隧道建设方法范文

关键词:软土;盾构隧道;纵向设计;地下工程

1概述当前大量地下隧道建设实践中,盾构施工法已成为城市地下隧道建设的主要施工方法,尤其地铁隧道。上海现有和正建的地铁隧道无一例外地采用这一方法施工。而上海同许多沿海城市一样是位于软土广泛分布的地层上,正是盾构隧道结构所处的软土环境导致大量的运营软土盾构隧道发生过量的纵向沉降或不均匀沉降,引起隧道渗水、漏泥或结构局部破坏,有时甚至会影响到隧道的正常运营[20][21]。

因此,深入研究软土盾构隧道纵向变形对隧道结构影响及考虑纵向变形的衬砌结构纵向设计理论是解决软土盾构隧道现存问题的关键,尤其是衬砌结构纵向设计方法。

2衬砌结构纵向设计现状

目前,国内外对盾构法隧道衬砌结构设计主要采用横向设计。在国内,我国地下铁道及铁路隧道设计规范[6]中推荐使用荷载结构模型,而未考虑纵向变形的影响。《上海市地基基础设计规范》1999版中对盾构隧道纵向变形进行了一定的考虑[7],提出盾构隧道纵向不均匀沉降的影响是不可忽视的。尤其是盾构工作井和区间隧道的连接处;隧道底部下卧土层特性及分层突变处;覆土厚度急剧改变处等,都会有较明显的不均匀沉降。提出在设计中应按照预估的沉降差,设置适量的变形缝。规范还提到在施工阶段和使用阶段,进行隧道结构的横向内力和变形计算时,在必要的时候宜考虑隧道纵向变形对横向内力和变形值的影响。

由于隧道纵向问题属于三维问题,其结构复杂,纵向结构计算模型尚不成熟。但也已经取得了一定的科研成果。在工程实测和室内试验基础上,已建立了一些隧道纵向结构计算模型。目前对软土隧道纵向结构的理论研究主要分为:试验或实测分析法、数值分析法和理论解析法。在理论解析法中根据隧道接缝和螺栓简化方法的不同,日本学者提出了两种隧道纵向结构理论,一种是以村上博智及小泉淳[22]为代表的以轴向、剪切和弯曲弹簧模拟接缝和螺栓、以梁单元模拟衬砌环的梁一弹簧模型,它是将横向梁一弹簧模型移植到了隧道结构纵向(见图3);纵向粱一弹簧模型中每一衬砌环均由一直线粱模拟,各衬砌环间的接缝以弹簧模拟,因而在作纵向分析计算时单元较多,它可以模拟衬砌环和接缝性能有变化的隧道段,但其缺点也是明显的,即一般适合于线性分析,并且由于以单元作为基础,分析过程为矩阵形式,需要通过数值方法实现,所得结果需要进行再一次分析才能得到管片、螺栓应力和接缝张开度等关键数据。另一种模型是以志波由纪夫及川岛一彦[23～25]为代表的等效轴向刚度模型,该方法认为隧道在横向为一均质圆环、在纵向以刚度等效的方法将有环向接缝非连续的结构等效为连续均质圆筒。由于是直接从分析衬砌环向接缝和螺栓的受力变形性能出发得到等效模型,因此计算结果可直接给出管片和螺栓应力,并且在很多情况下可推导得到显式理论解,应用方便,但该方法也有未考虑预应力、只简单被认为是弹性地基上的直梁等缺点,然而,根据目前国内外的研究现状来看,轴向等效刚度方法是当前隧道结构的纵向理论研究中提出的最好的方法。该法为研究盾构隧道纵向问题奠定了坚实的理论基础。3盾构隧道结构拼装型式在我国,上海先期施工的盾构法隧道基本采用通缝拼装形式,而上海近期建设的隧道及广州和南京地铁盾构法隧道则全部采用错缝拼装形式,从而说明错缝拼装形式在抵抗纵向变形上优于通缝拼装形式。既然不同的拼装形式有不同力学效果,能够改变衬砌的纵向刚度及控制纵向裂缝和不均匀变形,那么采用更多不同力学效果的拼装形式就成为解决当前软土盾构隧道结构纵向问题的另一关键问题。

4软土盾构隧道结构存在问题

从当前工程设计的实际应用和理论研究进展分析可得出软土盾构隧道衬砌结构在考虑纵向问题时的不足之处:缺乏与纵向理论要求接近的衬砌形式;现有的纵向理论缺乏与工程实际的结合;衬砌拼装形式单一(不能协调纵向不均匀变形);衬砌管片材料在同一工程中单一;衬砌管片宽度在同一工程中单一;纵向线形不合理。

5软土盾构隧道纵向设计展望

为克服软土盾构隧道现存问题,必须从以下两方面来解决:

(1)从软土盾构隧道衬砌管片拼装形式、管片材料等方面进行创新改造。以增大软土盾构隧道衬砌结构的纵向刚度的变化,使软土盾构隧道衬砌结构的纵向刚度具有可控性。而不同刚度的多样的衬砌结构拼装形式是解决软土盾构隧道纵向问题成为可能。

(2)在纵向设计理论研究及其成果应用上应有所加强。隧道纵向结构性能的研究和横向性能研究相比还处在早期发展阶段,其成果尚未应用到工程设计的实践中。如何将已有的理论研究成果应用于工程设计(即纵向设计),使工程设计更加符合客观现实。这不仅符合当前设计理论发展的趋势,更能实现在设计阶段上就开始着手解决软土盾构隧道现存问题(过量的纵向沉降或不均匀沉降,导致隧道渗水、漏泥或结构局部破坏而影响隧道的正常运营),避免软土盾构隧运营后再进行处理的被动状态,因此,可节约大量资金。

总之,软土盾构隧道结构纵向设计理论,不仅是软土盾构隧道结构设计理论发展的需要,也是社会发展的需要。它不仅具有理论价值,而且更具重要的经济意义和社会意义。

参考文献:[2]黄宏伟.城市隧道与地下工程的发展与展望[J].地下空间,2001,21(4):311-317

[3]刘建航,侯学渊.盾构法隧道[M].北京:中国铁道出版社,1991

[4]陈基炜,詹龙喜.上海市地铁一号线变形测量及规律分析[J].城市地质,2000,(2):51-56[6]GB50157-92.地下铁道设计规范[S]

[7]DGJ08-11-1999上海市地基基础设计规范[S]

[8]WorkingGroupNo.2,ITA,GuidelinesfortheDesignofShieldTunnelLining[R].2000,15(3):303-331

[9]DesignandConstructionofTransportationFacilities[R],ResearchingReportofATRB,2000[11](日本)土木学会.日木隧道标准规范(盾构篇)及解释[M]刘铁雌译,关宝树校.成都:西南交通大学出版社,1988[13]P.M.Donde,J.J.Wang.Sheartransferthroughboltsinsegmentaltunnellinings[J].TowardsNewWorldsinTunnelling.Balkerna,Rotterdam,1992:295-301[15]朱合华,崔茂玉,杨金松.盾构法衬砌管片的设汁模型与荷载分布的研究[J].岩土工程学报.2000,22(2):190-194

隧道建设方法范文

【关键词】山区隧道；地质勘察技术；综合应用；探讨

隧道工程建设施工难度大，施工技术要求高，任何一个施工环节出现问题都可能对整个隧道工程质量产生严重影响。山区地质环境较其他区域而言，其地质环境更为复杂，特别是在深埋隧道工程建设中经常会遇到高地应力岩爆及高地温等问题，超长隧道工程建设施工中会遇到通风问题；软弱围岩地质条件下的隧道工程建设会在施工中遇到塌方，渗透等问题，这些因素的存在都给隧道施工带来极大的难度。为了能够保证山区隧道工程施工质量必须要通过技术手段来防止这些地质灾害，地质勘查技术是当前隧道建设工程领域中一项重要的防治这些地质灾害，确保隧道工程安全施工的重要技术。加强对该项技术在山区隧道工程建设中的综合应用问题研究具有十分重要的现实意义。

1.山区隧道工程地质状况概述

山区隧道一般为岩溶地貌或蚀峰地貌，整体地质具有明显的切割特征，高差较大，通常从进洞到出洞的呈现出逐步降低趋势。山区岩体的整体性差，通常山区的岩体节理裂痕比较严重，使得在隧道工程建设时往往会因围岩稳定性差给施工带来极大的难度。所以，针对山区隧道工程地质状况特点，为了能确保隧道工程顺利实施，必须要对山区隧道的地质水文情况、地质构造规律特征、岩溶发育状况进行深入细致的勘查，根据地质勘查结果合理选用施工技术和施工工艺，并结合勘查数据结果对施工可能会存在的施工安全隐患问题采取有针对性的技术处理措施，为山区隧道工程建设的顺利实施提供重要的技术支持。

2.地质勘察技术在山区隧道工程建设中综合应用方式及效果

2.1地质调绘技术

地质调绘技术是一项综合性的地质勘查技术，该技术主要对山区隧道整体地质状况进行勘查分析。具体而言，该项技术主要是对山区隧道施工区域的地质条件和地貌条件进行深入的勘查，结合施工区域相关地质状况资料对隧道工程建设的可行性作出综合评价，为后续的隧道地质勘查工作提供重要的依据。由于山区隧道工程的地质条件相对比较复杂，通过运用地质调绘技术可以对山区隧道的整体地质状况进行掌握，经对隧道工程区域地质状况的细化分析后发现不利于隧道施工的地质问题，进而针对问题采取相应的防范措施。由于绝大多数的地表都是由第四系覆盖，往往在地质构造方面对地质具体情况难以直观观测到。在此情况下，我们可运用地质调绘技术在岩层上合理地布四条物探测线，同时结合地震法及电法对其进行勘查，可对岩层的断裂的具体走向和发展趋势进行整体掌握。为山区隧道工程后期的地质勘查工作施工组织设计提供重要的地质资料参考依据。

2.2综合物探技术

地质调绘技术是对山区隧道工程区域的地质构造，如岩层、水文进行大面积的勘查、分析的技术。使得我们对山区隧道工程的地质状况有了整体性掌握，且对山区隧道工程施工中可能存在的不利于施工的地质问题进行了分析和评价。这样为山区隧道工程的后续地质勘查工作确定了地质勘查目标和方向。综合物探是山区隧道地质勘查技术体系的重要组成部分，该项技术融合高密度电法、地震折射法、电测探法、室内岩芯法及综合测井法于一体的综合性物探技术。在地质勘查实践应用中，可首先采用地震折射的方式沿着路线发展方向布置两条物探纵剖面；应用电测探法与高密度电法在隧道的进口位置与出口位置布设四条横剖面；应用地震折射法相应的连续简单观测体系测定完整浅部基岩界面实际速度，按照岩层倾角逐步推延至洞身，参照钻孔岩芯测试弹性波速的相应结果实施统计与对比。对钻探状况和地质调绘地质覆盖层的具体厚度进行综合性分析，确定各断层的走向、倾角、线路具置及断层宽度。通过对地质勘查所得资料的分析通过弹性波对岩石种类进行划分，然后结合电测探法和高密度电法、地质调绘应用差时距曲线对山区隧道地质的实际状况进行定量分析，经分析后确定隧道工程进口位置及出口位置的地层结构、岩石覆盖层厚度和各边界岩层风化程度、岩体的完整性等，为山区隧道工程施工工艺、施工技术的选定提供重要的参考依据。

2.3钻探技术

钻探技术是检验山区隧道地质勘查调绘技术和物探技术在综合勘查中是否有效果的最为直接的方法，也是对山区隧道工程地质水文参数进行采集的重要方式。钻探一般钻进岩体比较深，通过采集到的岩体构成成分，我们可以对隧道工程地质的具体状况进行掌握，是一种最为直接，最直观了解山区隧道区域地质状况的勘查方法。在山区隧道地质水文试验中，一般需要融合多种测试方法才能得到最为准确的测试结果。其具体测试方法为：对隧道区域的岩层进行分层止水，然后采用清水钻进的方式进行三次降深的抽水试验和提水试验。最后采用相关的试验方式对地质的具体参数进行提取，整理与分析。为了能够提高水文试验相关参数的准确度，可采用专业潜水泵或者是测流仪对隧道岩层进行钻探，可有效提升试验数据参数的准确性。

3.结语

总而言之，山区隧道工程建设是一项复杂而系统的工程，在建设过程中可能会因极其复杂的隧道地质状况给施工带来一定的困难性，为了能够保证山区隧道工程高质、高效地完成施工任务，需要利用当前比较先进的地质勘查技术对地质状况勘查清楚，进而根据地质勘查所得数据，合理选用适宜的隧道工程施工工艺和技术。

【参考文献】

隧道建设方法范文篇3

1．1用暗挖法建出入口匝道的方法

1．1．1用管幕+冻结法建主隧道与匝道盾构隧道间分合流拓宽段(AW－1工法)1)施工方法。在盾构法隧道主线完成后，再以小直径的盾构施工匝道隧道至分合流点，然后施工主隧道和匝道隧道间的分合流段。日本某工程根据现有技术和施工条件，对分合流段车道拓宽段(以下简称拓宽段”)进行了如下3种施工方法(见表1)的比较。其中，以弧形管幕+冻结防水方法为最优(AW－1方案)。2)匝道分合流段横断面设计。沿道路方向分合流段横断面设计尺寸在不断变化。框架横断面宽度第一段最大，加减速段(第二段)和逐渐变窄段(第三段)内部空间逐步减少，第三段已不再有匝道隧道，只需施工弧形管幕来保证框架内所需的空间即可。

1．1．2构筑椭圆形衬砌环满足盾构法隧道、匝道间分合流段的建设(AW－2工法)日本横滨环线道路北段为二管平行的盾构法隧道(Φ12．49)，其间共设置了4个分合流区段，地下拓宽段为建造耐久、防水的扩大段结构，在分合流段沿隧道纵向以管幕法建椭圆形断面的衬砌环。

1．1．3利用竖井构筑二主线隧道间管幕再暗挖出入口车道间拓宽段(AW－3工法)日本新宿线对明挖施工会严重影响地面交通或地下构筑物的不易处理区段，采用了利用竖井、通过管幕支撑上部土体，然后开挖2条隧道间的土体，最后完成出入口的非明挖施工方法。该工法施工过程中，结构受力体系会发生重大变化，可能出现管幕、地面沉降、隧道变形、隧道上浮等问题，应对不同工况下临时挡土墙、竖井、隧道管片、隧道内部支撑、管幕梁进行三维整体分析后进行设计，并辅以必要的施工监测来确保安全。

1．2通过工作井内明挖施工完成主线隧道与匝道隧道间的拓宽段

根据工程沿线环境条件、用地情况、交通特征与需求，再结合施工工艺、流程，对有条件设工作井的情况，则可较方便地在工作井内完成主线隧道与出入口匝道间分合流拓宽段的施工，并可为匝道的暗挖施工———矩形顶管或矩形盾构提供实施条件。根据需要与可能，主线隧道有双管单层和单管双层之分。双管隧道出入口匝道设置又有成对对称设置和前后错开单侧设置两种。

1．2．1日本新宿首次采用特殊的明挖技术，切割已成环钢管片建出入口匝道(MW－1工法)在日本东京中央环线新宿线地下工程中，为不减少地面道路的车道数，保证地面道路的正常交通，全线长11km中的70%均以盾构法施工。沿线表层为亚黏土层，盾构掘进范围主要有东京碎石层和N值超过50的Kazusa层。施工中，在两条平行隧道建成后，对出入口匝道上方土层采用明挖施工，再按需切割已成环的盾构隧道的钢管片，然后施工钢筋混凝土框架构筑匝道。为了缩短工期，在新宿线工程中，当盾构刚推过匝道处，即开始切割隧道，该工法施工出入口的示意图。因开挖深度和钢管片切割范围随主线、匝道线路纵断面变化而变化，故钢筋混凝土框架的位置、形状也在逐步变化。施工中主要关键技术有:1)有效解决挡土墙底与隧道衬砌间渗漏水问题。2)采用合理的临时支撑，防止在开挖和框架底部施工过程中的土体坍塌，将隧道变形限制在允许范围内。3)隧道开挖段采用适当的复合结构，控制结构变形、应变。匝道段钢管片在匝道施工中和施工后都会产生附加应力与变形，设计中应以施工阶段不同工况应力分析为基础，采用特殊的加强钢管片(含结构型式和材质的加强)与有效、合理的支撑。

1．2．2在明挖工作井内按需完成主线、匝道隧道间分合流拓宽段的设计1)主线双管单层隧道方案。现以一主线设计速度为60km/h的双向4车道小客车专用地下道路隧道设计为例，取单向主线车道宽度为3．25m×2+2．5m(应急车道)。匝道设计速度为40km/h，车道宽度为3．25m+2．0m(停车带)。车行道净高3．5m。

综合考虑道路建筑限界、隧道设备限界、安全疏散要求、施工误差等因素，主线圆隧道内径取11．0m，外径12．0m，根据道路规范规定，拓宽段由45m渐变段和120m加速车道段(减速车道段长仅70m，现均按加速车道计)构成，不同情况下工作井的规模大小如下:(1)匝道对称设置(MW－2、3、4工法)。①对称设置入口匝道与出口匝道情况下，明挖施工的工作井范围见图，按较紧凑的安排工作井长度165．00m、出入口端工作井宽度61．90m。②当设一对入口匝道时，工作井长度165．00m、宽度51．45m(两端扩大部分垂直线路方向错位约8．7m)。③设一对出口匝道时，工作井长度115．00m，工作井最大宽度为51．45m(二端扩大部分垂直线路方向错位约8．7m)。2)匝道单侧设置(MW－5、6、7)。①单侧设入口匝道情况时，单线工作井长165．00m，宽33．45m。②单侧设出口匝道时，工作井长度短，长约115．00m，宽33．45m。③主线中设双车道及集散车道(3．25m×2+3．25m)，集散车道服务于出入口匝道段渐变、分合流之需。这样盾构法隧道外径扩至13．40m，但工作井长度缩减至91．00m、最大宽度为65．20m。2)主线单管双层隧道方案。当采用单管双层隧道时，主线隧道直径必然要加大，相应工作井深度加深、平面尺寸缩小。下层车道的匝道长度会增加，相比上层匝道约需增长180m左右。

(1)当上、下层车道内均布置双向4车道+应急车道时，隧道外径为14．5m。不同情况(MW－8、9工法)下工作井的设计规模如下:①匝道对称设置，应急车道设在车行方向右侧的情况。对称分别设立上层出口匝道、下层入口匝道时，按较紧凑的安排，隧道工作井长165m、最大宽度49．4m。若需设上层入口匝道、下层出口匝道，虽布置有别，但工作井尺寸大小相。②单侧设置出入口匝道，上层和下层应急车道设在盾构断面同一侧的情况。当需设立上层出口匝道、下层入口匝道或需上层入口匝道、下层出口匝道时，工作井的外包尺寸长约165m、最宽约37．45m。

(2)主线全线上、下层均设双车道+集散车道(3．25m×2+3．25m)，集散车道主要服务于出入口匝道段渐变、部分分合流段之需，这样盾构法隧道外径扩大至15．5m(MW－10工法)，工作井长度87．00m、宽度38．45m，两端井位扩大段垂直线路方向错位约8．7m。

2拓宽段实施方案比选

根据上述介绍，对盾构隧道出入口匝道拓宽段设置的暗挖法、明挖法两大类中的不同方案进行了比较，其内容主要为:主线交通安全、出入通组织;环境影响、占地范围;施工技术难度、风险;工程投资等。

3结语