6.5 盾构法隧道设计
6.5.1 盾构法隧道设计应依据工程地质、水文、环境、穿越工程条件进行，并应与其他可能的穿越方式做技术、经济比较。地质条件复杂、地下水发育的山岭长隧道，亦可采用盾构法隧道方式。
6.5.2 盾构隧道纵断面布置应符合下列要求：
1 隧道的坡度不宜超过5％，且不应小于0.3％；曲线顶进曲率半径不应小于1000倍输送管道外径，且不应小于1000m。
2 防洪堤脚下部隧道埋深不宜小于3倍隧道外径，并应避开堤防基础及其他构筑物及其影响，按要求对大堤进行沉降观测并控制沉降量。
3 盾构机进洞、出洞宜避开强透水层，当不能避开时，应做地层改良或其他防涌水措施。
4 隧道穿越宜避开软、硬频繁变化的地层交界层位。
5 隧道不宜长距离在卵石地层中穿越，并应避开岩溶发育地层。
6.5.3 盾构机选型应根据工程地质、水文地质条件，经工程经济、技术比选后确定，水域穿越宜优先采用泥水平衡式盾构机。
6.5.4 盾构法施工的隧道衬砌设计应符合下列要求：
1 在满足工程使用、结构受力的前提下，宜选用装配式单层衬砌；
2 宜采用圆形结构；
3 装配式衬砌接头应是具有一定刚度的柔性结构，应限制作用下变形和接头张开量，满足受力和防水要求。
6.5.5 隧道结构的计算模式应根据地层情况、衬砌构造特点及施工工艺确定。在岩石中应结合衬砌与围岩共同作用及装配式衬砌接头影响确定计算模式；在软土地层中宜采用错缝拼装，衬砌结构应计算环间剪力传递的影响。
6.5.6 惯用法管片截面内力可按本规范附录D的规定计算。
6.5.7 隧道应进行抗漂浮稳定性及地基承载力验算，并应符合下列要求：
1 隧道抗漂浮系数不应小于1.15。
2 地基承载力验算包括：
1) 施工时盾构机底部地基承载力验算；
2) 管道试压、运营时隧道结构地基承载力验算，应以处于最不利条件的单环进行验算。
6.5.8 隧道装配式衬砌的构造应满足下列要求：
1 隧道衬砌宜采用块与块、环与环间用螺栓连接的环片。
2 衬砌环宽宜采用1000mm～1500mm，可能情况下宜选用较大的宽度。
3 衬砌厚度应根据隧道直径、埋深、工程地质及水文地质条件，使用阶段及施工阶段的作用情况计算确定，宜为隧道外直径的0.05倍～0.06倍。
4 衬砌环的分块数量与拼接形式，应根据盾构设备性能、隧道直径和受力要求确定。
6.5.9 衬砌制作和拼装精度，应根据设备的性能及防水要求，达到能够正确拼装、整体结构受力基本均匀的要求。
6.5.10 管片应进行抗渗试验、预埋螺栓孔应进行抗拔性能试验，试验标准应符合现行国家标准《预制混凝土衬砌管片》GB/T 22082有关要求。
6.5.11 管片壁后注浆应根据工程地质条件、地表沉降状态、环境要求及设备情况选择注浆方式及注浆参数，每环管片的注浆量可按下式计算：
式中：
Q——每环注浆量(m3)；
D——盾构管片外径(m)；
B——盾构管片长度(m)；
t——设备外径与盾构管片外径的差值，无设备外径值时可取0.1m；
K——填充系数，可取1.5～2.5，根据掘进地层情况确定。
6.5.1 本条对盾构法隧道的适用条件提出了基本要求。
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。
- 上一节：6.4 钻爆法隧道衬砌设计
- 下一节：6.6 顶管法隧道设计
