上海盾構(gòu)隧道管片設(shè)計的發(fā)展
1. 襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計要點
1.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)
(1) 工程結(jié)構(gòu)的安全等級按一級考慮；
(2) 結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限100年；
(3) 結(jié)構(gòu)按7º抗震設(shè)防；
(4) 襯砌結(jié)構(gòu)變形：直徑變形≤0.2%D(地鐵區(qū)間隧道)，0.3%D(道路隧道)（D為隧道外徑）。
1.2 襯砌結(jié)構(gòu)形式
目前，上海的盾構(gòu)隧道絕大部分采用混凝土管片，利用了混凝土管片耐久性和耐壓性的特點。僅在特殊情況下（如需從隧道內(nèi)垂直頂升出水管或水平開設(shè)旁通道時為滿足構(gòu)造或受力之需），局部地用上幾環(huán)鋼管片。
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圖1 混凝土管片 |
圖2 鋼管片 |
1.3 襯砌的接縫構(gòu)造
在襯砌接縫構(gòu)造設(shè)計中，考慮到軟土地層的特性，便于在環(huán)間傳遞一定的剪力，控制環(huán)間踏步，同時方便管片拼裝時定位，在環(huán)縫和縱縫上均設(shè)計成凹凸榫槽。
目前，國內(nèi)外隧道工程界常用的螺栓連接有以下三種型式：彎螺栓、直螺栓和斜螺栓。
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圖3 隧道襯砌環(huán)、縱縫構(gòu)造 |
圖4隧道襯砌環(huán)、縱縫構(gòu)造 |
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1.4 管片的制作精度
現(xiàn)在的管片均采用高精度鋼模、單塊臥式生產(chǎn)。鋼模通常采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，經(jīng)立車、鏜銑、臥銑等加工中心加工完成。管片的制作精度為：寬度±0.4~0.5mm、弧弦長±1mm、管片外半徑0~+2mm、內(nèi)半徑±0.1mm、螺栓孔直徑與孔位±1mm。同時，需進行襯砌的圓環(huán)三環(huán)試拼裝，檢驗鋼模的制作精度。
2 .盾構(gòu)隧道防水設(shè)計要點
2.1 防水技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
（1）隧道及其旁通道或泵站應(yīng)達到高于二級的防水標(biāo)準(zhǔn)，即每晝夜?jié)B水量不大于0.06L/ m2，任意100 m2每晝夜?jié)B漏量≤10L。隧道頂部不允許滴水，底部不得漏泥水，側(cè)壁表面允許有少量、偶見濕漬，隧道內(nèi)表面的潮濕面積≤4/1000總內(nèi)表面積，任意100m2濕漬不超過4點；任一濕漬≤0.15 m2。
（2）盾構(gòu)區(qū)間混凝土管片抗?jié)B等級≥S10，同時應(yīng)檢測管片混凝土的氯離子擴散系數(shù)（氯離子擴散系數(shù)≤1.2×10-8 cm2/s）。
（3）地鐵盾構(gòu)區(qū)間隧道沿線有過江段和侵蝕性介質(zhì)等環(huán)境條件惡劣的區(qū)段時，為提高管片的抗裂性和耐久性，其外背面應(yīng)涂刷防水防腐蝕涂層，這種涂層可以是環(huán)氧聚氨酯類，也可是水泥基結(jié)晶滲透型防水涂層。
2.2 襯砌結(jié)構(gòu)防水
襯砌防水包括三大部分：管片混凝土結(jié)構(gòu)自防水、襯砌接縫防水、襯砌與工作井接頭防水。
（1）管片混凝土結(jié)構(gòu)自防水的設(shè)計
A.管片選用強度等級≥42.5MPa的PⅠ或PⅡ型水泥。
B.制膠凝材料用量（混凝土膠凝材料用量≥410kg/m3）、混凝土中的含堿量（總堿量≤3kg/m3）、水膠比（≤0.35）、混凝土中最大氯離子含量（為膠凝材料重量的0.06%）。
C.選用堅固耐久、級配合格、粒形良好骨料為原料；添加優(yōu)質(zhì)粉煤灰（≥Ⅱ級灰）等超細礦物摻和料、高效減水劑（減水率≥25%），配制耐久性為重點的高性能混凝土。
（2）接縫防水
A.彈性橡膠密封墊防水
（a）盾構(gòu)隧道接縫防水的首道防線是預(yù)制成框的彈性橡膠密封墊，其斷面為中孔型，材質(zhì)則以三元乙丙橡膠為主，頂部與遇水膨脹橡膠相復(fù)合，它能適應(yīng)較大的接縫張開量，且頂部復(fù)合的遇水膨脹橡膠在含Cl-、SO42-的水質(zhì)中能長久保持高膨脹倍率。
（b）在接縫密封墊外側(cè)設(shè)置兜繞成環(huán)的擋水條，其材質(zhì)為遇水膨脹橡膠（個別區(qū)間可采用聚醚型聚氨酯或海綿），它與彈性橡膠密封墊構(gòu)成防水功能與耐久性好的雙道防水線。此防水線應(yīng)在0.6MPa水壓下，環(huán)縱縫分別張開6mm時不滲漏。
3. 旁通道和江中泵房位置的特殊襯砌設(shè)計
區(qū)間隧道旁通道處特殊管片由四環(huán)鋼管片、鋼筋混凝土管片復(fù)合的襯砌構(gòu)成。四環(huán)復(fù)合管片環(huán)寬1.2米，中間兩環(huán)為整環(huán)鋼管片，相鄰兩環(huán)近通道一側(cè)鄰接塊、標(biāo)準(zhǔn)塊、拱底塊為鋼管片，其余為鋼筋混凝土管片。
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