深圳地铁一期工程第七标段施工隧道盾构工施工组织设计

深圳地铁一期工程第七标段施工隧道盾构工施工组织设计内容摘要：

筋砼管片强度等级 C50， 抗渗等级不得小于。 衬砌环缝外弧侧设水膨胀型止水片预 25 留槽，内弧侧设嵌缝槽。 衬砌纵缝外侧同样设水膨胀型止水片槽，内侧设嵌缝槽。 衬砌拼装方式 错缝安装施工方便，可在整体上控制安装精度，而且在软弱地层条件下有助于降低衬砌椭圆变型，增强衬砌的整体受力，因此衬砌环采用错缝拼装方式。 本投标设计建议施工拼装采用三种方案。 第一方案为， 以两环为一组，第一环左偏 ，第二环右偏 ； 第二方案为，以两环为一组，第一环左偏 ，第二环右偏 方案；第三方案为，以三环为一组，第一环左偏 450，第二环不偏转，第三环右偏 450。 经过精确的计算校核，结果表明，第一方案的管片衬砌圆环受力合理，且变形能得到控制，故本投标设计推荐优先采用第一方案。 衬砌管片制作要求 钢筋混凝土管片需要在高精度钢模内制造成型 , 采用防水混凝土制作管片，管片混凝土强度等级 C50，抗渗等级大于。 混凝土应选择经过抗渗试验的合 适的配合比，限制水泥用量。 水灰比不大于 ， 并掺入不含氯化物的防水外加剂。 管片在制作、吊运、堆放时应采取保护措施，防止管片碰撞损伤。 管片水泥标号采用 525 号。 衬砌成型精度： 26 单块检验允差 宽度：177。 ；弧长177。 ；管片外径： 20+−mm ；内半径：177。 ；螺栓孔直径与孔位：177。 整环拼装检验 相邻环环面间隙不得大于 ，相邻管片 间间隙不得大于 2 20+−mm ；对应环向螺栓孔不同轴度小于。 衬砌表面应密实、光洁、平整，边棱完整无缺损。 钢筋骨架须焊接 成型，焊接强度与较小直径等强。 钢筋落料长度以实际放样尺寸为准。 每块管片的内弧面必须清晰地标注不会被磨损的管片号。 如 （ SF），（ SL1），（ SL2），等等。 管片内外弧面混凝土净保护层厚度须控制在 40mm 范围。 衬砌拼装前，应予以严格检查。 止水密封片沟槽两侧及平面 转角处不得有剥落、缺损。 大缺角应用 SC1 混凝土粘接剂修补。 沟槽两侧、底面的坑点应用107 胶结剂加水泥腻子填实，抹平。 检查合格后芳可使用。 衬砌制作应符合《混凝土工程施工及验收规范》及《地下铁道工程施工与验收规范》中的相应规定。 特 殊管片 除标准环和楔形管片衬砌环（ SRR 和 SLR）外，尚有站端接头环（ SR0 和 SR1）、变形缝处环（ SBR） 第三节 隧道衬砌计算 隧道衬砌的计算模式说明 27 计算模式 管片结构的内力及变形计算采用荷载――结构模式。 目前国内对盾构隧道管片衬砌结构的截面内力计算，多以经验性为主的简化计算法为主。 为保证计算准确可靠，本投标设计计算中，首先用简化的计算法（将管片衬砌结构简化为匀质圆环）进行参数的初步确定。 其次采用精确计算法计算出截面内力（考虑各类接头位置与刚度、错缝时的环间相互咬合效 应，及隧道与周围土体的实际相互作用关系）。 然后对两者方法的计算结果进行比较。 结果表明，简化计算法因不能明示接头位置，难于反映管片衬砌结构的实际受力状况（如考虑为匀质圆环时，不能反映圆环偏转某一角度后的截面内力及变形变化、不能计算错缝时的纵向接头的剪力等），计算结果受人为影响的因素较大。 故本投标设计计算中，采用能考虑接头位置与刚度的精确计算法计算出截面内力，并以此进行各种检算。 盾构隧道管片衬砌结构的两种力学计算模式的具体情况如下 : ①匀质圆环计算法 将衬砌圆环考虑为弹性匀质圆环，用小于 1 的刚度折减系数η 来体现环向接头的影响，不具体考虑接头的位置，即仅降低衬砌圆环的整体抗弯刚度。 用曲梁单元模拟刚度折减后的衬砌圆，在本次计算中，η取 ， ， 三种参数环。 28 同时，在计算中用大小 的系数ξ来表达错缝拼装引起的附加内力值，根据国内外经验，在本次计算中，ξ取为 120%～ 130% 作对比计算分析。 ②考虑接头位置与刚度的精确计算法 在一衬砌圆环内，具体考虑环向接头的位置和接头的刚度，用曲梁单元模拟管片的实际状况，用接头抗弯刚度 Kθ 来体现环向 接头的实际抗弯刚度。 为错缝式拼装时，因纵向接头将引 起衬砌圆环间的相互咬合作用，此时根据错缝拼装方式，除考虑计算对象的衬砌圆环外，将对其有影响的前后的衬砌圆环也作为对象，采用空间结构进行计算，并用圆环径向抗剪刚度 Kr 和切向抗剪刚度 Kt 来体现纵向接头的环间传力效果。 在本计算中，根据采用的弯螺栓接头的受力情况，参照国内外有关试验研究结果 (见 : ① Design of Segment， Japan Society of Civil Engineering，。 ② 圆形隧道装配式衬砌接头刚度模型研究，岩土工程学报， ， )，全部环向接头 的抗弯刚度 Kθ ， 在隧道内侧受拉时取为 5179。 104kN•m／ rad ，隧道外侧受拉时取为 3179。 104kN•m／ rad。 另外，在本计算中，纵向接头的径向抗剪刚度 Kr 和切向抗剪刚度 Kt 均取为无穷大，即认为各环管片在纵向接头处不产生错动。 29 a. 匀质圆环 b. 考虑接头的位置与刚度管片衬砌圆环计算的两种力学模式 衬砌圆环与周围土体的相互作用 衬砌圆环与周围土体的相互作用通过设置在衬砌全环只能受压的径向弹簧单元和切向弹簧单元来体现，这些单元受拉时将自动脱离，弹簧单元的刚度由衬砌周围土体的地基 抗力系数决定。 荷载模式 30 管片的荷载模式在确定作用在隧道上方的土层压力方面，国内外视地层情况，主要采用卸拱理论 (太沙基公式为主体 )和按全部地层压力计算土层压力的方法，但均带有较大近似性。 故国外也有取最小土压力不小于 2D（当计算土压力小于此值时）的经验法。 考虑到本次标段的最大和最小埋深分别在 14m 左右和 9m 左右，地层以粘性土层为主体，无单独从隧道底部贯通至地表的砂性土地层，故偏于安全地将上覆土体自重完全作用在隧道上进行计算分析，即计算中竖向地层压力按全部地层压力计算。 而侧压力当隧道处于 粘性土中时按水土和算考虑，在砂性土地层时按水土分算考虑。 除土水压力外，实际的计算荷载按施工和使用阶段可能出现的其它最不利荷载组合进行结构强度、变形计算，同时对混凝土裂缝宽度进行验算。 设计计算条件 管片特征 31 隧道外半径 R1＝ 隧道中心半径 R2＝ 隧道内半径 R3＝ 管片宽度 B＝ 管片厚度 h＝ 分块数目＝ 6 块 管片配筋为：外侧 6φ 12+6φ 10, 内侧 10φ 12，均为Ⅱ级钢 筋。 封顶块管片圆心角为 22. 5176。 ，其余 5 块管片圆心角均为 176。 管片衬砌环在纵向按错缝式拼装，纵向接头为 16 处，按 22. 5176。 等角度布置，管片衬砌环布置参见下 53。 在本次计算中 选两环为一组，左偏 176。 ，右偏 176。 的错缝拼装方案为主 体进行各项检算。 在具体的计算过程中，取出三环管片进行空间 计算，检算对象为中间一环。 32 的特征等条件，参照地质报告，选取可能出现最不利受力情况的四个典型断面进行计算，四个计算点的主要土质特征条件汇总于下表。 计算点土质特征条件 计算点 计算点一 计算点二 计算点三 计算点四 位置 右线 CK5 ＋665 右线 CK5 ＋900 左线 CK6＋ 223 右线 CK7 ＋086 33 地层特征 从上至下分别为素填土( 粘土 )、砂砾、粘土、砾质粘性土。 隧道位于砾质粘性土层中。 常时稳定水位。 从上至下分别为素填土( 粘土 )、中砂、砂砾、砾质粘性土。 隧道位于砂砾层中。 常时稳定水位。 从上至下分别为素填土(粉质粘土 )、中砂、粉质粘土、砾质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、隧道 1/3 位于砾质粘性土层、 1/3 位于全风化花岗岩层、 1/3 位于强风化花岗岩层中。 常时稳定水位 4m。 从上至下分别为素填土(粉质粘土 )、粉质粘土、砾质粘性土。 隧道位于砾质粘性土层中。 常时稳定水位。 隧道埋深 (m) 13 9 计算地下水位埋深(m) 1 1 1 1 土容重 (kN/m) 按地质报告各层推荐值计算 按地质报告各层推荐值计算 按地质报告各层推荐值计算 按地质报告各层推荐值计算 34 地面超载 (kN/m2) 20 20 20 20 砾质粘性土 18 标贯垂击数※ 17 20 全风化花岗岩 30 22 强风化花岗岩 50 砾质粘性 土 侧压系数※ 全风化花岗岩 强风化花岗岩 地基抗力系数※ (kN/m3) ※※ 35000 15000 砾质粘性土 35000 全风化花岗岩 70000 强风化花岗岩 90000 50000 砾质粘性土 24 凝聚力 (kPa) ※ 24 全风化花岗岩 23 32 强风化花岗岩 29 砾质粘性土 27 内摩擦角 (O) ※ 27 全风化花岗岩 23 30 35 强风化花岗岩 水土分 /合算 合算 分算 合算 合算 为隧道所处地层之值，地基抗力系数偏于安全地没有计及管片周围注浆引起的地层抗力系数增大的影响。 荷载标准计算 荷载分类 荷载分类 荷载名称 永久荷载 结构自重 地层压力 隧道上部地层破坏棱体范围的设施及建筑物压力 水压及浮力 设备重量 地层抗力 可变荷载 基本可变荷载 地面车辆荷载 地面车辆荷载引起的侧向土压力 36 隧道内部车辆行人等引起的荷载 其它可变荷载 施工荷载 (设备运输、 施工机具及人员、盾构推进、压注浆等引起的荷载 ) 偶然荷载 地震荷载 地层压力竖向地层压力按全部地层压力计算。 而侧压力当隧道处于粘 性土中时按水土和算考虑，在砂性土地层时按水土分算考虑。 地层抗力通过设置在衬砌全环只能受压的径向弹簧单元和切向弹簧 单元来体现，这些单元受拉时将自动脱离，弹簧单元的刚度由衬砌周围土体的地基抗力系数决定。 同时，偏于安全方向的考虑，未计管片周围注浆引起的抗力增加效果。 管片结构自重钢筋混凝土管片重度取 25kN/m3 水压当在砂性土地层时水土分算时，水压按静水压 力考虑。 隧道内部荷载根据规范地铁隧道内的车辆荷载及冲击力对隧道结构影响 较小，可略去不计。 设定检算标准 材料设计值管片钢筋Ⅱ级钢强度设计值 fy＝ 310MPa 管片砼 37 C50，轴心抗压强度设计值 fc＝ 管片砼 C50，弯曲抗压强度设计值 fcm＝ 26MPa 管片砼 C50，抗拉强度设计值 ft＝ 2MPa 管片螺栓 (45 号钢 )抗拉压强度设计值 fy＝ 320MPa 管片螺栓 (45 号钢 )抗剪强度设计值 fs＝ 190Mpa 结构变形控制值直径变形＜ 2‰ D 环缝张开＜ 2mm 纵缝张 开＜ 3mm 砼结构允许裂缝宽度裂缝宽度＜ 结构抗浮安全系数施工期≥ ，使用期≥ 计算结果 管片截面内力及变形计算 各计算点的隧道管片衬砌环的最大截面内力及变形计算结果汇总于下表，以下附图为结构的内力、变形、地层抗力及各种接头螺栓的剪力图，各图均为衬砌环每环（ ）内实际出现之值。 管片衬砌环的截面内力及变形计算结果汇总表 计算点号 最大正弯矩Mmax () 最大正弯矩对应轴力 N(kN) 最大负弯矩 Mmin () 最大负弯 矩对 应 轴 力N(kN) 单点最大变形量 maxδ (mm) 计算点 1 计算点 2 38 计算点 3 计算点 4 注：截面内力为衬砌环每环（ ）内实际出现之值。 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 截面强度及裂缝宽度检算截面强度及裂缝宽度指标检算结果汇总表 计算点号 砼压应力caσ (MPa) 砼 拉 应力caσ (MPa) 截 面 承载力 Nu (kN) 截 面 承载力 Mu () 裂缝宽度 w (mm)。