盾构隧道设计与分析

盾构法隧道主要内容一、盾构施工技术的进展历史二、盾构施工技术的国内外进呈现状三、盾构机的种类四、盾构施工的技术特点五、盾构机工作原理五、盾构施工的主要工序六、中国承受盾构修建地铁历史及规划八、工程案例一、盾构施工技术的进展历史1盾构施工法的制造1818 年，Brunel 从一种食船虫在船身上打洞一事受到启发，争论出了盾构工法。

历经艰辛，终在1841 年使泰晤士河底隧道贯穿，该隧道自1825 年开工，历时17 年，可充分说明技术的成功是多么的坎坷！2盾构施工法的进展阶段自1818 年诞生进展到现在已有180 多年的历史，概括而言，有四个阶段：（1）初期盾构：以Brunel 盾构为代表；（2）其次代盾构：以机械式、气压式、TBM 及城市盾构工法为代表；（3）第三代盾构：以闭胸式盾构为代表〔泥水式、土压式〕；（4）第三代盾构：以安全、高速、大深度、大断面、断面多样化、异形化为特色。

二、盾构施工技术的国内外进呈现状1国外盾构施工技术现状以欧洲和日本最为兴旺。

美国：纽约自1900 年起用气压盾构就建筑了数十条水底隧道，目前根本是以盾构施工占90％以上；前苏联：莫斯科自1932 年开头承受盾构法施工地铁等地下工程；德国、法国、英国、加坡等也在广泛承受盾构法施工地下工程。

日本：自1917 年在国铁羽越线折渡隧道〔泻县〕的建设中首次承受盾构工法。

日本从盾构施工法正式开头用于城市隧道建设的1964 年至1984 年约20 年间，工研制盾构机超过5000 台。

目前日本已经成为世界上盾构制造技术以及施工技术的大国，占据世界上仅80％的盾构份额。

1917 年——日本国铁隧道建设中首次承受盾构工法1953 年——日本关门隧道承受盾构工法1957 年——日本地铁承受顶盖式盾构施工，这是城市隧道首次承受盾构1960 年——日本名古屋地铁承受盾构施工1962 年——东京下水道承受圆形盾构。

此后，盾构渐渐用于小断面的市政管道建设1964 年——日本下水道工程，最先承受泥水式盾构1974 年——日本独立争论出土压式盾构1975 年——日本争论出砾石泥水式盾构1981 年——日本争论出加气泡盾构2国内盾构施工技术现状国内最早是在1956 年，阜海州露天煤矿承受直径2.66m 的盾构，在砂土层中成功地开掘了一条流水巷道。

盾构隧道管片设计方法随着城市化进程的加快以及城市交通需求不断增加，盾构隧道作为一种高效、安全的地下交通建设方式，越来越受到人们的关注和重视。

盾构隧道的管片设计是盾构隧道施工中非常重要的一环，直接关系到隧道的质量和使用寿命。

下面将介绍盾构隧道管片设计的方法。

1.正确选择材料：在盾构隧道管片的设计中，首先需要正确选择材料。

一般而言，盾构隧道管片的主要材料有混凝土、钢筋和预应力钢筋等。

要选择合适的混凝土强度等级和钢筋型号，以满足设计要求。

2.优化管片结构：在盾构隧道管片的设计中，要根据隧道的特点和施工要求，优化管片的结构。

可以通过在管片的底部增加横隔板和撑筋来提高管片的整体强度和稳定性，同时减小管片的变形。

3.合理布置钢筋：管片的钢筋布置是盾构隧道管片设计中的关键步骤。

合理的钢筋布置可以提高管片的抗弯承载力和抗剪承载力，增加其整体稳定性。

在设计中需要考虑弯剪效应，确定合适的钢筋配筋率。

4.考虑盾构机施工因素：在盾构隧道管片的设计过程中，还需要考虑盾构机施工因素。

盾构机的旋转、推进和撑靠等施工措施会受到管片的约束，因此需要在管片设计中合理设置槽口和固定装置，以便实现盾构机的正常施工。

5.进行力学分析：盾构隧道管片的设计还需要进行力学分析。

通过有限元分析等方法，可以计算管片在施工和使用过程中的受力情况，进一步优化管片的结构和布置方式。

6.进行可靠性分析：除了力学分析外，盾构隧道管片的设计中还需要进行可靠性分析。

通过对管片进行静力、疲劳和耐久性等方面的分析，可以评估管片的安全可靠性，并提出相应的改进方案。

7.进行模拟试验：为了验证设计方案的合理性和可行性，盾构隧道管片的设计还需要进行模拟试验。

通过模拟试验可以获取管片在加载过程中的力学性能数据，进一步改进设计方案。

总结：盾构隧道管片设计是盾构隧道施工中非常关键的一环。

通过正确选择材料、优化管片结构、合理布置钢筋、考虑盾构机施工因素、进行力学分析、进行可靠性分析以及进行模拟试验等方法，可以设计出高质量、安全可靠的盾构隧道管片。

南宁地铁2号线盾构隧道岩溶处治方案分析南宁地铁2号线的建设是南宁市交通发展的重要项目之一。

随着城市建设和人口增加，南宁地铁的建设已经成为了市政府的一项重点工作。

然而，在地铁建设过程中，由于南宁地区地质条件较为复杂，岩溶问题成为了建设的一个难点。

本文主要探讨南宁地铁2号线盾构隧道岩溶处治方案的问题。

一、南宁地铁2号线盾构隧道岩溶处治方案1.岩溶概述岩溶是一种地质现象，是由于地下水在石灰岩等可溶岩石中流动，溶解岩石中的钙质和成分，形成地下洞穴、地震陷、地表塌陷等自然过程。

在南宁地铁2号线建设过程中，岩溶是一种较为常见的问题。

2.岩溶处理方法随着科学技术的发展，针对岩溶的处理方法也逐渐成熟。

在南宁地铁2号线建设过程中，主要采取以下三种方法进行岩溶处理。

（1）预埋灌浆钢板法预埋灌浆钢板法是一种常见的岩溶治理方法，该方法将钢板预先安装在洞穴的顶部和侧面，然后注入水泥浆灌浆，以填充空隙和坚固岩体。

（2）补土法补土法是一种基础修建工程中常用的方法，可以对地面进行填补和加固。

在南宁地铁2号线建设过程中，补土法主要用于填补洞穴下方的土壤和岩石空隙，以形成承载力。

（3）钢筋网喷浆法钢筋网喷浆法是一种针对洞穴修补的技术，其过程是首先将钢丝网覆盖在岩壁上，然后在钢丝网上进行石膏喷涂，以支撑和加固修补区域。

二、南宁地铁2号线盾构隧道岩溶处治方案分析在南宁地铁2号线建设过程中，岩溶处理是一个重要的环节，对于工程的安全与顺利进行具有重要作用。

从这个角度出发，本文提出以下几点分析。

1.岩溶处理方案的可行性南宁地铁2号线采用的岩溶处理方法在实践中已经有了较好的应用，因此其可行性得到了充分验证。

在实际建设过程中，各种治理措施的配合使用可以避免治理方案的单一和局限性。

2.岩溶处理方案的技术含量南宁地铁2号线的岩溶处理方案涉及到多种技术的应用，在处理过程中需要运用岩土力学、材料科学和工程力学等多方面的专业技术知识。

因此，在项目实施中需要加强技术研究和工程设计。

盾构施工中隧道质量问题分析与防治一、隧道轴线偏差原因分析及对策：1、自动导向系统发生偏差 导致的轴线偏差。

输入数据错误、全站仪移动、隧道扭转。

2、工程施工测量误差引起的盾构姿态超出轴线控制范围内。

一起精度底、测量计算方法不正确、控制点偏差、导线测量不及时等等。

以下项目须经业主测量队复测后才能下一步施工：①、地面加密控制点；基线及始发前的圆心定位及地下高程点；②、地下导线及水准在隧道掘进至150m处、300～400m处和距离贯通面150m～200m处分别进行一次包括联系测量在内的检测。

③、若单向掘进长度超过1km时，掘进至400m后每600m要增加一次，此类施测及检测均须加测陀螺方位角校核方位。

④、隧道贯通测量。

3、成型隧道上浮或下沉。

管片脱出盾尾后上浮的原因有：3.1、地质情况。

从南京地铁盾构施工情况来看，淤泥质粉质粘土层的上浮量大于砂层，而从广州地铁盾构施工情况来看，中、微风化岩层管片上浮量较大。

3.2、长细比很大的柔性构件的偏心受压。

3.3、浆液选型不当，浆液早期强度偏低，不能及时与围岩土体形成共同作用。

3.4、浆液初凝时间控制不当，没有即使填充盾尾间隙或填充效果不佳。

3.5、注浆位置选择不当，采用管片注浆孔注浆时，以中夏布注浆孔为注浆孔位。

3.6、盾构姿态较差，千斤顶编组压力差过大。

3.7、盾构超挖间隙过大。

4、始发托架或反力架设置不当、发生变形，始发台定位方向错误。

5、地质条件导致的盾构机轴线偏移5.1、地质软硬不均，局部非常坚硬的岩石使盾构机掘进缓慢，并导致盾构朝向软地层方向“滑移”，纠偏困难，盾构姿态越来越差，最终超出线路设计的轴线。

5.2、地质软弱，盾构机停机时会发生姿态变化。

6、操作失误也是造成姿态变化的原因。

7、管片选型错误；（ 对于管片的楔形量：需要满足盾构隧道在曲线上偏移的需要。

最小楔形量§≥2BR外/R）7.1、管片选择是为了调整线形并满足与盾构机盾尾间隙，将盾构机盾尾与管片之间的交角变为最小，千斤顶靴板作用面与管片环面平行。

盾构机构设计与动力仿真分析盾构机构设计是指根据盾构机的工作原理和施工条件，对盾构机构进行系统的设计和优化，以实现盾构机在隧道掘进过程中的高效、安全和稳定运行。

而动力仿真分析则是指利用计算机模拟技术，对盾构机的运动、力学性能进行仿真和分析，以评估和优化盾构机的工作性能。

盾构机结构设计旨在确定盾构机的整体结构和组成部件的尺寸、材料和连接方式。

在设计过程中，需要考虑以下几个方面：1. 盾构机的基本结构：包括刀盘、行走系统、掘进腔和推进系统等。

其中，刀盘是盾构机的主要工作部件，而行走系统用于控制盾构机在隧道掘进过程中的前进和后退。

2. 盾构机的工作原理：了解盾构机的工作原理对于结构设计至关重要。

盾构机通过刀盘的转动切削土层，并通过推进系统将削出的土料送出掘进腔。

3. 结构强度分析：对盾构机的结构进行强度分析，确保其能够承受掘进过程中产生的水平和垂直载荷，并保证其安全运行。

这需要考虑材料的选择、结构的优化和连接方式的设计等。

4. 隧道环面支护设计：在盾构机掘进过程中，需要与推进系统配合进行隧道环面的支护。

因此，在盾构机结构设计中需要考虑隧道环面支护系统的结构设计和施工工艺，并与盾构机的结构进行协调。

5. 机电系统设计：盾构机的机电系统包括电气系统、液压系统和润滑系统等。

在结构设计中，需要充分考虑机电系统的布置和集成，以确保盾构机能够正常运行并满足工程要求。

动力仿真分析是利用计算机模拟技术对盾构机的工作性能进行分析和优化。

通过动力仿真分析，可以评估盾构机在掘进过程中的运动性能、推进力和切削力等参数，从而优化盾构机的设计和控制。

动力仿真分析中的关键步骤包括：1. 建立盾构机的仿真模型：根据盾构机的结构特点和运动原理，建立数学模型和几何模型。

这包括盾构机的刀盘模型、行走系统模型和推进系统模型等。

2. 确定模型的边界条件：根据实际工程情况，确定模型的边界条件，包括盾构机的推进速度、刀盘的转速和土料的性质等。

3. 进行动力仿真分析：利用仿真软件对盾构机的运动进行模拟和分析。

盾构机械设计与优化分析盾构机是一种用于地下隧道开挖的重型机械设备，具有高效、安全、环保等优点。

盾构机的设计与优化分析是确保盾构机能够在复杂地质条件下稳定工作、提高开挖效率的关键。

本文将从盾构机械设计与优化分析的角度，介绍盾构机的结构、工作原理、设计要点和优化方法。

一、盾构机的结构盾构机主要由刀盘、刀盘推进系统、导轨、螺旋输送机、支架等主要部件组成。

刀盘是盾构机的核心部件，由刀具、铰接机架和剪刀臂等组成。

刀盘推进系统用于推进盾构机，通常包括压力室、液压缸等，通过推进液压缸的工作，实现盾构机的前进。

二、盾构机的工作原理盾构机的工作原理是利用刀盘的旋转和推进系统的推力，在地下挖掘出需要的隧道。

首先，盾构机将刀盘推进到工作面，并通过刀盘旋转将地层削掉。

然后，通过刀盘推进系统的推力，将挖出的土石材料推送到螺旋输送机，再由螺旋输送机将土石材料输送至出口。

三、盾构机械设计要点1. 可靠性设计：盾构机作业环境复杂，容易受到地质条件和外界环境的影响，因此在盾构机的设计中，需考虑其结构的稳定性和可靠性，以确保盾构机在工作过程中能够正常运行。

2. 自动化设计：现代盾构机普遍采用自动化控制系统，能实现对整个开挖过程的自动控制。

因此，在盾构机的设计中，需要考虑自动化控制系统的集成，以提高盾构机的作业效率和安全性。

3. 节能设计：盾构机作业消耗大量能源，因此，在盾构机的设计中，需注重节能设计，通过提高机械传动效率、减少能量损失等方式，降低盾构机的能耗。

四、盾构机优化方法1. 结构优化：通过对盾构机结构的优化设计，提高盾构机的刚度和稳定性，减少振动和变形，提高盾构机的工作效率。

2. 液压系统优化：盾构机的液压系统是保证盾构机正常工作的关键。

通过优化液压系统的设计，可以提高液压系统的响应速度和控制精度，从而提高盾构机的工作性能。

3. 机械传动系统优化：通过优化盾构机的机械传动系统，改善传动效率，减少能量损失，提高盾构机的动力输出和工作效率。

浅谈城市轨道交通工程盾构“先隧后井”设计及施工分析摘要：本文针对城市轨道交通工程盾构“先隧后井”工法从设计到施工上的调整及工序措施进行分析。

关键词：盾构；先隧后井；先井后隧1、工程概况东莞市城市轨道交通1号线一期工程9#中间风井兼2#联络通道兼废水泵房，风井为地下两层（局部三层）结构，采用明挖法施工，支护结构选用800mm厚地连墙+四道内支撑（局部三道内支撑），原计划工序为区间盾构空推过井，因现场管线迁改进度滞后严重，如按原设计工序施工，则盾构机需在9#风井端部停机等待约6个月，为确保该区间盾构隧道按时贯通，因此调整工序为“先隧后井”。

2、设计调整具体工序：盾构正常掘进（同时9#风井基坑第一次开挖）→左右线盾构先后破风井既已施做地下连续墙、掘进通过9#风井→左右线盾构先后到达黄牛埔站→9#风井基坑第二次开挖、风井范围管片拆除及风井主体结构施工。

施工工序由“先井后隧”调整为“先隧后井”，对9#风井主体围护及结构、区间盾构主要进行以下内容调整：a、9#风井三层段结构底板上抬1.40m；b、减少9#风井结构底板轨行区范围素砼回填层1.40m，取消底板素砼回填。

c、三层段基坑深度减少1.40米，取消原第四道支撑及换撑，增设一道砂浆锚杆；d、区间盾构掘进（正常段）增加30.6m，盾构机空推过井减少2台次，洞门接口调整。

调整后，消除了盾构停机的隐患。

9#中间风井基坑围护结构调整前纵断面图9#中间风井基坑围护结构“先隧后井”调整后纵断面图3、施工方案3.1盾构破地下连续墙掘进在盾构机刀盘到达地下连续墙前10环时，开始逐步调整掘进参数，在即将达到地下连续墙时减小推力、降低转速，并随时关注扭矩变化及刀盘振动，当扭矩波动过大时继续减小推力，慢速推进。

当刀盘通过地下连续墙里程后恢复正常推进参数进行掘进。

3.2盾构过风井3.2.1管片拼装风井内管片采用负环管片，为方便后期的管片拆除，采用15点通缝拼装，洞口进、出洞环采用特殊进出洞管片。

盾构隧道管片详细设计研究盾构隧道管片详细设计研究盾构隧道管片详细设计研究摘要：盾构隧道管片的详细设计国内目前尚无规范可遵循，然而，此项工作却是盾构隧道结构设计中极为关键的一环,其设计是否合理，直接关系到工程的安全、造价及使用。

通过对国内轨道交通工程常用盾构管片细部尺寸的研究及归纳，本文详细论述了各尺寸的设计方法及注意事项，包括结构形式、分块方案、拼装方式、连接形式、接缝设计、手孔设计等内容。

关键词：盾构隧道；管片结构；分块方案；接缝；螺栓；中图分类号：U452.1+3 文献标识码：A文章编号：、概述盾构法施工的隧道在我国地铁、铁路、公路、水利等行业应用的越来越广泛，并取得了良好的经济和社会效益。

但是关于盾构隧道管片的详细设计国内目前尚无规范可遵循，很多设计单位是根据设备厂商所提供的方法进行设计,更多的则是采用模仿。

然而，此项工作却是盾构隧道结构设计中极为关键的一环,其设计是否合理，直接关系到工程的安全、造价及使用,因此，很有必要对盾构管片详细设计进行研究及归纳。

、盾构管片详细设计的内容盾构管片详细设计包括的主要内容有如下几方面：确定隧道内部尺寸、管片结构形式、管片厚度、宽度、分块方案、拼装方式、楔形量、连接方式、防水设计、管片接缝张开量、榫槽的设置、管片螺栓设计、管片手孔设计等。

上述项目基本涵盖了盾构管片详细设计的内容，既以上项目确定后，管片的设计工作也就完成了。

、盾构管片详细设计的主要内容盾构隧道内轮廓对于地铁隧道，由建筑限界和车辆限界决定；对于铁路隧道，出了考虑建筑限界外，还要考虑空气动力学、救援通道、各种附属设施等；对于公路隧道，由车流量和车道数目决定。

另外盾构隧道内径空的确定，还需要考虑施工误差、测量误差、设计拟合误差、不均匀沉降等因素。

目前国内地铁大部分均采用A1型车辆，对应的盾构隧道建筑限界为5200mm[1]。

施工误差、测量误差、设计拟合误差一般考虑50～100mm,不均匀沉降一般考虑50mm，因此地铁盾构隧道内径一般为5400mm，如北京地铁、广州地铁、西安地铁、成都地铁等；也有采用直径为5500mm的情况，如上海地铁、宁波地铁、天津地铁等。

盾构隧道课程设计引言盾构隧道是一项复杂的工程技术，用于建设地下交通隧道等大型基础设施。

本文将对盾构隧道的课程设计进行全面的探讨，包括设计原则、流程、关键技术等方面。

设计原则盾构隧道的设计需要考虑以下原则：1.安全性：隧道必须达到一定的安全标准，包括结构安全、地质灾害防治等。

2.经济性：设计需要在保证安全的前提下，尽可能节约成本，提高投资回报率。

3.可行性：设计方案必须符合实际施工条件，考虑现有技术和资源供应等因素。

4.环保性：隧道的设计应尽量降低对环境的影响，包括噪音、振动、污染等。

设计流程盾构隧道的设计流程通常包括以下几个阶段：前期调研1.项目背景：了解项目的背景、目标和需求，包括交通状况、城市规划等。

2.地质勘探：进行地质勘探，获取地质和地下水情况等必要数据。

3.隧道路线选择：根据勘探结果和其他条件，选择最佳的隧道路线。

初步设计1.结构设计：根据选定的路线，进行隧道的结构设计，确定隧道的断面形状、尺寸等。

2.施工工艺设计：制定隧道的施工工艺和方案，包括盾构机的选择和使用等。

详细设计1.参数计算：对隧道的结构、地质等参数进行计算和分析，确定设计的合理性和稳定性。

2.材料选择：选择适合的材料用于隧道的建设，包括隧道衬砌、防水材料等。

3.设备选择：对于盾构隧道来说，盾构机是关键设备之一，需要选择适合的盾构机型号和配置。

4.施工图纸：制定详细的施工图纸，包括隧道的剖面、开挖工程、支护结构等。

监理与验收1.施工监理：监督隧道的施工过程，确保施工按照设计要求进行。

2.竣工验收：对隧道的结构、安全等进行验收，判断是否符合设计要求。

关键技术盾构隧道设计过程中需要掌握以下关键技术：1.地质勘探技术：通过地质勘探获取地下地质数据，包括地层厚度、岩土类型、地下水位等。

2.隧道结构设计技术：根据勘探数据和工程要求，确定隧道的结构形式、断面和支护方案等。

3.盾构机技术：盾构机是盾构隧道施工的关键设备，设计需要对盾构机进行选择和配置。

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。