整理天津机场线施遂05030132盾构隧道设计说明Word下载.docx

整理天津机场线施遂05030132盾构隧道设计说明Word下载.docx

《整理天津机场线施遂05030132盾构隧道设计说明Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《整理天津机场线施遂05030132盾构隧道设计说明Word下载.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

1、盾构隧道不可更换的结构设计使用年限为100年。

2、结构的安全等级为一级。

3、盾构圆形隧道内径为Φ10600mm

4、结构最大裂缝宽度不大于0.2mm

5、隧道直径变形<

2‰D（D为隧道外径）

6、结构抗浮安全系数≥1.15

7、盾构区间隧道结构防水等级为一级

8、隧道主体结构的抗震设防分类为乙类，地震作用按7度抗震设防烈度的要求设计，设计基本地震加速度值为0.15g，混凝土结构抗震等级为三级，按8度抗震设防烈度的要求采取抗震措施。

9、隧道结构的耐火等级为一级。

2、设计规范及内容

1、设计范围：

天津机场线工程金桥隧道盾构区间，设计里程为JCDK21+738.5~JCDK24+051.00、JCDK24+069.0~JCDK27+887.427。

2、设计内容：

金桥隧道盾构区间（不含盾构井）的平纵断面、盾构隧道掘进定位设计、监控量测设计、盾构端头加固等。

3、初步设计审批意见以及执行情况

1、审批意见

铁总办函[xxx]xx号关新建铁路天津机场线工程初步设计的批复，其中对盾构隧道的意见如下：

（三）同意盾构管片采用C50钢筋混凝土

（四）防排水设计应采用“以防为主，刚柔结合，多道设防，因地制宜，综合治理”的原则，隧道按“全封闭，不排水”设计，防水等级满足《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）-级防水标准。

管片结构采用抗渗等级不小于P12的防水混凝土，管片接缝应采用两道弹性橡胶密封垫。

（八）同意JCDK21+738.5~JCDK24+051.00、JCDK24+069.0~JCDK27+887.427段采用盾构法施工

（十）同意盾构段采用泥水加压平衡盾构施工，采用圆形断面结构形式。

2、执行情况

本阶段设计中全部执行

4、工程概况

天津机场线金桥隧道进口明挖断采用双单线，其余段为单洞双线，起讫里程为DK21+270.000~DK27+887.427，隧道全长为6.617km，线路位于天津市东丽区，西起机场西线路所，向东引入天津机场站。

其中盾构段隧道长6130.9m，采用两台盾构机，设3个盾构工作井的从东往西掘进方案，分别从1#盾构工作井（中心里程DK21+730），1#盾构工作井（中心里程DK24+060）出发，从2#盾构工作井、机场站内3#盾构工作井吊出的方案。

金桥隧道盾构区间主要穿越津滨高速公路、天津滨海国际机场内南灯光站、机场内消防水池等，沿线建筑物主要为一、二层民房及商业用房，区间穿越段主要有雨、污水、电力、电信、供电、输水等市政管线。

盾构段隧道共有4处平面曲线，曲线半径分别有R=1200m、R=1600m、R=1400m、R=450m；

盾构隧道的轨面埋深约为18.0~27.9m（覆土厚度为10.5~20.4m）。

盾构段隧道最大纵坡为25‰，最小纵坡为2.48‰，竖曲线半径为10000m。

五、地质条件及其评价

1、工程地质

本区段地层主要为第四系全新统人工填土层（人工堆积

）新近沉积层（第四系全新统新近组古河道

）、第I陆相层（第四系全新统上组合床~河漫滩相沉积

）、第I海相层（第四系全新统中组浅海相沉积

）、第Ⅱ陆相层（第四系全新统下组沼泽相沉积

及河床~河漫滩相沉积

）、第Ⅲ陆相层（第四系上更新统五组合床~河漫滩相沉积

）、第Ⅱ海相层（第四系上更新统四组滨海~潮汐带相沉积

）、第Ⅳ陆相层（第四系上更新统三组合床~河漫滩相沉积

）、第Ⅲ海相层（第四系上更新统二组浅海~滨海相沉积

）、第Ⅴ陆相层（第四系上更新统一组合床~河漫滩相沉积

）。

2、水文地质

隧道工程范围内表层地下水类型为第四系孔隙潜水。

赋存于第Ⅱ陆相层粘性土以上地层中的地下水为潜水含水层；

赋存于第Ⅲ陆相层以下粉砂、细砂及粉土中的地下水具有承压性，为承压含水层。

潜水存在于人工填土层①层、新近沉积层②层、第I陆相层③层、第I海相层④层、以及第Ⅱ陆相层⑤3粉土层中。

该层水以第I海相层底的④2粉质粘土以及第Ⅱ陆相层⑤3粉土为主要含水层，其中含水层为④2粉质粘土，该层以层状分布，较为连续；

第Ⅱ陆相层⑤3粉土呈透镜体状，局部分布，潜水以第Ⅱ陆相层⑤2、⑥2粉质粘土为相对隔水底板。

人工填土层为①1杂填土、①2素填土，土体结构松散，含水量丰富，土层渗透系数较大。

新近沉积层以②1黏土、②2粉质黏土、②3粉土、②5淤泥质土层为主，第I陆相层以③2粉质黏土、③5淤泥质黏土、③6淤泥质粉质黏土为主，土体渗透性能较差，土层渗透系数较小；

第Ⅱ陆相层⑤3粉土渗透性能较强，土层渗透系数较大。

第一承压含水层位于埋深15.3m至25.4m的⑥3粉土层、⑥11粉砂、和⑥12细砂，其下以⑦1黏土和⑦2粉质黏土层为隔水层，其上以潜水含水组底板⑤2、⑥2粉质粘土为相对隔水层。

第二承压含水层：

以埋深26.5m至约49-55m的⑨13粉土层、⑨11粉砂、和⑨12细砂层为主，总厚度超过20m，局部厚度可能更大，甚至达到25m以上。

根据探勘揭示的地层情况推测，该层承压水以⑧1黏土和⑧2粉质黏土层为下部隔水层。

根据区域地质资料及部分深孔勘探揭示，其下可能是以⑩1黏土和⑩2粉质黏土层为下部隔水层。

地下水的温度，埋深在5m范围内随气温变化，5m以下随深度略有递增，一般为14~16℃.

依据《岩土工程勘察规范》（GB50021-20012009年版）规范判定，在I类环境下，潜水对混凝土结构具硫酸盐弱腐蚀；

对钢筋混凝土结构中钢筋，在干湿交替条件下具中等腐蚀，在长期浸水条件下具微腐蚀性。

承压水对混凝土结构具硫酸盐弱腐蚀；

对钢筋混凝土结构中钢筋，在长期浸水条件下具微腐蚀性，在干湿交替条件下具弱~强腐蚀，

依据《铁路混凝土结构耐久性设计规范》（TB10005-2010）规范判定：

潜水对混凝土结构在氯盐环境下具氯盐侵蚀，环境作用等级为L1~L3；

在化学环境下具硫酸盐侵蚀，环境作用等级为H1~H2；

在盐类结晶环境下具盐类结晶侵蚀，环境作用等级为Y2.承压水对混凝土结构在氯盐环境下具氯盐侵蚀，环境作用等级为L1~L3；

在盐类结晶环境下具盐类结晶侵蚀，环境作用等级为Y1~Y2.

（四）不良地质

1、特殊土

填土：

多为杂填土，杂色，松散~密实，很湿~饱和，构成以碎石、砖块、灰渣等建筑垃圾及生活垃圾为主，局部以黏性土为主，成分复杂，土质不均，结构松散，工程性质较差，在表层普遍分布，层厚范围为0.2~2.4m。

局部为素填土，主要以黏性土为主，硬塑~可塑。

软土：

主要为②5淤泥质粘土、③5淤泥质粘土、③5淤泥质粉质粘土、④6淤泥质粘土、④6淤泥质粉质粘土.

（五）地质条件评价

盾构洞身范围内主要地层为第Ⅱ陆相层粉土、粉砂层，局部为粉质黏土及第Ⅲ陆相层的黏土、粉质黏土、粉土层。

黏性土呈硬塑~软塑状；

粉土、粉砂呈中密~密实状。

盾构掘进主要在⑥2层粉质黏土、⑥3层粉土、⑥11层粉砂、⑦1层黏土、⑦2层粉质黏土、⑦3层粉土及⑧2粉质黏土层中。

盾构法施工经过的主要含水层地层中有⑥2层粉质黏土、⑥3层粉土、⑥11层粉砂、⑦1黏土、⑦2粉质黏土和⑦3层粉土，渗透系数具水平向较大，竖向较小，渗透系数随粉土、粉砂的含量变化较大。

⑥3粉土、⑥11粉砂、⑦3粉土为承压水含水层，渗透系数较大。

隧道掘进过程中应注意涌水引起开挖面失稳和地面沉降。

盾构隧道洞身范围内软塑~流塑状的⑥2层粉质黏土、⑦1黏土、⑦2粉质黏土，极易发生蠕动及黏着盾构设备或造成管路堵塞。

场地范围内④11层粉砂、④2层细砂、⑥11层粉砂和⑥12层细砂局部为地震液化层，分布差异性较大。

综合评价：

本盾构区间工程地质条件较差。

（六）地震

根据2012年12月天津市地震灾害防御中心对新建天津机场线工程场地《地震安全性评价报告》的评价结果，依据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）本场地地震动峰值加速度为0.15g（地震基本烈度为Ⅶ度）。

依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）本场地为可进行建设的一般场地，为建筑抗震不利地段。

6、主要施工方法及变形控制标准

1、盾构机选型

1）盾构机选型原则

（1）选用与地质条件匹配的盾构机型，确保施工绝对安全

（2）选择对周围环境影响小的机型

（3）盾构机的性能应能满足工程掘进的施工长度和线形的要求

（4）选择盾构机的掘进能力可与后续设备、始发场地等施工设备匹配的机型

（5）选择可以辅以合理的辅助工法的盾构机型

以上原则中以能绝对保证倔削面稳定、确保施工安全的机型最重要。

2）盾构选型

本盾构隧道的主要技术特点：

（1）盾构洞深范围内主要地层为盾构洞身范围内主要地层为第Ⅱ陆相层粉土，粉砂层，局部为粉质黏土及第Ⅲ陆相层的黏土、粉质黏土、粉土层。

黏性土呈塑性~软塑性；

粉土、粉砂呈中密~密实状

（2）本工程盾构隧道埋深较深，轨面埋深约在18.0~27.9m（覆土厚度为10.5~20.4m）之间；

地下水位高（地面下0.0~3.2m），洞身基本上处于潜水-微承压水中；

开挖面直立性较差

（3）隧道断面为圆形，内径为Φ10.6m

（4）环境复杂，盾构隧道段下穿津滨高速公路、滨海国际机场机场内南灯光站、机场内消防水池等风险点。

考虑到上述因素，根据安全和工期要求，选择泥水平衡盾构优于土压平衡盾构机；

根据对周围环境影响较小的要求，泥水盾构对掌子面平衡压力控制较精确，对地面沉降控制较优。

结合中国铁路总公司鉴定中心审批意见；

综合考虑后，选择泥水加压平衡盾构。

2、环境安全的变形控制标准

1）环境安全等级的分级

结合本工程的技术特点和环境特点，在前期调查研究及分析的基础上，根据工程经验，对本工程建设期的环境安全等级进行如下分级：

序号

风险点名称

段落

环境安全等级

1

盾构始发段

（一）

JCDK21+738.5~JCDK21+858.5

二级

2

盾构始发段

（二）

JCDK24+069.0~JCDK24+189.0

3

盾构下穿津滨高速公路

JCDK22+860.6~JCDK22+925.4

一级

4

盾构侧穿机场内南灯光站

JCDK24+400~JCDK24+480

5

盾构下穿机场内消防水池

JCDK24+100~JCDK24+370

注：

除本表段落，环境安全等级均为三级

2）环境安全的变形控制标准

隧道施工期间环境安全的变形控制标准是按环境允许的最小变形值为原则确定，即取道路以及地下管线允许沉降值、地层允许沉降值三个数值中最小的作为设计控制基准值（极限值），确定时采用“分区段、分级、分阶段”的原则。

考虑到本段隧道穿越道路、地下管线、机场内南灯光站，所以施工期间变形标准制定采用“四控”标准，即地表绝对沉降、地表差异沉降和建筑物沉降速率、建筑物表观状态标准。

“四控”标准中不能有一项超标，否则需要采取技术应急预案。

对地表绝对沉降和地表的标准，土建施工单位在施工时可按预警值、报警值和极限值的60%～65%，报警值为极限值的80%～85%；

对建筑物的沉降速率及表现观测标准可按以月为时间周期单位进行控制管理。

根据经验，遵循确保环境安全和施工安全的原则，制定了环境安全变形的设计控制标准，见表2。

表2环境安全的变形控制标准

环境安全等级

控制标准

绝对沉降（mm）

差异沉降（倾斜）

建筑物沉降速率

建筑物表现状态

盾构

等级

10或-15

0.002

地基沉降速度连续2个月大于2mm/月，并且短期内无终止趋向；

建筑物的倾斜速率已连续三日大于0.0001H/d（H为建筑物承重结构高度）。

已有建筑物的砌体部分出现宽度大于1.5mm的变形裂缝；

或者附近地面出现宽度大于10mm的裂缝。

10或-20

同上

10或-25

三级

10或-30

说明：

本表在具体使用时可根据环境控制物与隧道的相对距离、施工工法、隧道覆土、地质情况酌情升降级选取数值进行管理控制。

3、环境安全的变形控制措施

（1）盾构机采用全新的泥水加压平衡（膨润土-气垫式泥水盾构）盾构，该气垫式泥水平衡盾构设备为NFM公司生产，通过气垫来调节开挖室内的封闭压力，盾构开挖外径为Φ11.97m,特别适合于在细颗粒含量较高的地层中施工。

NFM公司通过实践验证，这种系统可确保整个盾构掌子面压力的稳定，能够在盾构运行过程中精确控制地表沉降，可以控制地表沉降值不超过+10～-30mm。

为了确保报隧道周边建筑物，道路和管线的安全，需要在施工中采取综合措施。

具体如下：

1）充分采用先进的盾构施工工艺措施

2）充分掌握周边环境情况

盾构推进前，应掌握施工影响范围内的地面建、构筑物、地下障碍物、地下管线等，必要时可进行物探或开样槽探明，对重要建、构筑物应提出相应的应对保护方案。

3）建立完善的变形预测和监控量系统，进行智能化施工

监控量测是现代地下工程信息化施工的重要内容和组成部分，是动态了解盾构施工对地面沉降和周围建筑物影响的重要手段，通过量测信息的反馈，可及时调整盾构施工参数和采取技术措施，以确保工程安全和保护周围环境。

（2）掌握盾构掘进参数与地层位移间的规律，进行智能化施工。

盾构推进的初始120m长度作为试验段，根据地面变形监测数据及盾构施工所采用的参数，掌握不同地层中盾构机掘进参数和地表沉降的相关关系，不断优化调整，以使盾构在全线推进中，能随地质、埋深、环境条件变化而动态地、合适地确定施工参数，做出快速、灵活兼预测性的应变反应。

（3）盾构推进时，须对盾构外径及衬砌外径间的环形空隙同步压注浆液。

（4）重视二次注浆控制沉降的作用。

（5）盾构姿态控制

施工过程中控制好盾构姿态，避免盾构大幅纠偏、上浮或叩头、后退等现象发生。

另外在曲线地段施工，减少挖超。

4、隧道保护的技术标准

1）线路中心线两侧各50m的范围内，应作为本铁路隧道控制区，该范围内地面超载或卸载不得大于20Kpa，并不得进行有碍隧道安全的一切工程活动（如基坑开挖、打桩、井点降水等）。

2）线路中心线两侧各20m的范围内，作为隧道的规划控制区。

即在线路两侧各20m的范围内，严禁规划新的建构筑物。

3）在已建隧道两侧或顶上进行加载或卸载的建筑施工时，必须采取可靠的技术措施。

并对新建建、构筑物对区间隧道的影响进行可靠分析计算，满足隧道保护的技术标准。

4）规划的地铁隧道穿越本隧道时，所影响的本盾构隧道段结构任意点的附加沉降和位移≤1cm。

5）施工引起的隧道的附加曲率半径应大于25000m。

6）须征得建设方、铁路运营单位和隧道设计单位同意后，方可在隧道控制范围内进行工程建设。

7、设计内容说明

（一）隧道结构设计

1、管片设计及管片制作要求

详见“金桥隧道盾构区间施工图”。

2、管片拼装、施工精度要求

为保证装配式结构良好的受力性能，提供符合计算假定的结构工作条件，衬砌拼装和盾构掘进施工必须达到下列精度：

1）整环拼装的允许误差：

相邻环的环面间隙≤1.0mm；

纵缝相邻块块间间隙为2

mm（其中2mm为传力衬垫），衬砌对应的环向螺栓孔不同轴度小于1mm。

2）推进时轴线误差≤80mm。

3）衬砌拼装成环的水平、竖向直径偏差≤2‰D（外直径）。

3、预埋件设置要求

本隧道的管片上不设置预埋件，但接触网、排水管、消防水管、轨旁电话、扬声器等设备固定，均采用打膨胀螺栓来解决，螺栓的尺寸根据各工种的要求而定。

施工时，必须避开管片结构中的主钢筋，同时注意处理好膨胀螺栓的防腐蚀问题。

4、隧道内径确定

隧道内轮廓的确定主要取决于铁路隧道的限界（包括车辆限界、基本建筑限界、建筑限界），同时还要考虑设备和各种管线安装、隧道施工误工、测量误差、设计拟合误差，不均匀沉降等因素后外放一定富裕量后设计而成。

参考北京地下直径线、天津地下直径线、解放路隧道等工程大直径盾构设计、施工经验，综合考虑隧道轴线的施工偏差（包括测量误差、制作和拼装误差、轴线蛇行误差、后期不均匀沉降）、线路拟合误差，隧道的内径确定为10600mm。

5、洞门止水装置

为防止盾构始发时从始发洞口的竖井壁和盾构的间隙内喷出地下水、泥沙、加泥浆、注浆材料等，在洞圈周围安装橡胶帘布带、环板、铰链板等组成的密封装置，并设置注浆孔，作为洞口防水堵漏的预防措施；

密封装置共设置两道。

始发洞口的帘布橡胶板通过橡胶张力紧扣住盾构机及管片，进而该橡胶密封圈又受地下水压力或背面注浆压力的作用被压紧，可防止喷出。

施工单位可根据以上原则设置洞门止水装置。

6、变形缝设计

由于竖井结构与区间隧道结构刚度上存在较大的差异，需在洞口周围进行土体加固以尽可能避免产生不均匀沉降，同时由密到疏设置变形缝环以最大限度消除不均匀沉降带来的对结构和防水的不良影响。

变形缝环的设置范围：

始发进洞洞口范围设12环，到达出洞处设12环，在津滨高速公路两侧各设置两道变形缝。

7、盾构始发、到达措施设计

（1）始终进洞措施设计

1）端头井加固

盾构始发时，为了确保凿除洞门时掌子面的稳定及安全，确保始发时洞门处不出现涌水流砂坍塌等风险事件，同时为控制盾构姿态，减少始发段盾构隧道与竖井之间的纵向不均匀沉降量，结合场区的地质条件、盾构机的技术参数，对始发盾构井端头土体采取了地连墙+深层水泥土搅拌桩的加固，加固设计详见本册图纸。

2）洞门凿除

端头土体加固后，需进行现场随机垂直钻孔取样，综合分析加固土体的质量，确保其满足设计要求。

洞门围护结构地下连续墙凿除前应打水平探孔，探孔主要分布在盾构范围边缘处，上半圆布置孔数宜少，下半圆孔数宜多，孔深不宜过深，穿透不宜过深，穿透地下连续墙即可，以便确认地下连续墙与深层水泥土搅拌桩之间的隔水情况，若发生透水现象，需采取封堵加固等处理措施，确保始发时无地下水作业。

在进洞防水装置设置完成后，凿除盾构范围内围护结构地下连续墙的混凝土（保留迎土侧钢筋的保护层），地下连续墙凿除根据围护结构地下连续墙的实际位置，吊出空间及地质情况建议采用分层分块、从里到外、从上到下的方式进行凿除，建议共分成16块，每块面积不大于9m2，分块方式如图1所示，按顺序破除混凝土及部分钢筋并吊出，所有各截地下连续墙都要先分段破除节点混凝土，待吊出时才分段将节点处连接钢筋割断。

在凿除完最后一层混凝土之后，要及时检查始发洞口的净空尺寸，确保没有钢筋、混凝土侵入设计轮廓范围之内。

图1.盾构范围内围护结构地下连续墙混凝土分块凿除示意图

（2）到达出洞措施设计

1）到达接收井端头加固

为确保盾构出洞的安全，减少到达接收井段盾构隧道与竖井之间的纵向不均匀沉降结合场区的地质条件、盾构机的技术参数，对到接收井端头进行地层加固，加固方式采用地连墙+深层水泥土搅拌桩，加固设计详见图纸。

到达接收井端头土体加固后，需进行现场随机垂直钻孔取样，综合分析加固土体的质量，确保其满足设计要求。

洞门围护结构地下连续墙凿除前应打水平探孔，探孔主要分布在盾构范围边缘处，上半圆布置孔数宜少，下半圆孔数宜多，孔深不宜过深，穿透地下墙的隔水情况，若发生透水现象，需采取应急处理措施，确保始发时无地下水。

在进洞防水装置设置完成后，凿除盾构范围内背土侧围护结构地下连续墙的混凝土（保留迎土侧地下连续墙及玻璃纤维筋厚度不大于400mm），必须保证围凿除前刀盘能抵上前方支护结构地下连续墙，地下连续墙的凿除应根据围护结构地下连续墙的实际位置，吊出空间及地质情况，建议采用分层分块、从里到外、从上到下的方式进行凿除，建议共分成16块，每块面积不大于9m2，分块方式同始发盾构井，如图1所示，按顺序破除混凝土及部分钢筋并吊出，所有各截地下连续墙都要先分段破除节点混凝土，待吊出时才分段将节点处连接钢筋割断。

在凿除完最后一层混凝土之后，要及时检查始发洞口的净空尺寸，确保没有钢筋、混凝土侵入设计轮廓范围之内。

（2）盾构隧道掘进定位设计

1、线路概况

本盾构隧道为单洞双线隧道，盾构段隧道共有4处平面曲线，最小曲线半径为R=450m，由于曲线内侧与外侧的两条线路长度不同、缓和曲线的长度也不同，导致左右线的ZH（HZ）、HY（YH）里程也不同，相应的左右线的线间距也在没有规律的变化，隧道中线与线路左右线的关系也在不断变化。

2、平曲线加宽设计

位于曲线地段的隧道建筑限界在直线地段的基础上，按不同曲线半径和超高分别进行相应的加宽和加高，其中，相邻两线路间距采用线路专业提供的数值，轨道超高采用轨道专业提供的分段超高设计值，轨道超高设置采用外轨抬高的全部超高。

盾构隧道曲线地段是采用移动隧道中心线的方法来代替限界加宽，即改变隧道中线与线路左（右）线的相互距离（线间距不变）来达到加宽的目的。

圆曲线段及HY（YH）点向缓和曲线方向13m范围内，线路左线中线距隧道中线的距离为圆曲线段的偏移量，除ZH（HZ）点向直线方向22m范围外的直线段，线路左线中线距隧道中线的偏移量为直线段偏移量，其余位置线路左线中线距隧道中线的偏移量按线性内插计算。

圆曲线地段的隧道中线偏移值按建筑限界与隧道内轮廓、两侧管线设备理论距离均等的原则确定。

3、掘进定位设计

1）平面坐标

平面坐标由施工根据负环以及第1环（或曲线段）的具体里程，结合盾构掘进进尺，直线段按线路专业提供的坐标自行推算，曲线段按本设计给出的每环宽（1.8m/1.5m）对应的隧道中线平面坐标自行调整推算。

2）高程

1.建设项目环境影响评价分类管理的原则规定根据线路纵断面高程，结合竖曲线的修正高程，由施工单位自行计算每环宽（1.8m/1.5m）隧道里程处的轨面高程（内轨顶面线）。

用轨面高程换算成隧道轴线高程（隧道圆心与轨面高程的距离是固定的）。

（3）

（4）2.间接市场评估法监控量测设计

根据环境安全等级差异，监控量测设计分为一般地段监控量测设计和特殊地段监控量测设计