地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、 地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前 言一. 地下鐵道的基本功能及特點(diǎn)地下鐵道（metro subway）是指，在大城市下的地下修筑隧道、鋪設(shè)軌道，以電動快速列車運(yùn)送大量乘客的公共交通體系，簡稱地鐵。在城市郊區(qū)，地鐵線路可延伸至地面或高架橋上。地鐵運(yùn)輸幾乎不占街道面積，不干擾地面交通，有些國家稱它為“街外運(yùn)輸”，或稱為“有軌公共交通線”（mass transit railway）。它是解決城市交通擁擠問題，并能大量快速、安全運(yùn)送旅客的一種現(xiàn)代化交通工具。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市人口的大量增加，機(jī)動車和非機(jī)動車數(shù)量迅速增長，市區(qū)的客運(yùn)交通流量猛增，城市規(guī)模隨之不斷擴(kuò)大，這樣就使城市中空氣污染、噪音、交通擁擠

2、等影響城市居民生活的因素逐漸突出，于是居民區(qū)就需要向城市郊區(qū)擴(kuò)展。在上下班時(shí)和節(jié)假日，城市交通更顯得擁擠混亂。原有的城市道路面積和城市面積的比例（道路率）是受城市發(fā)展歷史制約等，一般不容易改變，想通過拆遷改造城市交通狀況是極其困難的，甚至是不可實(shí)現(xiàn)的。如上海市人均道路面積僅為2.2m²，要增加道路面積非常困難。因此，許多干道的交通堵塞狀況日益嚴(yán)重。目前很多城市道路交通的平均車速已下降至10km/h以下，很多路口交通負(fù)荷度已經(jīng)很飽和。根據(jù)國內(nèi)、外的經(jīng)驗(yàn)，建設(shè)大容量快速軌道交通包括地鐵和輕軌運(yùn)輸是緩解交通緊張狀況的有效途徑。尤其是在市內(nèi)，建設(shè)地鐵，向地下發(fā)展是今后城市發(fā)展的一種趨勢。地下

3、鐵道在城市客運(yùn)交通中的主要作用有以下幾個(gè)方面：1.能滿足大客運(yùn)量的需要。一條低鐵道單方向每小時(shí)的運(yùn)送能力可達(dá)46萬人次，為公共汽車的6倍至8倍，為輕軌交通的2倍多。完善的地下鐵道系統(tǒng)會成為城市公共交通系統(tǒng)的骨干，可擔(dān)負(fù)起城市客客運(yùn)量的一般左右（實(shí)例見下表） 表01 地下鐵道與公共電、汽車客運(yùn)量比較表實(shí)例 客運(yùn)量 城市 地下鐵道（億人次/年）公共電、汽車（億人次/年）東京17.4514.34紐約12.0013.48巴黎11.356.88莫斯科19.7917.592.地鐵列車以平均每小時(shí)3540km的速度運(yùn)行，且一般不存在堵車問題，所以省時(shí)、快速、方便，減少了乘客出行時(shí)間和體力消耗。乘坐地鐵通常要

4、比利用地面交通工具節(jié)省1/22/3的時(shí)間。3. 能緩和街道交通的擁擠和降低交通事故。地鐵以車組方式運(yùn)行，載客量大，正點(diǎn)率高，安全舒適。此外在多條地下鐵道立體交叉情況下，通過在交叉點(diǎn)設(shè)立樓梯式電梯或垂直電梯，換乘極為方便，在城市中心區(qū)等熱鬧地帶，可將地鐵的出入口建在最繁華的街區(qū)，或建在大型百貨商店以及其他公共場所的建筑物內(nèi)，極大的方便了乘客，從而可將大量的客流引入地下，減少地面交通車輛，使私人小汽車或自行車出行者改為地鐵乘客。4.能改善地面環(huán)境，降低噪聲、減少了城市公共交通產(chǎn)生的廢氣污染，為把地面變成優(yōu)美的步行街區(qū)創(chuàng)造條件。5.地鐵還可以節(jié)省地面空間，保存城市中心“寸土寸金”的地皮。6.地鐵有一

5、定的抵抗戰(zhàn)爭和抵抗地震破壞的能力。7.地鐵網(wǎng)將城市中心區(qū)和市郊區(qū)（或被河流等分割的市區(qū)城市）聯(lián)成一個(gè)整體，既能暢通交通，又能促進(jìn)經(jīng)濟(jì)繁榮。例如：廣州、香港、舊金山等。總之，一個(gè)現(xiàn)代化的大都市，尤其是國際化特大城市，如果沒有良好的城市運(yùn)輸是不可想象的，地下鐵道作為直達(dá)運(yùn)輸對運(yùn)送旅客作用最大，也應(yīng)成為最大的城市交通方式。長沙地鐵1號線主要是增強(qiáng)中心區(qū)輻射力,解決城市東西向主軸的交通壓力,滿足東西向交通走廊高度集中的客運(yùn)要求,并強(qiáng)化城市西部發(fā)展軸,推動長沙城市化進(jìn)程。采用與城市街面交通一致的右側(cè)行車制,線路以右線貫通。按最高運(yùn)行速度為80km/h設(shè)計(jì)。表0-2 長沙地鐵1號續(xù)線車站設(shè)置表主 要 車

6、站主 要 車 站赤黃路站金色大道站鐵道學(xué)院站友誼路站省政府站黑石鋪路站本設(shè)計(jì)所選題為友誼路至省政府地鐵區(qū)間和省政府中心車站的設(shè)計(jì)，見圖0-2。該區(qū)段線路位于規(guī)劃。線路里程由ck6+919.5至ck8+263.5，全長1344m。隧道穿越的地層，其工程地質(zhì)大致可描述如下：該區(qū)段位于海積平原及臺地，上覆第四系全新統(tǒng)人工堆積層，海沖積層及第四系殘積層，下伏燕山期花崗巖，本場地為中等復(fù)雜場地。地下水為第四系孔隙潛水及基巖裂隙水，前者主要賦存于第四系粘性土層、砂層及殘積層中，中砂、礫砂為主要含水層，具中等透水性；砂質(zhì)粘性土、礫質(zhì)粘性土具弱透水性；后者主要賦存于花崗巖風(fēng)化帶內(nèi)，為弱透水性。地下水水位埋深1

7、.77.4m，水位變幅0.52.0m，且對對混凝土中的鋼筋無腐蝕。具體水文地質(zhì)狀況見附錄中的01號圖。本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：地鐵區(qū)間線路埋深方案比選；地鐵線路平、縱斷面設(shè)計(jì)；地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；淺埋地鐵車站結(jié)構(gòu)與輔助建筑物設(shè)計(jì)；地鐵區(qū)間與車站的施工方案選擇，施工支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其中對地鐵區(qū)間襯砌結(jié)構(gòu)和施工支護(hù)體系連續(xù)墻的內(nèi)力計(jì)算分別采用了直剛法和彈性法（桿系）fortran計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行了分析。在車站施工中采用了明挖順作法、蓋挖順作法及放坡開挖法。這幾種方法的綜合使用在本設(shè)計(jì)中可以達(dá)到以下效果：減少了對地面交通的影響；在勞動力有限的情況下，便于組織施工；減少橫撐的用量；充分利用了永久性結(jié)構(gòu)（如

8、立柱），不僅改善了施工支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力，而且減少臨時(shí)建筑物，節(jié)省造價(jià)，縮短工期。由于水平有限，不足之處在所難免，懇請各位老師同學(xué)批評指正，在此一并表示感謝！第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)與原始資料1.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 本設(shè)計(jì)根據(jù)長沙市修建地下鐵道的地質(zhì)資料，要求設(shè)計(jì)者對某區(qū)段地鐵線路完成下列任務(wù)： 1.地鐵區(qū)間線路埋深方案比選； 2.地鐵線路的平、縱斷面設(shè)計(jì)； 3.地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 4.淺埋地鐵車站結(jié)構(gòu)與輔助建筑物設(shè)計(jì)； 5.地鐵區(qū)間與車站的施工方案選擇，施工支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。1.2 設(shè)計(jì)進(jìn)度安排 1.設(shè)計(jì)資料的準(zhǔn)備，熟悉設(shè)計(jì)內(nèi)容(1周，第12周)2.直剛法電算程序教學(xué)，上機(jī)操作、修改調(diào)試適用地鐵結(jié)構(gòu)的電算程序

9、(2周，第12周)； 3.地鐵線路埋深方案比選設(shè)計(jì)(1周，第23周)； 4.區(qū)間襯砌結(jié)構(gòu)斷面尺寸設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)荷載計(jì)算(1周，第34周)； 5.襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算與分析(1.5周，第46周)； 6.畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)(4周，第69周) 7.區(qū)間襯砌結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算與設(shè)計(jì)(2周，第1012周)； 8.地鐵車站結(jié)構(gòu)與附屬建筑物設(shè)計(jì)(1周，第1213周)； 9.地鐵區(qū)間與車站的施工設(shè)計(jì)(2周，第1315周)； 10.文整與答辯(0.5周，第16周)。1.3 設(shè)計(jì)原始資料1. 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件海積平原及臺地，上覆第四系全新統(tǒng)人工堆積層（q ），海沖積層（q ）及第四系殘積層（q ），下伏燕山期花崗巖（ ），本場

10、地為中等復(fù)雜場地。地下水為第四系孔隙潛水及基巖裂隙水，前者主要賦存于第四系粘性土層、砂層及殘積層中，中砂、礫砂為主要含水層，具中等透水性；砂質(zhì)粘性土、礫質(zhì)粘性土具弱透水性；后者主要賦存于花崗巖風(fēng)化帶內(nèi)，為弱透水性。地下水水位埋深1.77.4m，水位變幅0.52.0m。詳見給定地質(zhì)圖。2.線路條件與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(1)正線皆為雙線，兩線中心距不小于4400mm (2)線路平面最小曲線半徑:正線rmin=300m；車站一般為直線，困難條件下rmin不小于800m； 圓曲線長度不得短于20m；(3)最大縱坡：區(qū)間30,車站3,最小縱坡3,豎曲線半徑正線為3000m；(4)軌距1435mm； 最大外軌超高1

11、20mm； 鋼軌60kg/m；道岔：9號；(5)緩和曲線：正線上半徑小于或等于2000m的曲線應(yīng)設(shè)緩和曲線，其長度根據(jù)規(guī)劃或有關(guān)計(jì)算參數(shù)計(jì)算決定，但長度不得短于20m； (6)車站位置與中心里程：見給定資料。其它未列出而在設(shè)計(jì)中又可能需要的有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可參見給定資料與設(shè)計(jì)規(guī)范。3.行車組織：每列車按6輛編組，每小時(shí)30對，車輛采用bj-2型電動車輛，全長19m，高3.515m，外寬2.80m，最高速度80km/h，設(shè)計(jì)載客量為185人/輛。 4.限界 (1)區(qū)間直線圓形隧道建筑限界直徑為5200mm； (2)區(qū)間直線矩形隧道建筑限界寬4000mm，最大高度4300m； (3)區(qū)間直線馬碲型隧道

12、建筑限界5000mm，最大高度4800mm；(4)車站直線地段限界：線路中心線至邊墻為2200mm，線路中心線至站臺邊緣線為1600mm，站臺面至軌頂面為1100mm，軌頂至底板面為540mm，站廳凈高：主要站4000mm，次要站3800mm。第二章 地下鐵道線路設(shè)計(jì)2.1 城市地鐵路網(wǎng)規(guī)劃概述地鐵路網(wǎng)是由若干個(gè)地鐵線路所組成，是一個(gè)技術(shù)獨(dú)立的城市公交客運(yùn)、網(wǎng)，也是整個(gè)城市公交系統(tǒng)的一部分。為了充分發(fā)揮它的作用，除了要有先進(jìn)的技術(shù)外，首先要有合理的路網(wǎng)規(guī)劃。否則，會因無計(jì)劃盲目的修建地鐵而造成各條線路客流不均勻，換乘不便，發(fā)揮效能差，并帶來許多技術(shù)不合理等不良現(xiàn)象。地鐵路網(wǎng)規(guī)劃的內(nèi)容包括：路網(wǎng)

13、型式及路線走向的確定；地鐵的類型；車站的位置、規(guī)模及出入口的布局；折返渡線與車輛的規(guī)劃；線路的平、縱斷面設(shè)計(jì)。2.1.1路網(wǎng)規(guī)劃的基本原則城市路網(wǎng)規(guī)劃必須從城市的發(fā)展遠(yuǎn)景和城市公交系統(tǒng)的總布局出發(fā)，合理地不止地鐵線路，充分發(fā)揮地鐵客運(yùn)有利因素，使其成為公交客運(yùn)的骨干。在進(jìn)行路網(wǎng)規(guī)劃的具體工作中應(yīng)考慮下列問題：1.線路走向應(yīng)基本符合主客流方向。2.路網(wǎng)布局應(yīng)均勻，密度適當(dāng)，換乘方便，能縮短乘客出行時(shí)間。3.選定線路走向時(shí)，要考慮城市地形、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件。4.路網(wǎng)規(guī)劃必須考慮到城市遠(yuǎn)景發(fā)展及市郊工業(yè)發(fā)展情況和城市的近期改造。5.確定路網(wǎng)中線路段修改順序時(shí)，要與城市規(guī)劃相結(jié)合，同時(shí)要注意保證

14、地鐵建設(shè)的計(jì)劃性和連續(xù)性。6.地鐵車輛段要位置適當(dāng)，中粉利用空間，節(jié)約用地。7.要考慮戰(zhàn)備要求，便于疏散與隱蔽。2.1.2路網(wǎng)形式城市現(xiàn)有街道的基本形狀及地理?xiàng)l件對地下鐵道的路網(wǎng)形式有著重大的影響，對淺埋低忒則尤為顯著，幾乎具有決定性的作用，路網(wǎng)的基本形式有以下幾種：1.單線式由于地理?xiàng)l件限制，城市工業(yè)區(qū)與居民區(qū)沿江河呈帶狀發(fā)展，客流的主要方向也是平行于江河。2.環(huán)形式因線路閉合，可避免和減少折返設(shè)備，能與已有城市交通網(wǎng)配合，但不能解決橫穿市區(qū)交通，其運(yùn)量受到限制。3.放射交岔線此種方案便于市區(qū)客流各個(gè)方向分散，但容易形成客流過分集中在交叉點(diǎn)的現(xiàn)象。4.蛛網(wǎng)式這種方案既減少了市中心過分集中的客

15、流，使線路客運(yùn)量均勻，又可減少換乘次數(shù)。5.棋盤式由數(shù)條橫豎線路組成的線路網(wǎng)，這種型式充分反映了原有街道布置特點(diǎn)。2.1.3 路網(wǎng)的組成地鐵路網(wǎng)中的每一條線路必須按照運(yùn)營要求布置各項(xiàng)組成部分，以發(fā)揮其運(yùn)營功能。路網(wǎng)通常由區(qū)間隧道、車站、折返設(shè)備、車輛段（車庫和修理廠）以及各種聯(lián)絡(luò)支線（渡線）所組成。2.1.4 長沙地鐵路網(wǎng)規(guī)劃長沙地鐵工程重視基本網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模效應(yīng)，支撐城市總體規(guī)劃中“一主兩次”（長沙主城區(qū)、河西新城、星馬新城）的發(fā)展。長沙地鐵初步規(guī)劃了三條線路，分別是南北走向的1號線和東西走向的2號線和3號線。其中1號線一期工程線路與芙蓉路大致吻合，這條貫徹城市南北的線路起于汽車北站，沿芙蓉路由

16、北向南，經(jīng)由伍家?guī)X、芙蓉廣場、侯家塘、鐵道學(xué)院、省政府新址，至終點(diǎn)站萬家麗路站，線路全長約22.77km。2號線一期工程線路起于高新路站，向東沿長寧路至汽車西站，沿楓林路至灣鎮(zhèn)，過湘江后沿五一大道，經(jīng)五一廣場、芙蓉廣場、袁家?guī)X至長沙火車站，下穿長沙火車站后沿荷花路，經(jīng)體育新城線路轉(zhuǎn)上勞動路，沿勞動路向東至線路終點(diǎn)新長沙站，線路全長約23.15公里。三號線橫跨湘江，西起師大南院站，東至新長沙站，途徑湖南大學(xué)、勞動廣場、侯家塘、東塘、曙光路、樹木嶺、勞動?xùn)|路、體育新城、黎拖路等9個(gè)車站。接上頁，圖2-1 長沙市地鐵規(guī)劃圖修建長沙市城市軌道交通1號線，可以促進(jìn)長株潭一體化的發(fā)展。由于交通、通訊等基礎(chǔ)

17、設(shè)施沒有一體化發(fā)展，中心城市功能不夠強(qiáng)大，城市功能互補(bǔ)性不強(qiáng)。軌道交通1號線不僅是長沙市內(nèi)交通系統(tǒng)的骨干線路，同時(shí)也是長株潭城際交通的重要組成部分。它能與城際軌道交通順暢銜接，兩個(gè)軌道系統(tǒng)共同為長株潭三市市民提供快捷、舒適的現(xiàn)代化交通方式，有效縮短三市間的時(shí)空距離。 修建長沙市城市軌道交通2號線，可較好地解決過江交通問題及五一大道交通擁擠問題。目前，2號線所在的五一大道每日雙向機(jī)動車交通量大于6萬輛，五一大道與芙蓉路交叉口則多達(dá)10萬輛。長沙市五一大道東西向公交跨江日客流量為30萬左右，到2020年和2050年，預(yù)計(jì)跨江客流量將分別超過80萬人次和230萬人次。交通出現(xiàn)擁擠，僅僅依賴城市道路過

18、江通道無法滿足過江交通要求，惟有軌道交通才能承載巨大的跨江聯(lián)系客流，才能使河西地區(qū)迅速積聚人氣、吸引投資、拉動開發(fā)，早日建城市軌道交通迫切需要。發(fā)展軌道交通成為解決長沙交通擁堵問題的必然選擇。從城市整體和長遠(yuǎn)發(fā)展的要求看，軌道交通應(yīng)當(dāng)逐步發(fā)展成為長沙城市客運(yùn)交通的骨干，由此而逐步構(gòu)筑以軌道交通為骨干，與公共交通共同構(gòu)成城市交通的主體；從空間層面上看，將軌道交通定位為聯(lián)系主城中心區(qū)高密度的開發(fā)，軌道交通應(yīng)當(dāng)成為客運(yùn)走廊上的主導(dǎo)方式，提高中心區(qū)的輻射力；在城市東西和南北兩條最重要的交通走廊上，軌道交通將成為主要客運(yùn)方式。本設(shè)計(jì)是長沙地鐵1號線友誼路省政府區(qū)間及省政府車站設(shè)計(jì)，區(qū)間起訖里程k6+919.5k8+263.5，全長1344米。2.2 地鐵埋深方案比選2.2.1 地鐵線路埋深方案比選地下鐵道線路走向確定后，埋設(shè)深度便是線路設(shè)計(jì)中首先要確定的問題。從隧道修建方法和圍巖穩(wěn)定性出發(fā)，可將地鐵埋深分為“淺埋”和“深埋”兩類?！吧盥瘛痹谝话闱闆r下是指隧道的埋深足以使隧道開挖引起的圍巖擾動不危及地表，圍巖經(jīng)支護(hù)能形成穩(wěn)定的自承并能將沉降控制在允許范圍內(nèi)的情況，否則，即是“淺埋”。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，一般認(rèn)為，埋深大于20m時(shí)為深埋，埋深小于20m為淺埋（通常指軌頂面到地面的距離）。淺埋地鐵常采用明挖法施工，在特殊情況下，個(gè)別區(qū)段采用暗挖，但埋深不超過20m，其頂部