大直徑盾構(gòu)隧道的技術(shù)進(jìn)展(內(nèi)容詳細(xì))課件

國內(nèi)大直徑盾構(gòu)隧道

設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)展

王子成教授北京交通大學(xué)1醫(yī)學(xué)精制國內(nèi)大直徑盾構(gòu)隧道

設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)展王子成教授1醫(yī)學(xué)精制1.概述2.設(shè)計(jì)計(jì)算方法的進(jìn)步3.隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù)4.性能化設(shè)計(jì)的加強(qiáng)5.施工組織設(shè)計(jì)技術(shù)創(chuàng)新6.結(jié)語匯報(bào)內(nèi)容2醫(yī)學(xué)精制1.概述匯2醫(yī)學(xué)精制1.1國內(nèi)大直徑盾構(gòu)的發(fā)展概況

1概述

采用盾構(gòu)法修建隧道的歷史已有近170年。從二十世紀(jì)60年代以來，隨著機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展，不同類型盾構(gòu)機(jī)相繼出現(xiàn)，可實(shí)施的盾構(gòu)隧道直徑也逐漸增大，掘進(jìn)長度與開挖深度也在不斷增加，建成了英法海峽隧道、東京灣海底隧道、荷蘭綠色心臟隧道等一批著名工程。

英法海峽隧道

東京灣隧道綠色心臟隧道3醫(yī)學(xué)精制1.1國內(nèi)大直徑盾構(gòu)的發(fā)展概況1概述采用盾構(gòu)法1.1國內(nèi)大直徑盾構(gòu)的發(fā)展概況

1概述

自從上世紀(jì)90年代以來，隨著中國地下空間的開發(fā)利用和交通、能源等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大規(guī)?？焖侔l(fā)展，盾構(gòu)法隧道技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展。尤其是在越江交通隧道領(lǐng)域，不同地質(zhì)條件下的中等直徑和大直徑盾構(gòu)相繼開始使用，國內(nèi)部分大直徑越江隧道工程見表1（下頁）。4醫(yī)學(xué)精制1.1國內(nèi)大直徑盾構(gòu)的發(fā)展概況1概述自從1.1國內(nèi)大直徑盾構(gòu)的發(fā)展概況

1概述國內(nèi)大直徑盾構(gòu)工法應(yīng)用情況序號隧道名稱隧道外徑盾構(gòu)段長度盾構(gòu)型式建設(shè)時(shí)間1上海打浦路隧道10.0m1324m1臺網(wǎng)格式盾構(gòu)1966年2上海延安東路隧道11.0m1310m1臺網(wǎng)格式盾構(gòu)1988年3上海延安東路復(fù)線隧道11.0m約1.3km1臺泥水盾構(gòu)1994年4上海大連路隧道11.0m1258m2臺泥水盾構(gòu)2003年5上海復(fù)興東路隧道11.0m1214m2臺泥水盾構(gòu)2004年6上海翔殷路隧道11.36m1498m2臺泥水盾構(gòu)2005年7上海上中路隧道14.5m1250m1臺泥水盾構(gòu)在建8武漢長江隧道11.0m2550m2臺復(fù)合式泥水盾構(gòu)已通車9上海長江隧道15.0m7470m2臺泥水盾構(gòu)在建10南京長江隧道14.5m3022m2臺泥水盾構(gòu)在建11廣深港客專獅子洋隧道10.8m9340m4臺復(fù)合式泥水盾構(gòu)在建12杭州慶春路過江隧道11.3m1766m2臺泥水盾構(gòu)在建13杭州錢江隧道15.0m3250m2臺泥水盾構(gòu)在建5醫(yī)學(xué)精制1.1國內(nèi)大直徑盾構(gòu)的發(fā)展概況1概述國內(nèi)大直徑盾構(gòu)工法1.1國內(nèi)大直徑盾構(gòu)的發(fā)展概況

1概述

近年來，以武漢、南京、上海越長江隧道和廣深港客運(yùn)專線獅子洋隧道為代表的大直徑越江隧道的建設(shè)，無論是在工程建設(shè)規(guī)模還是建設(shè)難度方面，均堪稱世界級工程，極大地促進(jìn)了我國盾構(gòu)法隧道的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)進(jìn)步。6醫(yī)學(xué)精制1.1國內(nèi)大直徑盾構(gòu)的發(fā)展概況1概述近年來，1.2國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點(diǎn)1概述

1.2.1武漢長江隧道武漢長江隧道為城市道路隧道，盾構(gòu)通過的地層主要有：粘土、粉土、粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂、中粗砂、卵石、泥質(zhì)粉砂巖夾砂頁巖等，其中盾構(gòu)機(jī)開挖粉細(xì)砂、中粗砂、卵石地層的比例占全隧道的80％，砂地層中石英含量高達(dá)65％。在江中段每條隧道底部切入基巖長度約400m，切入基巖的最大深度約2.5m，基巖最大抗壓強(qiáng)度達(dá)40MPa。漢口引道起點(diǎn)中山大道漢口工作井武昌工作井友誼大道江南引道終點(diǎn)7醫(yī)學(xué)精制1.2國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點(diǎn)1概述1.2國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點(diǎn)1概述

1.2.1武漢長江隧道盾構(gòu)段最大水壓力達(dá)0.57MPa。江中段及兩岸邊大部分地段，盾構(gòu)段均位于富含承壓水的粉細(xì)砂地層，其水平滲透系數(shù)約5×10－3cm/s，垂直滲透系數(shù)約5×10－4cm/s。隧道覆土厚度最大40.5m，最小7.2m，土壓變化大；長江水位洪水期與枯水期差別大，年內(nèi)變幅可達(dá)15m左右，歷史最高最低水位相差18m。漢口引道起點(diǎn)中山大道漢口工作井武昌工作井友誼大道江南引道終點(diǎn)8醫(yī)學(xué)精制1.2國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點(diǎn)1概述1.2國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點(diǎn)1概述

1.2.1武漢長江隧道由于隧道位于武漢市中心城區(qū)，地面建筑密集，受盾構(gòu)施工影響的地面建筑物多達(dá)50余幢，最高的建筑物為8層，其中下穿魯慈故居（省級文物）處的覆土厚度僅6m。此外，隧道穿越多條城市道路，其地下管線眾多，同時(shí)還需穿越武九鐵路、長江防洪堤等。9醫(yī)學(xué)精制1.2國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點(diǎn)1概述1.2國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點(diǎn)1概述

1.2.2南京長江隧道南京長江隧道為城市快速路隧道，盾構(gòu)通過的地層主要有：淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土夾粉土、粉土、粉細(xì)砂、礫砂、圓礫、強(qiáng)風(fēng)化鈣質(zhì)泥巖，其中盾構(gòu)切入泥巖的長度約350m，最大切入深度約3.9m，泥巖抗壓強(qiáng)度小于1.0MPa。盾構(gòu)機(jī)開挖地層大部分為粉細(xì)砂、礫砂、圓礫地層，比例占全隧道的85％。10醫(yī)學(xué)精制1.2國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點(diǎn)1概述1.2國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點(diǎn)1概述

1.2.2南京長江隧道盾構(gòu)段最大水壓力達(dá)0.65MPa。江中段粉細(xì)砂地層垂直滲透系數(shù)2.2×10-4cm/s，水平滲透系數(shù)1.2×10-4cm/s。隧道覆土厚度最大31m，最小5.5m，土壓變化大；長江水位洪水期與枯水期差別大，年內(nèi)變幅可達(dá)9m左右，歷史最高最低水位相差10.1m。11醫(yī)學(xué)精制1.2國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點(diǎn)1概述1.2國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點(diǎn)1概述

1.2.2南京長江隧道盾構(gòu)需穿越兩道長江防洪大堤，受水下以及兩岸地形限制，江中約130m處于淺埋段，覆土厚度為0.7～1.0D(D為隧道直徑)。12醫(yī)學(xué)精制1.2國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點(diǎn)1概述1.2國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點(diǎn)1概述

1.2.3上海長江隧道上海長江隧道為高速公路與地鐵合建的隧道，盾構(gòu)段穿越的主要地層為淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粘土、砂質(zhì)粉土，局部地層中夾薄層粉砂和粘質(zhì)粉土透鏡體。主要不良地質(zhì)現(xiàn)象有：淺層氣、砂土液化、流砂、管涌、淤泥質(zhì)粘土靈敏度高，易產(chǎn)生觸變與蠕變。工程淺部土層潛水與長江水有密切水力聯(lián)系，砂性土中地下水具承壓性，粉質(zhì)粘土中有微承壓水。13醫(yī)學(xué)精制1.2國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點(diǎn)1概述1.2國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點(diǎn)1概述

1.2.3上海長江隧道隧道在現(xiàn)狀河床下覆土厚度最大29m，最小14m。隧道最大水壓力約55m。工程沿線除長江防洪堤外，基本無其它建筑物。14醫(yī)學(xué)精制1.2國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點(diǎn)1概述1.2國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點(diǎn)1概述

1.2.4獅子洋隧道獅子洋隧道為高速鐵路隧道，盾構(gòu)段穿越地層為淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂、中粗砂、全風(fēng)化-弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、砂礫巖。盾構(gòu)穿越弱風(fēng)化基巖、半巖半土、第四系覆蓋物地層的長度分別占掘進(jìn)長度的73.3％、13.3％、13.4％。基巖的最大單軸抗壓強(qiáng)度為82.8MPa，基巖層的滲透系數(shù)達(dá)6.4×10-4m/s，基巖的石英含量最高達(dá)55.2%，巖石地層的粘粉粒（≤75μm）含量為26.1～55.3%。15醫(yī)學(xué)精制1.2國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點(diǎn)1概述1.2國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點(diǎn)1概述

1.2.4獅子洋隧道地下水主要為第四系地層的孔隙水和白堊系巖層的裂隙水，具承壓性，地下水補(bǔ)給充足。隧道在現(xiàn)狀河床下覆蓋厚度最大45m，最小10m。隧道最大水壓力67m，為目前國內(nèi)水壓力最大的盾構(gòu)隧道。盾構(gòu)需穿越多道海堤和虎門港碼頭樁基。16醫(yī)學(xué)精制1.2國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點(diǎn)1概述1.2國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點(diǎn)1概述

1.2.5環(huán)境條件的主要特點(diǎn)

由上可見，國內(nèi)幾座大直徑盾構(gòu)隧道的工程用途涵蓋了城市道路、城市快速路、高速公路和高速鐵路，盾構(gòu)穿越的地層包含了極軟土、粉細(xì)砂、中粗砂、卵礫石、軟巖、中硬巖等多種地層，地層滲透性變化范圍大，水土壓力高，水壓力大，地面環(huán)境亦十分復(fù)雜，如此復(fù)雜的環(huán)境條件也促進(jìn)了工程設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步。17醫(yī)學(xué)精制1.2國內(nèi)幾座代表性大直徑盾構(gòu)隧道的環(huán)境條件特點(diǎn)1概述2.1盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算理論概況2設(shè)計(jì)計(jì)算方法的進(jìn)步

盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算經(jīng)歷了剛性結(jié)構(gòu)法、彈性結(jié)構(gòu)法、假定抗力法、彈性地基梁法、連續(xù)介質(zhì)法幾個(gè)階段，幾種地下結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的發(fā)展在時(shí)間上沒有截然的前后之分，后期提出的計(jì)算方法也沒有否定前期的成果，且每一種計(jì)算理論中，又可根據(jù)假定條件的不同細(xì)分為多種具體的計(jì)算方法。在目前設(shè)計(jì)和研究中，假定抗力法、彈性地基梁法和連續(xù)介質(zhì)模型計(jì)算法都有應(yīng)用。由于可用于盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算的方法很多，相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果的差距也較為明顯。

18醫(yī)學(xué)精制2.1盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算理論概況2設(shè)計(jì)計(jì)算方法的進(jìn)步2.1盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算理論概況2設(shè)計(jì)計(jì)算方法的進(jìn)步世界各國盾構(gòu)隧道襯砌設(shè)計(jì)荷載計(jì)算方法見下表：國家設(shè)計(jì)模型設(shè)計(jì)水土壓力（σv為垂直水土壓力；σh為水平水土壓力）澳大利亞全周彈簧模型σv＝全部覆土重σh＝λσv+靜水壓力奧地利全周彈簧模型淺埋隧道：σv＝全部覆土重σh＝λσv+靜水壓力深埋隧道：按泰沙基土壓力公式西德覆土深≤2D：局部彈簧模型；覆土深≥2D：全周彈簧模型σv＝全部覆土重σh＝λσv（λ＝0.5）法國全周彈簧模型或有限元法σv＝全部覆土重或按泰沙基土壓力公式σh＝λσv（λ取經(jīng)驗(yàn)值）日本慣用設(shè)計(jì)法或梁——彈簧模型σv＝全部覆土重或按泰沙基土壓力公式計(jì)算σh＝λσv（砂性土分算、粘性土合算）西班牙考慮圍巖和襯砌相互作用的Buqera方法不計(jì)粘聚力的泰沙基公式英國全周彈簧模型或MoirWood法σv＝全部覆土重σh＝σv（1+λ）/2美國彈性地基圓環(huán)法σv＝全部覆土重σh＝λσv+水壓力，λ＝（0.4～0.5）19醫(yī)學(xué)精制2.1盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算理論概況2設(shè)計(jì)計(jì)算方法的進(jìn)步世界各2.2我國大直徑盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法2設(shè)計(jì)計(jì)算方法的進(jìn)步

我國大直徑盾構(gòu)的結(jié)構(gòu)一般采用修正慣用設(shè)計(jì)法或梁——彈簧模型進(jìn)行計(jì)算，但根據(jù)工程的具體條件也有采用其它計(jì)算方法的實(shí)例，如獅子洋隧道由于大部分地段位于基巖中，采用了有限元法進(jìn)行計(jì)算。由于我國盾構(gòu)隧道的直徑在逐步加大，而且很多隧道在當(dāng)?shù)鼐鞘状谓ㄔO(shè)，缺少經(jīng)驗(yàn)，因此，一般同時(shí)采用兩種計(jì)算方法進(jìn)行相互校核，并取其內(nèi)力包絡(luò)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2.2.1隧道橫向計(jì)算

20醫(yī)學(xué)精制2.2我國大直徑盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法2設(shè)計(jì)計(jì)算方法的進(jìn)2.2我國大直徑盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法2設(shè)計(jì)計(jì)算方法的進(jìn)步

隨著對盾構(gòu)隧道研究的深入，結(jié)合對已經(jīng)運(yùn)營的盾構(gòu)隧道的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，盾構(gòu)隧道的縱向變形問題開始受到關(guān)注，并提出了縱向設(shè)計(jì)的概念。目前縱向計(jì)算多采用彈性地基梁的方法，對曲線半徑較小的地段同時(shí)也采用三維有限元的方法對施工過程進(jìn)行模擬計(jì)算。2.2.2隧道縱向計(jì)算

21醫(yī)學(xué)精制2.2我國大直徑盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法2設(shè)計(jì)計(jì)算方法的進(jìn)2.2我國大直徑盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法2設(shè)計(jì)計(jì)算方法的進(jìn)步

為驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性與合理性，南京長江隧道、上海長江隧道、獅子洋隧道均進(jìn)行了原型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)和現(xiàn)場實(shí)測，這些研究成果對改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法將起到很好的指導(dǎo)作用。

2.2.3大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與現(xiàn)場實(shí)測22醫(yī)學(xué)精制2.2我國大直徑盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法2設(shè)計(jì)計(jì)算方法的進(jìn)2.2我國大直徑盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法2設(shè)計(jì)計(jì)算方法的進(jìn)步

為驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性與合理性，南京長江隧道、上海長江隧道、獅子洋隧道均進(jìn)行了原型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)和現(xiàn)場實(shí)測，這些研究成果對改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法將起到很好的指導(dǎo)作用。

2.2.3大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與現(xiàn)場實(shí)測23醫(yī)學(xué)精制2.2我國大直徑盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法2設(shè)計(jì)計(jì)算方法的進(jìn)武漢長江隧道3.1襯砌結(jié)構(gòu)的多樣化3隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù)

工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，盾構(gòu)法隧道采用單層管片襯砌完全可以滿足變形、接縫張開量及混凝土裂縫控制等的設(shè)計(jì)要求，同時(shí)通過同步注漿和二次注漿，可以進(jìn)一步加強(qiáng)管片穩(wěn)定與防水效果。又由于單層管片襯砌具有工藝簡單、工期短、投資節(jié)省的優(yōu)點(diǎn)，因此盾構(gòu)隧道一般采用單層管片襯砌。

24醫(yī)學(xué)精制武漢長江隧道3.1襯砌結(jié)構(gòu)的多樣化3隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù)3.1襯砌結(jié)構(gòu)的多樣化3隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù)

隨著盾構(gòu)隧道工程用途的推廣，國內(nèi)鐵路盾構(gòu)隧道開始嘗試設(shè)置二次襯砌的新結(jié)構(gòu)。如獅子洋隧道擬在軟弱地層地段和防災(zāi)救援定點(diǎn)地段加設(shè)內(nèi)襯。這主要是由于高速列車通過隧道時(shí)，隧道內(nèi)氣壓變化幅度大、頻率高，防火涂層由于耐久性和粘結(jié)力的原因可能產(chǎn)生掉塊，而二次襯砌無論是在耐久性還是防火性能方面均有明顯的優(yōu)勢。擬建的滬通管片內(nèi)襯鐵路黃浦江隧道為通行雙層集裝箱列車和油罐車的水下盾構(gòu)隧道，為加強(qiáng)防火性能和提高抵抗列車脫軌撞擊的能力，亦準(zhǔn)備采用管片＋內(nèi)襯的結(jié)構(gòu)方案。25醫(yī)學(xué)精制3.1襯砌結(jié)構(gòu)的多樣化3隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù)3.2通用楔形環(huán)的采用3隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù)

我國上個(gè)世紀(jì)修建的盾構(gòu)隧道均同時(shí)采用幾種襯砌環(huán)類型，即左轉(zhuǎn)彎環(huán)、右轉(zhuǎn)彎環(huán)和直線環(huán)。該種設(shè)計(jì)方式有以下缺點(diǎn)：①襯砌環(huán)類型多，需要更多的管片制造模具，增加了造價(jià)；②由于各種襯砌在外觀尺寸上差別很小，增加了施工管理難度；③管片本身無法擬合豎曲線，在豎曲線地段需在環(huán)面加設(shè)不等厚的墊片，這在強(qiáng)透水和高水壓地層中對防水不利；④由于施工中不可避免會(huì)產(chǎn)生掘進(jìn)方向的誤差，因而在一環(huán)掘進(jìn)完成前無法預(yù)知該采用何種襯砌環(huán)，不利于管片提前組織運(yùn)輸，因而施工速度較慢，當(dāng)掘進(jìn)長度較長時(shí)尤為不利。26醫(yī)學(xué)精制3.2通用楔形環(huán)的采用3隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù)3.2通用楔形環(huán)的采用3隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù)

為克服上述缺點(diǎn)，武漢長江隧道工程在國內(nèi)大直徑盾構(gòu)隧道中率先采用通用楔形環(huán)襯砌。該種類型襯砌環(huán)只需一種類型模具，通過襯砌環(huán)的旋轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)直線、平曲線、豎曲線的擬合和糾偏需要，且擬合精度高。通用楔形環(huán)的缺點(diǎn)在于管片空間旋轉(zhuǎn)位置不固定，為找出結(jié)構(gòu)最不利受力狀態(tài)，需進(jìn)行高達(dá)幾十種甚至上百種拼裝組合狀態(tài)的計(jì)算，計(jì)算工作量大。27醫(yī)學(xué)精制3.2通用楔形環(huán)的采用3隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù)為3.3新材料的應(yīng)用3隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù)

為提高管片襯砌的防火性能并減少管片制作過程中的表面收縮裂縫，不少隧道開始采用合成纖維混凝土管片。合成纖維應(yīng)選擇耐堿性強(qiáng)、彈性模量高、熔點(diǎn)低的材料，摻量控制在1.5kg/m3左右。3.3.1混凝土結(jié)構(gòu)新材料的應(yīng)用28醫(yī)學(xué)精制3.3新材料的應(yīng)用3隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù)3.3新材料的應(yīng)用3隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù)3.3.1混凝土結(jié)構(gòu)新材料的應(yīng)用

在上軟下硬的復(fù)合地層中掘進(jìn)時(shí)，千斤頂推力變化較大，容易造成管片局部開裂，同時(shí)在該種地層中荷載分布及結(jié)構(gòu)支撐狀態(tài)均明顯比單一地層中更不利，因此武漢長江隧道和獅子洋隧道均采用了鋼筋－鋼纖維混凝土管片。通過利用鋼纖維混凝土材料抗拉、抗裂性能好、韌性好的優(yōu)點(diǎn)，抵抗不可預(yù)見的局部高應(yīng)力。29醫(yī)學(xué)精制3.3新材料的應(yīng)用3隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù)3.3.1混凝3.3新材料的應(yīng)用3隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù)

目前盾構(gòu)隧道接縫防水的常用材料為三元乙丙橡膠（EPDM）和普通遇水膨脹橡膠，EPDM橡膠的耐久性好，但普通遇水膨脹橡膠在長期或反復(fù)浸水前后質(zhì)量損失較大、膨脹倍率下降，耐久性相對較差。最近南京長江隧道、上海長江隧道引進(jìn)了聚醚聚氨酯遇水膨脹橡膠作為接縫的輔助防水材料。該種橡膠材質(zhì)為含親水性單元的線型聚醚聚氨酯彈性體，聚醚分子在聚氨酯遇水膨脹膠中以化學(xué)鏈結(jié)合，且材料本身也是全部以化學(xué)鏈結(jié)合的熱固性結(jié)構(gòu)，沒有無機(jī)填充物和有機(jī)增塑劑，所以即使在有機(jī)溶劑中也無可抽出物，更不溶于水，即使在流動(dòng)水中長期浸泡下其質(zhì)量和膨脹倍率也能基本保持不變，因而其耐久性較好。

3.3.2盾構(gòu)接縫防水新材料的應(yīng)用30醫(yī)學(xué)精制3.3新材料的應(yīng)用3隧道結(jié)構(gòu)與防水新技術(shù)4.1工程風(fēng)險(xiǎn)評估

4性能化設(shè)計(jì)的加強(qiáng)

2004年國際隧協(xié)發(fā)布了《隧道風(fēng)險(xiǎn)管理指南》，英國、日本等國家的隧道協(xié)會(huì)或保險(xiǎn)業(yè)協(xié)會(huì)也發(fā)布了類似的風(fēng)險(xiǎn)評估與管理的規(guī)范或指南，我國鐵道部于2007年也發(fā)布實(shí)施了《鐵路隧道風(fēng)險(xiǎn)評估與管理暫行規(guī)定》，上述大直徑盾構(gòu)隧道均進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評估專題研究。通過風(fēng)險(xiǎn)評估對工程設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評價(jià)與優(yōu)化的辦法，可以說是隧道設(shè)計(jì)技術(shù)的一項(xiàng)進(jìn)步。PqRRR31醫(yī)學(xué)精制4.1工程風(fēng)險(xiǎn)評估4性能化設(shè)計(jì)的加強(qiáng)4.1工程風(fēng)險(xiǎn)評估

4性能化設(shè)計(jì)的加強(qiáng)

在盾構(gòu)法隧道設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)評估中，經(jīng)常出現(xiàn)的關(guān)鍵問題有：隧道長距離掘進(jìn)是否可行，長隧道究竟該采取怎樣的綜合防災(zāi)與救災(zāi)措施，其中并行隧道之間的橫通道設(shè)置更是焦點(diǎn)問題。對于長距離掘進(jìn)的爭論主要是由于國際上長距離掘進(jìn)的工程實(shí)例還相對較少，工程經(jīng)驗(yàn)不多，特別是帶壓換刀難度大，對工期影響大。目前，武漢長江隧道在高石英含量的砂層中掘進(jìn)2550m，期間沒有換刀，盾構(gòu)到達(dá)后刀具磨損不大，預(yù)計(jì)可以再掘進(jìn)2～3km。32醫(yī)學(xué)精制4.1工程風(fēng)險(xiǎn)評估4性能化設(shè)計(jì)的加強(qiáng)在盾構(gòu)法隧4.1工程風(fēng)險(xiǎn)評估

4性能化設(shè)計(jì)的加強(qiáng)

至于對綜合防災(zāi)與救災(zāi)措施方面的爭論，原因是多方面的，一方面是由于國內(nèi)對隧道火災(zāi)概率、火災(zāi)規(guī)模等的基礎(chǔ)理論研究還很不夠，不同專家的評價(jià)結(jié)果不同；另一方面經(jīng)濟(jì)能力也是主要的制約因素，如歐洲，各種防災(zāi)設(shè)備一應(yīng)俱全，唯恐“遺漏”，而國內(nèi)選擇變動(dòng)的余地較大；33醫(yī)學(xué)精制4.1工程風(fēng)險(xiǎn)評估4性能化設(shè)計(jì)的加強(qiáng)至于對綜合4.1工程風(fēng)險(xiǎn)評估

4性能化設(shè)計(jì)的加強(qiáng)

再有，消防主管部門與隧道技術(shù)專家的認(rèn)識角度不同，隧道技術(shù)專家多從橫通道修建的技術(shù)難度與風(fēng)險(xiǎn)方面進(jìn)行考慮，而消防部門則更多的關(guān)注設(shè)備的先進(jìn)性與救災(zāi)的及時(shí)性。因此，國內(nèi)在建隧道的橫通道設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一，地域不同，方式也不同。

盡管如此，隨著工程經(jīng)驗(yàn)的積累和風(fēng)險(xiǎn)評估精度的提高，在該方面的設(shè)計(jì)將越來越趨于科學(xué)。34醫(yī)學(xué)精制4.1工程風(fēng)險(xiǎn)評估4性能化設(shè)計(jì)的加強(qiáng)再有，消防4.2耐久性設(shè)計(jì)

4性能化設(shè)計(jì)的加強(qiáng)

工程結(jié)構(gòu)的耐久性對國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的作用是勿容置疑的，中國土木工程學(xué)會(huì)發(fā)布的《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》對提高廣大工程技術(shù)人員對耐久性的認(rèn)識和對提高工程耐久性質(zhì)量起到了很大的作用。盾構(gòu)法隧道目前的設(shè)計(jì)和施工在耐久性方面采取了嚴(yán)格的構(gòu)造和工藝措施。但應(yīng)該看到，我國對耐久性的研究深度與規(guī)模還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，特別是地下工程的耐久性研究差距更大。目前在建的幾座大直徑盾構(gòu)隧道均進(jìn)行了耐久性的專題研究與試驗(yàn)，如南京長江隧道，對混凝土耐久性進(jìn)行了受力狀態(tài)下的室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場取樣分析，對管片制作提出了耐久性方面的過程控制參數(shù)，這些探索對盾構(gòu)隧道耐久性設(shè)計(jì)與施工將起到積極的作用。35醫(yī)學(xué)精制4.2耐久性設(shè)計(jì)4性能化設(shè)計(jì)的加強(qiáng)工程結(jié)4.3防火設(shè)計(jì)

4性能化設(shè)計(jì)的加強(qiáng)

在公路隧道方面，2006年以前，國內(nèi)對公路隧道的防火設(shè)計(jì)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，多是根據(jù)隧道的交通功能及車輛類型參考國外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。2006年12月，國家發(fā)布了《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》，對城市道路隧道根據(jù)車輛類型、隧道長度進(jìn)行了分類，并提出了應(yīng)滿足的標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線。這對統(tǒng)一防火設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)起到了良好的促進(jìn)作用。36醫(yī)學(xué)精制4.3防火設(shè)計(jì)4性能化設(shè)計(jì)的加強(qiáng)在公路隧道方4.3防火設(shè)計(jì)

4性能化設(shè)計(jì)的加強(qiáng)

在鐵路隧道方面，雖然有《鐵路工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》，但沒有提出隧道標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線。目前國內(nèi)有關(guān)設(shè)計(jì)單位采用的標(biāo)準(zhǔn)為：客運(yùn)專線隧道按RABT標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線采用，火源功