧道与钱钱江隧道道，外径径15m，大陆在在建最大大的为武武汉三阳阳路隧道道，15.2m,公铁两用用；世界界最大为为17m的香港屯屯门隧道道。一、盾构构法隧道道管片设设计3、衬砌型型式及厚厚度（1）单层衬衬砌和双双层衬砌砌的选择择一般地铁铁隧道、、过江隧隧道均为为单层管片衬砌砌，但对对于铁路路通行货货车的水水底隧道道（钱塘塘江越江江隧道））、高地地震烈度度的水底底隧道（（如日本本东京湾湾水底隧隧道）、、对内表表面光滑滑度要求求或防水水要求高高的水底底隧道（（穿黄河河输水隧隧道）则则考虑为为双层衬衬砌，内内衬现浇浇钢筋混混凝土，，考虑气气密性的的隧道（（温州瓯瓯江口隧隧道）。。一、盾构构法隧道道管片设设计3、衬砌型型式及厚厚度（2）衬砌厚厚度选择择1）衬砌管管片厚度度取值4～6%D，地铁区区间隧道道一般为为4.5～5.6%D;大直径隧隧道相对对厚度较较小，一般为为4～5%D。个人认认为从目目前运营营的角度度看，建建议取厚厚点，管管片刚度度大。也有个别别隧道达达到7%D（青草沙沙水源地地输水隧隧道，外外径6.4m）2）二次衬衬砌厚度度150mm～350mm。衬砌厚度度的选择择与地质质条件、、荷载条条件密切切相关，，但更多多情况下下是经验验取值，，经计算算确定。。一、盾构构法隧道道管片设设计一、盾构构法隧道道管片设设计4、管片环环宽及楔楔形量（1）管片环宽主要要与隧道道直径、、最小曲曲线半径径相关，对于直直径6～10m的隧道，，原来环环宽取值值多为1.0～1.6m,随着盾构构技术的发展，，环宽有有增大趋趋势。目前直直径6m隧道环宽宽1.2m、1.5m，直径10m及以上隧隧道环宽宽多为1.5～2.0m。（2）管片楔形量与与隧道外外径、环环宽、最小曲线半径径直接相关关：Δ=BD/R最小半径径R的确定需需要考虑虑管片模模具的再再利用、、掘进纠纠偏的需需要。一、盾构构法隧道道管片设设计5、管片分分块分块太多多——接缝多、、防水材材料消耗耗多、施施工速度度慢分块太少少——管片制作作、运输输、拼装装难度大大，受力力条件差差一般做法法：直径6-8m隧道，分分块6～7块；直径9-13m隧道，分块8～9；直径14-15m隧道，分分块10～11块封顶块：1/3封顶、1/2封顶、等分一、盾构构法隧道道管片设设计采用错缝缝拼装的的隧道，，封顶块块的选择择还需要要考虑如如何实现现错缝。。1/2分块方案案错缝拼拼装示意意图等分方案案错缝拼拼装示意意图错缝拼装装的好处处是刚度度相对均均匀，但但适应变变形的能能力弱，，现在也也在考虑虑软土大大变形地地段采用用上海地地铁通缝缝的做法法。一、盾构构法隧道道管片设设计6、连接方方式及吊吊装方式式单点吊装装真空吸盘盘吊装一、盾构构法隧道道管片设设计6、连接方方式及吊吊装方式式弯螺栓连连接型式式图直螺连接接型式图图斜螺栓连接接型式图图大直径盾盾构管片片通常采采用斜螺螺栓中小直径径的为弯弯螺栓对抗震要要求比较较高的采采用直螺螺栓一、盾构构法隧道道管片设设计7、接缝构构造接缝要考考虑弹性性密封垫垫止水带带单道或双双道防水，或或附加遇遇水膨胀胀止水条条，内侧侧引排水水和嵌缝缝，外侧侧挡水条条。从受力角角度，要要考虑纵纵环缝根根据地质质条件及及抗不均均匀沉降降的需要要，是否否设置榫榫槽，是是全缝面面设置、、局部设设置还是是设置抗抗剪切件件。同时接缝缝构造要要考虑盾盾构千斤斤顶的位位置及局部荷荷载的抗抗力要求求。7、连接构构造设计中注注意手孔孔及螺栓栓孔细部部尺寸及及角度的的设计——可脱模。。一、盾构构法隧道道管片设设计8、管片配配筋管片配筋筋除根据据环向受受力计算算配置钢钢筋外，，还要考考虑手孔孔、角部部、端面面、箍筋筋、分布布筋的布布置。最近从从有些管管片施工工中的破破损角度度来看，，对管片片分布筋筋的布置置偏弱，，有待加加强。需要指出的争争议点是：对对于直径10mm以下的箍筋，，部分厂家采采用焊接封闭闭成环是不符符和焊接规范范的，建议还还是135°弯钩。一、盾构法隧隧道管片设计计8、管片配筋对于荷载较大大的钢筋混凝凝土管片，为为控制裂缝发发展宽度，必必要是可采用用钢筋钢纤维维（聚丙烯纤纤维复合管片片）。在常州地铁1号线穿越某大大学图书馆设设计中，采用用钢纤维管片片，效果很好好。一、盾构法隧隧道管片设计计9、管片防水及及耐久性设计计管片防水及耐耐久性设计应应给出水压条条件下的抗渗渗等级，地铁铁一般为C50P10，一般要求抗抗渗透能力不不低于2倍的实际水压压，地铁规范范要求检漏水水压是实际水水压的3倍。目前水下下隧道管片等等级最高C60P12，下一步根据据穿江越海隧隧道的高水压压要求会进一一步提高管片片性能等级。。二、盾构法隧隧道管片设计计10、管片计算通常采用修正正惯用法为主主，梁-弹簧模型为辅辅的计算，并并将二者的内内力进行包络络后进行配筋筋，并核算结结构变形。此外还要进行行整体抗震设设计、耐久性性设计。一、盾构法隧隧道管片设计计目录录一、盾构法隧隧道管片设计计二、盾构法隧隧道管片建造造三、盾构法隧隧道管片运营营保护四、管片的缺缺陷整治与修修复五、结束语1、建立工艺流流程布置合理理，高效制作作的管片厂办公区外，要要考虑：砂、石料堆放放、钢筋堆放及加加工区钢筋笼制作区区混凝土拌合浇浇筑钢模堆放区（（与蒸养区一一起）水养池区成品堆放区二、盾构法隧隧道管片建造造1、建立工艺流流程布置合理理，高效制作作的管片厂A、管片厂的组组成分为：混凝土拌站、、砂石料堆场场、水泥粉煤煤灰和矿粉筒筒仓、试验室室、标养室、、钢筋加工区区、管片浇捣捣区、管片养养护区、管片片堆放区、管管片试拼装区区，生活区管管理区。电力力供应要涵盖盖所有作业。。钢筋加工、、管片浇捣都都在室内厂房房，有行车运运输。B、钢筋加工区区：原材料堆放、、原材料加工工（切断、成成型、调直、、滚弧）、钢钢筋骨架焊接接（胎架、CO2焊机）、钢筋筋骨架堆放、、管片浇捣区：：骨架临时堆堆放、钢模、、浇捣设备、、翻身区、蒸蒸养设备、管管片临时堆放放（温水养护护）。C、管片养护区区：养护水池（7天全浸没）、、湿润养护区区D、管片堆放区区：管片堆场（场场地、排水、、专用垫条、、通道）E、管片试拼装装区：试拼装台架、、检漏工作台台F、混凝土拌站站：拌合楼、筒仓仓、地材堆放放仓电力要足够，，水源要保证证（适合混凝凝土拌合），，消防措施、、排水设施。。厂区建设最好好是按照标准准化要求。对管片厂的检检查验收，首首先是对方案案进行审批，，然后实地检检查各个功能能区的情况，，水、电、气气、锅炉、管管道、行车、、加工设备、、通道和道路路、地坪、试试验室标养室室配备、拌合合楼的专业验验收。施工单位同时时要有管片制制作施工方案案，建厂方案案也可以在管管片制作施工工方案里面。。管片制作方方案里要有质质量安全管理理体系，施工工流程和质量量验收、安全全管理办法等等。二、盾构法隧隧道管片建造造2、原材料的控控制选用洁净符合合要求的河沙沙，机制砂原原则不用，更更不能用海沙沙。氯离子的控制制（按耐久性性规范执行））碱含量控制（（按耐久性规规范执行）堆场的原材料料要防止二次次污染二、盾构法隧隧道管片建造造2、原材料的控控制管片所用的水水泥、粉煤灰灰、矿粉和外外加剂牌号先先要明确，监监理审批，粉粉煤灰、矿粉粉和外加剂的的适配很重要要，会有泌水水、气泡等问问题。地材（石子））的产地要考考察，固定产产地后，黄沙沙石子的样品品要封样混凝土配比先先要试配，耐耐久性指标氯氯离子扩散系系数要先做试试验（养护60天的标准试块块浸泡在盐水水里90天）。管片其它配件件如橡胶止水水带、高强螺螺栓、定位销销，要事先定定厂家，审批批、做试验。。关于管片的缺缺陷，标准里里面是不允许许出现缺角掉掉边的，实际际问题发生后后，进行修补补。要有一个个标准，应提提出一个管片片修补方案，，相关各方（（施工、监理理、设计、业业主）讨论后后确定修补前，按照照方案上的标标准，由总包包、监理一起起认可后，方方可以修补管片的质量保保证，不但是是在厂里的生生产过程中，，也包含养护护、堆放、进进入盾构现场场，最终以现现场总包和推推进单位的验验收为准。二、盾构法隧隧道管片建造造3、高精度钢模模精度符合要求求（内外弧长长、厚度、半半径、螺栓孔孔误差等）要有足够的刚刚度，不宜变变形操作方便（合合拢、脱模））耐久性要好，，能满足循环环次数要求。。二、盾构法隧隧道管片建造造3、高精度钢模模管片钢模加工工厂家要有审审批，管片钢钢模要有出厂厂验收，厂厂家要提提供激光检测测数据，钢模模到现场后要要进行抽样检检测：内径千千分尺、深度度游标卡尺、、塞尺。宽度度---钢模内腔8点（内外弧各各4处）千分尺，，内外弧弦长长---钢卷尺，钢模模内腔高度---深度游标卡尺尺。环面角度度端面角度---靠尺加塞尺，，螺栓孔直径径---游标卡尺。施工中，钢模模要进行：快快速检测，每每天一次，仅仅对钢模宽度度检测；定期期检测，每200环一次，上面面这些指标都都检测。（1）、钢模合拢拢之后，测量量每一块钢模模的宽度尺寸寸。（2）、端、侧板板紧固螺栓，，预埋件紧固固螺栓、定位位销紧到位。。（钢筋笼入入模之后，再再合模。）内内弧保护层垫垫块必须使用用水泥压制品品。不少于12块垫块，侧向向和端向应有有垫块和措施施隔离。（钢钢模的检查和和验收）二、盾构法隧隧道管片建造造4、钢筋笼的制制安精度符合要求求（必须在钢钢筋胎模里制制作）严格控制钢筋筋保护层厚度度不足（厚50mm保护层)预埋件及预留留孔洞定位准准确如有预埋滑槽槽的定位管片排版图要要先出来，不不同深度的管管片（浅埋、、深埋）配筋筋不一样，部部分管片是否否要植入芯片片也要先明确确。（1）合格的钢筋筋原材料，且且复试合格，，每支钢筋的的断料尺寸准准确，公差在在允许范围之之内。骨架在在验收合格的的胎架上焊接接主筋之间，，主付筋之间间间距准确，，避开模芯、、预埋件，钢钢筋保护层准准确。整体骨骨架尺寸公差差在允许范围围之内，弧度度与钢模和顺顺。（2）主筋与主筋筋之间，主筋筋与箍筋焊接接要牢固，一一些附加筋不不得跳焊太多多，内弧与外外弧主筋对焊焊接点必须饱饱满。（钢筋筋的检查和验验收）二、盾构法隧隧道管片建造造5、高强混凝土土的配置与浇浇筑高强混凝土配配合比设计：：水、砂子、、石骨料、粉粉煤灰、石粉粉、减水剂等等。配合比设计中中尤其关注原原材料含水率率的变化，同同时过多的惰惰性材料加入入，虽能满足足混凝土强度度、抗渗透性性要求，但对对混凝土收缩缩等控制不利利，管片生产产均是现场浇浇筑混凝土，，建议混凝土土塌落度在满满足要求的条条件下取低值值。控制混凝土入入模温度，冬冬季、夏季施施工要有针对性措措施。（1）、从拌站出出拌机的湿料料，应在半小小时之内到达达浇捣点，塌落度50~80mm，和易性满足足浇捣要求。。（坍落度检检查）（2）、湿料拌制制过程中应选选加含气量小小的，易于气气体排出的外外加剂，最大大限度变的减减少，尤其侧侧板处的气泡泡。浇筑与振捣（（欠与过均不不合规，试验验确定）。（1）、砼湿料应应分层布料，，料斗应紧贴贴外弧面。分分层厚度不大大于30cm，插入或振捣捣的插入距离离应考虑激振振力一般不大大于30cm。（2）、刮尺应反反复多拉，保保证外弧面密密实。补料较较多处一定要要振捣。（3）、收水作业业必须随捣随随光，直到外外弧面光实发发生初凝。芯芯棒的松动和和拔出应随温温度和季节。。一般应在浇浇捣完后二小小时。（混凝凝土浇捣记录录，混凝土试试块）二、盾构法隧隧道管片建造造6、高强混凝土土的养护（1）、管片在收收水结束之后后，外弧面应应盖上塑料布布，并拉上蒸蒸养罩进入静静停一般为二二小时。之后后进行放蒸汽汽升温，升温温速度不大于于15℃/小时.恒温一般为50~55℃℃.恒温时间3~5小时，降温即即停止供汽。。（蒸养记录录）（2）、起模应根根据同条件养养护试块，一一般不低于设设计强度40%。起模时应注注意侧向吊不不得损坏定位位孔。起模之之后立即吊入入温水喷淋养养护区。一般般放置8~10小时。并对每每块管片进行行外观检查。。有严重缺陷陷的应立即进进行分析和追追查，找出原原因。（混凝凝土质量检查查验收）（3）、离开喷淋淋后进入水养养池，这时水水养池与管片片表面温差不不应大于20℃.在水养池放置置7天，7天后吊入堆场场并喷淋养护护7天湿润。（水水养记录）（（管片检漏记记录、管片出出厂记录）二、盾构法隧隧道管片建造造7、管片存放与与运输管片做好标识识后必须分层层堆放，中间间设置软木，，水平堆放层层数原则不超超过五层，竖竖向堆放经核核算原则不超超过3层。管片的起吊与与运输均应有有专用器具，，平稳轻缓，，防止碰伤管管片。二、盾构法隧隧道管片建造造8、管片的检测测试拼装整体检检测：一般进进行三环试拼拼装，对超重重管片也可以以二次二环拼拼装试验。渗水性检测：：根据管片验验收规范及设设计要求进行行。钢筋保护层厚厚度的检测：：单环抗弯能力力检测二、盾构法隧隧道管片建造造9、管片试生产产管片施工可以以试生产1-2环，检验钢模模和各道工序序是否顺转，，然后可以进进行首件制施施工，可以定定为50环，进行水平平拼装二次。。首件制是形形成一个良好好的施工节奏奏，是对各道道工序施工的的合理性有效效性的一次测测试。最后形形成一个工艺艺标准，来指指导后续的大大规模施工。。首件制的做做法，和常规规的差不多，，就是定下检检查点，总包包和分包、监监理一起验收收。过程中各各种记录应该该完善齐全，，便于总结。。管片的型号号、生产日期期、谁施工的的都要有记录录。过程中发发生的各种问问题，原因和和解决都要有有记录。首件制前要有有准备会议，，明确各项准准备工作、工工艺要求，首首件制后要有有总结会议。。钢模验收和和首件制会议议（包括水平平拼装验收））应请设计一一起参加。首件制准备会会议，要有：：看现场，车间间、钢模、钢钢筋、成品。。施工单位汇报报施工准备工工作，首件制制的内容和工工艺要求，监监理单位评介介施工准备工工作，提出首首件制的工作作计划：准备备会议、总结结会议，提出出工艺控制要要求，标准、、表式。设计单位提要要求，业主和和质监站提要要求。首件制验收会会议，要有：：看管片外观质质量，看管片片水平拼装现现场施工单位：有有首件制总结结，有首件制制的各种施工工记录，水平平拼装记录，，形成施工工工艺规程。监监理单位：有有首件制的评评介，有首件件制的各种记记录。设计业业主提出意见见。二、盾构法隧隧道管片建造造10、特殊管片的的制作钢管片：钢精精度加固、防防腐耐久性钢混复合管片片二、盾构法隧隧道管片建造造11、管片配件螺栓螺母、注注浆孔（兼吊吊装孔）：弹性密封垫：：传力衬垫：氯氯丁橡胶板定位棒、剪剪力销：海绵条、遇遇水膨胀条条泡沫透水棒棒、嵌缝橡橡胶螺栓孔帽预埋滑槽…二、盾构法法隧道管片片建造12、管片拼装装A、盾构姿态态控制B、管片精细细拼装到位位，关键是是封顶快的的拼装、由由于需要径径向插入再再纵向推入入，弹性密密封垫的保保护C、螺栓的拼拼装及拧紧紧D、管片的保保护二、盾构法法隧道管片片建造目录录一、盾构法法隧道管片片设计二、盾构法法隧道管片片建造三、盾构法法隧道管片片运营保护护四、管片的的缺陷整治治与修复五、结束语语三、盾构法法隧道管片片的运营保保护随着盾构隧隧道在地铁铁区间隧道道、市政隧隧道、综合合管廊等工工程中的应应用，以前前我们考虑虑盾构隧道道施工对既既有环境的的保护，现现在则要考考虑盾构隧隧道周边环环境建设对对地铁盾构构隧道的保保护。既有有地铁运营营的城市均均颁布了地地铁保护的的相关规定定，如杭州市已制制定《杭州市城市市轨道交通通运营管理理办法》，对地铁周周边设置控控制保护区区及特别保保护区，对对在控制保保护区内从从事相关工工程建设活活动的均应应保护地铁铁工程。三、盾构法法隧道管片片的运营保保护1、新建工程程与盾构隧隧道的关系系A、紧邻开挖挖B、上跨或上上挖基坑，，C、上、下穿穿D、平行作业业根据《城市轨道交交通结构安安全保护技技术规范》（CJJT202-2013）及各地的的保护规定定，可以从从临近程度度及影响程程度划分为为保护等级级。三、盾构法法隧道管片片的运营保保护2、盾构隧道道的保护标标准根据《城市轨道交交通结构安安全保护技技术规范》（CJJT202-2013）三、盾构法法隧道管片片的运营保保护2、盾构隧道道的保护标标准浙江省的《城市轨道交交通设施结结构安全保保护技术规规程》，总体来说说地方保护护标准高于于国家标准准。三、盾构法法隧道管片片的运营保保护3、盾构隧道道的保护监监测根据隧道是是否运营及及能否人工工监测条件件，分别采采用人工监监测及自动动监测，辅辅以人工管管片结构内内部巡查（（渗漏水等等）。监测可分为为：管片结构状状态监测：：裂缝、渗渗漏水、破破损、管片片变形、错错台、连接接…隧道运营状状态监测：：隆沉、弯弯曲……三、盾构法法隧道管片片的运营保保护4、盾构隧道道的保护措措施评估及及状态后评评估邻近工程施施工前，应应开展周边边工程建设设方案的预预评估，优优化施工方方案，加强强盾构隧道道保护措施施，根据评评估结果开开展施工；；施工中根据据监测结果果的大小实实施开展过过程评估，，进一步修修改施工方方案，加强强地铁保护护控制。施工完成后后进行盾构构隧道服役役状态评估估，并开展展缺陷整治治。目录录一、盾构法法隧道管片片设计二、盾构法法隧道管片片建造三、盾构法法隧道管片片运营保护护四、管片的的缺陷整治治与修复五、结束语语四、管片的的缺陷整治治与修复1、砼管片病病害形态由于盾构姿姿态不良及及周边环境境条件影响响（基坑开开挖、旁边边新建建筑筑物等）会会造成：管片裂缝、、错台、渗渗漏水、收收敛变形大大、管片破破损露筋、、钢构件外外露、锈蚀蚀…等。四、管片的的缺陷整治治与修复2、管片裂缝缝整治建议议构件裂缝为为张开性裂裂缝，需针针对裂缝宽宽度不同对对管片结构构进行裂缝缝整治：对于裂缝大大于0.2mm但小于0.3mm的管片结构构，采用改改性环氧树树脂浆液注注浆封闭进进行修复，，保护管片片钢筋，保保证管片结结构的耐久久性。对于0.2mm以下的裂缝缝属于管片片结构计算算允许的裂裂缝，采用用涂刷表面面防水封闭闭材料，封封闭裂缝保