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（6）衬砌环类型及楔形量的设置

为了满足盾构隧道在曲线上偏转及纠偏的需要，设计楔形衬砌环。本工程拟采用通用双面楔形环管片。楔形量按最小平曲线半径计算，取48mm，单边楔形角5′41.9″。该方案能满足本工程直线、曲线段及盾构施工纠偏控制的需要，并为机械设备今后的使用预留了一定的空间，在设计中将对纵向螺栓的布置形式进行优化，更好满足通用楔形环的拼装需要。

（7）管片结构计算

由于管片采用错缝拼装，计算模型的选择必须考虑管片接头部位抗弯刚度的下降、环间螺栓等对隧道结构总体刚度的补强作用，根据国内外常用的模型和计算方法，选择两种模型进行分析：修正匀质圆环法和梁—弹簧模型法。设计采用两种模型计算结果的包络值作为设计依据。

荷载系统示意图 梁—弹簧模型图

由于盾构所穿越的地层物理力学性质较为均匀，但地面（含河床线）起伏较大。在结构计算时根据隧道所处地层特点、上覆土变化、地下水位不同等特征选取不同的断面进行计算，其中具有代表性的断面分布见下表。

典型计算断面

序号 计算断面一 计算断面二 计算断面三 计算断面四 计算断面五 特征 岸边覆土厚度1D处 岸边覆土最2D处 岸边覆土最大处 江中最深处 江中覆土最浅处 水土荷载模式 水土分算 水土分算 水土分算 水土分算 水土分算 针对项目特点，本次设计衬砌厚度分别取为600mm和650mm的管片进行了计算分析。通过分析比较各典型断面计算结果，最不利断面均位于断面三岸边最大埋深处，60cm

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厚C60混凝土衬砌可满足结构强度要求。

（8）隧道内道路结构及江中泵房设计 ①道路结构形式

圆形隧道内道路结构包括标准段和江中泵房段，其实施方式选择的原则：满足总体施工进度的要求；考虑盾构机掘进过程中管片运输与道路结构施工的相互影响；借鉴已建工程的成功经验。

结构上层将现浇横向板作为路面结构，横向板搁置在现浇纵梁上，纵梁与纵向布置的方柱浇为一体，柱间距为5m。柱子与管片接触部位通过植筋将二者连为一体。下层道路采用倒扣的U形槽，其余空间回填C15素混凝土。

②江中泵房设计

江中泵房设在隧道内的最低点，用于收集、排出废水。废水由隧道内江中集水井沿管线廊铺设的排水管排入工作井排水泵房，再由工作井排水泵房抽排入市政管网系统。

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3、盾构设备选型

3.1 盾构选型的依据

盾构选型应根据工程地质、水文地质为主要依据，综合考虑周围环境条件、隧道断面尺寸、施工长度、埋深、线路的曲率半径、沿线地形、地面及地下构筑物环境条件，以及周围环境对地面变形的控制要求的工期、环保等因素，同时参考国内外已有盾构工程实例及相关的盾构技术规范、施工规范及相关标准，对刀盘结构、刀具配置、盾构类型、驱动方式、功率要求等进行研究。 6.1.1 根据地质条件进行选型

地质条件对盾构选型的影响主要表现在刀盘结构及刀具配置的地质适应性设计，刀盘结构及刀具配置需适应最不利地质条件的要求，确保整个掘进过程中工程顺利安全，最大限度实现长距离掘进。刀盘结构主要包括辐条式、辐条面板式、面板式三种，对应开口率及适用地层均有所侧重，见下图：

辐条式 辐条面板式 面板式

总结已有工程实践经验，刀盘结构地质适应性见下表：

辐条式 辐条面板式 面板式 开口率 60%~70% 25%~45% 10%~20% 适用地层 砂卵石地层、 无水粘土地层 复合地层、 普通粘土~砾砂地层 富水淤泥地层、 粉细砂地层 备注 当卵石最大粒径超过螺旋输送机排渣能力时谨慎采用 应用范围最广泛，土压平衡盾构和泥水平衡盾构均采用 通常仅用于泥水平衡盾构 针对不同地质条件，刀具也须进行针对性设计及配置，通常而言，单一软土地层（粘土、砂土、砂卵石等）只需配置软土地层刀具，包括齿刀、先行刀或撕裂刀、周边刮刀、仿形刀等，复合地层（沿线隧道断面即有软土又分布有基岩）需同时配置软土刀具及适合基岩的盘形滚刀，此时刀盘为复合式刀盘。

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6.1.2 根据地层渗透系数进行选型

地层渗透系数对盾构选型是一个重要的因素。通常，在地层渗透系数小于10-7m/s时。可选用土压平成盾构；当地层渗透系数在10-7～10-4m/s之间时，既可选用土压平衡盾构也可选用泥水盾构；当地层渗透系数大于10-4m/s时，宜选用泥水盾构。根据地层渗透系数与盾构类型的关系，若地层以各种继配富水的砂层、砂砾层为主时，宜选用泥水盾构，其他地层宜选用土压平衡盾构。 6.1.3 根据地层颗粒级配进行选型

土压平衡盾构主要适用于粉土、粉质粘土、淤泥质粉土、粉砂层等粘稠土层的施工，在粘土土层中掘进时，由刀盘切削下来的土体进入土仓后，在旋转机内形成压力梯降，保证土仓压力的稳定，使开挖面土层处于稳定。一般来说，细颗粒含量多，渣土易形成不透水的流塑体，容易充满土仓的每个部位，在土仓中可以建立压力以平衡开挖面的土层。

在以中粗砂、砂砾石层为主的地质条件下，宜选用泥水盾构。 6.1.4 根据地下水压力进行盾构选型

当水压大于0.3Mpa时，宜选用泥水盾构，如果采用土压力平衡盾构，螺旋输送机难以形成有效的土塞效应，在螺旋输送机排土闸门处，容易发生渣土喷涌现象，引起土仓内土压力下降，导致开挖面失稳。 6.1.5 环境影响因素

从保证开挖工作面稳定、控制地面沉降的角度看，当隧道断面较大时，使用泥水盾构要比使用土压平衡盾构效果好，特别是在河、湖等水体下，在高密集的建筑物或构筑物下，在上软下硬的复杂地层条件下，泥水盾构在保证施工过程中的开挖面稳定性与控制地表沉降等方面效果明显，应优先考虑。

泥水盾构通过施加略高于开挖面水土压力的泥浆压力以维持开挖面稳定，除泥浆压力外，合理的选择泥浆状态也可增加开挖面的稳定性。泥水盾构比较适合于河底、江底、海底等高水压条件下的隧道施工。

泥水盾构使用送排泥泵通过管道从地面直接向开挖面进行送排泥，开挖面完全封闭，具有高安全性和良好的施工环境，既不对围岩产生过大的压力也不会受到围岩压力的反压，对周围地层影响较小，辅助施工要求少，特别是在开挖断面大时候，选用泥水盾构

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对控制地表沉降方面较土压平衡盾构优势明显。

泥水盾构适用于冲积形成的砂砾、砂、粉砂、粘土层、弱固结的互层以及高含水率开挖面不易稳定的地层，在高水压力、高渗透系数的砂砾、砾石层中，也可采用辅助工法维持开挖面的稳定。

根据控制开挖面泥浆压力方式的不同，泥水盾构有两种：一种是日本体系的直接控制型；一种是欧洲体系的间接控制型（膨润土-气垫式泥水加压平衡盾构），见下图。

直接控制型的泥水仓为单仓结构形式，间接控制型的泥水仓为双仓结构，前仓为开挖仓，后仓为气垫调压仓，开挖仓内完全充满受压的泥浆后平衡外部水土压力，开挖仓内的受压泥浆通过沉浸墙的下面与气垫仓相连。直接控制型泥水盾构开挖仓内的泥水压力波动较大，一般在±（0.5~1.0）×105pa之间。间接控制型泥水盾构气垫调压仓通过压缩空气系统精确地进行控制和调节压力，开挖仓内的压力波动较小，一般为±（1~2）×104pa，泥浆管路内的浮动变化将被准确、迅速平衡，减少了外界压力的变化对开挖面稳定造成的影响。

建议本工程采用膨润土-气垫式泥水加压平衡盾构。 3.2 刀盘刀具选型

6.2.1 刀盘结构选择——复合辐条-面板式刀盘结构

刀盘结构形式有面板式、面板辐条式、辐条式三种，具体应用时应根据施工条件和土质条件等因素合理选择。泥水盾构一般都采用面板辐条式或面板式刀盘，其优点在于面板可辅助维持开挖面稳定，阻止特大粒径孤石进入土仓，保证工程安全；其不足在于泥水流经刀盘面板的开口进入土仓，盾构掘进时土仓内的土压力与开挖面的土压力之间产生压力降，且压力降的大小受面板开口的影响不易确定，从而使得开挖面的土压力不易控制，此外受面板开口率的影响，渣土进入土仓不顺畅、易粘结、堵塞。且刀具负荷大，使用寿命短。

根据地质详勘报告，本工程隧道断面穿越地

滚刀 刮刀 前舱 后舱 气垫