盾构顶管优化设计：实证研究及施工对历史建筑的影响

盾构（顶管）优化设计包括以下几个方面。

1.事前调查

掌握历史建筑结构物的形状尺寸、支承条件、周围地基的土层构成、土的性质等。根据设计文件确认设计条件、设计方法、容许值与现在应力和富余量。特别是正在老朽化的历史建筑，必须充分考虑其安全性。另外，类似的施工经验也是宝贵的参考资料。

2.盾构（顶管）选线

在选定盾构（顶管）线路前，必须对直接障碍物的存在情况以及位于施工影响范围内的各种设施进行详细调查。当发现邻近历史建筑时，在水平距离上应尽量拉大与历史建筑之间的距离，采用规划避让法，如不能避让，可通过增加隧道埋深来增加上覆土层厚度等措施，尽量减小盾构（顶管）对历史建筑物基础及上部结构的影响。

3.优选盾构（顶管）隧道断面

（1）圆形断面

圆形断面是盾构法使用得最多的断面形状，因此，人们通常把圆形断面称为标准断面。圆形断面隧道具有如下优点：

①由于圆形断面的拱作用，相对非圆断面而言，其管环上作用的外压小，管环的受损小，寿命长，即隧道的耐久性好、安全性好。

②圆形断面盾构机掘削机理简单，掘削系统（刀盘，力和扭矩的传递机构）容易制作、造价低。

③管片的制作简单容易，拼装方便。(www.xing528.com)

圆形断面的缺点是对某些隧道类型而言，如地铁隧道、公路隧道、城市综合管廊等利用矩形内空的情形下，内空利用率低，即存在空间浪费。在相同空间要求下，圆形断面因圆直径大而对邻近历史建筑扰动大。

（2）矩形断面

矩形断面隧道是顶管法最常使用的断面形状，优点是内空利用率高，与圆形断面隧道相比可以减少30%左右的土体掘削和弃土，有利于降低成本。另外，矩形断面地中占位小，地下空间利用率高。缺点是管片上作用的外压大，不适于大尺寸隧道构筑。对城市地下铁道、综合管廊等隧道而言，是较为理想的断面形状。

（3）双圆搭接断面

这种断面形式多用于铁路、公路往返复线的情形。优点是地中占地面积小，空间利用率高。缺点是盾构机制作复杂、价格高，管片设计、组装、施工复杂。

（4）三圆搭接断面

三圆搭接断面可以说是为构筑地铁车站而设计的盾构断面形状。优点是空间利用率高，使地铁车站的构筑施工完全转入地下。缺点是盾构机、管片的设计、制作及施工均较复杂。

（5）马蹄形断面、椭圆形

这两种断面的优点也是空间利用率高，缺点是盾构机造价高。

因此，各种断面形状的隧道，均有相应的使用场合。当隧道施工影响范围内存在历史建筑时，应在满足盾构及顶管隧道使用用途的条件下，分析各种不同断面隧道对历史建筑的影响程度，在满足经济性及施工便利性的条件下，应优先采用对历史建筑影响最小的断面形状。