超大直径盾构隧道设计与施工讲座 Copy

二 盾构隧道设计
三）总体设计
3.方案比选与论证重点 路线方案 道路连接（含交叉节点）方案 横断布置 重要控制点方案（空间交叉布置、近邻影响措施等） 盾构施工筹划（盾构、工作井）
二 盾构隧道设计
四）结构设计
1.设计原则 1）隧道衬砌宜采用具有一定刚度的柔性结构，应限制其变形和接头张开量，满足结构强度和 刚度的前提下，还同时满足防水、防腐蚀等要求 2）衬砌结构横向计算模式应根据地层情况、衬砌构造特点、结构的实际工作条件等确定，宜 考虑衬砌与地层共同作用及装配式衬砌接头的影响。在进行结构横向内力、变形计算时， 应考虑由可能产生的纵向变形所引起的横向内力及变形值 3）隧道在荷载、结构、地质条件发生变化的部位或因抗震要求需设置变形缝时，应采取可靠 的工程技术措施，确保变形缝两侧的结构不产生影响使用的差异沉降。变形缝的形式、宽 度和间距应根据允许纵向沉降曲率、沉降差、防水和抗震要求等确定 4）盾构法隧道不宜设于可液化地层中。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，并应采取相应的地层抗液化或隧道结构加强措施 5）盾构法隧道结构在施工阶段抗浮安全系数≥1.1，施工阶段≥1.2
上海打浦路隧道（单管双向2车道、网格式盾构施工、管片外径10m）第一座水下盾构隧道 延安东路隧道南线（单管单向2车道、泥水平衡盾构施工、管片外径11m ）第一次采用泥水 平衡盾构 复兴东路隧道（双管双层双向6车道，上层净高2.6m，下层净高4.0m，管片外径11m ，原按 双管单层双向4车道订购盾构机）第一个盾构双层隧道 上中路隧道（双管双层双向8车道，高4.5m，管片外径14.5m ）第一个超大直径单管4车道 隧道 上海长江隧道（双管双向6车道，预留轨道交通，管片外径15m ，盾构机连续超长距离掘进 达7.2km）创造多项世界第一 上海外滩隧道（单管双向6车道，管片外径13.95m ）创造国内城市核心区盾构隧道的新纪 录（单管车道数最多）
盾构衬砌结构结构设计参照现行国家、行业相关规范、标准、指南开展设计，主要执行 极限状态设计法
二 盾构隧道设计
二）设计规范、标准及原则
2.设计原则 1）根据规划、道路等级性质、交通量、建设条件及隧道规模等确定路线方案、技术标准 2）隧道总体设计应满足工程影响区域的总体及各专业规划要求，并协调好与地面建（构） 造物、地下管线及其他公用设施的关系 3）隧道洞内外平、纵线形应协调，符合行车安全与舒适的要求 4）隧道横断布置应满足行车、设备布置、防灾与救援对结构建筑限界、内净空的要求 5）根据建设条件和技术特点进行隧道方案的比选 6）根据工程特点做好与其他工法施工安全性、技术可行性、经济合理性与环境适应性 等方面进行充分比较与论证 7）总体设计应在充分研究已有资料的基础上进行，根据拟定的技术标准，对平面线位、 纵面线形、横断面布置、洞口位置、始发与接收及两端接线方案等进行综合比选 8）隧道总体布置、土建结构、通风照明、消防排水、供配电等运营管理系统及附属设施等 ，应能满足隧道正常运营、管理维护、防灾救援等方面需要 9）洞门、风塔、管理中心等建（构）筑物建筑应与环境协调，满足较好的环境景观效果
二 盾构隧道设计
二）设计规范、标准及原则
1.设计规范、标准 目前盾构法隧道设计规范国内还不完善，主要可参照的标准、规范、指南有： 1）公路水下隧道设计规范（报批稿）JTG D71-2014 2）道路隧道设计规范 DG/TJ08-2033-2008;(上海地方标准） 3）盾构隧道管片质量检测技术标准 CJJ/T 164-2011 4) 盾构法隧道施工及验收规范 GB 50446-2017 5）盾构隧道衬砌设计指南 （国际隧道协会） 6）隧道标准规范（盾构篇）及解说 2006年 日本土木学会编制
二 盾构隧道设计
三）总体设计
2.主要设计内容及重点 主要设计内容： 1) 综合分析明确工程功能定位、技术标准 2) 隧道选址（隧道位置、走向、线形） 3) 沿线接线方案 4) 隧道断面布置（结构型式、主要控制尺寸） 5) 隧道平、纵控制因素及参数 6) 确定通风、防灾救援方式 7) 隧道平、纵布置设计 8) 明确工程风、水、电布置及配套设施布置 9) 确定施工井尺寸、布置和明确指导性施工组织
二 盾构隧道设计
三）总体设计
2.主要设计内容及重点 隧道断面布置（结构型式、主要控制尺寸） 几种常见盾构隧道横断面布置（双向4、6、8车道及双向4车道+紧急停车带），可采取单、双 管盾构形式，也就是单管盾构双层布置和双管盾构单层布置，示例如下：
复兴东路隧道
上中路隧道
上海外滩通道盾构段横断
二 盾构隧道设计
最近10~20年间，盾构隧道直径以及盾构机开挖直径被不断刷新，正朝着超大直径方向迈进 ，表1是近年来国内外直径13m以上盾构隧道项目汇总
目前国内将开挖直径超过13m的盾构视为超大直径盾构，在穿越复杂地层和环境要求严格时 仍面临诸多难题，大、超大直径盾构隧道主要集中在城市道路、公路、地铁、城际铁路、高铁 等领域，以城市道路为最多，发展最快、功能最多样化，在城市核心区隧道和水下通道建设中 所发挥的作用越来越重要 国内超大直径道路盾构隧道建设发展概要
内容
一、概述 一）发展概况 二）技术特点
二、盾构隧道设计 一）调查及基础性资料 二）设计规范、标准及原则 三）总体设计 四）结构设计 五）结构计算 六）结构防水及耐久性 七）通风与防灾
三、盾构施工 一）盾构机选型 二）工程筹划与主要施工内容 三）施工主要风险
四、展望
一 概述
一）发展概况
自从19世纪，在伦敦泰晤士河底建成第一条盾构隧道以来，盾构技术不断发展，并在世界 各地得到了广泛地应用
二）技术特点
超大直径盾构相对于其他直径盾构隧道有如下技术特点： 总体设计（平、纵、横布置）更加需要好的设计技术和理念 盾构管片尺寸大、结构受力及接头构造更复杂，安全、质量控制难度大，风险高 隧道水压大，防水、耐久性标准更高，控制更难 隧道穿越地层地质变化（软硬不均、盾构不利岩土层） 盾构施工对地层扰动更大，建(构)筑物、管线等保护更难，风险更大 隧道的防灾系统更复杂 盾构机制造难度、工艺要求和控制标准更高
二 盾构隧道设计
一）调查及基础性资料
1.收集资料与场地条件调查 总体布置、地质条件、环境条件、盾构选型、隧道技术特点确定设计阶段资料收集与场地
条件调查的内容 查明场地土地利用、土地现状及性质、交通运输条件 调查工作井用地情况，包括盾构始发与接收设备堆放、管片预制厂与渣土处理 调查河流、湖泊、 江海等水域的情况，包含水域断面，水文、航道及水利等 调查工程用电的确保及给排水设施的状况，确保盾构掘进水、电供给的可靠合理
三）总体设计
2.主要设计内容及重点
上海长江隧道盾构段横断面
武汉长江隧道横断面
武汉三阳隧道横断面
二 盾构隧道设计
三）总体设计
2.主要设计内容及重点 隧道平、纵控制因素及参数 城市规划及现状影响因素： 双盾构水平净距： 与其他构造物交叉净距： 沿线环境近邻保护要求距离： 覆盖层： 纵坡要求： 平曲线要求： 竖曲线要求： 沿线道路（含地下匝道）接线要求： 地层对盾构适应性要求： 盾构施工井及施工场地要求： 隧道配套建（构）筑（风塔、供配电、通风及逃生口等）要施工组织方案
二 盾构隧道设计
三）总体设计
1.目的及要求 目的： 通过调查工程场地建设条件，在分析区域现状及规划、交通流量预测及分析和设计控制因 素基础上，确定交通功能定位、技术标准、工程规模和主要技术方案，明确工程总体布 置、路线走向及沿线接线方案，并形成设计成果文件 要求： 方案分析研究要深入，不能遗漏有价值方案，影响工程建设功能、安全、质量、工期、造 价等的技术经济比选应全面，并提出比选意见
10) 初步开展盾构机选型、施工辅助及环境保护措施分析
二 盾构隧道设计
三）总体设计
2.主要设计内容及重点 隧道断面布置（结构型式、主要控制尺寸） 国内外超大直径盾构隧道工程规模信息统计（截至2016年6月）见表1、表2：
二 盾构隧道设计
三）总体设计
2.主要设计内容及重点 隧道断面布置（单管单层、单管双层、双管单层、双管双层和多功能的组合） 建筑限界（根据道路功能定位、车辆组成和交通流量预测） 城市道路盾构隧道开始设置专用通道（小型车、大型客车等）实现交通服务 国标GB1589-89 规定汽车外廓尺寸总宽不得超过2.5m，城市道路设计规范定义的机动车外廓尺 寸：小型汽车：1.8m普通汽车和铰接车： 2.5m；实际车型尺寸：小型车：一般宽1.7m ，高度 2.0m；最宽1.98m ，最高2.4m；大型客车（双层巴士、电车除外）：一般宽2.40m；不超2.5m ，高度3.8m以下； 专用道路限界：小型车：车道宽度可取3.0~3.25m，通行净高：2.60m，运营限高：2.40m，也 可按规范取到3.2~3.5m； 大型客车：车道宽度可取3.0m，通行净高：4.0m，运营限高：3.8m，紧急停车带： 2.50m； 建筑限界应根据通道交通流量、交通特点及专用道特性合理分层、分管确定，但不同特性专用 道应独立孔洞，达到合理利用盾构空间，提高经济性，并解决好设备布置和隧道通风、防灾及 救援功能满足要求
一 概述
一）发展概况
一 概述
随后又在上海、武汉、南京、杭州、广州、珠海等城市建成20多座管片外径11~15.2m盾构隧 道工程，穿越地层更复杂、技术难度更大，在设计（总体设计、结构防水及耐久性、逃生防灾）、 施工（换刀、水下对接、控制）、盾构机制造等不断取得技术突破
超大直径盾构隧道会在以下方面取得新的发展与技术突破： 城市道路超大直径盾构隧道功能和横断面布置向多功能化（汽车、轨道、市政管廊、排洪等 组合）、集约化单管双层双向布置隧道（城市核心区解决交通拥堵问题）、双管双层大容量 多功能布置隧道（提高断面利用率）和巨型盾构隧道（盾构隧道直径实现19m以上） 盾构技术（常压刀盘换刀、刀具检测、刀盘摆动和伸缩摆动、冷冻刀盘及超前地质预报等） 进步满足超大型盾构隧道建设的需要