双圆盾构隧道地表沉降分析

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1、上海交通大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论1.1盾构工法介绍盾构隧道施工方法是使用盾构机在地下掘进，一边在盾壳的保护下防止开挖土体崩塌，一边在机内安全的进行衬砌安装作业，从而修筑隧道的方法。其主要特点是施工不受地面条件的限制，对周围环境的影响较小，并且可以实现在各种复杂地质条件下的施工。盾构法问世至今已有170余年历史。1818年法国工艺师布鲁洛尔(MareIsambrandBrunel)在蛀虫钻孔的启示下，最早开始研究盾构法建设隧道。1865年，他在伦敦泰晤士河下用一个断面高6.8m、宽11.4m的矩形盾构修建了第一条隧道。1865年巴尔劳(B.W.Barlow)首次采用

2、圆形断面盾构，并用铸铁管片作为初次隧道衬砌，一举确立了圆形盾构隧道在以后100多年的统治地位。1874年，在英国伦敦地下铁道南线的粘土和含水砂砾地层中建造内径为3.12m的隧道时，格鲁赛德(JamesHenryGreathead)(1844-1896)综合了以往所有盾构施工和气压法的技术特点，较完整地提出了气压盾构法施工工艺，并且首创了在盾尾后面的衬砌外围环行空隙中压浆的施工方法，为盾构法的发展起了重大的推动作用。20世纪60-70年代，继法国研制了泥水加压式盾构后，日本也研究开发了土压平衡[1]式盾构，此后闭胸式头部、刀盘机械开挖、管片衬砌、壁后注浆及防水等先进技术成为近3

3、0年盾构技术的主流。近年来，以日本为代表的发达国家，由于城市建设的需要，开发研制了很多新型的盾构。可以认为盾构技术已经发展到多元化的阶段。上世纪50年代初，我国首次在东北阜新煤矿采用盾构法修建了直径2.6米的输水巷道。1946年在上海采用网格式挤压盾构修建了直径达到l0m的打浦路越江隧道。80年代初期上海开始使用土压平衡式盾构进行地铁隧道的修建工程。80年代末期，我国开始使用泥水加压式盾构，并在1994年开始成功地进行了上海延安东路南线越江隧道工程。近些年来，继北京、上海、广州、天津等城市大规模修建地铁之后，其他大中城市如深圳、南京等地也开始了地铁建设工程。为了避免隧道施工引

4、起的地面变形和给地面建筑、交通造成干扰，选择盾构法施工[2]的趋势日益明显。由于城市向高度密集化发展，城市地下工程受到越来越多的限制。随着城市地下空间的高度开发利用，隧道间相互交叉、与其它地下结构物的穿插重叠、施工场地的小规模化，盾构施工将不断向大深度、急曲线、长距离、大直径的方向1上海交通大学硕士学位论文第一章绪论发展。因此，在国外出现了大量新型的特殊断面盾构。特殊断面盾构分为复圆形盾构和非圆形盾构两大类。复圆形盾构包括双圆(上下、左右)盾构和三圆盾构，其中双圆形盾构可用于一次修建双线地铁隧道、下水道、共同沟等，三圆形盾构则用于修建地铁车站。非圆形盾构有椭圆形、矩形盾构等，

5、根据隧道使用目的可分别加以采用。盾构施工法发展以来，隧道断面选择一般采用圆形，主要有四点原因：(1)对于隧道承受外荷载来说，圆形是结构力学上最稳定的形状；(2)在施工上，圆形盾构开挖、管片的制作、拼装都比较容易；(3)圆形盾构推进时，即使盾构产生绕中心轴转动情况，也不会改变净空断面；(4)圆形对以旋转刀盘为开挖机构的机械开挖盾构有利。圆形盾构隧道的施工技术已经日趋成熟，城市地铁区间隧道传统方法是采用圆形盾构法分别建造两条单体隧道。上海并列圆形单体隧道已有60余公里，随着施工技术的进步，发现建造并列圆形单体隧道存在以下弊端：(1)两条隧道分别施工，相互之间存在影响，增加两条隧道

6、的不稳定性；(2)为克服并列单体隧道之间的相互影响，保证两条隧道之间必要间距，加大盾构工作井的规模，占用了较大的城市地下空间，特别在工程条件受限制的狭窄空间里往往难以实施；(3)两条圆形隧道分别施工，存在盾构二次转换、拆装和吊运，工作量大，施工效果低的问题。由于上述弊端存在，使得特殊断面盾构技术得到了快速发展。其中，上世纪八十年代出现的双圆盾构法在技术和经济上都有其显著的优越性。1986年，日本日立造船株式会社为日本熊谷组承包商制造了世界上第一台双圆泥水加压式盾构，并应用于日本东京的京叶线京桥隧道，成功开创了双圆盾构法的施工先例。双圆盾构工法修建隧道既可大大缩小区间隧道所占用

7、的地下空间，又可使区间隧道沿线地面构筑物的影响范围大为缩小，更有利于城市的地面规划和建设。因此，在高楼林立、街道狭窄、地下管线密集的地段建造双线隧道，或在原有地下构筑物附近(如多条地铁线路交汇的枢纽站处)建造有上下方向制约的地铁区间隧道、车站的工程中，双圆盾构工法有着独特的优点。主要体现在：(1)双圆盾构一次推进就能完成地铁上、下行线两条隧道，施工效率高；(2)双圆盾构不仅比普通盾构更少占用地下空间，有效地节约了空间，保护了环境；(3)如图1-1所示，双圆盾构与同一个大的圆形隧道相比，横断面开挖面积减少