盾构隧道设计指导书

我国在城市地下铁道的建设中，因埋深条件、周边环境条件等因素的不允许采用明挖法施工时，矿山法暗挖施工是目前应用较多的施工方法，但从已建地下铁道的工程实践上看，因其难于从根本上解决防渗漏水问题、施工工艺复杂、施工期间的安全性和工程进度难于控制等因素，在地下铁道的建设中已受到越来越多的局限。而盾构施工法以其良好的防渗漏水性、施工安全快速、对周围环境的影响极小等优点，在地下铁道的建设中已成为重要的可选施工方法之一，在许多场合已成为首选方法。尤其是随着近年国内外盾构设备技术水平的提高、盾构设备在工程成本中所占比重的下降，盾构法施工的综合工程造价已接进甚至低于矿山法暗挖施工，特别是在地层条件差、地质情况复杂、地下水位高等情况下盾构法已具明显技术经济优越性。随着我国新一轮城市基础设施大规模建设高潮的到来，地下铁道的建设呈高速增长之势，从长远来看，盾构隧道技术在包括城市地下铁道在内的基础设施建设中应用前景十分广阔。

在世界各国的地下铁道等城市地下基础设施的建设中，与我国一致，即主要采用盾构法、矿山法及明挖法3大系列技术及各种辅助工法。根据日本1991年对东京、大阪等主要城市的统计，在总延长75224米的城市隧道工程中，矿山法的比例占6.1%、盾构法占60.9%、明挖法占33%。在建筑物密集和对周围环境影响严格的大城市 中，盾构法具有明显的优势。 第二章 盾构断面及隧道线型设计 2.1 内空及断面形状

自1869年greathead 发明圆形回转式盾构机以来，盾构隧道断面的主要形状为圆形。但随着技术的进步，盾构断面的形状出现了半圆形、矩形以及马蹄形等，但一般圆形断面使用得最广泛，成了盾构断面的标准形状。其主要理由如下： ① 一般条件下，对外压是坚固； ② 施工中，便于盾构机的推进和管片的制作和拼装； ③ 即使盾构机产生偏转，也对断面利用影响不大。

最近，除单圆断面外，又出现了双圆盾构隧道断面，如日本广岛号国道系统盾构工程—世界首条双圆盾构工程、名古屋4号线隧道工程、千叶县干线管道建设工程。而我国在上海市轨道交通建设中，也修建了国内第一条杨浦线双圆盾构隧道工程。此外，随着内河及远洋航运事业的发展，在内河、海湾（海峡）通行轮船的吨位和密度越来越大，要求桥下通行的净空越来越高，跨度也越来越大，使修建桥梁的造价及难度大增。同时，受城市规划的，不管是修建隧道还是道路桥梁，两岸线路的衔接随着城市的发展更为困难。因此，修建水下大断面盾构隧道跨越江河及海湾（海峡）就成为主要的可选方案，在某些情况下甚至成为唯一选择。如我国目前正在规划建设中的武汉越江大断面盾构公路隧道，杭州万庆春路大断面盾构隧道、南京越江大断面盾构隧道等。这些都是随着盾构技术的进步，要求即能满足使用目的，又能保证结构安全，同时具备功能强、造价低的结果。 2.2 不同用途隧道的内空断面

盾构隧道的内径一般取决于两个因素，即满足使用目的所必要的内空（包括维修管理上的裕度和施工误差）和施工上的安全性，而其外径则是内径加衬砌厚度（一次衬砌或一次加二次衬砌）决定的。

2.2.1 单线地铁尺寸的拟定

地铁列车沿着固定轨道高速运行，需要在特定的空间中运行。根据车辆轮廓尺寸和性能、线路特性、设备安装及施工方法等因素竟技术经济综合比较确定的空间尺寸称为限界。为了确保运营的安全，各种建（构）筑物和设备均不能侵入限界。地铁限界包括车辆界限、设备界限、建筑界限、接触轨和接触网界限。

标称隧道限界为5200mm。实际的隧道直径和轮廓，应使一个虚拟的标称直径为5200mm的以理论轴线为中心的圆盘，在任何一个垂直于业主图纸所定义的隧道理论轴线的平面内通过隧道而不碰触隧道的任何地方。

以此为原则，目前国内拟定隧道管片的内径尺寸，主要有00mm和5500mm两种单线地铁尺寸。

内径?00 内径?5500

图1 单线地铁内空断面尺寸 2.2.2 双线地铁尺寸的拟定 （1）双线单圆隧道断面尺寸 ① 限界确定的原则

车辆限界应根据车辆主要尺寸等有关参数，并考虑静态和动态情况下，所达到的横向和竖向偏移量及偏移角度，可按产生的最不利情况决定。 接触轨受电的车辆主要尺寸应符合如下规定：

? 车辆长度：车体长度19000mm，两车辆中心距离19520mm；? 车辆最大宽度为2800mm； ? 车辆高度为3515mm； ? 车辆定距为12600mm； ? 固定轴距2300mm；

? 地板面距轨顶的高度为1100mm；

? 受流器安装尺寸：受流器端部距车体横向中心为1473mm；受流器中心距轨道 顶部高度为140mm。

② 双线单圆隧道隧道限界

? 区间直线地段各种类型隧道建筑限界，应满足各种设备安装的要求。

? 采用盾构施工的圆形隧道，应按全线最小曲线半径计算加宽以确定隧道建筑 界限。

? 道岔的建筑限界。在直线段上应根据不同种类的道岔和车辆的有关尺寸，计 算出加宽和安装设备所需的加高量，分别进行加宽和加高。

? 竖曲线的建筑限界，在直线上应根据不同竖曲线半径及车辆有关尺寸计算的 加高量进行加高。

图2 双线单圆隧道内空断面尺寸 （2） 双线地铁双圆断面尺寸 ① 限界确定的原则

车辆限界应根据车辆主要尺寸等有关参数，并考虑静态和动态情况下，所达到的横向和竖向偏移量及偏移角度，可按产生的最不利情况决定。 接触轨受电的车辆主要尺寸应符合如下规定：

? 车辆长度：车体长度19000mm，两车辆中心距离19520mm； ? 车辆最大宽度为2800mm； ? 车辆高度为3515mm； ? 车辆定距为12600mm；

? 固定轴距2300mm；? 地板面距轨顶的高度为1100mm；

? 受流器安装尺寸：受流器端部距车体横向中心为1473mm；受流器中心距轨道 顶部高度为140mm。 ② 设备限界的确定

设备限界应根据车辆限界、轨道状态不良引起车辆的偏移和倾斜，并计及适当的安全量等因素计算确定。具体限界尺寸见《地下铁道设计规范》（gb）。 ③ 建筑限界的确定

建筑限界的确定应按下列要求确定：

? 区间直线地段各种类型的隧道建筑限界与设备限界之间的间距，应能满足各 种设备安装的要求。

? 地段矩形和马蹄形隧道建筑限界，应按直线地段的建筑限界分别进行加宽和 加高，其加宽和加高量应按下列公式计算： l12?a2 ?x4cos??y4sin??x4 曲线内侧加宽：e内?8r

22l2?(l?a)1?x8cos??y8sin??x8 曲线外侧加宽：e外?08r ——— 车体长度（mm） l0 l1 ——— 车辆定距（mm） a ——— 车辆固定轴距（mm） r ——— 圆曲线半径（mm） h ——— 超高值（mm）

s ——— 内外轨中心距离（mm）

（xn，yn）为计算加宽和加高的控制点坐标值 采用盾构施工的圆形隧道，应按全线最小曲线半径确定隧道建筑限界。 ? 竖曲线地段的建筑限界，应在直线地段上根据不同竖曲线半径及车辆的有关

尺寸计算的加高量进行加高，其加高量应按下列公式计算： l12?a2 凹形竖曲线：?h1? 8r1 22l2

0?(l1?a)凸形竖曲线：?h2? 8r2

r1，r2分别为凹凸形竖曲线半径（mm）④ 隧道相关限界的确定 《地下铁道设计规范》（gb）所规定的单圆隧道直线段的限界为?5200m，考虑管片制造误差、施工误差以及隧道在运营阶段所产生的不均匀沉降的影响，将单圆隧道建筑限界直径定为00或5500mm。

根据《地下铁道设计规范》（gb）规定，双线地下铁道，当两线间无墙柱及其它设备时，两设备限界间应有不小于100mm的安全量。查阅规范可知最大车型设备限界宽度为1703mm，再考虑考虑管片制造误差、施工误差以及隧道在运营阶段所产生的不均匀沉降的影响，双线间的距离为：2*[1703+70（设备安装空间预计值）+50（双线最小间距）+150（管片厚度预计值）+200（考虑误差）]=4346mm，为方便施工，取为4400mm或其他。

衬砌管片厚度为隧道内径的4～6%，即为216mm～324mm，为方便计算，先暂取为300mm，待以后计算完成后再最终确定。 管片内径:5,400

图3 双线双圆隧道内空断面尺寸 （3） 公路双车道内空断面尺寸 ① 隧道主体工程主要技术标准 设计荷载：城—a级。 隧道路面横坡：1-2%。 地震烈度：7o设防。

设计车速：隧道内60km/h。

隧道建筑限界：按照《公路隧道设计规范》(jtj026-90)和《城市道路设计规范》(cjj37-90)确定，净空高5.2m。

最大纵向坡度不得大于6％，而且隧道内纵坡的连续长度应满足相应规范的要求。 隧道防水等级为3级。 管片外径:6,000篇二：盾构设计说明书10210123 文树勋 目录

第一章课程题目介绍 ......................................................................................................... 2 第二章 荷载计算 ................................................................................................................... 3 第三章、盾构管片内力计算 ................................................................................................... 8 1、惯用修正法计算： ..................................................................................................... 8 2、同济曙光荷载结构法进行计算： ........................................................................... 11 3、惯用修正法计算与同济曙光软件荷载结构法计算结果进行比较 ....................... 18 第四章、盾构标准管片配筋与裂缝计算 ............................................................................. 20

第五章、盾构纵向接头设计与张开度验算 ......................................................................... 21 第六章、盾构管片局部受压验算 ......................................................................................... 23 第七章、盾构隧道抗浮验算 ................................................................................................. 25 第八章、盾构设计施工图绘制 ............................................................................................. 25 参考资料： ............................................................................................................................. 26 第一章课程题目介绍

如图所示，为一软土地区地铁盾构隧道横断面，有一块封顶块k，两块邻接块l，两块标准块b以及一块封底块d六块管片组成，衬砌外d0=6200mm，厚度t=350mm，采用通缝拼装，地层基床系数k=20000kn/m3。混凝土强度为c50，环向螺栓为5.8级（可用8.8级）m30，管片裂缝宽度允许值为0.2mm，接缝张开允许值为3mm。地面超载为20kpa。试计算衬砌受到的荷载，并用荷载-结构法按均质圆环计算衬砌内力，画出内力图，并进行隧道抗浮、管片局部抗压、裂缝、接缝张开等验算及一块标准管片配筋计算。 说明：

1、 灰色淤泥质粉质粘土上层厚度1350mm，根据后3位学号abc调整，1350+abc*50 （mm），故在本设计中灰色淤泥质粉质粘土上层厚度取为：1350+123×50=13505mm

2、 同济曙光等软件进行本题的荷载—结构法计算（能增加地层-结构法计算更好！） 3、 课

程设计计算书、图email形式提交。第二章 荷载计算 荷载计算主要考虑基本使用阶段的情况进行计算，其中作用在盾构隧道管片上的荷载主要包括管片自重g（假设初衬的防水效果良好，不需要设置二次衬砌）、竖向土压力q、拱背土压力g（在内力计算时，将其简化为作用在拱背上的均布荷载）、地面超载q（在内力计算时，将其叠加到作用在拱背上的竖向土压力中）、侧向均匀主动土压力p1、侧向三角形主动土压力p2、侧向土层抗力qk、作用在盾构管片上的水压力、拱底反力pr（在内力计算中，不需要使用）。土压力计算时，采用水土分算法则进行计算，不考虑静水压力的折减系数。 其中由于在计算荷载与衬砌内力时，所使用公式是建立在线弹性体系的理论基础上，所计算得出的内力值与荷载成线性相关，所以可以在进行荷载内力组合之前的荷载计算时就考虑荷载的分项系数，从而使得在计算各个分项荷载所产生的内力值时，就已经考虑了荷载的分项系数，则在荷载的组合效应分析中，可以直接将荷载所产生的内力值进行组合，不需要再次考虑荷载的分项系数！

在拱顶部土压力计算时，采用太沙基公式进行计算时，公式中使用了荷载分项系数，为了统一计算，故在荷载计算时也统一采用相应的分项系数，以后在内力计算与荷载组合时便不需要再次使用荷载分项系数。

计算时，统一单位：kn、m ;水的重度为：γw=10kn 3 ;其中c50混凝土的弹性模 m量取：e=3.45×107kpa，γ=26kn m3 ；衬砌圆环厚度取：h=350mm ，衬砌圆环弯刚度: ej=3.45×10× 7

1×0.353 12

=1.233×105kn?m21、管片自重g计算：

由设计题目可知，设计管片厚度为：δ=350mm 其中管片重度取：γ=26kn m3 则，管片自重为：g=1.2×γ?δ=1.2×26×0.35=10.92kn m2 2、竖向土压力q计算：

由设计题目可知，该盾构隧道埋深为：h=1.5+1.0+3.5+7.505=13.505m 其中隧道埋深h=13.505m大于隧道二倍直径2?d=12.4m ，同时隧道顶部具有一层较厚的灰色淤泥质粉质粘土，该土层具有一定的抗剪强度：γ=18kn m3 ,c=12.2kpa ，φ=8.9°。此时作用在拱顶部的土压力q值小于拱顶部覆土层的自重，土压力值q可以根据太沙基理论计算拱顶部松动土压力q为： 其中： h=h=13.505m , c=

1.5×8.9°+ 2.925+1.28 ×7.2° 1.5+ 2.925+1.28

1.5×12.2+ 2.925+1.28 ×12.1 1.5+ 2.925+1.28 =12.1kpa , φ=

=7.7° ，po=20kn m2

由于土层位于地下水位以下：土压力计算采用水土分算法则，取土的浮重度：γ′=8kn m3 其中b1的值，通过三角函数关系得：b1= d2?cot 45°+φ 2 2 = 6.22

×cot

45°+8.9° 2 2

=6.73m

则，竖向土压力值q为：q=1.2×e ?

13.505

×tan6.73× 8? 12.1 6.73 tan7.7° × 1?e ?

13.505) ×tan6.73 7.7°

+1.4×20× 7.7°

=109.37kn m2 若，不考虑土层的成拱效应，则作用在拱顶部的土压力q为：q=1.2× γi?hi +1.4×po=1.2× 0.5×18+1.0×8+1.0×9.1+3.5×8.7+13.505×8 +1.4×20=167.91kn m2>109.37kn m2 可见考虑土层的成拱效应，将会使得作用在拱顶部的土压力值极大的减小，从而在保证设计安全的同时，为工程设计带来巨大的经济效益！

故，在拱顶部荷载计算时，需要考虑拱顶部土层的成拱效应，设计时取拱顶部荷载为： q=109.37kn m2

3、地面超载q计算（其中在拱顶部土压力计算时，应考虑了地面超载的影响，故在内力计算时，不需要再次进行叠加）：

由设计题目可知，地面超载值为：po=20kn m2

考虑分项系数，作用在拱顶部的地面超载为：q=1.4×20=28kn 2 m

4、拱背土压力g计算：

由设计题目可知，衬砌圆环的计算半径取：rh=度为：γ‘=8kn m3。 则，拱背土压力值g为：g=1.2×2? 1??rh2?γ=1.2×2× 1? ×2.9252× 448=35.25kn m

则，作用在拱顶部的均布土压力为： pe1=109.37+ 35.25

=115.36kn m2 π π

6.2?0.35 2

=2.925m ，拱背处土层浮重

5、侧向均匀主动土压力p1计算：

由设计题目可知，计算侧向土压力时需要考虑拱侧土层的抗剪强度指标，其中拱侧具有两层

不同性质的土层，需要使用等效抗剪强度指标： 篇三：毕业设计 盾构区间隧道结构设计 本科生毕业设计（论文）

中文题目：北京地铁六号线盾构区间隧道结构设计

英文题目: the tunnel structure design of shield interval of beijingmetro 姓 名： 学 号：学 院： 专 业：班 级：指导教师： 职 称： 完成日期：2010 年 1月 10 日 1 工程概况

北京地铁十号线二期工程17标盾构井～终点段工程分别采用矿山及明挖施工，采用明挖施工（含人防防护单元），长29.6m；部分采用矿山法施工，长约110m，终点25m暗挖段初支已施做，后采用盾构法施工。

由于本区间与10号线一期起点相接，导致区间工法比较复杂。根据业主提供的资料，一期起点～巴沟站区间发生过变更，变更后的区间长度比原设计缩短了50m，在原设计中此50m范围内区间线路为直线段，双连拱结构，采用暗挖中洞法施工。二期火器营站～终点区间应与变更后的一期区间起点相接，经调查，根据一期起点～万柳站（巴沟站）区间的施工资料得知：此段区间变更缩短的50m中导洞、中隔墙施工完毕，两侧洞亦施工32.2m。若将10号线二期区间与一期起点相接，二期线路必须设计成半径r=300m的曲线，经限界专业核实，一期施工的部分结构已不满足二期曲线隧道限界要求，须将已施工的直线段结构断面扩大，而采用矿山法扩大既有结构断面，无论工程造价和施工风险都比较大，考虑到此段区间场地现状为大片空地，具备明挖条件，故将不满足限界的区段采用明挖施工，在基坑内凿除侵限结构后重新施做。

表1.1 工程概况明细表2 1.1 风险源分级

1.1.1 自身风险工程3 1.1.2 环境风险工程

1.2 工程地质与水文地质条件 1.2.1 地质概况 根据《北京地铁十号线二期工程火器营站～终点区间岩土工程详细勘察报告》，本场地除表层人工填土外，勘察深度范围内岩土以第四纪沉积物为主，根据钻探资料及室内土工试验结果，按地层沉积年代、成因类型，将本工程场地勘探范围内的上层划分为人工堆积层、新近沉积地层、第四纪全新世冲洪积层、第四纪晚更新世冲洪积层4个大层，按地层岩性及其 4

物理力学性质进步划分为7个岩上分层，各上层的岩土工程特征描述见表1.2。 表1.2 岩土性质参数表 1.2.2水文地质 根据《北京地铁十号线二期工程火器营站～终点区间岩土工程详细勘察报告》，本次勘察（2008年5月）根据本区间长期观测孔及相邻火器营车站地下水观测情况，本区间主要分布层间水，含水层为卵石⑦层，水位埋深为29.5 m，水位标高为2l.8m，观测时间为2008年5月10日，主要接受大气降水、主要以蒸发及越流补给下层地下水的方式排泄。考虑到线路沿线的管道漏水及绿化灌溉等因素，不排除局部存在上层滞水。

隧道埋置较深，底部位于⑥土层中，本次勘察在该隔水层上未发现地下水，但湿度较大，且在初步勘察阶段(2007年9月)火器营站以南卵石圆 5篇四：隧道盾构法施工测量作业指导书 隧道盾构法施工测量作业指导书

目录

一、 范围 二、 目的 三、 依据 四、 内容

4.1地面控制网测量 4.1.1 平面测量 4.1.2 高程测量 4.2 联系测量（几何定向、高程传递） 4.3 盾构机托架、反力架定位测量（检测） 4.4 vmt系统安装、调试、检测 4.5 隧道内控制测量 4.6 环片姿态测量 4.7 盾构姿态测量 4.8 测量仪器使用与维护 4.9 测量作业安全注意事项 4.10 各种表格与记录 隧道施工盾构法施工测量作业指导书

一、 范围：项目部所承建的盾构法隧道施工工程

二、 目的：更好地为盾构法施工提供优质的服务，各项工作精度指 标均满足《地下铁道、轻轨交通工程施工测量规范》和工程施工设计要求。 三、 依据：《地下铁道、轻轨交通工程施工测量规范》、《广州地铁 三号线施工测量管理细则》 四、 内容 4.1地面控制网测量 4.1.1平面控制测量（精密导线网）

主要技术要求如下：其中：①导线视线尽量不要在建筑物的狭窄间缝穿过去，尽量避离建筑物边墙、顶墙，不要从树林间穿过；

②导线点只有两个观测方向时，宜采用左、右角观测，左右角平均值之和与360。的较差应小于4；

③如遇长、短边需要调焦时，应采用盘左长边调焦，盘右长边不调焦，盘右短边调焦，盘左短边不调焦的观测顺序进行观测；④观测竖直角不应>30°；

⑤测距每条导线边长应往返各测两测回，每测回三次读数，读数较差<3mm往返平均值较差应小于5mm。 4.1.2 高程控制测量

地面高程控制网应在城市二等水准点下布设的精密水准网。

主要技术参数应符合以下技术要求：其中：1、车站、隧道洞口或竖井口应设置二个以上水准点 2、观测方法：往测：奇数站上为：后—前—前—后。偶数站上为：前—后—后—前。返测：奇数站上为：前—后—后—前。偶数站上为：后—前—前—后。 3、由往测转向返测时，两根标尺必须互换位置。 4、视距≤60m，前后视距差≤1.0m，前后视距累计差≤3.0m 5、每测站观值限差：基辅分划读数差≤0.5mm基辅分划所测高差之差≤0.7mm检测间歇点高差≤1.0mm 4.2联系测量（几何定向，标高传递） 测角、测距精度要求与地面控制测量技术要求一致。

其中：①每次联系三角形定向均应三次，取均值作为一次定向成果；

②最有利联系三角形图形：a：钢丝间距>5m，b、定向角α<2，c：a/c及a/c’的比值应<1.5，d:测距宜用红外测距法，每测回读数三次，测回均值较差<0.5mm（地面）<1.00mm（地下）。钢丝间距地上、地下测量较差<2mm。e：定向期间仪器、钢丝周围15m范围内不得有重车行驶，如遇1m/秒的汽流或风速应在通风面采取挡风措施，如遇井筒有滴水应对稳定桶加盖防水冲击。f：钢丝加重前应投放信号圈检查钢丝是否处于自由状态。加重时应缓慢加重至规定的允许重量。g:确认钢丝稳定后，上下同时观测。h：导入标高，钢尺应挂钢尺鉴定时的重量，上下同时观测，两次高差较差<3mm。 4.3盾构机托架，反力架定位测量与检测 测量方法：（井型测量控制法）

1、用全站仪将托架中心轴线预先标定在有固定的物体上。 2、在托架前端、中间、后端（基准环与盾构机后体间）分别 标定垂直于托架中心轴线的法线在固体的物体上。

3、在托架前端、中间、后端沿托架中心轴线两侧的固定物体上标 定同一高程的水平线，并标明实际高程值。 4、托架安装的检测：基本安装定位后应检查两条导轨标高和坡度。 满足施工设计精度即可。托架中心线与设计中心轴线的偏差方位角<1’30即可。

5、反力架基准环应检查：a、中心是否与盾构机实际中心轴线一 致；b、基准法线面是否与盾构机实际中心轴线垂直；c、基准环中心标高与盾构机中心轴线标高一致（包括坡度），其中实际定位应以盾尾最低点标高+380mm为基准环前低点标高来控制基准环高程；d、基准环法线面倾角是否与盾构机实际坡度一致。

以上检测参数技术指标以满足盾构机始掘进技术设计精度要求为 准。 4.4 vmt系统安装、调试、检测

1、els—激光标靶安装线圈连接一定要固定牢固，导线要绑扎， 不能有悬吊现象出现。 2、棱镜托架安装：注意钢板一定要用水平尺置平才可固定。整个 托架安装不能有任何松动。托架侧面距后续台车右侧主粱偏差（150<d<200mm）,底板距最高的高差为50<h<100mm，

3、接通电源，打开sls系统调试确认系统正常，方可下一步工作。 4、掘进过程中的检测：因tca棱镜托架均安装在环片上，处于相 对不稳定状态，要经常检查tca和棱镜（后视）的气泡是否居中，如气泡偏离大圈外则要整平tca和棱镜，用sls检测其位移值。如水平位移值>±10mm，高程偏差>±5mm，则要停机对托架进行检测。包括平面坐标和高程的测量。 5、sla自动导向系统一般故障的处理程序：重新启动sls—5→检 查vmt系统各电源→检查vmt连续电缆接头→检查tca是否正常→打开sls电脑程序查看相关参数是否正确→通知上报