6.5 盾构法隧道设计

6.5.2  本条对盾构隧道纵断面设计提出了具体要求。

    1  纵断线形的形式主要考虑围岩类别、岩性、裂隙发育程度、涌水大小等因素确定。分为“一”字形、“U”字形和倒“J”字形，见图1、图2、图3。

        (1) 对于岩性单一且均匀的岩层可以考虑“一”字形，这样隧道施工简单，设计单坡排水或人字坡排水即可；

        (2) 对于透水性差的粉土、粉质黏土、黏土、硬岩(Ⅰ、Ⅱ类)、地下水少，可以考虑“U”字形，隧道纵断面顺着河床横断面，有利于减小竖井的深度；

        (3) 连续穿越两种岩性差异较大的河床，可以考虑倒“J”字形，在较硬岩石层为“一”字，向软岩或卵石层过渡时逐渐向上斜，形成倒“J”字形；

        (4) 对穿越长度2000m以上，考虑到盾构机资源获得(采买或调运)周期长，在保证施工周期不因引进盾构机而受影响的同时，可提前开工，并可降低费用。也可考虑钻爆法隧道与盾构法隧道相结合的方案。一端钻爆法掘进，一端盾构掘进。

    盾构机掘进坡度应根据具体地质条件、设备配套爬坡能力确定，单坡度过大运送管片的轨道车马力要加大，并且要增加一些自动可靠的制动机构，另外大坡度对管片的组装技术要求增高，因此一般坡度不超过5％；对平巷隧道为了自动排水(主要由管片接缝渗水，泥水加压平衡机泥浆运输管道堵塞拆除漏水等)一般设计成0.2％～0.4％的坡度；盾构隧道曲率半径除考虑隧道施工转弯要求外，还要考虑管道弹性敷设安装的要求，不应小于1000D管道曲率半径控制，主要是减少管道产生的附加弯曲应力。

6.5.3  盾构隧道施工多采用土压平衡式盾构机和泥水平衡式盾构机。根据具体地质、水文条件确定。盾构机选型可参考表3。

 表3 盾构隧道盾构机选型表

    注：X-腺则上不适用的土质条件；

           △-应用时要研究辅助工法及辅助机构等；

           〇-原则上适用的土质条件。

6.5.4  为了取得较好的经济效益，在工程地质条件好、周围土层能提供一定抗力的条件下，衬砌结构可以设计得柔一些，但圆衬砌环变形的大小对结构受力、接缝张角、接缝防水、地表变形等均有重大影响，故必须对衬砌结构的变形进行验算，做必要的控制。

6.5.5  衬砌结构的计算简图应根据地层情况、衬砌的构造特点及施工工艺等确定。

6.5.6  本次修订增加隧道管片结构内力的计算公式，本公式源自日本隧道设计规范。

6.5.7  隧道的抗漂浮稳定性及地基承载力验算要求。

    1  对隧道进行抗漂浮验算的主要目的是避免隧道在施工、运营期间发生上浮现象，发生上浮现象的原因包含埋深过浅或地震状态下的沙土液化。根据其他抗漂浮稳定性的设计要求，抗漂浮稳定性系数一般取1.15，故本规范作此规定。

    2  盾构隧道结构的地基承载力验算主要包含隧道施工及管道试压时的验算，隧道充水运行时竖向载荷更大，必须验算。施工时的地基承载力验算主要考虑如果地基承载力过低，会造成盾构设备磕头，姿态难以控制，此时应对该段进行地基加固；试压时，特别是竖井附近第一个管道支墩处，由于竖井内数十米的试压水柱集中作用，可能造成局部地基承载力不足，应扩大该支墩基础或在井底加设临时的管道支撑措施，降低竖向集中作用。地基承载力过低的地层不应采用隧道内充水运行。

6.5.8  装配式衬砌的构造要求。

    1  装配式衬砌结构的环片之间均用螺栓连接，虽有施工操作繁琐、用钢量大的缺点，但可增加隧道抵抗变形的能力，有利于保证施工精度、施工安全及衬砌接缝防水，故在软弱、含水、承载力差的土层中多选用螺栓连接环片。

    环片按其螺栓手孔的大小，通常有箱形和平板之分。当衬砌较厚时，为减轻自重，常选用腹腔开有较大、较深手孔的箱形环片；环片较薄时，为了能承受施工中盾构千斤顶的顶力，则以选用较少开孔的平板形环片为宜。

    2  选用较大的环宽，可减少隧道纵向接缝和漏水环节、节约螺栓用量、降低环片制作费和施工费、加快施工进度，但受运输和盾构及机械设备能力的制约，故应综合考虑。

    3  钢筋混凝土环片的厚度视隧道直径、埋深、工程地质和水文地质条件的不同，一般为隧道外轮廓直径的0.05倍～0.06倍。

6.5.11  管片壁后注浆包括同步注浆、即时注浆及二次补强注浆等，同步注浆和即时注浆应与盾构掘进同步进行；根据隧道稳定状态和环境保护要求，可进行二次补强注浆，注浆量与速度应根据环境条件和沉降监测结果等确定；注浆材料应满足强度、流动性、稳定性、可填充性、凝结时间、收缩率、环保等要求。