1、引言

　　盾构工法自问世以业，由于在节约地下空间资源、减少对周边环境的影响、降低工程造价等方面的独到的优势而逐渐在地铁、市政等工程建设中得到广泛应用。

　　本文主要以广州轨道交通二、八号线广州新客站~石壁站盾构区间为工程背景，阐述盾构区间设计要点。

　　2、工程概况

　　广州轨道交通广州新客站～石壁站区间左线全长728.862 m（含长链0.126）；右线全长728.41m；区间全采用盾构施工，其中在Z（Y）CK1+100处设一联络通道；最小曲线半径为1500m，最大纵坡为15.668‰，最大坡长为530m。

　　广州新客站~石壁站区间总平面图

　　广州新客站~石壁站区间纵断面图

　　3、主要设计原则及标准结构设计应满足施工、运营、城市规划、人防、防水、防火、防迷流的要求；结构应具有足够的强度和耐久性，以满足使用期的需要。

　　结构的设计使用年限为100年；结构的安全等级为一级；区间隧道结构防水等级为二级；盾构圆形隧道限界为5200mm.

　　4、工程地质与水文地质本工程盾构施工穿越的土层为：<3-2> 中粗砂、<4-1>粉质粘土、<5-2> 硬塑粉质粘土、<7>白垩系红层强风化带。隧道覆土埋深5m~9m，

　　5、管片构造设计１）隧道内径：

　　地铁圆形隧道限界为φ5200mm的圆。隧道内径的确定应综合考虑限界、施工误差、测量误差、线路拟合误差、不均匀沉降等因素。

　　结合广州地铁的成功经验，隧道的内径定为5400mm.

　　２）管片形式及厚度：

　　根据广州、上海等地地铁盾构法区间隧道和国外类似工程的成功经验，表明采用具有一定刚度的单层柔性衬砌是合理的。其衬砌的变形、接缝张开及混凝土裂缝开展等均能控制在预期的要求内，完全能满足地铁隧道的设计要求；且使用单层衬砌，施工工艺简单、工程实施周期短、投资省。鉴于以上理由，盾构隧道采用单层装配式衬砌，管片形式选择当前常用的平板型钢筋混凝土管片。考虑结构100年使用寿命及参照已有工程实例，钢筋砼衬砌的厚度采用300mm，采用C50混凝土管片。

　　３）管片的宽度及分块：

　　衬砌环环宽越大，即管片宽度越宽，衬砌环节缝越少，因而漏水环节、螺栓数量越少，施工速度越快，费用越省。但盾构机千斤顶的行程要大，施工难度亦有一定提高，在小半径曲线上，1.5m管片比1.2m、1.0m宽管片的设计拟合误差大，但本工程盾构隧道最小曲线半径为1500m，拟合误差很小。

　　与环宽1.2m的管片相比，采用环宽1.5m的管片有以下优点：一方面，减少了20%的环向接缝数量，降低了接缝漏水的几率，提高隧道防水质量；另一方面，降低了接缝止水材料和连接螺栓的使用量；此外还可减少20%的拼装时间，提高了施工速度。

　　根据目前广州的盾构机机械情况，综合考虑管片的制作、运输、拼装及曲线施工的需要，决定采用了1.5m的环宽。

　　衬砌环的分块主要由管片制作、防水、运输、拼装、结构受力性能等因素确定。地铁隧道管片常用分块数为六块和七块两种。分六块和分七块在制作、运输、施工方面没有大的差别。在国内上海地铁一号线、广州地铁一、二、三号线盾构区间隧道都采用六块方案。

　　根据隧道的实践经验，考虑到施工方便以及结构受力的需要，目前封顶块一般趋向于采用小封顶块形式。封顶块的拼装形式有径向楔入、纵向插入等几种。径向插入者其半径方向的两边边线必须呈内八字形或者平行，受荷后有向下滑动的趋势，受力不利。采用纵向插入形式的封顶块受力情况较好，受荷后不易向内滑动，其缺点是需加长盾构千斤顶的行程。

　　本设计确定采用六块方案，一块封顶块，两块邻接块，三块标准块。

　　４）环、纵缝及连接构造：

　　管片接缝构造包括密封垫槽、嵌缝槽及凹凸榫的设计，其中前者为通用的构造方式，而凹凸榫的设置与否在不同时期、不同区域的工程实践中有着不同的理解。凹凸榫的设置有助于提高接缝刚度、控制不均匀沉降、改善接缝防水性能，也有利于管片拼装就位，但与此同时增加了管片制作、拼装的难度，是拼装和后期沉降过程中管片开裂的因素之一，客观上又削弱了管片防水性能。

　　根据本段地质情况同时考虑降低施工难度，环纵缝均不设凹凸榫。

　　管片环面外侧设有弹性密封垫槽，内侧设嵌缝槽。环与环之间以10根M24的纵向螺栓连接，既能适应一定的变形，又能将隧道纵向变形控制在满足防水要求的范围内。管片的块与块之间以12根M24的环向螺栓相连，能有效减小纵缝张开及结构变形。

　　管片之间及衬砌环间的连接方式，从力学特性来看，可分为柔性连接及刚性连接。实践证明，刚性连接不仅拼装麻烦、造价高，而且会在衬砌环中产生较大的次应力，带来不良后果。因此，目前较为通用的是柔性连接。

　　按螺栓连接形状又可分为弯螺栓连接、直螺栓连接、斜螺栓连接和榫槽加销轴等方式。弯螺栓连接的接头具有一定的自由度，十分方便安装。弯螺栓在德国、法国、英国、新加坡、丹麦等许多国家的地铁交通项目及国内地铁中广泛应用，这种接头系统都非常成功。直螺栓和斜螺栓是近年来发展起来的管片连接形式，其手孔体积小，管片强度损失很小，而且容易实现机械快速安装，但安装难度较高，施工误差要求较小。

　　根据广州地铁一、二号线及三号线的成功经验，本设计管片块与块、环与环之间采用在广州应用比较成熟的弯螺栓连接。

　　５）肋、端肋的构造

　　手孔形式设计时，为减少更多的手孔处削弱，考虑到环肋、端肋的设计需要，环肋、端肋的长度约为180mm.

　　６）衬砌环形式及拼装方式

　　衬砌环形式：

　　为了满足盾构隧道在曲线上偏转及蛇行纠偏的需要，应设计楔形衬砌环。目前国际上通常采用的衬砌环类型有三种。

　　A）楔形衬砌环与直线衬砌环的组合。

　　盾构隧道在曲线上是以若干段折线（最短折线长度为一环衬砌环宽）来拟合设计的光滑曲线。设计和施工是采用楔形衬砌环与直线衬砌

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