區(qū)間隧道及礦山法隧道1

1、 s o u t h w e s t j I a o t o n g u n I v e r s I t y西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)Southwest Jiaotong University2007年年8月月地鐵區(qū)間隧道地鐵區(qū)間隧道TEL_MAIL:地鐵區(qū)間隧道地鐵區(qū)間隧道一一二、二、礦山法區(qū)間隧道礦山法區(qū)間隧道 三、盾構(gòu)法區(qū)間隧道三、盾構(gòu)法區(qū)間隧道 四、區(qū)間隧道抗震分析四、區(qū)間隧道抗震分析 五、近接隧道工程實(shí)例分析五、近接隧道工程實(shí)例分析內(nèi)內(nèi)容容提提要要區(qū)間隧道概述區(qū)間隧道概述 s o u t h w e s t j I a o t o n g u n I v e

2、r s I t y區(qū)間隧道概述第一節(jié) 區(qū)間隧道構(gòu)成 區(qū)間隧道構(gòu)成：包括行車隧道、渡線（折返線）、地下存車線、聯(lián)絡(luò)線（渡線、不同地鐵線路之間的連接線）、以及其他附屬建筑（風(fēng)道、排水泵房、聯(lián)絡(luò)通道）行車隧道第一節(jié) 區(qū)間隧道構(gòu)成區(qū)間喇叭口隧道喇叭口襯砌通常都采用整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。第一段第二段第三段aabb區(qū)間隧道概述aa4170525053002400210020002200bb5480683024002100200022005300第一節(jié) 區(qū)間隧道構(gòu)成渡線隧道、折返線隧道 區(qū)間隧道概述第一節(jié) 區(qū)間隧道構(gòu)成區(qū)間隧道概述第一節(jié) 區(qū)間隧道構(gòu)成聯(lián)絡(luò)通道區(qū)間隧道概述水泵房和風(fēng)井、風(fēng)道 區(qū)間隧道概述第一節(jié)

3、 區(qū)間隧道構(gòu)成 車輛輪廓線 車輛限界 設(shè)備限界 建筑限界 第二節(jié) 建筑限界和凈空斷面 地鐵列車是沿固定軌道，在特定的空間中運(yùn)行，根據(jù)各種參數(shù)和特性，經(jīng)計(jì)算確定的空間尺寸，稱為限界。v限界定義限界定義v地下鐵道限界地下鐵道限界區(qū)間隧道概述v建筑限界分為矩形、圓形、馬蹄形三種。建筑限界分為矩形、圓形、馬蹄形三種。 線路中心線車輛輪廓線車輛限界設(shè)備限界建筑限界OXY39605404100X區(qū)間隧道概述第二節(jié) 建筑限界和凈空斷面 矩形（2）圓形隧道建筑限界。如線路最小平面曲線半徑R=300m，圓形隧道建筑限界的直徑宜為=5200mm。目前國(guó)內(nèi)擬定隧道管片的內(nèi)徑尺寸，主要有5400mm和5500mm兩種

4、單線地鐵尺寸。 車輛輪廓線8504350=5200車輛限界設(shè)備限界建筑限界區(qū)間隧道概述第二節(jié) 建筑限界和凈空斷面 (3)馬蹄形隧道建筑限界。礦山法施工的淺埋暗挖隧道，多采用馬蹄形斷面，其建筑限界最大寬度為4820mm，最大高度為5160mm。 第二節(jié) 建筑限界和凈空斷面 區(qū)間隧道概述R5=5390R151602604255634670048203230795200200O2O2O1O3YR2=2610795XOXY車輛輪廓線車輛限界設(shè)備限界線路中心線隧道中心線R1=2210R4=6840R4O1建筑限界區(qū)間隧道概述第二節(jié) 建筑限界和凈空斷面 v隧道橫斷面設(shè)計(jì)隧道橫斷面設(shè)計(jì) 在建筑限界的基礎(chǔ)上再

5、考慮適當(dāng)?shù)母辉Ａ浚ㄒ话銥?00mm），以滿足施工誤差、測(cè)量誤差、地層變形、結(jié)構(gòu)變形的需要。v雙（多）線隧、岔道隧道限界雙（多）線隧、岔道隧道限界 暗挖法暗挖法明挖法明挖法掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)機(jī)( (盾構(gòu)盾構(gòu)) )混合法混合法沉管法沉管法人工開挖人工開挖鉆爆法鉆爆法礦山法礦山法頂進(jìn)法頂進(jìn)法第三節(jié) 隧道施工方法分類 埋深與施工方法的關(guān)系調(diào)查路段最大最小平均東京40.41.58.6大阪19.51.16.3其他41.01.67.5總平均總平均41.01.17.7日本地鐵埋深日本地鐵埋深第三節(jié) 隧道施工方法分類 第三節(jié) 隧道施工方法分類 適用條件：適用條件：場(chǎng)地開闊、建筑物稀少、交通及環(huán)境允場(chǎng)地開闊、建筑物稀少、

6、交通及環(huán)境允許的地區(qū)，在這種情況下，應(yīng)優(yōu)先采用施工速度快、許的地區(qū)，在這種情況下，應(yīng)優(yōu)先采用施工速度快、造價(jià)較低的明挖法施工。造價(jià)較低的明挖法施工。結(jié)構(gòu)型式：結(jié)構(gòu)型式：矩形斷面，整體澆注或裝配式結(jié)構(gòu)。矩形斷面，整體澆注或裝配式結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：其內(nèi)輪廓與地鐵建筑接近，內(nèi)部?jī)艨湛梢缘闷鋬?nèi)輪廓與地鐵建筑接近，內(nèi)部?jī)艨湛梢缘玫匠浞掷?，頂板便于敷設(shè)管線和設(shè)施。到充分利用，頂板便于敷設(shè)管線和設(shè)施。q明挖法明挖法第三節(jié) 隧道施工方法分類 （1 1）礦山法的優(yōu)點(diǎn)）礦山法的優(yōu)點(diǎn)：l理論上適用于各種地層和地下水條件；理論上適用于各種地層和地下水條件；l采用各種輔助措施（如灌漿、凍結(jié)、管棚等）比采用各種輔助措施

7、（如灌漿、凍結(jié)、管棚等）比較方便；較方便；l具有適合于各種線型、斷面形式、斷面變化的靈具有適合于各種線型、斷面形式、斷面變化的靈活性；活性；l與盾構(gòu)法相比，在較短的開挖地段使用也很經(jīng)濟(jì)。與盾構(gòu)法相比，在較短的開挖地段使用也很經(jīng)濟(jì)。l設(shè)備投入低，適合我國(guó)當(dāng)前勞動(dòng)力低廉的狀況。設(shè)備投入低，適合我國(guó)當(dāng)前勞動(dòng)力低廉的狀況。q暗挖法暗挖法第三節(jié) 隧道施工方法分類 （2 2）盾構(gòu)法的優(yōu)點(diǎn)：）盾構(gòu)法的優(yōu)點(diǎn)：l特別適合軟土、含水地層，安全、經(jīng)濟(jì)；特別適合軟土、含水地層，安全、經(jīng)濟(jì)；l振動(dòng)小、噪聲低，對(duì)沿線居民生活影響??；振動(dòng)小、噪聲低，對(duì)沿線居民生活影響??；l施工速度快、安全可靠；施工速度快、安全可靠；l對(duì)地

8、層擾動(dòng)小，控制地表沉降好，對(duì)建筑物和城對(duì)地層擾動(dòng)小，控制地表沉降好，對(duì)建筑物和城市地下管線密布地段，采用盾構(gòu)法更能顯示其優(yōu)市地下管線密布地段，采用盾構(gòu)法更能顯示其優(yōu)越性；越性；第三節(jié) 隧道施工方法分類 盾構(gòu)施工法以其良好的防滲漏水性、施工安全盾構(gòu)施工法以其良好的防滲漏水性、施工安全快速、對(duì)周圍環(huán)境的影響極小等優(yōu)點(diǎn)，在地下鐵快速、對(duì)周圍環(huán)境的影響極小等優(yōu)點(diǎn)，在地下鐵道的建設(shè)中已成為重要的可選施工方法之一，在道的建設(shè)中已成為重要的可選施工方法之一，在許多場(chǎng)合已成為首選方法。特別是在地層條件差、許多場(chǎng)合已成為首選方法。特別是在地層條件差、地質(zhì)情況復(fù)雜、地下水位高等情況下盾構(gòu)法已具地質(zhì)情況復(fù)雜、地下水

9、位高等情況下盾構(gòu)法已具明顯技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。明顯技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。 根據(jù)日本根據(jù)日本19911991年對(duì)東京、大阪等主要城市的統(tǒng)計(jì)，年對(duì)東京、大阪等主要城市的統(tǒng)計(jì)，在總延長(zhǎng)在總延長(zhǎng)7522475224米的城市隧道工程中，礦山法的比米的城市隧道工程中，礦山法的比例占例占6.1%6.1%、盾構(gòu)法盾構(gòu)法占占60.9%60.9%、明挖法占、明挖法占33%33%。 第四節(jié)第四節(jié) 左右線關(guān)系左右線關(guān)系a.左右線等高并列平行xxxx3.65.0m(1)左右線的幾種常見關(guān)系第四節(jié)第四節(jié) 左右線關(guān)系左右線關(guān)系b. 左右線上下重疊，明、暗挖法施工均可采用，適用于狹窄的街道下方布置線路。 xxxx第四節(jié)第四節(jié) 左右線關(guān)

10、系左右線關(guān)系c. 左右線分開，線間距離宜大于2D(D為隧道開挖直徑)，困難情況下，采取措施后可以采用小凈距隧道的型式。 xxxx2DD第四節(jié)第四節(jié) 左右線關(guān)系左右線關(guān)系d. 左右線分開，左線對(duì)右線在平面、高度之間均保持一定距離的并列，采用暗挖法施工，適用于較窄的街道下方布置線路，或避開構(gòu)筑物時(shí)。 xxxxD2D礦山法區(qū)間隧道礦山法區(qū)間隧道 s o u t h w e s t j I a o t o n g u n I v e r s I t yv隧道襯砌結(jié)構(gòu)類型與選擇隧道襯砌結(jié)構(gòu)類型與選擇l 拱形結(jié)構(gòu)：?jiǎn)喂?、雙拱和多跨連拱；拱形結(jié)構(gòu)：?jiǎn)喂啊㈦p拱和多跨連拱；l 單拱結(jié)構(gòu)多用于單線或雙線區(qū)間隧道或

11、聯(lián)絡(luò)通道；單拱結(jié)構(gòu)多用于單線或雙線區(qū)間隧道或聯(lián)絡(luò)通道；l 雙拱和多跨連拱多用在停車線、折線或喇叭口岔雙拱和多跨連拱多用在停車線、折線或喇叭口岔線上；線上；第一節(jié)第一節(jié) 礦山法隧道的支護(hù)與襯砌結(jié)構(gòu)礦山法隧道的支護(hù)與襯砌結(jié)構(gòu)圖圖28 28 礦山法修建的襯砌結(jié)構(gòu)型式礦山法修建的襯砌結(jié)構(gòu)型式第一節(jié)第一節(jié) 礦山法施工的隧道襯砌結(jié)構(gòu)礦山法施工的隧道襯砌結(jié)構(gòu)l單層襯砌（錨噴支護(hù)）單層襯砌（錨噴支護(hù)）l整體式襯砌整體式襯砌l復(fù)合式襯砌復(fù)合式襯砌v超前支護(hù)超前支護(hù)v襯砌類型襯砌類型第一節(jié)第一節(jié) 礦山法隧道的支護(hù)與襯砌結(jié)構(gòu)礦山法隧道的支護(hù)與襯砌結(jié)構(gòu)支護(hù)組成支護(hù)組成圖圖29 29 復(fù)合式襯砌構(gòu)造復(fù)合式襯砌構(gòu)造( (

12、北京單線區(qū)間隧道北京單線區(qū)間隧道) )第一節(jié)第一節(jié) 礦山法施工的隧道襯砌結(jié)構(gòu)礦山法施工的隧道襯砌結(jié)構(gòu)圖圖30 30 整體式襯砌構(gòu)造整體式襯砌構(gòu)造第一節(jié)第一節(jié) 礦山法施工的隧道襯砌結(jié)構(gòu)礦山法施工的隧道襯砌結(jié)構(gòu)圖圖31 31 北京建國(guó)門岔線復(fù)合式襯砌構(gòu)造北京建國(guó)門岔線復(fù)合式襯砌構(gòu)造第一節(jié)第一節(jié) 礦山法施工的隧道襯砌結(jié)構(gòu)礦山法施工的隧道襯砌結(jié)構(gòu) 隧隧 道道 掘掘 進(jìn)進(jìn)圍巖反應(yīng)圍巖內(nèi)形成”拱部效應(yīng)”“自然”產(chǎn)生在距開挖輪廓線一段距離處”自然”產(chǎn)生B類類無”拱部效應(yīng)”C類類A類類圍巖處在彈性范圍開挖四周圍巖產(chǎn)生增塑現(xiàn)象隧道塌方全斷面開挖；全斷面開挖；運(yùn)用超前支護(hù)和加固措施確運(yùn)用超前支護(hù)和加固措施確保掌子

13、面穩(wěn)定，減小或避免保掌子面穩(wěn)定，減小或避免圍巖變形；圍巖變形；在離掌子面較短的距離支護(hù)在離掌子面較短的距離支護(hù)封閉以減小隧道變形。封閉以減小隧道變形。設(shè)計(jì)理念 Pianoro 隧道C4R斷面類型 這些新型高強(qiáng)合成結(jié)構(gòu)單元由加勁纖維玻璃加固單元以及注漿單元構(gòu)成, 利用其對(duì)開挖掌子面前方圍巖進(jìn)行加固，以此抵抗由于開挖引起的圍巖過度變形而產(chǎn)生失穩(wěn)，垮塌.此結(jié)構(gòu)單元可以是管狀或平條狀, 帶有單獨(dú)注漿管和墊塊. 另外,纖維玻璃加固單元可以不采取任何特殊措施就能輕松移除;事實(shí)上, 利用普通隧道開挖機(jī)械就能將他們破壞并移除. 利用這種方法, 能使土體很好地維持隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定, 減少終期襯砌/二次襯砌工作,

14、并且通過減小襯砌厚度大大節(jié)省混凝土用量. 主要用于粘結(jié)性差的土質(zhì)開挖(砂或細(xì)顆粒土), 通過安裝在隧道拱頂以及掌子面上的超前注漿管進(jìn)行土壤改良, 最后通過鋼管或纖維玻璃結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行加固; 如果需要, 安裝排水管.Pianoro 隧道 掌子面加固階段Raticosa 隧道: 仰拱澆筑前總覽 核對(duì)敏感參數(shù)擠壓變形量測(cè)核對(duì)敏感參數(shù)收斂變形量測(cè)Misure di convergenzain funzione della distanzadal fronteMisure di convergenzamediante distometri a nastroRfxd51015EFABCDDistanza d

15、al fronte (m)Tempo(mesi)Ago.Sett.Ott.Nov.Dic.ABMisure di convergenzain funzione del tempommmmmm350350300300250250200150100200150100106 33 6 1000WET1T2T3T4T1T2T3T4Misure di convergenzamediante estensimetri multibase第五節(jié)第五節(jié) 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法 目前在進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，廣泛采用結(jié)構(gòu)計(jì)算、目前在進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，廣泛采用結(jié)構(gòu)計(jì)算、經(jīng)驗(yàn)判斷和實(shí)地測(cè)量相結(jié)合的所謂經(jīng)驗(yàn)判斷和

16、實(shí)地測(cè)量相結(jié)合的所謂“信息化設(shè)計(jì)信息化設(shè)計(jì)”方法。方法。1、隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算方法 荷載結(jié)構(gòu)模型 地層結(jié)構(gòu)連續(xù)介質(zhì)模型 以工程類比為依據(jù)的經(jīng)驗(yàn)法 約束收斂法 2、初支與二襯的處理方法、初支與二襯的處理方法u指定荷載分擔(dān)比例指定荷載分擔(dān)比例u進(jìn)行剛度疊加，按單層梁計(jì)算，再按剛度進(jìn)行內(nèi)力分配進(jìn)行剛度疊加，按單層梁計(jì)算，再按剛度進(jìn)行內(nèi)力分配u初襯和二襯共享節(jié)點(diǎn)或者節(jié)點(diǎn)平動(dòng)自由度耦合。初襯和二襯共享節(jié)點(diǎn)或者節(jié)點(diǎn)平動(dòng)自由度耦合。u初襯與二襯間采用只受壓鏈桿連接初襯與二襯間采用只受壓鏈桿連接u采用接觸單元采用接觸單元第五節(jié) 礦山法隧道的計(jì)算第一節(jié) 區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3、作用在隧道結(jié)構(gòu)上的荷載 按荷載作用情況可分為

17、永久荷載、可變荷載和偶然荷載三大類。 永久荷載即長(zhǎng)期作用的恒載，如地層壓力、結(jié)構(gòu)自重、隧道上部或破壞棱體內(nèi)的設(shè)施及建設(shè)物基底附加應(yīng)力、靜水壓力(含浮力)、混凝土收縮和徐變影響力、預(yù)加應(yīng)力以及設(shè)備重量等。第一節(jié) 區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可變荷載又可分為基本可變荷載和其他可變荷載兩類?；究勺兒奢d，既長(zhǎng)期的經(jīng)常作用的變化荷載，如地面車輛荷載(包括沖擊力)和它所引起的側(cè)向土壓力、地下鐵道車輛荷載(包括沖擊力、搖擺力、離心力)以及人群荷載等。其他可變荷載，即非經(jīng)常作用的變化荷載，如溫度變化、施工荷載等。 偶然荷載即偶然的、非經(jīng)常作用的載荷如地震力、爆炸力等。 第一節(jié) 區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié) 構(gòu) 類 型 荷 載 分

18、 類 荷 載 名 稱 隧 道 結(jié) 構(gòu) 高 架 結(jié) 構(gòu) 結(jié) 構(gòu) 自 重 地 層 壓 力 隧 道 上 部 和 破 壞 棱 體 范 圍 的 設(shè) 施 及 建 筑 物 壓 力 靜 水 壓 力 及 浮 力 混 凝 土 收 縮 及 徐 變 影 響 力 預(yù) 加 應(yīng) 力 設(shè) 備 重 力 地 基 下 沉 影 響 力 永 久 荷 載 側(cè) 向 地 層 抗 力 及 地 基 反 力 地 面 車 輛 荷 載 及 其 沖 擊 力 地 面 車 輛 荷 載 引 起 的 側(cè) 向 土 壓 力 地 下 鐵 道 車 輛 荷 載 及 其 沖 擊 力 地 下 鐵 道 車 輛 荷 載 的 離 心 力 及 搖 擺 力 基 本可 變荷 載 人 群

19、 荷 載 溫 度 影 響 力 施 工 荷 載 風(fēng) 力 可變荷載 其 它可 變荷 載 車 輛 加 速 或 減 速 產(chǎn) 生 的 縱 向 力 地 震 荷 載 偶 然 荷 載 人 防 荷 載 第一節(jié) 區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)地層壓力 深埋石質(zhì)隧道：圍巖的松動(dòng)壓力可按鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范所建議的公式進(jìn)行計(jì)算。土質(zhì)隧道：a豎向壓力：淺埋暗挖隧道，因其上方無法形成承載拱，一般應(yīng)按計(jì)算截面以上全部土柱重量計(jì)算。深埋暗挖隧道或覆蓋厚度大于(1D2D)的砂性土層中的暗挖隧道，其豎向勻布土壓力可按泰沙基公式或普氏公式計(jì)算。b側(cè)向壓力：在地下鐵道結(jié)構(gòu)計(jì)算中，主動(dòng)土壓力習(xí)慣上采用朗金土壓力理論。對(duì)于粘性土尚需考慮粘結(jié)力的影響，即

20、式中 、 計(jì)算截面i處的主動(dòng)、被動(dòng)土壓力； 、 朗金主動(dòng)、被動(dòng)側(cè)壓力系數(shù)； 計(jì)算截面i處的豎向土壓力； c 土的粘結(jié)力。第一節(jié) 區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì))(2aiaicqeieieapiq)(2pipicqe 在計(jì)算總壓力時(shí)可不計(jì)臨界深度 = 以上的負(fù)壓力。靜水壓力 計(jì)算靜水壓力時(shí)，兩種方法可供選擇，一種是水土分算；另一種是水土合算。一般說來，粘土地層(含粉質(zhì)粘土)中施工階段按水土合算，使用階段按水土分算；砂土地層(含粘質(zhì)粉土)中施工階段和使用階段均按水土分算考慮。第一節(jié) 區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì))245(tan2a)245(tan2p0hac2式中 水的重度，一般 10kN/m3； 土的飽和重度。 水土合算

21、時(shí)，地下水位以上的土與前者相同，水位以下的土采用飽和重度s計(jì)算土壓力，不計(jì)算靜水壓力。 水土分算時(shí)，地下水位以上的土采用天然重度，水位以下的土采用有效重度計(jì)算土壓力。另外再計(jì)算靜水壓力的作用。第一節(jié) 區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)wswws地面車輛荷載及其沖擊力計(jì)算方法豎向壓力 一般情況下，地面車輛荷載可按下述方法簡(jiǎn)化為勻布荷載：?jiǎn)蝹€(gè)輪壓傳遞的豎向壓力如圖。 第一節(jié) 區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)0.7Z1111ZZbaPoz地面地面p0p0Poz0.7Z0.7Z0.7Z0.7ZbZp0aPoz0.7Z0.7Z0.7ZPozp0p0p0Zbd1d2b兩個(gè)以上輪壓傳遞的豎向壓力如圖。 第一節(jié) 區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì))4 .1)(4 .1(ZbZappoooz式中 地面車輛傳遞到計(jì)算深度Z處的豎向壓力； 車輛單個(gè)輪壓，按通行的汽車等級(jí)采用； a,b地面單個(gè)輪壓力的分布長(zhǎng)和寬度； di 地面相鄰兩個(gè)輪壓的凈距； n輪壓的數(shù)量； 車輛荷載的動(dòng)力系數(shù)。 第一節(jié) 區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì))4 . 1)(4 . 1(1ZdnbZapnpniiooozozpopo 在道路下方的淺埋暗挖隧道，地面荷載可按10kPa的勻布荷載取值，并不計(jì)沖擊力的影響。當(dāng)無覆蓋層時(shí)，地面車輛荷載則應(yīng)按集中力考慮，并用影響線加載的方法求出最不利荷載位置側(cè)向壓力 第一節(jié) 區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)覆蓋層厚度(m) 0.25 0.30 0.40 0.50 0