上海盾构隧道管片设计的发展

2006-11-12 00:00

1. 衬砌结构设计要点
1.1 设计标准
(1) 工程结构的安全等级按一级考虑；
(2) 结构设计使用年限100年；
(3) 结构按7º抗震设防；
(4) 衬砌结构变形：直径变形≤0.2%D(地铁区间隧道)，0.3%D(道路隧道)（D为隧道外径）。

1.2 衬砌结构形式
目前，上海的盾构隧道绝大部分采用混凝土管片，利用了混凝土管片耐久性和耐压性的特点。仅在特殊情况下（如需从隧道内垂直顶升出水管或水平开设旁通道时为满足构造或受力之需），局部地用上几环钢管片。


图1 混凝土管片	图2 钢管片

1.3 衬砌的接缝构造
在衬砌接缝构造设计中，考虑到软土地层的特性，便于在环间传递一定的剪力，控制环间踏步，同时方便管片拼装时定位，在环缝和纵缝上均设计成凹凸榫槽。
目前，国内外隧道工程界常用的螺栓连接有以下三种型式：弯螺栓、直螺栓和斜螺栓。


图3 隧道衬砌环、纵缝构造	图4隧道衬砌环、纵缝构造

1.4 管片的制作精度
现在的管片均采用高精度钢模、单块卧式生产。钢模通常采用钢板焊接结构，经立车、镗铣、卧铣等加工中心加工完成。管片的制作精度为：宽度±0.4~0.5mm、弧弦长±1mm、管片外半径0~+2mm、内半径±0.1mm、螺栓孔直径与孔位±1mm。同时，需进行衬砌的圆环三环试拼装，检验钢模的制作精度。

2 .盾构隧道防水设计要点
2.1 防水技术标准
（1）隧道及其旁通道或泵站应达到高于二级的防水标准，即每昼夜渗水量不大于0.06L/ m2，任意100 m2每昼夜渗漏量≤10L。隧道顶部不允许滴水，底部不得漏泥水，侧壁表面允许有少量、偶见湿渍，隧道内表面的潮湿面积≤4/1000总内表面积，任意100m2湿渍不超过4点；任一湿渍≤0.15 m2。
（2）盾构区间混凝土管片抗渗等级≥S10，同时应检测管片混凝土的氯离子扩散系数（氯离子扩散系数≤1.2×10-8 cm2/s）。
（3）地铁盾构区间隧道沿线有过江段和侵蚀性介质等环境条件恶劣的区段时，为提高管片的抗裂性和耐久性，其外背面应涂刷防水防腐蚀涂层，这种涂层可以是环氧聚氨酯类，也可是水泥基结晶渗透型防水涂层。

2.2 衬砌结构防水
衬砌防水包括三大部分：管片混凝土结构自防水、衬砌接缝防水、衬砌与工作井接头防水。
（1）管片混凝土结构自防水的设计
A.管片选用强度等级≥42.5MPa的PⅠ或PⅡ型水泥。
B.制胶凝材料用量（混凝土胶凝材料用量≥410kg/m3）、混凝土中的含碱量（总碱量≤3kg/m3）、水胶比（≤0.35）、混凝土中最大氯离子含量（为胶凝材料重量的0.06%）。
C.选用坚固耐久、级配合格、粒形良好骨料为原料；添加优质粉煤灰（≥Ⅱ级灰）等超细矿物掺和料、高效减水剂（减水率≥25%），配制耐久性为重点的高性能混凝土。

（2）接缝防水
A.弹性橡胶密封垫防水
（a）盾构隧道接缝防水的首道防线是预制成框的弹性橡胶密封垫，其断面为中孔型，材质则以三元乙丙橡胶为主，顶部与遇水膨胀橡胶相复合，它能适应较大的接缝张开量，且顶部复合的遇水膨胀橡胶在含Cl-、SO42-的水质中能长久保持高膨胀倍率。

（b）在接缝密封垫外侧设置兜绕成环的挡水条，其材质为遇水膨胀橡胶（个别区间可采用聚醚型聚氨酯或海绵），它与弹性橡胶密封垫构成防水功能与耐久性好的双道防水线。此防水线应在0.6MPa水压下，环纵缝分别张开6mm时不渗漏。

3. 旁通道和江中泵房位置的特殊衬砌设计
区间隧道旁通道处特殊管片由四环钢管片、钢筋混凝土管片复合的衬砌构成。四环复合管片环宽1.2米，中间两环为整环钢管片，相邻两环近通道一侧邻接块、标准块、拱底块为钢管片，其余为钢筋混凝土管片。

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