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软土盾构隧道理论与实践浅析摘要:软土盾构隧道得益于其明显的优势，得到了越来越多的应用。
本文首先分析了软土盾构隧道理论的最新研究进展，然后探究了盾构最佳推进时期的参数优化及匹配问题，进而在结合盾构法隧道施工技术的基础上，对该问题的实践做了展望。
关键词：软土盾构；隧道；理论；实践一、前言在隧道建设当中，软土盾构越来越多地进入到了实践范围当中。
在现阶段，我国对于软土盾构隧道理论的研究尚且不够深入，其指导实践的力度也略有欠缺。
为了更好地进行软土盾构隧道施工，有必要深入研究该项课题。
二、软土盾构隧道理论的研究进展随着我国基础建设投资规模的增大，地铁建设面临巨大机遇与挑战。
但是由于地铁建设投资巨大，且设计与施工条件与过去相比都发生了重大变化，因此在未来的地铁建设中，对于地铁建设部门，如何进一步节省投资、控制质量与进度；对于设计研究部门，如何针对已建和新建隧道使用和施工阶段已经发生的新问题和将来可以遇见到的问题，结合国内外以往的工程设计经验及研究成果，改进传统设计方法、探索新的设计理论与设计方法；对于施工单位，如何提高生产及施工工艺成为我国隧道工作者的一大任务。
最近，国内学者针对管片接头受力状态比较复杂的问题，正在研究新的设计计算模型。
如同济大学朱合华等提出了梁接头模型，该模型将同时考虑接头抗剪、抗弯、抗压刚度，并从结构的非线性出发，引进了非线性介质力学数值分析单元，同时在数值模拟中考虑隧道管片纵向错缝拼装的影响。
在岩石甚至一些软岩非挤压地层的隧道中，沿隧道纵向发生的不均匀变形是很小的，对隧道还未发现能构成大的危害；但最近发现，在饱和含水、灵敏度较高的沿海软土地区，施工阶段对土的扰动及使用阶段沿线新建工程的影响，尤其是未来城市地铁的立体化建设使得隧道纵向变形的大小及其不均匀性达到了不可忽略的程度。
最近调查与研究结果表明，隧道纵向变形不仅仅导致隧道纵向轴应力的变化及纵向接头张开值增大，而且给隧道横断面带来的附加内力成为隧道管片设计上不可忽略的重要因素。
我国软土盾构法隧道施工技术综述一、前言随着城市化进程的不断加快，地下空间的利用越来越重要。
盾构法隧道施工技术作为一种高效、安全、环保的地下工程施工方法，得到了广泛应用。
本文将对我国软土盾构法隧道施工技术进行综述。
二、盾构法隧道施工原理盾构机是一种在地下挖掘的机械设备，由推进系统、掘进系统和支撑系统组成。
在施工过程中，先在起点处开挖一个井口，将盾构机放入井口中，并通过推进系统驱动盾构机向目标点推进。
掘进系统负责开挖隧道，支撑系统负责支撑隧道壁体。
三、软土盾构法隧道施工技术特点1.适用性强：软土盾构法适用于各种类型的软土层和淤泥层。
2.高效节能：与传统开挖方法相比，软土盾构法具有更高的开挖速度和更低的能耗。
3.安全可靠：软土盾构法采用密闭式作业方式，可以有效地避免地面塌陷和其他安全事故。
4.环保节能：软土盾构法施工过程中，不会产生大量的噪音和粉尘，对周围环境的影响较小。
四、软土盾构法隧道施工技术流程1.前期准备：包括现场勘察、设计方案制定、施工图纸编制等。
2.井口开挖：在起点处开挖一个井口，将盾构机放入井口中。
3.推进掘进：通过推进系统驱动盾构机向目标点推进，并通过掘进系统开挖隧道。
4.支护加固：在掘进过程中，需要对隧道进行支护加固，以保证施工安全和隧道稳定性。
5.排水处理：软土层和淤泥层会产生大量水分，在施工过程中需要进行排水处理。
6.管线敷设：在隧道内敷设管线，如电缆、管道等。
7.完成穿越：当盾构机到达目标点时，完成穿越任务。
需要注意的是，在目标点处需要进行修补和收尾工作。
五、软土盾构法隧道施工技术案例1.北京地铁14号线东段该项目采用了双层双向6.5米直径的盾构机，共计6台。
施工难度较大，主要是因为地下水位较高，软土层和淤泥层较厚。
通过科学合理的施工方案和技术手段，该项目顺利完成。
2.深圳地铁9号线该项目采用了双层双向6.2米直径的盾构机，共计4台。
由于该区域地下水位较高，软土层和淤泥层较厚，施工难度很大。
隧道施工中，盾构法施工隧道的纵向受力分析一、纵向变形分析纵向变形的原因大致有两种：1、由于外部荷载不均匀或地层不均匀引起的纵向：这种情况发生在高架道路荷载纵向荷载突变，或隧道所穿越的土层物理性能变化很大，如越江隧道的江、岸结合处;隧道站间下某些区段存在软弱下卧层等。
2、由于大桥线型刚度不匹配产生的纵向变形：在地震等偶然荷载作用下，教育工作井与隧道连接处，很容易发生不均匀沉降移位甚至断裂。
二、计算模型盾构法隧道模型化数十种的方法有很多种。
例如，将管片环和管片环接缝，分别用梁单元(或壳单元)和弹簧单元来模拟建立三次方模型;将一个管片环作为一个梁单元，管片环结合面的接缝作为弹簧单元，然后各自或进行模型化，最后把模块这些单元相互连接组成骨架模型等。
这样的三次方模型和骨架模型，都是对隧道进行相当细小的模型化，然后就可以对一个一个管片环进行研究，理论上比较准确，而且是可以变化调整的。
但是，炸桥盾构隧道通常是由成千上万的管片环组成，这些模型的单元数过于庞大，不确定风险因素必然增多，所以在概念设计上用的较少。
本文采用的是实践中常用的等效连续化模型。
该模型炸桥是将管片环与接头并不一一模型社会化，而是用纵向变形特性相似模拟一些梁单元来的隧道全长或某一区段的一种模型。
在轴力、弯矩作用下梁模型的轴向与相同荷载作用下隧道的轴线变形一致，由三、纵向计算影响风险因素结构物沉降的因素比较复杂，从土力学开始发展起，显现出来过各种计算方法，丝尾无限弹性空间理论、半无限大弹性平面假说、土财务压力直线分布法、基床系数法等，地下隧道变形的计算理论公司目前多采用“基床系数法”。
以上海黄浦江某越江隧道方案为例进行计算。
隧道外径为11000mm，内径为9900mm，管片环的宽度为1200mm，混凝土(C50)的弹性模量为34500N/mm2，根据考虑横断面影响的刚度折减法，计算时对抗弯刚度(EI)作0.7的折减。
塑性弹性刚度比α取0.0005，沿环向一维有24个为M36、8.8级的螺栓，螺栓长826mm，直径36mm，弹性模量为206000N/mm2，屈服应力为640N/mm2，极限应力为800N/mm2.1、隧道上荷载发生突变的情况No.22002温竹茵等盾构法铁路桥的纵向受力分析SPSTSPECIALSTRUCTURESNo.22002从计算弯矩图中可以看出，在岸边与江中荷载突变处隧道弯矩较大，在隧道与工作相连处弯矩也比周边弯矩大。
软土地区地铁盾构隧道课程设计说明书（共00页）姓 名 杨 均 学 号 导 师 丁 文 琪 土木工程学院地下建筑与工程系2010年7月1． 设计荷载计算1.1 结构尺寸及地层示意图ϕ=7.2ϕ=8.92q=20kN/m 图1-1 结构尺寸及地层示意图如图，按照要求，对灰色淤泥质粉质粘土上层厚度进行调整：mm 43800 50*849+1350h ==灰。
按照课程设计题目，以下只进行基本使用阶段的荷载计算。
1.2 隧道外围荷载标准值计算 （1） 自重 （2）竖向土压若按一般公式：21/95.44688.485.37.80.11.90.185.018q m KN h ni i i =⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑=γ 由于h=1.5+1.0+3.5+43.8=48.8m>D=6.55m ，属深埋隧道。
应按照太沙基公式或普氏公式计算竖向土压：a 太沙基公式： 其中：（加权平均值0007.785.5205.42.7645.19.8=⨯+⨯=ϕ） 则：b 普氏公式：取竖向土压为太沙基公式计算值，即：21/02.189p m KN e =。
（3） 拱背土压mkN R c /72.286.7925.2)41(2)41(2G 22=⨯⨯-⨯=⋅-=πγπ。
其中：3/6.728.1645.11.728.10.8645.1m KN =+⨯+⨯=γ。
（4） 侧向主动土压其中：21/02.189p m KN e =，则：2000022/06.154)27.745tan(1.122)27.745(tan )85.54.702.189(q m KN e =-⨯⨯--⨯⨯+=（5） 水压力按静水压考虑： a 竖向水压： b 侧向水压： （6） 侧向土壤抗力衬砌圆环侧向地层（弹性）压缩量： 其中：衬砌圆环抗弯刚度取2376.123265120.35×0.1103.45EI m KN ⋅=⨯⨯= 衬砌圆环抗弯刚度折减系数取7.0=η； 则：（7） 拱底反力其中：3/6.728.1645.11.728.10.8645.1m KN =+⨯+⨯=γ，与拱背土压对应则：2R /91.17410 955.2 2π-6.7955.20.2146+75.8π+189.02=P m KN =⨯⨯⨯⨯⨯。
盾构机在软土地区的隧道施工技术研究与应用随着城市化进程的不断推进，地下空间的开发与利用越来越受到重视。
而隧道作为地下交通和供水、供电等基础设施的重要组成部分，其施工技术的创新和应用具有重要意义。
盾构机作为一种高效、安全的隧道施工工具，在软土地区的隧道施工中发挥着不可替代的作用。
本文将深入探讨盾构机在软土地区隧道施工技术的研究与应用，为相关领域的工程师和研究人员提供参考和借鉴。
第一部分：软土地区的特点和挑战软土地区具有土质松软、含水量高、不稳定等特点，对隧道施工提出了很高的要求和挑战。
首先，软土地区的土体稳定性较差，容易发生塌方、滑坡等地质灾害，给施工带来了很大的不确定性。
其次，软土地区的地下水位较高，容易引发隧道施工中的涌水问题。
此外，软土地区土层的沉降性较大，对隧道的设计和施工造成了极大的影响。
第二部分：盾构机在软土地区的施工技术研究2.1 地质勘探与分析：在软土地区隧道施工前，必须进行详细的地质勘探和分析，了解软土地区的地下结构、水文地质条件等信息，并根据勘探结果确定合适的盾构机类型和施工参数。
2.2 盾构机设计与改进：软土地区施工要求盾构机具备良好的适应性和稳定性。
因此，需要对现有盾构机进行设计和改进，使其能够适应软土地区的复杂工况。
例如，可以增加盾构机的抗浮力能力，提高盾构机的掘进速度和精度。
2.3 施工工艺研究：软土地区的隧道施工需要制定科学合理的施工工艺，以确保施工的安全和高效。
在施工工艺的制定过程中，需要考虑土层的稳定性、地下水的影响等因素，并采取相应的支护措施和排水措施。
2.4 监测与控制技术：在盾构机施工过程中，软土地区的地质环境会不断发生变化，因此需要对隧道施工进行实时监测和控制。
监测和控制技术可以帮助工程师及时发现问题并采取相应的措施，确保隧道施工的安全和顺利进行。
第三部分：盾构机在软土地区隧道施工的应用案例3.1 XXX隧道项目：该项目位于某市软土地区，采用盾构机进行施工。
盾构隧道的设计与优化盾构隧道作为一种先进的隧道施工方法，已经被广泛应用于城市交通项目、地铁建设和水利工程等领域。
盾构隧道的设计和优化是保证隧道施工质量和效率的关键环节。
本文将从盾构隧道的设计原理、设计步骤和优化方法等方面进行介绍。
一、盾构隧道设计原理盾构隧道设计的基本原理是通过盾构机在地下推进，同时施工隧道结构形体。
整个过程中，盾构机在地面上推进，同时顶部进行掘进，底部铺设支撑结构，完成后方便进行地下交通、运输或其他工程目的的施工作业。
盾构隧道设计需要考虑隧道的几何形状、初始应力、地下岩土的力学特性等因素，以确保隧道具有足够的安全性和承载能力。
二、盾构隧道设计步骤盾构隧道的设计步骤可以分为如下几个阶段：勘察设计前期准备、工程勘察、设计方案论证、施工图设计以及施工图审查等。
1. 勘察设计前期准备：包括对隧道项目的背景资料分析、设计要求和技术规范的研究等。
这一阶段的工作是为后续的勘察设计提供基础。
2. 工程勘察：通过地质勘察、水文勘察和地质灾害勘察等方式，获取隧道所经过的地质情况，包括地层、地下水和其他地下条件的信息。
3. 设计方案论证：根据工程勘察的结果，制定隧道的设计方案，并通过技术经济指标评估，选择最佳方案进行论证和选择。
4. 施工图设计：根据设计方案，进行隧道的详细施工图设计，包括隧道的内外形、结构、支护方法等。
5. 施工图审查：由相关专业人员对施工图纸进行审核，确认设计的准确性和合理性，并提出修改意见。
三、盾构隧道设计的优化方法为了提高盾构隧道设计的质量和效率，需要采用一些优化方法。
以下是常见的盾构隧道设计优化方法。
1. 结构优化：通过选择合适的结构形式和材料，以提高隧道的承载能力和抗震性能。
例如，在盾构隧道的设计中，可以采用合理的横断面形式和合理的楔形设计，以提高结构的稳定性。
2. 施工工艺优化：通过改进施工工艺，提高施工效率和质量。
例如，合理安排盾构机的推进速度，减少工序之间的浪费时间，提高施工效率。
软土盾构隧道纵向设计综述
摘要:通过对软土盾构隧道结构设计理论的现状和已建软土盾构隧道结构存在问题的分析 ,指出克服软土盾构隧道结构发生过量纵向沉降或不均匀沉降而引起隧道渗水、漏泥、结构局部破坏等影响隧道正常使用及其耐久性问题的关键是展开纵向设计理论研究。
在纵向设计理论指导下,通过软土盾构隧道衬砌管片拼装形式、管片材料等方面的创新改造,使软土盾构隧道的设计方法更加科学合理。
关键词:软土;盾构隧道;纵向设计;地下工程
1 概述当前大量地下隧道建设实践中,盾构施工法已成为城市地下隧道建设的主要施工方法,尤其地铁隧道。
上海现有和正建的地铁隧道无一例外地采用这一方法施工。
而上海同
许多沿海城市一样是位于软土广泛分布的地层上,正是盾构隧道结构所处的软土环境导致
大量的运营软土盾构隧道发生过量的纵向沉降或不均匀沉降,引起隧道渗水、漏泥或结构
局部破坏,有时甚至会影响到隧道的正常运营[20][21]。
因此,深入研究软土盾构隧道纵向变形对隧道结构影响及考虑纵向变形的衬砌结构纵向设
计理论是解决软土盾构隧道现存问题的关键,尤其是衬砌结构纵向设计方法。
2 衬砌结构纵向设计现状
目前,国内外对盾构法隧道衬砌结构设计主要采用横向设计。
在国内,我国地下铁道及铁路隧道设计规范[6]中推荐使用荷载结构模型,而未考虑纵向变形的影响。
《上海市地基基础设计规范》1999版中对盾构隧道纵向变形进行了一定的考虑[7],提出盾构隧道纵向不均匀沉降的影响是不可忽视的。
尤其是盾构工作井和区间隧道的连接处;隧道底部下卧土层特
性及分层突变处;覆土厚度急剧改变处等,都会有较明显的不均匀沉降。
提出在设计中应按照预估的沉降差,设置适量的变形缝。
规范还提到在施工阶段和使用阶段,进行隧道结构的横向内力和变形计算时,在必要的时候宜考虑隧道纵向变形对横向内力和变形值的影响。
由于隧道纵向问题属于三维问题,其结构复杂,纵向结构计算模型尚不成熟。
但也已经取得了一定的科研成果。
在工程实测和室内试验基础上,已建立了一些隧道纵向结构计算
模型。
目前对软土隧道纵向结构的理论研究主要分为:试验或实测分析法、数值分析法和理论解析法。
在理论解析法中根据隧道接缝和螺栓简化方法的不同,日本学者提
出了两种隧道纵向结构理论,一种是以村上博智及小泉淳[22]为代表的以轴向、剪切和弯
曲弹簧模拟接缝和螺栓、以梁单元模拟衬砌环的梁一弹簧模型,它是将横向梁一弹簧模型
移植到了隧道结构纵向(见图3);纵向粱一弹簧模型中每一衬砌环均由一直线粱模拟,各衬
砌环间的接缝以弹簧模拟,因而在作纵向分析计算时单元较多,它可以模拟衬砌环和接缝性能有变化的隧道段,但其缺点也是明显的,即一般适合于线性分析,并且由于以单元作为基础,分析过程为矩阵形式,需要通过数值方法实现,所得结果需要进行再一次分析才能得到
管片、螺栓应力和接缝张开度等关键数据。
另一种模型是以志波由纪夫及川岛一彦[23～2 5]为代表的等效轴向刚度模型,该方法认为隧道在横向为一均质圆环、在纵向以刚度等效
的方法将有环向接缝非连续的结构等效为连续均质圆筒。
由于是直接从分析衬砌环向接缝
和螺栓的受力变形性能出发得到等效模型,因此计算结果可直接给出管片和螺栓应力,并且在很多情况下可推导得到显式理论解, 应用方便,但该方法也有未考虑预应力、只简单被认为是弹性地基上的直梁等缺点,然而,根据目前国内外的研究现状来看,轴向等效刚度方法是当前隧道结构的纵向理论研究中提出的最好的方法。
该法为研究盾构隧道纵向问题奠定了坚实的理论基础。
3 盾构隧道结构拼装型式在我国,上海先期施工的盾构法隧道基本采用通缝拼装形式,而上海近期建设的隧道及广州和南京地铁盾构法隧道则全部采用错缝拼装形式,从而说明错缝拼装形式在抵抗纵向变形上优于通缝拼装形式。
既然不同的拼装形式有不同力学效果,能够改变衬砌的纵向刚度及控制纵向裂缝和不均匀变形,那么采用更多不同力学效果的拼装形式就成为解决当前软土盾构隧道结构纵向问题的另一关键问题。
4 软土盾构隧道结构存在问题
从当前工程设计的实际应用和理论研究进展分析可得出软土盾构隧道衬砌结构在考虑纵向问题时的不足之处:缺乏与纵向理论要求接近的衬砌形式;现有的纵向理论缺乏与工程实际的结合;衬砌拼装形式单一(不能协调纵向不均匀变形);衬砌管片材料在同一工程中单一;衬砌管片宽度在同一工程中单一;纵向线形不合理。
5 软土盾构隧道纵向设计展望
为克服软土盾构隧道现存问题,必须从以下两方面来解决:
(1) 从软土盾构隧道衬砌管片拼装形式、管片材料等方面进行创新改造。
以增大软土盾构隧道衬砌结构的纵向刚度的变化,使软土盾构隧道衬砌结构的纵向刚度具有可控性。
而不同刚度的多样的衬砌结构拼装形式是解决软土盾构隧道纵向问题成为可能。
(2) 在纵向设计理论研究及其成果应用上应有所加强。
隧道纵向结构性能的研究和横向性能研究相比还处在早期发展阶段,其成果尚未应用到工程设计的实践中。
如何将已有的理论研究成果应用于工程设计(即纵向设计),使工程设计更加符合客观现实。
这不仅符合当前设计理论发展的趋势,更能实现在设计阶段上就开始着手解决软土盾构隧道现存问题(过量的纵向沉降或不均匀沉降,导致隧道渗水、漏泥或结构局部破坏而影响隧道的正常运营),避免软土盾构隧运营后再进行处理的被动状态,因此,可节约大量资金。
总之,软土盾构隧道结构纵向设计理论,不仅是软土盾构隧道结构设计理论发展的需要,也是社会发展的需要。
它不仅具有理论价值,而且更具重要的经济意义和社会意义。
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