《公路水下大直径盾构隧道设计与施工技术指南》

ICS号

CCS号

团体标准

T/CHTSXXXXX-XXXX

公路水下大直径盾构隧道设计与施工

技术指南

（征求意见稿）

xxxx-xx-xx发布xxxx-xx-xx实施

中国公路学会发布

目次

1总则..................................................................................................................1

2术语..................................................................................................................2

3基本规定...........................................................................................................4

4工程勘察及建（构）筑物调查..........................................................................6

4.1一般规定.............................................................................................................................................6

4.2勘察.......................................................................................................................................................6

4.3建（构）筑物及相关调查...........................................................................................................6

4.4水下地形测绘....................................................................................................................................7

5总体设计...........................................................................................................9

5.1一般规定.............................................................................................................................................9

5.2隧道平面及纵断面设计..............................................................................................................10

5.3横断面设计......................................................................................................................................11

5.4附属结构设计..................................................................................................................................12

6结构设计.........................................................................................................13

6.1一般规定...........................................................................................................................................13

6.2设计荷载...........................................................................................................................................13

6.3管片结构设计..................................................................................................................................17

6.4衬砌结构计算..................................................................................................................................20

6.5内部结构设计..................................................................................................................................24

6.6隧道防排水设计.............................................................................................................................27

6.7隧道抗减震设计.............................................................................................................................30

7盾构综合措施设计...........................................................................................32

7.1始发与接收辅助措施...................................................................................................................32

1

7.2特殊地段设计..................................................................................................................................33

7.3其他辅助措施..................................................................................................................................35

8防灾救援设计..................................................................................................36

8.1一般规定...........................................................................................................................................36

8.2防火设计...........................................................................................................................................36

8.3疏散救援系统设计........................................................................................................................36

8.4消防、应急设施.............................................................................................................................38

9盾构设备选型与维护.......................................................................................40

9.1盾构机选型......................................................................................................................................40

9.2设备监造、安装与调试..............................................................................................................46

9.3设备监控与使用管理...................................................................................................................48

10盾构施工.......................................................................................................50

10.1一般规定.........................................................................................................................................50

10.2盾构始发.........................................................................................................................................51

10.3掘进参数控制...............................................................................................................................55

10.4壁后注浆.........................................................................................................................................57

10.5盾构防水施工...............................................................................................................................60

10.6管片拼装.........................................................................................................................................61

10.7开仓与换刀作业..........................................................................................................................62

10.8盾构接收.........................................................................................................................................65

10.9特殊地层施工...............................................................................................................................67

11混凝土结构施工.............................................................................................71

11.1一般规定.........................................................................................................................................71

11.2管片预制.........................................................................................................................................72

11.3现浇结构.........................................................................................................................................75

11.4箱涵预制及安装..........................................................................................................................76

2

11.5烟道板预制及安装.....................................................................................................................76

12测量监控.......................................................................................................78

12.1一般规定.........................................................................................................................................78

12.2施工测量.........................................................................................................................................79

12.3施工监测.........................................................................................................................................82

12.4健康监测.........................................................................................................................................87

13质量检验.......................................................................................................89

13.1盾构掘进与隧道衬砌安装质量验收....................................................................................89

13.2钢筋混凝土工程验收.................................................................................................................91

13.3内部结构预制构件安装质量验收.........................................................................................97

14环境保护与职业健康防护...............................................................................99

14.1环境保护.........................................................................................................................................99

14.2职业健康防护.............................................................................................................................100

附录A大直径盾构设备检验项目清单.............................................................102

附录B大直径盾构设备维保项目清单.............................................................109

附录C盾构始发条件验收检查表....................................................................112

附录D盾构接收条件验收检查表....................................................................113

附录E接缝防水材料检验...............................................................................114

附录F结构混凝土外观质量限制缺陷.............................................................118

用词说明..........................................................................................................119

3

公路水下大直径盾构隧道设计与施工技术指南

1总则

1.0.1为规范和指导公路水下大直径盾构隧道设计和施工，制定本指南。

1.0.2本指南适用于10m直径及以上公路水下盾构隧道工程的设计和施工，其

他类似盾构隧道工程可参照执行。

【条文说明】盾构隧道按照隧道外径大小习惯上分类为：6m以下为小直径盾

构，6m～10m为中等直径盾构，10m～14m为大直径盾构，14m～17m为超大直径

盾构，18m以上20m以下为特大型盾构。本指南主要总结吸收国内外10m~17m水

下盾构隧道设计施工经验，类似工程可参照执行。

1.0.3除应符合本指南的规定外，公路水下大直径盾构隧道设计与施工尚应符

合有关法律、法规及国家、行业现行有关标准的规定。

1

2术语

2.0.1水下盾构隧道Underwatershieldtunnel

穿越江、河、湖、海等地表水域，采用盾构法施工，且隧道总体布置、施工方

法、施工难易程度等主要受水域条件控制的隧道工程统称。

【条文说明】“水下隧道”近年来频繁出现在各种学术论文、专著，甚至规范、

标准中，但均未对其进行具体定义，实际应用中技术人员也存在困惑，例如一座几

公里长的隧道中部下穿了一条深2m、宽度20m的小河，该隧道是否属于水下隧道？

故本规程编制过程中，根据水下隧道的内涵，对其定义进行了明确。

2.0.2公路大直径盾构隧道Highwaylarge-diametershieldtunnel

采用《公路工程技术标准》（JTGB01）建设的直径10m及以上的圆形盾构隧道。

2.0.3成型隧道Formedtunnel

按照设计要求建设完成，并达到预定形状、尺寸和结构稳定性的隧道。它标志

着隧道施工阶段的结束，可以投入使用或进行后续装修和配套设施的安装。

2.0.4管片Segment

盾构隧道衬砌环的基本单元。

2.0.5负环管片Temporarysegment

为盾构始发掘进传递推力的临时管片。

2.0.6内部结构Internalstructure

隧道内部起支撑或分隔功能的结构，如车道板、烟道板等。

2.0.7泥水平衡盾构机Slurryshieldmachine

以泥浆为主要介质平衡隧道开挖面地层压力，并通过泥浆输送系统出渣的开挖

的盾构机。

2.0.8常压刀盘Conventionalcutterhead

刀盘结构具有隔绝开挖面压力的舱室，常压条件下在舱室内即可更换刀具的刀

盘。

2.0.9盾尾间隙Tailgap

管片外径与盾尾内径之间空隙。

2.0.10同步注浆Synchronousgrouting

盾构推进时同步进行注浆，填充管片外径与开挖断面间的空隙，控制地层变形

2

和地面沉降。同步注浆浆液主要分单液浆和双液浆两种。

2.0.11单液浆Singleliquidslurry

单液浆指的是由单一类型成分组成的浆料，包括水泥基浆液、惰性浆液等。

2.0.12双液浆Doubleliquidslurry

为了缩短壁后注浆或止水注浆的初凝时间提高止水效果，在普通注入浆液中添

加水玻璃，又称泡花碱。

2.0.13二次注浆Secondarygrouting

同步注浆效果不理想、地层变形较大或管片上浮严重时，通过管片预留二次注

浆孔对管片与地层之间间隙补充注浆的施工工艺。

2.0.14切口压力Cutterhead

泥水平衡盾构刀盘顶部位置的水土压力的合力。

2.0.15带压作业Workingunderpressure

在环境压力远大于大气压力的条件下开展的工作。主要指带压开仓工作。

2.0.16三维激光扫描检测3Dlaserscanninginspection

利用激光测距的原理，通过三维激光扫描仪，记录管片模具表面大量、密集点

的三维坐标、反射率和纹理等信息，从而获取管片模具的三维模型及线、面、体等

各种图型数据，用于检测尺寸精度。

3

3基本规定

3.0.1公路水下大直径盾构隧道的建设应贯彻国家有关技术经济政策，执行国

家节能、节材和环保等有关法律法规，积极稳妥地采用新技术、新材料、新设备、

新工艺。

3.0.2工程设计应满足隧道的技术标准、使用功能、盾构施工工艺、运营管理与

维护、防灾救援等要求。

3.0.3设计、施工过程中应分阶段开展安全风险评估，设计阶段应开展抗震专项

评估与结构健康监测专项设计。

【条文说明】安全风险评估需按照交通运输部《公路桥梁和隧道工程设计安全

风险评估指南》、《公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估指南》的要求开展。其中

盾构隧道部分建议参考现行《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》（GB

50652）相关要求实施。

3.0.4盾构隧道设计应根据穿越水域的特点和水域管理部门的要求进行必要的

水下地形观测、数学模型计算分析、河工模型试验研究、防洪评价、通航论证、锚

击深度等专题研究，施工应遵循相关专题成果要求及水域管理部门的规定。

【条文说明】当隧道穿越水域因水底地形冲淤变化、规划航道底等因素对隧道

的埋深可能有影响时，在工程可行性研究阶段应进行河（海）床演变分析、洪水影

响评价、通航条件影响评价等专题论证。

3.0.5应根据隧道设计尺寸、地质条件、施工环境、施工工期等因素，合理选

定泥水平衡盾构机或土压平衡盾构机，并对设备的性能、参数进行选型与专项设计。

【条文说明】隧道设计尺寸包括隧道直径、长度和曲率半径等；隧道地质条件

包括土壤类型、土层分布、地下水情况、岩石硬度及分布等；施工环境包括地表建

筑物、道路、管线等的情况等。

渗透系数大于10-4m/s、地层水压大于0.3MPa，细颗粒含量小于40%时，一般

选用泥水平衡盾构机。土压平衡盾构机在透水性弱、含水率低的地层可以使用，条

件较为苛刻，且目前水下大直径盾构隧道工程案例较少，因此本指南主要针对泥水

平衡盾构机编写。

3.0.6公路水下大直径盾构隧道设计施工应充分考虑未来运营与养护的便利

性，确保结构易于检查、维修与更换，同时合理规划检养通道，并针对特殊结构制

4

定专门的养护策略，以保障工程全生命周期内的安全、可靠和经济性。

3.0.7应遵循动态设计和信息化施工的理念，制定合理的施工监测方案，及时

分析和预测工程结构和周边环境的安全状态及其发展趋势，验证设计、施工方案的

安全性和合理性，动态优化设计和施工参数，确保工程建设安全、经济。

3.0.8应推行数字隧道建养一体化管理与智慧工地建设。

【条文说明】设计阶段需建立隧道三维模型开展结构参数化设计与碰撞检查，

并根据运营需求与交通量发展趋势，提出车路协同与设备综合监控的设计方案。施

工阶段应在设计模型基础上，进一步集成管片预制拼装、盾构掘进、壁后注浆等工

艺参数信息，以及隧道结构错台、沉降（上浮）与收敛等施工监测数据。养护单位

应基于上述信息，有针对性的开展初次检查，为科学养护和管理提供支撑。

5

4工程勘察及建（构）筑物调查

4.1一般规定

4.1.1地质勘察工作应在收集当地资料，总结附近水域既有隧道勘察、设计、

施工经验的基础上，综合运用工程地质调绘、地质钻探、物探、原位测试等勘察手

段，查明隧址区工程地质条件及水文地质条件，进行岩土工程评价，提供隧道设计、

施工及岩土治理所需的岩土参数，预测工程实施对周边环境的影响，并提出工程监

测、环境保护建议。

4.1.2各个勘测阶段应分别进行建（构）筑物调查，以满足相应阶段的设计需

求，建（构）筑物调查宜采用搜集资料、访问调查、现场量测等方法，必要时可采

用物探或人工挖探等勘察手段。

4.1.3成果分析与勘察报告编制应符合现行《工程勘察通用规范》（GB55017）

的规定。

4.2勘察

4.2.1预可行性研究和可行性研究阶段勘察应初步查明控制线路方案的不良地

质和特殊岩土及周边环境风险，预测可能出现的工程地质问题，为隧道方案比选、

隧道设计、盾构设备选型、环境保护、技术经济论证等提供地质资料。当存在多个

线路方案时，应对可能作为隧道线位的区域进行地质勘察。

4.2.2初步设计阶段勘察应结合隧道建设规模、标准及比选方案，确定勘察的

范围，采用综合勘察手段，初步查明沿线地质构造、岩土类型及分布、岩土物理力

学性质，为隧道初步设计提供地质资料。

4.2.3施工图设计阶段勘察应结合盾构法隧道及其附属结构物的类型、结构形

式、埋置深度等特点，详细查明工程地质与水文地质条件，预测可能出现的工程地

质问题，为隧道施工设计、环境保护提供资料。

4.2.4各阶段勘探工作应符合现行《公路工程地质勘察规范》（JTGC20）的规

定。

4.2.5对于所有位于隧道平面投影范围内的地质钻孔，应逐个检查并封堵。

4.3建（构）筑物及相关调查

4.3.1勘察中应对隧道穿越及影响范围内的周边建（构）筑物进行调查，指导

隧道线位平纵面布置和结构类型、安全防护措施的选择。

6

4.3.2可行性研究阶段勘察应调查每个线位方案的可能受施工影响的环境及建

（构）筑物，调查应包括以下内容：

1生态保护红线的范围。

2饮用水水源地的分布情况。

3地面建筑物的名称、平面位置、产权单位、用途、修建年代、结构型式、基

础型式等相关资料。

4沿线管线的分布。

5沿线障碍物的类型、位置、大小、埋藏深度等。

6水产养殖场地的养殖品种、范围等。

4.3.3初步设计及施工图阶段应对隧道穿越及隧道施工可能影响范围内的建

（构）物进行调查，调查应包括以下内容：

1房屋建筑的平面位置，基础型式，建筑物桩基的类型、桩径、桩长、桩位布

置、桩基承载力、承台及上部结构构造等。

2桥梁类型及结构布置、桥长、桥宽、跨度、墩柱基础形式及承载力、桩基或

地基加固设计参数、运营年限。

3各类管线的类型、平面位置、埋深（或高程）、敷设方式、材质、管节长度、

接口形式、介质类型、工作压力、工作井及节门位置、运营年限。

4各类水工建筑物调查应包含以下内容：

1）枢纽布置、特征水位、隧道泄洪或导流标准、水库调度运行方式、河道取

（用）水原则。

2）河堤、海堤、湖堤的断面形态、护坡措施、稳定性。

3）机电设备及调压（减泄压）、闸（阀）门设置情况。

4）水工建筑物的类型、结构形式、基础形式、衬砌情况、运营年限。

5架空高压线塔（杆）的电压等级、悬高、走廊宽度，高压线塔（杆）基础形

式、埋置深度，以及电缆与隧道的交汇点坐标。

6影响盾构施工的水下沉船、空洞、古井、遗留桩基、锚杆、钻具等水下障碍

物。

7盾构施工影响范围内的遗存于水域的具有历史、艺术和科学价值的人类文化

遗产的文物规模、文物类型及分布位置。

4.4水下地形测绘

7

4.4.1水域段盾构隧道应进行水下地形测量，测量结束后应绘制水下地形图。

4.4.2水下地形测绘时应收集下列资料：

1水系范围、防洪水位、通航要求、流速、水工建筑的地基情况。

2既有水下地形测绘资料。

4.4.3水下地形测绘可采用断面法或散点法，断面和测深点布设应符合下列

规定：

1采用断面法时，断面宜垂直于岸线，断面间距宜为图上20mm，断面上测深

点间距宜为图上10mm，断面的起、终点应起闭两岸布设的线路纵断面点。

2采用散点法时，测深点间距宜为图上10～30mm。

4.4.4进行水下地形测量时，水面坡度图纵向比例尺应为1：50～1：1000，横

向比例尺应为1：500～1：20000；水文断面纵向比例尺应为1：50～1：500，横向

比例尺应为1：1000～1：10000；河道地形图比例尺宜为1：1000～1：10000，

水下地形测量应符合以下规定：

1水下地形测绘定位可采用前方交会法、极坐标法、GNSSRTK等方法，点位

误差在图上不应超过±2mm。

2浅水区域测深点的高程可采用电磁波三角高程法直接测量。其他水域可采用

测深杆、测深仪、测深锤等测深设备，测深设备在测量前应进行检校、检验；深水

区域，宜采用遥控测量船搭载测深仪进行无人水下地形测绘。

3水下地形测绘精度要求应符合现行《城市轨道交通工程测量规范》（GB/T

50308）以及《工程测量标准》（CB50026）的规定。

8

5总体设计

5.1一般规定

5.1.1隧道设计应满足公路规划、公路功能、土地资源、生态环境、可持续发

展的要求，平纵线形、建筑限界、净空断面、通风、照明和交通监控等设施应与公

路等级相适应。

5.1.2隧道内车道数和设计速度应根据交通量、路段设计速度确定。隧道内宜

按禁止装载易燃、易爆及其他危险品车辆通行条件进行设计。

5.1.3隧道管理中心及收费站等附属设施应根据隧道规模、交流量、运营养护

等要求合理设置。

5.1.4隧道内净空尺寸应符合下列规定：

1隧道内净空尺寸应符合现行《公路工程技术标准》(JTGB01)中车道宽度、侧

向宽度及建筑限界高度的规定。

2三车道盾构隧道和盾构段长度不超过1km的双车道隧道内可不设置检修道

和紧急停车带。

3长度超过1km的双车道盾构隧道宜设置全隧道贯通的硬路肩，硬路肩宽度

（含右侧侧向宽度）宜取3.0m。

4隧道建筑限界之外的空间应满足隧道内装修、排烟道、风机、信号灯、照明

灯等设备及各类管线的布置要求。

5在满足建筑限界及其他使用功能要求下，隧道结构内轮廓净空沿径向预留空

间不宜小于150mm。当隧道设计时速≥100km/h时，应考虑侧壁效应影响。

6隧道内净空尺寸应满足疏散逃生的要求。

【条文说明】

1设检修道或人行道时，检修道或人行道宜包含余宽：不设置检修道或人行道

时，应设不小于0.25m的余宽。

3根据公路工程技术标准，高速公路及一级公路右侧硬路肩宽度多为3.0m，当

以小客车通行为主时可取为2.5m。如小于2.5m，还需设置紧急停车带。

5.1.5设计文件应明确隧道的保护区范围及控制要求等。

【条文说明】保护区的范围可能包括隧道结构本身、隧道两侧一定宽度的水域

或陆地，以及可能受到隧道施工和运营影响的上方和下方的水域。这个宽度可能从

9

几十米到几百米不等，具体取决于上述提到的各种因素。在实际工程中，确定水下

大直径盾构隧道保护区的范围通常需要进行详细的地质勘察、水流分析、风险评估

等工作，并参考相关的工程规范和安全标准。此外，还需要考虑与航运、渔业等相

关行业的协调，以确保保护区的划定既满足工程安全需要，又尽量减少对周边活动

的影响。当地方没有明文规定时，可参考现行《公路安全保护条例》、《南京市长江

桥梁隧道条例》，水下大直径盾构隧道项目的保护区建议取隧道结构外边线两侧各

100m范围。

5.2隧道平面及纵断面设计

5.2.1隧道宜选择河（海）床稳定、冲刷深度小的地段通过；线路平面宜为直

线或大半径曲线，平面最小曲线半径取值应考虑盾构机设备最小转弯能力。

【条文说明】受盾构断面限界空间制约，隧道设置超高可能出现侵限风险，需

要增大盾构隧道结构断面，所以不宜采用设超高的平曲线，当采用设超高的平曲线

时，超高值不宜大于4%，需做好横坡排水的转换，隧道平曲线除满足盾构施工转

弯半径要求外，尚应符合现行《公路隧道设计细则》（JTG.TD70）等规范的规定。

5.2.2隧道不宜穿越工程地质、水文地质极为复杂和溶洞、活动断层等严重不

良地质段，必须通过时，应进行专项论证，制定可靠的工程措施。

5.2.3盾构隧道宜避免位于可液化地层中。当隧道周边存在可液化地层时，应根

据地层的液化等级、液化范围及其与隧道的位置关系等因素，分析地层液化后对隧

道结构强度和稳定性的不利影响，并采取消除地层液化或加强隧道结构的措施。

5.2.4土质地层两条盾构隧道间的最小净距不宜小于后施工隧道开挖宽度的1

倍，盾构始发或接收段最小净距在土质地层段可取后施工隧道开挖宽度的0.5倍，

岩质地层段的最小净距可适当减小。

【条文说明】两条盾构隧道之间最小距离应按后续隧道施工时不会对先施工隧

道产生有害影响的原则确定，根据大量工程实践经验和研究成果，对于土层地段，

当两条隧道净距大于后续隧道开挖宽度0.7倍时，正常施工条件下对先行隧道的影

响基本可以忽略。对于岩层地段，隧道净距可适当减小，具体取值与围岩的稳定性

有关，一般为土层地段的0.5倍～1.0倍（围岩稳定性好时取小值，否则取大值）。

当建设条件困难，确需进一步减小两条隧道之间净距时，可采取在两条隧道之间地

层加固或设置隔离桩等措施，并通过研究确定最小净距。

5.2.5隧道纵断面设计应符合现行《公路隧道设计规范第一册土建工程》（JTG

10

3370.1）等公路行业规范的相关规定，且应满足下列要求：

1纵断面设计时应考虑河床标高、预测最大冲刷深度、地质条件、航道规划与

疏浚、船舶抛锚等因素综合确定最小覆盖层厚度，覆土具体要求应符合现行《盾构

隧道工程设计标准》（GB/T51438）的规定。

2纵断面设计应满足施工期及运营期的抗浮要求，施工期抗浮稳定安全系数不

宜小于1.05（1.1）；运营期水域段按百年一遇冲刷线时抗浮稳定安全系数不宜小于

1.1（1.2），按三百年一遇冲刷线时抗浮稳定安全系数不宜小于1.05（1.1）。

3盾构隧道应尽可能选择埋置于单一地层中，当确需穿越软硬不均地层时，应

尽可能减少穿越软硬不均地层的段落长度。

4隧道出入口接地点外宜设置驼峰，并根据内涝或设计洪水位高程综合确定接

线路基及敞开段边墙设计标高。无法设置驼峰时，应设两道以上截水措施。

【条文说明】

2括号内抗浮安全系数考虑侧摩阻力，括号外安全系数不考虑侧摩阻力。

施工阶段抗浮安全系数按实测埋深计算。运营阶段抗浮安全系数按预测最大冲

刷线以下的埋深计算。当存在驳岸或码头桩基、沉船等既有构筑物或地下障碍物时，

可以从平面或竖向进行绕避，也可以从地面清除障碍物后再通过。

4当纵坡条件困难，确实无法设置驼峰时，应采取横截沟等措施，防止接线路

基或桥梁范围内雨水进入隧道。

5.3横断面设计

5.3.1隧道横断面设计应综合考虑隧道建筑限界、设备布置、疏散要求、施工误

差等因素。

5.3.2建筑限界的确定应符合现行《公路工程技术标准》（JTGB01）的规定。

5.3.3隧道车道层布置应根据建设条件、使用功能、线路线型、施工难度等综

合确定。

【条文说明】公路目前常用的车道层布置形式主要有单层行车道与双层行车道

两种，车道横断面布置示意图详见图5.3.3-1。其中由于双层隧道需要较大的直径，

现阶段在公路水下盾构隧道中运用较少。

11

a）单层行车道横断面布置示意图b）双层行车道横断面布置示意图

图5.3.3-1行车道横断面布置示意图

5.4附属结构设计

5.4.1盾构工作井的设置应符合现行《盾构隧道工程设计标准》（GB/T51438）

的规定，且应满足以下要求：

1隧道两岸工作井的选址，应结合工程地质和环境条件、施工场地布置、盾构

始发与接收段覆土厚度等因素综合确定。

2盾构隧道与工作井的连接应结合地层条件、受力及变形要求等因素综合确

定，工作井的洞门尺寸应根据测量精度、施工误差等因素确定。

5.4.2横通道应根据工程地质、水文地质条件和周边环境确定施工方法，可采

用矿山法、顶管法施工，其结构形式、防水措施应符合现行《盾构隧道工程设计标

准》（GB/T51438）的规定。

【条文说明】水下盾构隧道由于水文地质条件复杂，施工难度大、风险高，横

通道开挖时，较大的地下水压力以及地层的不稳定性可能导致涌水涌砂，甚至引发

坍塌事故，造成严重的安全问题，除岩质地层外一般不建议设置。

5.4.3泵房及变电所的位置、数量、容量等设计应满足规范要求，并应考虑与

市政工程衔接的相关预留预埋工作。

【条文说明】与市政工程衔接时，衔接路径应综合考虑与周边管线的交叉施工

影响。与外部的预留预埋孔洞宜在结构侧墙。与外部连通前，应先开挖外部土体，

若存在地下水宜通过降水、及时抽排等措施将地下水降至孔洞以下不少于0.2m，结

构破除应在无水条件下实施。

12

6结构设计

6.1一般规定

6.1.1结构应分施工与运营两阶段进行设计。施工阶段，管片及内部结构应按

承载能力极限状态设计；当施工阶段可能产生不可恢复的裂缝时，应对裂缝宽度进

行限制；运营阶段，管片及内部结构应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进

行包络设计。

【条文说明】根据盾构法隧道的施工特点，管片结构在施工阶段可能短期承受

极大的局部荷载，此时如要求结构裂缝开展宽度满足正常使用要求，则很不经济。

当施工阶段的局部荷载消失后，有些结构裂缝可以恢复或自行修复，因此只对不可

恢复的裂缝进行宽度限制。

6.1.2隧道的防水设计应遵循“以结构自防水为根本，以接缝防水为重点，多

道设防，综合治理”的原则，采取与其相适应的防水措施。

6.1.3隧道的耐久性设计应根据隧道结构的设计使用年限、隧道所处的环境类

别及作用等级综合确定，并应符合现行《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476）

及《公路工程混凝土结构耐久性设计规范》（JTG／T3310）的规定。

6.1.4隧道设计应对隧道施工和运营期的主要风险进行评估，并采取针对性的

技术措施，满足工程实施可行性及运营安全的要求。

6.1.5隧道设计应考虑施工及运营对环境的影响，并应同时考虑城市规划及周

围环境对隧道结构的影响。

【条文说明】隧道设计时除了考虑现状条件外，尚需充分考虑远期规划条件，

综合确定隧道可能承受的荷载。

6.2设计荷载

6.2.1设计荷载应根据现行《建筑结构荷载规范》（GB50009）、《公路工程结构

可靠性设计统一标准》(JTG2120)、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60）和《盾构

隧道工程设计标准》（GBT51438）的要求综合确定，并应符合表6.2.1的规定。

表6.2.1荷载分类表

荷载类型荷载名称

结构自重

永久荷载

附属设备自重

13

地层压力

隧道上部和破坏棱体范围的设施、建筑物压力、水体压力

水压力

地层抗力

预加应力

地基变形

混凝土收缩和徐变影响

地面荷载及其动力作用

地面荷载引起的侧向压力

运营阶段水土压力变化

吊装荷载、壁后注浆压力等施工荷载

可变荷载

冻胀力、膨胀力等

隧道内交通荷载及其动力作用

温度作用

人群荷载

地震荷载

偶然荷载人防荷载

沉船、抛锚荷载

注：1表中未列出荷载可根据其性质分别列入上述三类荷载中，并参考相关规范进行取值计算。

2地层抗力根据地质资料确定。当无具体参数时，可参考相关规范取值。

3对于火灾工况下的结构耐火性能，应满足现行《建筑设计防火规范》（GB50016）的相关设计要求，并

满足相关行业的规定。

【条文说明】各荷载组合值系数参考现行《公路工程结构可靠性设计统一标准》

(JTG2120)、《建筑结构可靠性设计统一标准》（GB50068）的规定。

6.2.2永久荷载标准值的计算应符合下列规定：

1结构自重按结构实际重量计算。

2附属设备自重由设计单位根据设计需要确定，按设备实际重量取值。

3地层压力和静水压力按照施工阶段和正常使用阶段分别计算。

4隧道上部和破坏棱体范围的设施及建筑物压力，按实际取值，对于既有和已

批准待建的建筑物应根据结构物与隧道的相互关系确定荷载取值；当隧道覆土厚度

足以形成稳定的承载拱时可按承载拱理论考虑其作用力。

5地层抗力可采用地基弹簧模拟，地基变形可采用强制位移模拟。

14

6预加应力、混凝土收缩和徐变影响等荷载取值应符合现行《混凝土结构设计

规范》（GB50010）的规定。

【条文说明】施工阶段地层压力和静水压力的计算原则主要包括：1）顶部地

层压力，对于岩石地层需根据地层分布、盾构机设计、同步注浆材料性能等因素采

用特征曲线法或数值分析方法进行计算，特征曲线法指根据围岩与结构的相互作用

关系计算围岩变形压力，数值分析方法指通过有限元计算软件根据工程实际情况建

立数值模型从而分析结构内力；对于土质地层浅埋隧道可按全覆土压力计算，覆土

厚度大于2.0D时，可以按照泰沙基松弛土压力理论进行计算。2）岩石地层水平

压力系数需按现行《公路隧道设计规范第一册土建工程》（JTG3370.1）的相关规

定取值；土质地层侧向土压力施工阶段采用朗肯主动土压力计算。3）隧道底部的

主动围岩压力需根据隧底地层条件、开挖直径、埋深等因素综合确定，当隧底地层

在无支护状态下能够自稳时，可以不计入底部地层的主动围岩压力；当隧底地层在

无支护状态下不能自稳时，需计入使底部地层在无支护状态下处于极限平衡状态时

所需的围岩压力。4）静水压力按结构施工时的地下水位或地面水体水位计算。采

用泥水平衡盾构施工时，地层水压力按水土分算采用静水压力计算；采用土压平衡

盾构施工时，地层水压力在砂性土中采用水土分算，在粘性土中采用水土合算。

正常使用阶段地层压力和静水压力的计算原则主要包括：1）顶部地层压力、

岩石地层水平压力系数和底部主动围岩压力采用与施工阶段相同的计算方法。2）

侧向土压力采用静止土压力。3）水压力采用水土分算。

6.2.3可变荷载标准值可按下列规定计算：

1运营期汽车荷载及其动力作用应按照现行《公路桥涵设计通用规范》（JTG

D60）的有关规定计算，施工期的运输车辆荷载应根据运输物料规模调研确定。地

面车辆荷载可简化为与结构埋深有关的均布荷载。

2陆域地段的隧道结构，地面超载可取10～20kPa；隧道上方为车行道路时，

地面超载可取20～30kPa；施工期间地面有特殊使用要求或运营期间地面有特殊使

用规划时，地面超载应按实际情况计算。

3运营阶段河床冲涮与淤积、水位变化等应根据相关专题研究的计算与试验结

果确定。

4盾构吊装荷载应根据吊装方式、最大吊装重量等确定，当无详细资料时，宜

取70kPa～150kPa。

15

5注浆压力分为同步注浆压力和二次注浆压力。同步注浆压力按浆液浮力与注

浆孔处的三角形分布压力之和计算，二次注浆压力按三角形分布压力计算荷载。同

步注浆和二次注浆的三角形分布压力应按实际施工参数取值，当无参考数据时，三

角形峰值荷载压力可取为0.3MPa～0.4MPa。

6冻胀力、温度作用、人群荷载等荷载应符合现行《盾构隧道工程设计标准》

（GB/T51438）的规定。

7相邻盾构隧道施工相互影响应根据隧道净距、施工参数、地质条件等因素综

合确定。

【条文说明】1内部结构计算选用的施工期运输荷载应根据工程实际调研确

认，应考虑管片运输车（参见图6.2.3a）、混凝土罐车（参见图6.2.3b）等荷载影响。

箱涵计算尚应考虑盾构后配套荷载（参见图6.2.3c）影响，一般的盾构后配套仰拱

块作用于口字型构件侧墙上，每块箱涵作用两处凸台，位于箱涵两侧。

图6.2.3a管片运输车示意图

图6.2.3a混凝土罐车示意图

16

图6.2.3c后配套台车荷载示意图

6.2.4偶然荷载作用可按下列要求确认：

1人防荷载应按现行《人民防空工程设计规范》GB50225的规定计算确定。

2地震荷载应按现行《建筑抗震设计规范》（GB50011）、《地下结构抗震设计标

准》（GB/T51336）、《公路隧道抗震设计规范》（JTG2232）等规范计算确定。

3沉船及抛锚荷载应根据所穿越水域的通航等级及可能通航的最大船舶类型

分析确定。

6.3管片结构设计

6.3.1管片材料宜采用钢筋混凝土，特殊情况下可选用钢、铸铁、纤维混凝土

等。

【条文说明】本指南主要针对钢筋混凝土管片。钢管片一般在隧道横向联络通

道处采用，纯纤维管片目前大直径盾构隧道尚无应用先例，有部分项目采用了添加

纤维的钢筋混凝土管片增强结构抗裂能力。

6.3.2隧道衬砌结构可采用单层衬砌、双层衬砌或局部设置内衬的型式，在满

足工程使用、结构受力、防水和耐久性等要求的前提下，宜优先选用单层混凝土管

片衬砌。有特殊防火抗爆要求、严重冲淤荷载变化时，可采用双层或局部双层衬砌

形式。

6.3.3衬砌环设计应符合下列规定：

1衬砌环可采用直线环和楔形环，宜采用通用楔形环或直线环和楔形环组合的

方式进行线路拟合。楔形衬砌环楔形量设计应符合现行《盾构隧道工程设计标准》

（GB/T51438）的相关规定。

2衬砌环宽度应根据隧道最小曲线半径、隧道直径、管片制作与运输、管片拼

装工艺以及盾构千斤顶行程等因素综合确定，衬砌环宽度宜≥1.5m。

17

3衬砌厚度应根据衬砌环直径、施工和运营阶段荷载等因素确定，宜取

0.040D～0.055D。

4应综合考虑隧道直径、管片厚度，管片制作及运输、盾构推进千斤顶布置、

错缝方式、结构受力与变形等因素确定衬砌环分块。针对公路水下大直径盾构隧道，

宜分为9～14块。

6.3.4封顶块接头角和插入角应根据受力条件、拼装方式、盾构设备等因素综

合确定。在满足施工要求下宜采用较小的接头角和插入角。

6.3.5管片衬砌的连接应符合下列规定：

1根据管片形式、接头受力、拼装、接头止水等要求，管片环向和纵向连接可

选用弯螺栓、直螺栓、斜螺栓等连接方式。

2当采用斜螺栓连接时，应在管片试生产前进行预埋螺帽的抗拔力试验，抗拔

力试验值应满足设计要求。

3抗弯刚度要求较高的管片接头宜采用刚性接头板、直螺栓连接。

4螺栓的机械性能等级应满足构造和结构受力要求。

5当环间抗剪要求较高时，宜在环面上设置分布式凹凸榫或点榫等增加环间约

束。

6管片螺栓手孔、定位孔、起吊孔的位置与尺寸，应根据管片连接、起吊和拼

装方式确定。

【条文说明】

1除螺栓连接形式外，国内盾构法隧道近年来也出现了承插式接头、DDCI接

头等创新型连接方式。设计阶段需要根据结构连接的具体形式，提出管片张开与错

台量的控制值。

当管片厚度超过700mm，对接缝刚度应专题研究，建议采用双层螺栓、DDCI

等大刚度连接方式。考虑到目前DDCI接头的应用项目尚未建成，国内应用承插式

接头的盾构隧道最大直径仅为8.8m，且没有应用于大直径盾构隧道的先例。因此本

指南仅针对采用常规螺栓连接的盾构隧道进行规定。

6为便于预埋螺帽抗拔试验的进行，可采用立方体试件，试件边长与管片厚度

相同。抗拔力试验不少于3组。试验的合格性评价为：当极差值不超过平均值的30%

时，可取其平均值作为螺帽抗拔力。极差超过30%时，则判定不合格，需更改螺帽

材质及螺纹参数，重新进行试验。

18

6.3.6管片结构构造应符合下列规定：

1管片边缘应做5mm×5mm的倒角。

2管片环面和端面宜设置2mm～4mm高的凸台，凸台距离边缘宽度不小于

50mm，正常拼装时管片之间边缘部分不应互相接触。

3管片接缝内侧边缘处预留嵌缝槽应符合现行《盾构隧道工程设计标准》（GB/T

51438）的规定。

4采用真空吸盘吊装的管片，应在内弧面预留拼装定位孔；每块管片上定位孔

数量不应少于2个，定位孔宜为杯状结构，杯口直径不宜小于100mm，定位孔深度

不宜小于150mm。

5管片内弧面及端面上各类孔洞、沟槽尺寸应满足预制时脱模的要求，脱模角

度不宜小于3°。

6当有二次注浆需要时，管片上宜预埋壁后注浆预埋件，管片注浆预埋件迎土

面的混凝土保护层厚度，砂土和粉土地层不宜小于100mm，其它地层不宜小于

60mm。

7管片内表面永久性标记应符合现行《盾构隧道工程设计标准》（GB/T51438）

的规定：

6.3.7管片配筋应符合现行《盾构隧道工程设