文 献 综 述

选题的意义和背景

近年来随着国民经济的发展，交通及市政工程建设得到了迅速的发展。目前在欧美等发达国家使用盾构机进行施工的城市隧道已占90%以上。我国目前是世界上使用盾构数量最多、发展最快、未来需求最大的市场，已是世界上的隧道第一大国。当公路,铁路，城市地铁以及重要的市政管线遇到江河，海峡等障碍或遇地面交通密集交叉，建筑物密集林立的情况时，往往必须修筑城市地下隧道。这类隧道在地表以下埋置较深，多采用暗挖法施工，当隧道长度大于1000m时，采用盾构法施工的工程屡见不鲜。盾构是一种钢制活动防护装置或活动支撑，是通过软弱含水层，特别是河底，海底，以及城市中心区修筑隧道的一种机械。盾构法施工技术经百余年的发展，改进，完善，技术已日趋成熟。现代盾构已不再局限与圆形断面，各类矩形，椭圆形，双圆形以和三圆形等。已成功的应用于各类地下工程的建设和施工中，世界盾构的数量逐年在上升，施工方法也逐步多样化。盾构法施工隧道的优点表现在施工作业可在盾构设备的掩护下，安全地进行地下开挖与衬砌支护工作；施工时振动和噪音小，对周围环境及附近居民几乎没有干扰；施工时不影响地表交通和航海通海；不受气候条件的影响；施工机械化程度高，施工管理容易。在土质差，水位高，埋深大的隧道施工中，有较高的技术经济优越性。该施工技术目前存在的主要问题是当覆土较浅时，开挖面稳定甚为困难；曲率半径较小的曲线段施工比较困难；在饱和含水层中，防水技术要求高；此外目前还不能完全防止盾构施工地区的地表沉降，只能采取严密措施把沉陷控制在最小限度。我国经过几十年来特别是改革开放以来的快速持续建设,我国在隧道及地下工程领域已得到了很大的发展,至今已建成各类隧道超过7000座,隧道总长度超过4000km,隧道数量和总延长位居世界首位,并且目前仍以每年新建200-300km隧道的速度在增加。

21世纪是我国隧道及地下工程大发展的世纪,据有关专家预测,到2020年,我国将要完成近6000km的地下隧道建设,平均每年约300km。到2011年,国内各种地下工程建设约需岩石掘进机、盾构机约180台(不包括微型机),年均需求量约为30台。截至目前,使用的盾构总数约有200多台次。城市地铁快速发展,对盾构需求最多。我国城市地铁正处在高速发展期,地铁和轨道交通规划总长度已超过3000km。目前已建成和在建的数量仅占规划数量的10%左右,未来城市地铁建设仍将快速发展。越江隧道建设方兴未艾,对大直径和超大直径盾构的需求将有快速增长。至今有10个城市已建或在建20多座盾构法越江隧道。计划中的越江盾构隧道更多。城市各种地下管线隧道有待发展,对盾构的潜在需求大。有关专家预测,我国城市的给水、排水、电缆、电讯、热力、输气等隧道工程的长度将超过1000km,其对小型盾构、微型盾构或掘进机的需求量也相当大。

1.1隧道横截面内轮廓和结构尺寸的拟定

横截面内轮廓尺寸：采用盾构法修建地下铁道区间隧道时，无论是在直线上还是在曲线上，均使用同一台盾构施工，中途无法更换。因此，其横截面的内轮廓尺寸全线是统一的。为此，除了要根据建筑限界、施工误差、道床类型、预留变形量等条件决定外，还要按线路的最小曲线半径进行验算，保证列车在最困难的条件下也能安全通过。广州、上海地下铁道的圆形区间隧道内径为5.5m，可以保证3.0m的宽体车在曲线半径R=300m，醉倒超高h_max=120mm的曲线上安全通过。

管片厚度：管片的厚度取决于围岩条件、覆盖层厚度、管片材料、施工工艺等条件。为了充分发挥围岩自身的承载力，现代隧道工程中都采用柔性衬砌，其厚度相对较薄。根据日本经验，单层的钢筋混凝土管片衬砌，管片厚度一般为衬砌环外径的5.5%左右。

管片宽度：管片宽度的选择对施工、造价的影响较大。当宽度较小时，虽然搬运、组装以及在曲线上施工方便，但接缝增多，加大了隧道防水的难度，也增加管片制作成本，而且不利于控制隧道纵向产生的不均匀沉降。管片宽度太大则施工不便，也会使盾尾长度增长影响盾构的灵活性。因此，过去单线区间隧道管片的宽度控制在700~1000mm之间，但随着铰接盾构的出现，管片宽度有进一步提高的趋势，目前，控制在1000~1400mm之间。

衬砌环的分块：衬砌环的组成，一般有2种方式。一种是由若干标准管片、2块相邻管片和1块封顶管片组成。相邻管片一端带坡面，封顶管片则两端或一端带坡面。从方便施工和提高衬砌环防水效果的角度看，用第一种方式较好。

封顶块按照其在一环内的装入方式又可以分为径向与纵向装入2种。衬砌环的拼装方式有#8220;先纵后环#8221;和#8220;先环后纵#8221;2种。先环后纵法师在拼装钱缩回所有千斤顶，将管片先拼装成圆环，然后再用千斤顶使拼装好的圆环沿纵向已安装好的衬砌推进并连成洞。这种拼装方法使衬砌环面平整纵缝质量好，但可能形成盾构机的后退。先纵后环因拼装时只缩回该管片部分的千斤顶，其他千斤顶则轴对称的支撑或升压，所以可有效的放置盾构机后退。