合理選擇盾構隧道結構與防水方案

1、WELCOME中 國 鐵 建合理選擇盾構隧道結構與防水方案二、小組概況三、選題理由四、活動計劃五、現(xiàn)狀調查及目標確定六、原因分析七、要因確認八、研究制定對策目 錄十、實施效果十一、鞏固措施 十二、 總結及今后打算九、對策實施一、武漢長江隧道工程概況長江一橋 路線全長3630m武漢長江隧道工程位于武漢長江一橋、二橋之間，是一條解決武漢內(nèi)環(huán)線內(nèi)主城區(qū)過江交通的城市主干道，北起漢口大智路，南迄武昌沙湖附近三角路村，全長3630m。 沙湖大智路長江二橋一、武漢長江隧道工程概況一、武漢長江隧道工程概況隧道內(nèi)設雙向四車道，設計車速50km/h，分為江北段、盾構段和江南明挖段，盾構段全長2550m。 作為武

2、漢的第一條過江隧道，也是國內(nèi)第一條穿越長江的市政道路隧道，該工程投資巨大，難度極高，影響深遠，對今后類似工程的修建有著十分重要的參考價值。 2004年11月28日省委書記俞正聲親自主持了武漢長江隧道的開工儀式。一、武漢長江隧道工程概況注冊編號: 成立時間: 2004年10月5日 活動次數(shù): 10次 小組出勤： 98% 課題注冊時間: 2004年12月 小組類型: 攻關型 活動時間: 2004.102005.3 二、小組概況序號姓名性別年齡文化程度職 稱組內(nèi)職務受QC教育時間1肖明清男34碩士高工組 長482焦齊柱男33本科高工副組長463鄧朝輝男28本科工程師副組長454王騰飛男32本科工程師

3、組 員465王文輝男26本科工程師組 員426張慧蘭女31本科工程師組 員407管鴻浩男31本科工程師組 員408季大雪男26碩士助理工程師組 員89彭長勝男26碩士助理工程師組 員810陽 芳女24碩士助理工程師組 員8二、小組概況武漢長江隧道盾構斷面大，埋深大，隧道岸邊段最大埋深為40.5m，江中段最大埋深為21.3m，斷面最大水壓力0.57MPa，該工程結構與防水設計是整個越江隧道成敗的關鍵。隧道穿越地層復雜，既穿越淤泥質粘土、粉細砂、中粗砂，又穿越卵石層和基巖，這樣的地層除了極大地增加盾構隧道的施工難度外，還對隧道的結構和防水設計提出了更高的要求。其中襯砌接縫防水是盾構隧道防水的重點，

4、結構設計與防水設計又緊密相關。合理的結構與防水設計不僅能加快施工進度，而且能減少工程安全隱患，節(jié)省工程投資，推動水底隧道的發(fā)展。三、選題理由 基于以上理由，確定了QC課題的名稱為合理選擇盾構隧道結構與防水方案。 課題確定以后，小組制定了活動計劃實施表，要求全組成員按此計劃時間進行活動。(圖中虛線表示計劃完成時間，每一階段完成后，實際完成的時間用實線劃在它的下面。)計劃內(nèi)容10月11月12月1月2月3月現(xiàn)狀調查原因分析要因確認制定對策對策實施效果檢查鞏固措施下部打算四、活動計劃現(xiàn)狀調查 在我國，公路隧道（11m以上）僅上海地區(qū)修建了幾條穿越黃浦江的水底隧道，盾構管片分塊一般為7+1方式，基本上采

5、用左右轉彎環(huán)+標準環(huán)，環(huán)寬1.2-1.5m，采用彎螺栓，管片厚度為450500mm；水壓不超過0.4MPa，盾構機為土壓平衡式或泥水平衡式。五、現(xiàn)狀調查及目標確定現(xiàn)狀調查對于盾構隧道防水，歐洲多采用在接縫處設置彈性橡膠密封墊的方式，日本多采用在接縫處設置遇水膨脹橡膠條的方式，國內(nèi)盾構隧道設計者經(jīng)過對歐洲和日本防水方式及材料的綜合比選，結合國內(nèi)實際情況，基本上采用接縫處設置彈性橡膠密封墊防水的方式。五、現(xiàn)狀調查及目標確定現(xiàn)狀調查國內(nèi)已建的所有大直徑盾構隧道穿越地層均為軟土，地層相對單一。五、現(xiàn)狀調查及目標確定 武漢長江隧道是國內(nèi)第一條穿越長江的大斷面隧道，目前類似條件的隧道僅歐洲有幾例，可借鑒的

6、經(jīng)驗很少，設計施工難度極大，必須在設計和施工中不斷加強總結和優(yōu)化。為此我們確定了以下目標：目標確定五、現(xiàn)狀調查及目標確定 通過小組活動的開展，完整掌握大直徑盾構隧道結構與防水設計的關鍵技術，為今后相關工程提供技術支持。目標確定五、現(xiàn)狀調查及目標確定 通過方案比選及優(yōu)化，確定安全合理的設計方案，節(jié)省直接及間接投資，以取得良好的經(jīng)濟效益。 積極開展小組活動，以加快設計施工進度，保證工程質量，使隧道早日貫通，安全運行，造福武漢市民。可行性分析1、我院對盾構隧道設計已具備一定的技術積累，將借鑒國內(nèi)外類似工程成功經(jīng)驗，結合本工程實際情況，研究襯砌結構及防水方案，確保設計正確有效。2、小組成員構成為新老結

7、合，以老帶新，具有較強的專業(yè)技術水平，有一定的技術攻關能力。3、小組成員大多參加了武漢長江隧道的前期工作，對現(xiàn)場的情況比較了解，且具備廣州、上海盾構地鐵區(qū)間設計經(jīng)驗。4、武漢長江隧道是我院設計的第一條正在施工的過江隧道，因此本次活動受到了院領導的高度重視，小組成員參加活動的積極性也很高。五、現(xiàn)狀調查及目標確定可行性分析綜上所述，我們認為：小組確定的目標，通過小組成員的共同努力是完全可以實現(xiàn)的。 五、現(xiàn)狀調查及目標確定 為確保小組活動目標的實現(xiàn)，針對存在的問題，小組成員多方分析，查找原因，繪制了以下因果分析圖。六、原因分析第一次設計施工長江下大直徑盾構隧道人員下穿長江，隧道埋深大，水壓大合理選擇

8、盾構隧道結構與防水方案困難環(huán)境設計材料設計人員經(jīng)驗不足施工方經(jīng)驗不足工程地質條件復雜 工程外部環(huán)境復雜結構及防 水設計難度大管片環(huán)結構設計難度大接縫防水設計難度大密封墊難以確定密封墊材料選擇困難接縫張開量確定困難 針對原因分析中的末端因素，本著解決問題的目的，小組根據(jù)責任到人、互相幫助的原則，深入研究，精心論證，確定要因，以確保對策實施的準確性和針對性。論證結果詳見下表。序號末端因素理 由 簡 述要因 確認1設計人員經(jīng)驗不足可通過與國內(nèi)外專家交流，消化吸收大直徑盾構隧道成功設計經(jīng)驗，以彌補設計經(jīng)驗不足，不是要因。2施工方經(jīng)驗不足可通過與施工方交流貫徹設計意圖，同時施工方與國內(nèi)外交流，施工人員進

9、行培訓，以保證施工質量，不是要因。3隧道埋深大，水壓大隧道規(guī)劃下穿長江，隧道埋深需保證施工安全及滿足抗浮要求，埋深及水壓可調節(jié)余地不大，不是要因。4工程地質條件復雜隧道穿越地層因隧道設計可調整的可能性不大，不是要因。5管片環(huán)結構設計難度大管片環(huán)根據(jù)結構強度、防水要求設計，管片環(huán)的合理劃分可以在防水接縫長度和結構剛度之間協(xié)調，是結構設計的關鍵因素，是要因。6接縫防水設計難度大接縫設計要根據(jù)防水機理、防水要求來選擇，接縫防水形式直接影響結構防水效果，是要因。7密封墊材料選擇困難密封墊之間的接觸應力及材料的耐久性在很大程度上影響結構一百年正常使用年限內(nèi)結構的安全性，是要因。8接縫張開量確定困難在管片

10、環(huán)結構確定及工程外部環(huán)境一定的條件下，接縫張開量可以確定最不利工況，不是要因。七、要因確認 通過深入現(xiàn)場調查研究，運用各種方法對上述8項末端因素進行分析論證，我們找出了三個主要因素:管片環(huán)結構設計難度大接縫防水設計難度大密封墊材料選擇困難七、要因確認 針對上述主要因素，小組成員共同商討，集思廣益，在可控因素范圍內(nèi)對三項要因制定了切實可行的對策表。序號要因對策目標措施地點負責人完成日1管片環(huán)結構設計難度大確定滿足結構安全條件的襯砌厚度，在盾構機機械能力范圍內(nèi)增大環(huán)寬。管片結構滿足強度要求，減少接縫長度，做到強度、防水與施工機具有機結合。采用管片厚0.5m、環(huán)寬2.0m，等分9塊的管片環(huán)設計。鐵四

11、院總工辦公室肖明清焦齊柱鄧朝輝季大雪04.122接縫防水設計難度大在高水壓條件下，采用兩道密封墊防水。提供安全、可靠、經(jīng)濟的措施保證防水設計。根據(jù)內(nèi)外側防水特點，分別設計內(nèi)外防水墊。武漢長江隧道聯(lián)合體三層樓會議室肖明清鄧朝輝王騰飛05.13密封墊材料選擇困難內(nèi)外兩道防水分別采用適合其特點的防水材料。保證在使用期限范圍內(nèi)每道防水防線安全可靠。外側采用三元乙丙+遇水膨脹橡膠密封墊，內(nèi)側采用遇水膨脹止水條。西北橡膠塑料研究院試驗室焦齊柱鄧朝輝張惠蘭陽 芳05.2八、研究制定對策對 策 表實施一：針對管片環(huán)結構設計難度大這一要因，主要從以下幾個方面解決：1.合理選擇管片厚度，經(jīng)計算分析，選用50cm厚

12、管片；2.根據(jù)管片受力特點，選擇配用M30及M36連接螺栓；3.針對管片環(huán)劃分，做了以下幾個方案進行比較：分塊方案A塊圓心角（）外周弧長（m）環(huán)寬1.5m重（t）環(huán)寬2.0m重（t）環(huán)寬1.5m隧道接縫全長（m）環(huán)寬2.0m隧道接縫全長（m）7+1分塊模式51.4284.9379.25712.343146142.81197228塊等分454.328.110.8146142.81197228+1分塊模式454.328.110.8151192.4124771.69塊等分403.847.29.6151192.4124771.69+1分塊模式403.847.29.6156242129821.2九、對策

13、實施 確定采用環(huán)寬2.0m、管片厚50cm及等分9塊的管片環(huán)劃分方案實施二：針對接縫防水設計難度大這一要因，采取了雙道密封墊防水方案，外側靠近管片外緣，內(nèi)側設置在連接螺栓與內(nèi)緣之間，確保結構防水安全。九、對策實施實施三：針對密封墊材料選擇困難這一要因，根據(jù)內(nèi)外側防水特點，分別選用不同材料，外側為三元乙丙+遇水膨脹橡膠密封墊，內(nèi)側為遇水膨脹止水條，確保材料在一百年使用期限內(nèi)的防水效果。十、實施效果本QC小組嚴格地按照制定的對策進行實施，指定計劃時間表并落實到每個人，做到了有計劃、有目的、有步驟地完成了一個PDCA循環(huán)，取得了顯著的效果。技術效益：小組活動的開展，攻克了大直徑盾構隧道結構和防水設計

14、的難題，積累了大直徑盾構隧道的設計經(jīng)驗，同時設計人員的專業(yè)水平和個人素質都得到了提高。十、實施效果經(jīng)濟效益：管片環(huán)劃分減少接縫長度213712m，節(jié)省投資1480萬元；優(yōu)化管片接縫防水密封墊設計，防水密封墊截面積減少200mm2，節(jié)省投資748萬元；優(yōu)化連接螺栓，節(jié)省投資880萬元；共節(jié)省直接投資3108萬元。社會效益：課題的開展積極推動了項目設計施工的進展，為盾構機招標采購、管片高精度鋼模板制造提供了技術支持，為隧道早日貫通造福武漢市民作出貢獻。本項目成果在2004年11月設計評審會上獲得與會專家一致好評。十、實施效果本次活動達到了預期的目的，為了使本次活動的成果進一步深化、鞏固和提高，制定了以下鞏固措施：定期開展知識培訓活動，進行技術交流，并經(jīng)常組織到工程現(xiàn)場實地調研考察，學習先進的經(jīng)驗和技術。 十一、鞏固措施 小組通過本次PDCA循環(huán)，不僅節(jié)省了工程投資，而且使小組成員運用QC方法的能力、解決問題的信心、責任心、團隊精神、質量意識都有了明顯提高。項 目活動前活動后質量意識35