방패법은 지하공간 자원을 절약하고, 주변 환경에 미치는 영향을 줄이며, 공사 원가를 낮추는 등 독특한 장점으로 지하철, 시정 등의 공사에 널리 사용되고 있다.
주로 광저우 궤도교통 2 호선, 8 호선 광저우 신객역에서 석벽역 방패 구간을 엔지니어링 배경으로 방패 구간 설계의 요점을 설명한다.
2. 프로젝트 개요
광저우 궤도교통 광저우 신객역에서 석벽역 좌측선 728.862m (긴 사슬 0.126 포함); 우측 총 길이 728.41m; 모든 세그먼트는 Z(Y)CK 1+ 100 에 연락처 채널이 설정된 실드 구조를 사용합니다. 최소 원곡선 반지름 1500m, 최대 종단 경사 15.668‰, 최대 경사 길이 530m.
광저우 신 기차역-shibi 역 마스터 플랜
광저우 신 기차역-석벽역 종단도
3, 주요 설계 원칙 및 표준 구조 설계는 건축, 운영, 도시 계획, 인방, 방수, 방화 및 표류 전류 방지 요구 사항을 충족해야 합니다. 구조에는 서비스 수명 요구를 충족시킬 수 있는 충분한 강도와 내구성이 있어야 합니다.
구조 설계 수명은 100 년입니다. 구조 안전 수준은 1 단계입니다. 터널 구조 방수 등급은 2 급이다. 방패 원형 터널 헤드룸은 5200mm 입니다.
4. 공사 지질과 수문지질본 공사 방패 시공이 통과한 토층은 중조사, 분질점토, 단단한 플라스틱 분질점토, 백악계 홍층 강한 풍화대다. 터널 깊이는 5m~9m 입니다.
세그먼트 구조 설계 1) 터널 내부 지름:
지하철 원형 터널 헤드룸은 φ5200mm 의 원형이다. 터널 내경 결정은 헤드룸, 시공 오차, 측정 오차, 회선 맞춤 오차, 균일하지 않은 침하 등의 요소를 종합적으로 고려해야 한다.
광저우 지하철의 성공 경험과 결합해서 터널 내경은 5400 mm 이다.
2) 파이프 형태 및 두께:
광저우, 상하이 등의 방패 터널과 해외 유사 공사의 성공 경험에 따르면 강성이 있는 단일 층의 유연한 라이닝을 채택하는 것이 합리적이라는 것을 보여준다. 라이닝 변형, 이음매 열기 및 콘크리트 균열 개발은 모두 예상 요구 사항 내에서 지하철 터널의 설계 요구 사항을 완벽하게 충족할 수 있습니다. 단일 층 라이닝을 채택하여 시공 공예가 간단하고, 공사 실시 주기가 짧아 투자를 절약한다. 이러한 이유로 실드 터널은 단일 조립 라이닝을 사용하며, 세그먼트 형태는 일반적으로 사용되는 평면 철근 콘크리트 파이프 조각을 사용합니다. 구조물의 사용 연한이 100 년이라는 점을 감안하면 기존 엔지니어링 인스턴스 (instance) 를 참조하면 철근 콘크리트 정렬 두께가 300mm 이고 C50 콘크리트 조각이 사용됩니다.
3) 파이프 폭 및 블록:
정렬 링의 폭이 클수록, 즉 세그먼트의 폭이 넓을수록 정렬 링의 접합이 적어지므로, 새는 링과 볼트의 수가 적을수록 시공 속도가 빨라지고 비용도 낮아집니다. 그러나 방패기 잭 여정이 길어서 시공난이도가 어느 정도 높아졌다. 작은 반지름 곡선에서 1.5m 세그먼트의 설계 맞춤 오차는 1.2m 및 1.0m 폭 세그먼트보다 크지만 이 프로젝트의 실드 터널의 최소 곡선 반지름은1입니다.
링 폭 1.2m 세그먼트에 비해 링 폭 1.5m 의 세그먼트는 20% 의 링 틈새 수를 줄이고 이음새 누출의 확률을 줄이며 터널의 방수 품질을 높인다는 장점이 있습니다. 반면에 이음매 정지 재료와 연결 볼트의 사용을 줄였습니다. 또한 조립 시간을 20% 줄이고 시공 속도를 높일 수 있습니다.
광저우의 현재 방패 기계의 기계적 상태에 따라 파이프 생산, 운송, 조립 및 곡선 시공의 필요성을 고려하여 링 폭 1.5m 을 채택하기로 결정했습니다.
라이닝 링의 분할은 주로 파이프 조각 제작, 방수, 운송, 조립 및 구조 역학 성능 등의 요인에 의해 결정됩니다. 지하철 터널에서 일반적으로 사용되는 파이프 세그먼트 수는 6 개와 7 개입니다. 6 개와 7 개는 생산, 운송, 시공에 큰 차이가 없다. 국내에서는 상하이 지하철 1 호선과 광저우 지하철 1, 2, 3 호선 방패 터널이 모두 6 가지 방안을 채택하고 있다.
터널의 실전 경험에 따르면 시공의 편리함과 구조적 힘의 필요성을 감안하면 현재 커버는 일반적으로 작은 커버 형태를 채택하는 경향이 있다. 커버 블록에는 레이디얼 쐐기 및 세로 삽입과 같은 여러 가지 어셈블리 형태가 있습니다. 방사형 삽입기의 양쪽 선은 내부 팔자 또는 평행이어야 하며, 로드 후 아래로 쉽게 미끄러지는 것은 바람직하지 않습니다. 세로 삽입 형태의 압력 캡 블록은 힘 상태가 양호하여 로드 후 안쪽으로 미끄러지기 쉽지 않습니다. 단점은 실드 잭의 여정을 연장해야 한다는 것이다.
이번 설계는 6 개의 방안, 1 개의 캡 블록, 2 개의 인접 블록, 3 개의 표준 블록을 사용합니다.
4) 링, 종 방향 조인트 및 접합 구조:
파이프 세그먼트의 연결 구조에는 개스킷 슬롯, 이음매 슬롯 및 범프 장부 설계가 포함됩니다. 여기서 전자는 일반적인 시공 방법이며 범프 장부 설정 여부는 시기와 지역에 따라 다르게 해석됩니다. 범프 장부 설정은 접합 강성을 높이고, 균일하지 않은 침하를 제어하고, 접합 방수 성능을 높이고, 세그먼트 조립에 도움이 되지만, 세그먼트 제작과 조립의 난이도를 동시에 증가시키는 것은 세그먼트 조립시 균열과 후기 침하를 초래하는 요소 중 하나이며, 세그먼트 방수 성능을 객관적으로 약화시킨다.
이 구간의 지질 조건에 따라 시공의 난이도를 낮추는 것을 고려해서 고리의 세로 틈새에 범프사개가 설치되어 있지 않다.
부채꼴 링 면의 외부에는 탄성 워셔 슬롯이 있고 내부에는 이음매 슬롯이 있습니다. 링은 10 M24 세로 볼트 연결을 사용하여 특정 변형에 적응하고 터널의 세로 변형을 방수 요구 사항을 충족하는 범위로 제어할 수 있습니다. 세그먼트 사이에 12 M24 링 볼트 연결을 사용하면 세로 틈새 개방도와 구조 변형을 효과적으로 줄일 수 있습니다.
세그먼트와 정렬 링 사이의 연결 방법은 힘 특성에 따라 유연성 있는 연결과 강성 연결로 나눌 수 있습니다. 강성 연결은 조립이 번거로울 뿐만 아니라, 가격이 비싸고, 라이닝에 큰 2 차 응력을 발생시켜 좋지 않은 결과를 초래한 것으로 입증되었다. 그래서 현재 비교적 흔한 것은 유연한 연결이다.
볼트 연결 모양에 따라 곡선 볼트 연결, 직선 볼트 연결, 경사 볼트 연결 및 장붓 장부 핀 연결로 나눌 수 있습니다. 굽은 볼트 연결을 통해 접합에 일정한 자유도가 있어 설치가 매우 편리합니다. 곡선 볼트는 독일 프랑스 영국 싱가포르 덴마크 등의 지하철 교통공사와 국내 지하철에 광범위하게 적용돼 이 연결 시스템은 매우 성공적이었다. 직전과 사전은 최근 몇 년 동안 발전해 온 파이프 연결 형태이며, 손구멍 부피가 작고, 파이프 강도 손실이 적어 빠른 기계화 설치를 쉽게 할 수 있지만, 설치가 어렵고 시공 오차가 적다.
광저우 지하철 1 호선, 2 호선, 3 호선의 성공 경험에 따르면 이 설계의 세그먼트와 세그먼트, 링, 링의 연결은 광저우에서 비교적 성숙한 곡선 볼트 연결을 채택하고 있습니다.
5) 리브와 엔드 리브의 구조
수공 형태를 설계할 때 수공의 약화를 줄이기 위해 링 리브와 끝 리브의 길이는 약 180mm 입니다.
6) 라이닝 링 형태 및 조립 방법
라이닝 형태:
방패 터널이 곡선에서 편향되고 뱀줄이 보정되는 요구를 충족시키기 위해 쐐기 정렬 링을 설계해야 합니다. 현재 국제적으로 일반적으로 사용되는 라이닝은 세 가지가 있습니다.
A) 웨지 라이닝과 선형 라이닝의 조합.
곡선에서 실드 터널은 여러 폴리라인 (가장 짧은 폴리라인 길이는 링 라이닝의 너비) 을 사용하여 매끄러운 곡선을 맞추도록 설계되었습니다. 설계와 시공은 설형 라이닝과 선형 라이닝의 최적화된 조합을 사용하여 라인 맞춤을 수행합니다. 설형 정렬 링과 왼쪽 및 오른쪽 회전의 선형 정렬 링은 회로의 회전 방향 및 시공 중 보정 요구에 따라 설계되었습니다. 설계에서 회로 상황에 따라 전체 라인 정렬 링을 배치하여 터널 설계 맞춤 오류를 허용 범위 내에서 제어합니다. 방패가 추진될 때 다음 링의 정렬 유형은 파레토 차트와 현재 시공 오차에 따라 결정됩니다. 사용된 라이닝 유형이 완전히 결정되지 않았기 때문에 파이프 조각 공급에 약간의 어려움을 가져왔다.
B) 일반 섹션.
현재 유럽에서 통용 구간이 유행하고 있다. 그것은 단지 쐐기 라이닝의 한 종류만을 사용합니다. 하부 링의 회전 각도는 실드 터널링 시 실드 머신 내부 링의 센서가 잭에 주는 정보에 의해 결정되며, 최대 쐐기 양이 잭의 가장 긴 여정에 구성되도록 합니다. 즉, 파이프 라이닝은 360 회전될 수 있습니다. 선전 지하철은 처음으로 범용 관편을 채택했다. 단 하나의 세그먼트 유형만 필요하기 때문에 세그먼트 몰드 비용을 절감할 수 있으며 세그먼트 유형이 없기 때문에 엔지니어링 품질 문제가 발생하지 않습니다. 그러나 범용 파이프 조각을 조립하는 것은 어렵고 경험이 있는 방패 운영자가 필요하다.
C) 웨지 라이닝 링이 서로 결합됩니다.
이런 파이프 조합은 현재 국내에서 난징 지하철 건설에만 사용되고 있다. 여러 가지 유형의 웨지 라이닝을 사용하여 웨지 라이닝의 최적화된 조합을 사용하여 라인 맞춤을 설계하고 구성합니다. 회로의 편향 방향과 시공 보정 요구에 따라 좌회전과 우회전이 있는 설형 정렬 링이 설계되어 직선 세그먼트가 좌회전과 우회전 정렬 링으로 하나씩 결합되어 직선이 됩니다. 설계에서 회로 상황에 따라 전체 라인 정렬 링을 배치하여 터널 설계 맞춤 오류를 허용 범위 내에서 제어합니다. 방패가 추진될 때 다음 링의 정렬 유형은 파레토 차트와 현재 시공 오차에 따라 결정됩니다. 사용된 라이닝 유형이 완전히 결정되지 않았기 때문에 파이프 조각 공급에 약간의 어려움을 가져왔다.
광저우의 실제 상황과 결합하여 표준 링, 왼쪽 회전 링 및 오른쪽 회전 링의 세 가지 정렬 링을 사용합니다. 이 중 회전 링은 터널 보정에 사용됩니다.
7) 파이프 어셈블리 형태:
라이닝에는 두 가지 조립 형태, 즉 잘못된 솔기와 직선 솔기가 있습니다. 인터레이스 노드 조립은 링의 노드 강성 분포를 균일하게 하고, 구조 변형을 줄이고, 더 나은 공간 강성을 얻을 수 있습니다. 그러나 라이닝 링의 내부 힘은 직선 이음매 조립보다 크며, 제조 정확도가 부족할 경우 추진과정에서 쉽게 깨지거나 부러질 수 있습니다. 직선 솔기 조립 시공은 난이도가 낮고, 정렬 링의 내부 힘은 잘못 바느질된 정렬 링보다 작으며, 파이프 조각의 배력량을 줄일 수 있지만 정렬 공간 강성은 약간 떨어집니다.
광저우 지하철 1, 2, 3 호선의 성공 경험과 기존 세그먼트 제작의 정확도 수준에 따라 본 공사는 인터레이스 세그먼트 조립을 결정했습니다.
8) 세그먼트 태그
각 루프 세그먼트는 세 개의 표준 블록 (A 1, A2, A3), 두 개의 인접한 블록 (b, c) 및 한 개의 커버 블록 (k) 으로 나뉩니다. 라이닝은 표준 링 (P), 좌회전 링 (L) 및 우회전 쐐기 링 (R) 의 세 가지 유형이 있습니다.
세그먼트 표시는 영구 및 임시 표시로 구분됩니다. 영구 마커는 제조 시 강철 몰드에 미러링되며 주로 세그먼트 링 (표준 링, 좌회전 링, 우회전 링), 블록 유형 (표준 블록, 인접 블록, 커버 블록), 세그먼트 끝 버트 표시, 볼트 구멍 버트 표시를 반영합니다. 파이프 조각이 탈모된 후 일시적으로 스프레이로 표시되어 있으며, 주로 파이프 번호와 생산 날짜를 표시한다.
9) 특수 세그먼트 설계
비상 대피 통로와 폐수 펌프실 통로는 주 터널과 연결되어 있다.
At 세그먼트는 주 터널 내의 로컬 세그먼트를 제거할 수 있는 특수 세그먼트 링으로 설계되었습니다.
강철 파이프 세그먼트가 특수 세그먼트에 사용될 때 임시 강철 파이프 세그먼트는 쉽게 분해할 수 있지만 가공이 어렵고 비용이 많이 듭니다. 철근 콘크리트 파이프 조각은 해체가 어렵지만 원가가 낮아 제작이 간단합니다. 철근 콘크리트 절단 및 심기 기술 개발은 매우 일반적이며 철근 콘크리트 특수 세그먼트를 사용하는 것이 좋습니다.
6, 세그먼트 구조 설계
6. 1 계산 원리
1) 사토에서 수토압력을 별도로 계산하고, 점성토에서는 수토압력경제계산을 한다.
2) 수직 하중은 상복토의 무게를 고려해야 한다. 지층 반력은 수직 수토압력, 라이닝 자중 및 지면 과부하와 균형을 이룹니다.
3) 측면 하중은 지층의 측면 압력 계수 또는 C, φ 각도에 따라 계산됩니다. 지상 과부하 20KPa；;
4) 지진작용과 주하중의 조합을 사용하여 구조를 점검하고 노드의 전반적인 내진능력을 높인다.
5) 라이닝 계산은 접합 강성, 조립품 응력 및 실드 잭 힘의 영향을 고려합니다.
6) 구조적 부동 안전 계수: 마찰을 고려할 때 ≥ 1. 15, 마찰을 고려하지 않을 때 ≥ 1.05.
7) 세그먼트 균열 폭 ≤ 0.2mm.
6.2 부하의 계산된 실드 터널의 구조 설계는 주로 다음 부하를 고려합니다.
지면 과부하 (일반적으로 20kpa 로 계산됨)
구조적 자중 g
수직 및 수평 토압 Q 1, E 1-E2
수압
측면 지층 저항
반응을 일으키다
시공 하중 (실드 잭 힘)
구조 내부 하중
특수 하중 (지진 하중, 민간 방공 하중)
구조 설계에서 구조 강도, 강성 및 균열 폭은 시공 단계 및 정상 운영 단계에서 발생할 수 있는 가장 불리한 하중 조합에 대해 각각 검사됩니다. 그러나 특수 하중 단계에서는 한 번에 하나의 특수 하중만 조합하고 재료 강도의 포괄적인 조정 계수를 고려합니다 (균열 폭을 검사할 필요가 없음).
6.3 계산 도식도 YCK 1+400 횡단, 깊이 약 9m, 계산 하중은 표준값입니다. 계산 결과는 그림 4. 1-2 에 나와 있습니다.
그림 1 계산 모델
6.4 분석
보강 (링당):
링 철근:12φ18; 세로 보강 철근: 18 ~ 10. 특정 배력근은 다음 그림과 같습니다.
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