下载文档原格式
城市轨道交通盾构法施工工艺流程1概述盾构施工法是“使用盾构机在地下掘进，边防止开挖面土砂坍塌,边在机内安全的进行开挖作业和衬砌作业，从而构筑成隧道的施工方法”.按照这个定义，盾构施工法是由稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌三大部分组成。
初期的盾构法是用手掘式或机械开挖式盾构机，结合使用压气施工方法边保证开挖面稳定,边进行开挖，在地下水较丰富的地区,用注浆法进行止漏，而对软弱地层，则采用封闭式施工.经过多年对盾构技术的研究开发和应用，已演变成现在非常盛行的泥水式和土压式两种盾构机。
这两种机型的最大优点是在开挖功能中考虑了稳定开挖面的措施，将盾构施工法中的三大要素的前两者联系融为一体,无需辅助施工措施，就能适应地质情况变化范围较广的地质条件。
在隧道的一端建造竖井或基坑，将盾构安装就位盾构从竖井或基坑的墙壁开孔出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的孔壁推进。
盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已经拼装好的衬砌管片上，再传到竖井或基坑的后靠壁上。
盾构机是这种施工方法中主要的施工机具.地下铁道盾构法施工是在闹市区或水底的软弱地层中进行的，是修建地下铁道较好的施工方法之一。
近年来盾构机械设备和盾构法施工工艺的不断发展，适应大范围的工程地质和水文地质条件的能力大为提高。
各种断面形式和具有特殊功能的盾构机械(急转变盾构、扩大盾构法、地下对接盾构等)的相继出现，其应用在不断扩大，由于盾构法施工具有作业在地下进行,不影响地面交通，减少对附近居民的噪音和振动影响；施工费用不受埋深的影响，有较高的技术经济优越性；盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，易于管理，施工人员较少；穿越江、河、海时，不影响航运;施工不受风雨等气候条件影响等有利特点,将对地下铁道的施工技术的发展起到有力的推进作用。
盾构法施工开挖面稳定技术的历史,是从压气施工法的“气"演变到泥水式的“水"和土压式的“土”。
地铁盾构的选型及现场管理和使用一、概述1、概念盾构是一种用于隧道暗挖施工，具有金属外壳，壳内装有主机和辅助设备，既能支承地层的压力，又能在地层中整体掘进，进行土体开挖，碴土排运和管片安装等作业，使隧道一次成形的机械。
盾构是相对复杂的集机、电、液、传感、信息技术于一体的隧道施工专用工程机械，主要用于地铁、铁路、公路、市政、水电等工程。
盾构的工作原理就是一个钢结构组件依靠外壳支承，沿隧道轴线一边对土壤进行切削一边向前推进，在盾壳的保护下完成掘进、排碴、衬砌工作，最终贯通隧道。
盾构施工主要由稳定开挖面、掘进及排土、管片衬砌和壁后注浆三大要素组成。
盾构是根据工程地质、水文地质、地貌、地面建筑物及地下管线和构筑物等具体特征来“量身定做”的一种非标设备。
盾构不同于常规设备，其核心技术不仅仅是设备本身的机电工业设计，还在于设备通过不同的设计如何满足工程地质施工的需求。
因此，盾构的选型正确与否决定着盾构施工的成败。
2、盾构的类型盾构的类型是指与特定的施工环境、基础地质、工程地质和水文地质特征相匹配的盾构种类。
一般掘进机的类型分为软土盾构、硬岩掘进机（TBM）、复合盾构三种。
软土盾构的特点是仅安装切削软土用的切刀和括刀，无需开岩的滚刀。
TBM主要用于山岭隧道。
复合盾构是指既适用于软土，又适应于硬岩的一类盾构，主要用于复杂地层的施工。
地铁盾构就是一种复合盾构。
主要特点是刀盘既安装用于软土切削的切刀和括刀，又安装破碎岩石的滚刀，或安装破碎砂卵石和漂石的撕裂刀。
复合盾构分为土压平衡盾构和泥水加压平衡盾构。
3、盾构的组成地铁施工可供选择的复合盾构机机型只有两种，即土压平衡盾构机或泥水平衡盾构机。
一台盾构按外观结构形式分为刀盘部分、前盾、中盾、尾盾、后配套部分和辅助设备（管片和砂浆运输设备、泥水站等）。
土压平衡盾构由以下十一部分组成：⑴、刀盘（分为面板式、辐条式、复合式三种），⑵刀盘驱动（分为电机和液压两种），⑶刀盘支承（主轴承），⑷膨润土添加系统和泡沫系统，⑸螺旋输送机，⑹皮带输送机，⑺同步注浆系统，⑻盾尾密封系统，⑼管片安装机，⑽数据采集系统，⑾导向系统。
地铁盾构管片结构受力设计要点分析近年来，随着城市化进程的加快，我国开始了大规模的城市地铁隧道建設，盾构法是一种在地面下暗挖隧道的施工方法，由于其施工速度快，适应性强，且不会对周边的其他基础设施造成影响，在城市地铁隧道建设中的应用越来越广泛。
盾构隧道施工技术最显著的特点是只需采用盾构管片就能实现任何线形对到的施工，另外，盾构管片作为隧道的外层屏障，直接承担着抵抗土层、地下水压力和其他特殊荷载的重任，所以盾构管片结构是否合理、质量是否优良与地铁隧道的整体安全有着密切关系。
一、软土层地区地铁盾构管片结构的受力分析修正惯用计算法是一种比较适用于地铁盾构管片结构计算的方法，该法考虑了接头效应、螺栓孔的存在和拼装方式，并引入了抗弯刚度有效率η（η≤1，通常取值为0.6-0.8），计算时取圆环抗弯刚度为η×EI，一般以接头刚度的降低来代表圆环抗弯刚度的下降。
修正惯用计算法荷载包括竖直方向的荷载（垂直水压力、上覆土压荷载等）和水平方向的荷载（水平土压力、水平水压力以及均变三角形荷载等）。
在地铁盾构管片结构设计中，一般通过修正惯用计算法计算出的内力进行配筋设计，该法模型图1。
（注：PP表示地基水平抗力，PJ表示注浆压力）图1 修正惯用计算法模型接头处内力和管片内力计算公式：Nf=N （1）Ng=N （2）式中，——弯矩调整系数，取0.3-0.5；M、N——分配前的均质圆环计算弯矩和轴力；Mf、Nf——分配后接头弯矩和轴力；Mg、Ng——分配后管片本体弯矩和轴力。
地铁盾构管片计算荷载包括永久荷载、可变荷载、偶然荷载和组合荷载，其中管片结构自重、土压力和水压力、侧向地层压力以及地基垂直抗力等属于永久荷载，地面超载和灌浆压力则属于可变荷载，一般按照20kPa、0.1MPa均布荷载计算地面超载和灌浆压力。
偶然荷载指的是地震力和人防荷载，一般按6度设防计算地震力，按六级人防计算人防荷载，但实践表明，地震力、人防荷载和注浆压力不起控制作用，采用修正惯用计算法对软土层地区地铁盾构管片结构内力进行分析时不考虑偶然荷载。
《地铁车站土建施工方案（盾构法施工）》一、项目背景随着城市的快速发展，人口的不断增长，交通拥堵问题日益严重。
为了缓解城市交通压力，提高居民出行效率，我市决定建设一条新的地铁线路。
本次施工的地铁车站是该线路上的重要节点工程，采用盾构法施工，以确保工程的高效、安全和质量。
该地铁车站位于城市繁华地段，周边建筑物密集，地下管线复杂。
施工过程中需要充分考虑对周边环境的影响，采取有效的保护措施，确保施工安全和周边居民的正常生活。
二、施工步骤1. 施工准备（1）场地平整：对施工现场进行平整，清理障碍物，为盾构机的进场和组装创造条件。
（2）测量放线：根据设计图纸，进行测量放线，确定盾构机的始发位置和隧道轴线。
（3）临时设施建设：搭建临时办公区、生活区、材料堆场等设施，满足施工人员的生活和工作需求。
（4）设备采购与调试：采购盾构机及配套设备，并进行调试和试运行，确保设备性能良好。
2. 盾构始发（1）始发井施工：按照设计要求，进行始发井的施工，包括围护结构、土方开挖、主体结构等。
（2）盾构机组装：在始发井内，将盾构机的各个部件进行组装，并进行调试和验收。
（3）始发准备：安装反力架、始发托架等设备，进行洞门密封处理，为盾构机始发做好准备。
（4）盾构始发：启动盾构机，缓慢推进，进入隧道。
在始发阶段，要密切关注盾构机的各项参数，及时调整推进速度和土压力，确保盾构机平稳始发。
3. 盾构掘进（1）土压平衡控制：根据地质条件和隧道埋深，合理控制土仓压力，保持土压平衡，防止地面沉降和坍塌。
（2）推进速度控制：根据盾构机的性能和地质条件，合理控制推进速度，一般控制在 20～40mm/min 之间。
（3）管片安装：在盾构机推进的同时，进行管片的安装。
管片安装要严格按照设计要求进行，确保管片的连接质量和防水性能。
（4）同步注浆：在管片安装完成后，及时进行同步注浆，填充管片与土体之间的空隙，防止地面沉降。
（5）二次注浆：根据地面沉降监测情况，适时进行二次注浆，进一步控制地面沉降。
地铁盾构隧道结构设计参数分析发表时间：2020-12-03T12:04:25.323Z 来源：《城镇建设》2020年第24期作者：肖志灿[导读] 随着经济和各行各业的快速发展，地铁出行已然成为人们日常生活中非常便捷的一种交通方式，随着地铁交通的应用范围越来越广，肖志灿中铁第六勘察设计院集团有限公司隧道设计分公司，福建省厦门市，361000摘要：随着经济和各行各业的快速发展，地铁出行已然成为人们日常生活中非常便捷的一种交通方式，随着地铁交通的应用范围越来越广，地铁隧道工程的数量也在逐年攀升，由于地铁工程项目的施工难度较大，且危险性较高，需要用到盾构机等大型施工设备，盾构法是地铁隧道工程中应用非常广泛的一种施工方法，其不仅可以显著提升地铁隧道的掘进效率，提高施工作业安全性，同时还可以有效地减少地铁施工作业对周围环境、居民生活、公共设施所产生的负面影响，因此该施工方法也受到了从事地铁工程建设施工企业的广泛认可。
关键词：地铁工程；结构设计；管片选型；参数分析引言我国的交通方式主要以公路为主，公路交通带动了经济发展，同时我国城市人口不断增加，导致交通压力增加。
城市地铁隧道地下空间工程的建设，在保障不影响交通运行及对环境的危害较小的条件下，地铁建设项目在我国大中型城市相继展开，盾构隧道具备安全性好、成本低等多重优势，是现阶段地铁隧道项目中极为主流的技术形式。
但现阶段盾构隧道设计依然未形成规范，普遍采取的是工程类比法等，与地铁项目所提出的运营要求存在一定的差距，且是否具备充足的安全储备也是现阶段人们重点关注的话题。
在此背景下，本文针对已经投入运营的隧道工程展开对比分析，对相关问题做出总结，以期给盾构隧道设计工作提供一些指导。
1 盾构法盾构法是指在地表以下的沉积地层中采用盾构机掘进的一种机械施工方法。
盾构机根据地质条件的特点来选型，在含水量丰富的沉积地层，盾构机选为泥水加压式，由盾构机仓内泥水的压力来稳定开挖面；在不含水的黏土沉积地层，盾构机选为土压平衡式，由盾构机刀盘切削的土体充满土仓来稳定开挖面。
第1篇一、工程概况本工程为城市轨道交通项目，采用盾构法施工，全长约10公里，包含3个区间，分别为A区间、B区间和C区间。
A区间起于A站，止于B站，长度约2.5公里；B 区间起于B站，止于C站，长度约3公里；C区间起于C站，止于D站，长度约4.5公里。
隧道埋深一般在10-20米之间，最大埋深约25米。
隧道内径为6.2米，采用单管片拼装。
二、施工方案设计原则1. 安全性原则：确保施工过程中人员、设备、环境的安全。
2. 经济性原则：在保证安全和质量的前提下，降低施工成本。
3. 环保性原则：尽量减少施工对环境的影响，实现绿色施工。
4. 可操作性原则：施工方案应具有可操作性，便于施工人员理解和执行。
三、施工准备1. 施工图纸及技术资料准备：熟悉施工图纸，了解隧道结构、地质条件、周边环境等，收集相关技术资料。
2. 人员组织：组建专业的施工队伍，包括盾构施工、测量、地质勘察、安全监理等人员。
3. 设备准备：准备盾构机、盾构隧道、测量仪器、地质勘察设备、安全防护设备等。
4. 材料准备：准备盾构管片、混凝土、钢筋、防水材料等。
四、施工工艺1. 盾构机安装与调试：在盾构始发井内安装盾构机，进行设备调试，确保设备运行正常。
2. 盾构始发：在始发井内完成盾构机的安装、调试后，进行盾构机的始发。
3. 盾构掘进：- 掘进参数控制：根据地质条件、隧道结构等因素，合理控制掘进参数，如掘进速度、推进力、刀盘转速等。
- 管片拼装：在盾构机内部进行管片拼装，确保管片拼装质量和精度。
- 出土：通过盾构机的出土系统，将隧道内土体运出。
4. 盾构接收：- 接收井准备：在接收井内进行盾构机的接收准备，包括接收井的加固、接收井内设施的设置等。
- 盾构机接收：将盾构机缓慢从隧道内推出，进入接收井内。
5. 隧道衬砌施工：- 衬砌材料准备：准备隧道衬砌所需的混凝土、钢筋、防水材料等。
- 衬砌施工：在隧道内进行衬砌施工，确保衬砌质量和安全。
五、施工质量控制1. 原材料质量控制：严格控制原材料的质量，确保原材料符合设计要求。
浅谈地铁盾构结构设计方法
摘要：介绍了管片结构内力的理论，并采用相关有限元软件，通过北京某地铁盾构隧道的工程实例计算，给出了相应的轴力图和弯矩图，以此比较修正惯用法和梁-弹簧法在管片结构设计时的区别。
而且，根据管片内力，分析两种最不利组合，验证了梁-弹簧法的合理性，指出梁-弹簧法更加适合于地铁盾构设计。
关键词：地铁盾构；管片；梁-弹簧法；修正惯用法
中图分类号：u231+.3 文献标识码：a 文章编号：
采取盾构工法来修筑地铁，因其快速安全的特点已经得到了非常广泛的应用。
而管片作为盾构工法中非常重要的衬砌手段，其设计和制造费用占整个盾构隧道建设的很大比重。
因此探讨分析管片的设计合理性，提高工程经济性，显得尤为必要。
一、管片截面内力计算理论
以我国地下结构设计实践来看，盾构隧道的计算方法有很多种，通常使用的有3 类：修正惯用法、多铰圆环法和梁-弹簧法。
由于多铰圆环法对于接头的处理是将其简化为铰结构，这就要求在盾构管片拼装完毕后将接头拆除或者采用特殊的管片接头形式。
所以，此种方法适合于围岩较为稳定的国家和地区使用，而不适合于我国目前的地质现状。
故文中主要讨论修正惯用法和梁-弹簧法对管片模型的影响。
1修正惯用法理论
修正惯用法的主要思路是将管片整环视为刚度均匀的环，同时为
了考虑管片接头处的弯曲刚度降低而引入了一个折减系数η（η
<1.0）。
通过这个系数来降低管片环整体的抗弯刚度，以处理接头处的情况。
进一步考虑管片的错缝拼接效应，再引入一个系数ζ（ζ<1.0）。
并以（1+ζ）作为管片体弯矩的增大系数，（1-ζ）作为管片接头弯矩的减小系数，以此评价管片环的弯矩不均匀分配。
修正惯用法的受力情况如图1 示，截面内力情况如图2 示，错缝拼装效应的弯矩分配如图3 示。
图1中，pw1表示垂直方向上的水压，pe1表示垂直方向上的土压，p0表示上覆荷载，hv表示隧道顶部到水平面的距离，h 表示隧道顶部到地表面的距离，pe2 表示水平方向上的土压，pw2 表示水平方向上的水压，pg表示自重反力，r0表示外缘半径，r1表示内缘半径，rc表示轴线半径，g 表示衬砌自重。
图2中q表示剪力，m表示弯矩，n表示轴力。
图3中b表示衬砌宽度。
2梁-弹簧法理论
梁-弹簧模型通常是通过直梁-弹簧或者曲梁-弹簧单元来模拟的，如图4 所示。
直梁-弹簧模型是可以取代曲梁-弹簧模型的，因此后文在计算时采用的是直梁-弹簧模型。
对于此种模型，还采用了旋转弹簧来模拟管片环向接头，剪切弹簧来模拟管片环与环之间的接头，用径向和切向地层弹簧来模拟地层与管片环之间的相互作用，此种模型能较好的反映管片在地层中的受力情况。
图4中，k1
为剪切刚度，k2为轴向刚度，kθ为转动刚度。
二、管片裂缝合理性建议及工程实例应用比较
1管片裂缝控制合理性建议
管片的裂缝控制是管片设计中的重要一环，不仅仅是关于受力安全和耐久性的考虑，还有经济效益的影响。
配筋也要在保证受力安全的同时，注意裂缝的情况。
从综合的角度来看，单纯的提高配筋率并不是一个好的方法。
需要结合多种合理化的配置方法来实现，以下提出一些结合理论研究及工程实例的管片配置的合理性建议：1）盾构在隧道推进的过程中，应适当的加注泡沫剂，以减小掘进时的扭矩和推力，发泡液浓度为2%到3%的泡沫应用于土压平衡盾构较为理想。
并合理的控制盾构掘进速度。
fd=f1+f2+f3+f4+f5+f6 ，式中：fd为设计推力，kn；f1为盾构外壳与周围地层的摩阻力；f2为盾构机推进时的正面推进阻力；f3为管片与盾尾间的摩阻力；f4为盾构机切口环贯入地层时的阻力；f5为变向阻力；f6为后接台车的牵引阻力。
2）根据不同的地质类型，研究各种情况下的管片受力机理，通过合理的计算模型选择，使得配筋和管片尺寸配置更加合理。
3）合理分析经济效益和衬砌安全的平衡点，避免不合理的加大管片钢筋，和前期节约资金造成后期处理费用加大的情况。
建议在管片局部改善配筋方式使其受力性能改善，增加螺栓孔、手孔处抵抗开裂的能力。
同时，此处阐述一种设计思路，在普通钢筋混凝土
的管片基础上提出设计低配筋率钢纤维钢筋混凝土。
2工程实例应用比较
1）工程概况。
该工程系北京某地铁盾构隧道，所处第四系地层。
土层自上而下分别为：人工填土、粉土、粉砂细砂、粉质黏土、砂土、卵石、园砾等等。
其中隧道结构覆土为填土、粉细砂、粉土、粉质粘土。
覆土厚度为10.8到18.8 m，地下水位一般在23 m左右。
地质土层相关参数见表1，管片衬砌相关参数见表2。
2）修正惯用法计算结果。
通过计算软件采用修正惯用法，根据相关文献代入相关的参数，此处取值，η = 0.8 ，ζ = 0.3 。
可得出该管片环的最不利内力组合：最大正弯矩：m= 146.23 knm ，n = 438.33 kn ；最大负弯矩：m= -118.78 knm 以及n = 661.15 kn 。
3) 梁-弹簧法计算结果。
运用计算软件，并结合实际资料和经验修改默认刚度值，此处径向弹簧抗剪刚度取值为kr=1×106 knm-1，切向弹簧抗剪刚度为kt=1×106 knm-1，环向弹簧转动刚度为kθ
=5.0×104 knrad-1，kθ=3.0×104 knrad-1，以此计算管片衬砌环内力。
计算理论如前文所述，同理，此时的管片环最不利内力组合：最大正弯矩：m=152.52 knm，n=398.77 kn；最大负弯矩：
m=-135.02knm，n=760.33 kn。
4）结果对比分析。
修正惯用法并没有考虑到弯矩的接头作用，计算时偏于安全考虑。
梁－弹簧法则是考虑了接头作用，比如接头位置是并不是对称的，而非修正惯用法中仅仅在整体管片环的弯矩
上乘以一个系数，所以由于接头位置不同，且接头位置分布的不均匀，梁-弹簧法所得出的弯矩是不对称的，弯矩值较修正惯用法小。
此外，对于两种模型的精确性的比较，梁-弹簧和修正惯用法虽然荷载模型都是一致的，但是在计算中对于各个接头的位置以及所模拟成的弹簧，在梁-弹簧法中都给予了考虑，故梁-弹簧法包含的因素更多更全面，而不是像修正惯用法一样，简单的乘以一个系数笼统的将整环管片视为同种刚度的模型，所以梁-弹簧法的计算更加接近工程情况。
三、结语
根据盾构隧道工程实例可以看出修正惯用法和梁-弹簧法都适用于盾构隧道的管片设计。
但是修正惯用法趋于保守，采用梁-弹簧法则可以更加贴近实际工程情况，并优化减少配筋的使用量。
因此建议在盾构管片设计时，可以优先考虑梁-弹簧法设计，并用修正惯用法予以校核。
从而使整个工程趋于合理化，经济化。
参考文献：
［1］刘建航，候学渊. 盾构法隧道［m］. 北京：中国建筑工业出版社，1997.
［2］张厚美，吕国梁. 圆形隧道衬砌结构计算模型综述［j］. 世界隧道，2000，6（2）：1-5.
［3］陈中，喻渝. 修正惯用设计法在盾构管片结构计算中的应用和体会［j］. 科学技术通讯，2002（4）：17-19.
［4］张凤祥，朱合华. 傅德明. 盾构隧道［m］. 北京：人民交通出版社，2004.
［5］朱合华，陶履彬. 盾构隧道衬砌结构受力分析的梁一弹簧系统模型［j］. 岩土力学，1998，19（2）：26-32.
［6］张凤祥，朱合华，傅德明. 盾构隧道［m］. 北京：人民交通出版社，2004.。
