城地鐵盾構法間隧道的設計方案

城市地鐵盾構法區(qū)間隧道的設計目錄TOC\o"1-3"第一章工程概況 2第二章工程地質和水文地質 2第三章地道設計 3第1節(jié)首要設計尺度 3第2節(jié)盾構地道線路的擬合 3第3節(jié)管片機關形式 5第4節(jié)管片結構設計 7第5節(jié)管片防水設計 8第6節(jié)聯(lián)絡通道和洞門設計 10第四章結論與建議 11工程概況越—三區(qū)間屬于廣州地鐵二號線工程的的北段,由越秀公園站—火車站、火車站—三元里站兩個雙孔區(qū)間地道和兩個聯(lián)絡通道及泵房組成。工程起于越秀區(qū)的地鐵越秀公園站,向北下穿人平易近北路、環(huán)市西路達到地鐵廣州火車站;然后,線路從地下穿過廣州火車站南站房等建筑群向西北延長,最后下穿廣花路達到地鐵三元里站。區(qū)間全長3926單線延米,曲線半徑為600m和400m兩種。區(qū)間縱坡均為“v”形坡,最年夜坡度為30‰,最小豎曲線半徑為3000m。線路沿線地形升沉較年夜,地道最小覆土厚度為9m,最年夜覆土厚度為26m。工程地質和水文地質區(qū)間的地層巖性在上部為:人工填土層,流塑—軟塑狀淤積層,海陸交互淤積層,沖、洪積砂層,沖、洪積土層,殘積土層。下部為:全風化、強風化、中等風化和輕風化帶的泥質粉砂巖。區(qū)間地道穿越地層年夜部門是巖層,少部門為殘積土層和斷裂破碎帶。地道所處的地層為上軟下硬,軟硬巖互層現(xiàn)象特征較著。本段地下水首要為第四系孔隙水和基巖裂隙水兩種。第四系孔隙水首要賦存在淤泥質砂層和沖積—洪積砂層內?；鶐r裂隙水多屬承壓水,但富水性較小,透水性多較弱。地道設計首要設計尺度(1)結構的平安品級為一級。(2)區(qū)間地道的抗震按7度設計,人防按6級考慮。(3)防水尺度:地道整體為二級;地道上半部A級;地道下半部、洞門及聯(lián)絡通道B級。(4)結構最年夜裂痕許可寬度:管片內側0.3mm,外側0.2mm。(5)地表沉隆節(jié)制尺度:-30/+10mm;建筑物傾斜節(jié)制尺度:框架結構2‰,磚混結構1.5‰。(6)線形節(jié)制允差:設計擬合軸線與理論軸線允差≤10mm(個體情形許可為20mm);掘進軸線與設計軸線允差≤70mm。(7)襯砌結構變形:直徑變形≤1‰D(D為地道外徑);環(huán)縫張開<2mm;縱縫張開<3mm;盾構地道線路的擬合3.2.1襯砌環(huán)的組合形式為了知足緩和曲線、圓曲線以及施工糾偏的需要,盾構地道現(xiàn)實是經(jīng)由過程必然組合的直線襯砌環(huán)來擬合理論曲線,擬合曲線應知足擬合允差要求。是以,轉彎環(huán)(有必然錐度的楔形環(huán))是必需的。襯砌環(huán)的組合形式一般有三種:①尺度環(huán)+左、右轉彎環(huán);②左、右轉彎環(huán);③萬能管片。因為①施工難度小,故選用尺度環(huán)+左、右轉彎環(huán)的組合形式。3.2.2(1)模具數(shù)目。按照越—三區(qū)間的曲線長度的比例,施工進度,確定需要的管片模具數(shù)目為:4套尺度環(huán)+1套左轉彎環(huán)+1套右轉彎環(huán)。(2)擬合比例。區(qū)間有兩種半徑的曲線,分袂是R600和R400。因為越—三區(qū)間曲線長度較年夜,為了最年夜操作轉彎環(huán),R400地段的尺度環(huán)和轉彎環(huán)的數(shù)目取比例為1∶1。(3)楔形量。轉彎環(huán)的楔形量采用下式計較:δ={[(m/n)S+S′)]×D÷(R+D/2)}×(m+n)÷(m+ncosφ)式中:δ———楔形量;S、S′———分袂是尺度襯砌環(huán)、楔形環(huán)的最年夜寬度;m、n———曲線上尺度襯砌環(huán)、楔形襯砌環(huán)的總數(shù)目;φ———錯縫拼裝時封頂塊的偏轉角度;D、R———管片的外直徑、地道中線的曲線半徑。將越—三區(qū)間的線路要素、管片參數(shù)代入上式,求得其楔形量為50mm。31213設計線路擬合誤差按照管片的幾何參數(shù),對R400半徑的曲線進行了線路排版擬合計較,其功效剖明線路擬合誤差一般在10mm之內,最年夜誤差值為16.4mm。管片幾何參數(shù)知足線路擬合允差尺度。管片機關形式31311管片內徑管片的內徑為á5400mm,是按照下列前提確定的:①圓形地道的建筑限界是á5200mm的圓;②按照地鐵一號線的經(jīng)驗,盾構施工誤差和地道的后期沉降可以節(jié)制在100mm之內。31312襯砌環(huán)的分塊今朝,對于中等直徑的地鐵地道管片,襯砌環(huán)的分塊數(shù)一般采用3個尺度塊+2個鄰接塊+1個小封頂塊的組合形式。這種多分塊形式便于運輸,拼裝輕易、矯捷。管片分塊的巨細一般是由盾構機的千斤頂?shù)臄?shù)目、封頂塊的插入形式確定。越—三區(qū)間的尺度塊為72°,鄰接塊為64.5°,封頂塊為15°。31313管片寬度國內地鐵的盾構管片寬度一般為1.0m,1.2m兩種。管片寬度年夜的首要利益是:①每輪回的掘進長度年夜,施工效率提高。②地道的環(huán)向接縫削減,防水下場好。從提高施工效率,降低管片接頭數(shù)目,提高防水的靠得住性考慮,最后確定選用1.5m的管片,這在國內是初度。31314襯砌環(huán)接縫體例管片的拼裝體例有通縫和錯縫兩種。前者在管片建造、拼裝上較后者更易于實施,是以,國內上海地鐵從起頭到比來一向年夜量采用。我們選擇錯縫拼裝的形式主若是基于以下幾點:①成環(huán)管片間的接縫形式不再是“十”字形,而成為“T”形,沒有了縱向通縫,增強了卻構的整體性。②因為錯縫拼裝,管片經(jīng)由過程接縫將內力傳遞給相臨環(huán),管片抗變形能力增強,提高了防水下場。③通縫拼裝的管片一般只能供給一種楔形環(huán),而錯縫拼裝時,可以供給幾種分歧錐度的楔形環(huán),使得管片選型余地更年夜,線路的擬合更輕易、切確,防水下場更好。31315封頂塊的插入體例封頂塊的插入體例受盾構機千斤頂行程、管片寬度、施工操作誤差影響,它抉擇封頂塊的尺寸巨細,是管片細部設計的關頭。封頂塊的插入體例對設計和施工影響很年夜,合理的插入體例抉擇了封頂塊的不變性、管片安裝操作性。插入體例有三種:①徑向插入;②縱向插入;③徑向插入連系縱向插入。體例③連系了前二者的利益,故選擇這種插入體例。具體體例是:封頂塊管片先縱向搭接4/5管片長度,再徑向推上,最后縱向插入成環(huán)。31316接縫的機關管片的接縫有設榫槽和不設榫槽兩種,前者在軟土地層能提高管片的安裝精度,有利于節(jié)制變形。連系廣州地層較硬特點,若采用接縫設榫槽將會導致接縫處易開裂,這種開裂發(fā)生在管片后背將是看不見且無法修補的。是以,管片環(huán)、縱縫均不設榫槽。31317毗連形式管片之間采用彎螺栓毗連,利益是:操作簡單,工藝成熟,螺栓手孔對管片削弱小。管片結構設計31411計較模子結構計較模子為批改習用設計法,它是批改了管片接頭對內力的影響的均質圓環(huán)計較體例。計較時,采用按折減后的管片剛度ηEI(η為抗彎剛度有用率)庖代EI進行計較。考慮到管片錯縫拼裝影響進行內力巨細,在計較功效中引入彎距加年夜率ξ批改內力。計較簡圖和內力調整體例見圖1。η、ξ為經(jīng)驗數(shù)值,一般按0.6≤η≤0.8,0.3≤ξ≤0.5取值。圖1批改習用設計法計較簡圖31412計較荷載按照地道所處地層分歧,拔取分歧的計較工況計較,取最晦氣計較工況作為結構配筋的依據(jù)。首要設計荷載為水土壓力,地層抗力按三角形分布計較。土荷載采用太沙基(Terzaghi)土壓公式計較。越—三區(qū)間荷載的節(jié)制工況為地質較差的殘積土層。31413計較功效圓形地道內力見圖2。計較功效剖明地道的拱頂內力為最晦氣截面,裂痕節(jié)制結構的配筋。管片混凝土強度品級為C50,鋼筋采用一、二級鋼筋。管片防水設計3.5.1防水原則防水原則是“以防為主,多道設防,因地制宜,綜合治理”。以高抗?jié)B標號的自身防水混凝土為根柢,管片接縫防水為關頭。3.5.2(1)襯砌外注漿防水。襯砌管片與自然土體之間存在環(huán)形空位,經(jīng)由過程同步注漿與二次注漿充填空位,形成第一道外圍防水圖2圓形地道內力爭(每延米)層。同步注漿在管片拼裝完成后進行,二次注漿經(jīng)由過程管片注漿孔補強。注漿材料采用水泥砂漿,目的是使注漿體盡快凝固不變,削減管片變形。為了增強漿液的流動性,摻入了外加劑膨潤土。注漿量為1.3～1.5倍的管片外環(huán)形空位,注漿壓力為0.1～0.3MPa。(2)管片自防水。管片為高標號預制混凝土,采用蒸汽養(yǎng)護,其抗?jié)B標號為S12。(3)管片接縫防水的第一道防線:彈性密封墊。接縫防水的成功與否是整個工程的成敗的關頭。管片接縫防水設計首先要選定合適工程特點的彈性密封墊。考慮國內的遇水膨脹橡膠硫化加工手藝較成熟等身分,選擇了遇水膨脹橡膠作為接縫防水的材料。區(qū)間最年夜靜水壓約為0.2MPa,接縫設計水壓按3倍的靜水水壓即0.6MPa考慮。(4)管片接縫防水的第二道防線:嵌縫防水。在洞門段30m、聯(lián)絡通道兩側各8～10m處等變形量年夜的襯砌環(huán)段進行整環(huán)嵌填,其余區(qū)段則在拱頂45°規(guī)模和拱底90°規(guī)模內嵌填的。嵌縫材料采用氯丁膠乳水泥,它與混凝土連系面采用界面措置劑進行措置。聯(lián)絡通道和洞門設計3.6.1聯(lián)絡通道聯(lián)絡通道采用洞內礦山法施工,襯砌形式為復合式襯砌。每處聯(lián)絡通道擺布線由4環(huán)非凡襯砌環(huán)組成。每環(huán)非凡襯砌環(huán)由4塊混凝土管片和2塊鋼管片組成,鋼管片設在聯(lián)絡通道洞口處,拆卸便利。鋼管片為高精度機加工鋼結構。3.6.2在區(qū)間的兩頭設現(xiàn)澆混凝土洞門圈,設置洞門圈的目的是將車站結構和混凝土管片毗連為整體,有利于區(qū)間和車站的節(jié)點處的防水。洞門的長度按照區(qū)間長度和管片寬度確定,且≥300mm。結論與建議(1)廣州地鐵區(qū)間地層具有上軟下硬,地道地基承載力較好的特點。地道的襯砌環(huán)采用環(huán)間、塊間不設榫槽的平板型管片,采用錯縫拼裝的組裝,彎螺栓毗連等機關形式。其施工操作便利,管片的變形在合理的規(guī)模內,實踐證實這種機關形式是合適的。(2)設計采用尺度襯砌環(huán)擬合區(qū)間直線線路,但在施工時曾試對部門直線線路采用擺布轉彎換交替拼裝擬合的成功,消弭原本封頂塊設在地道底部影響施工平安的擔憂。這聲名采用擺布轉彎環(huán)或萬能管片的組合形式來擬合直線線路是沒有問題的,但前提前提是盾構機的管片選型系統(tǒng)應有較高的自動化水平。(3)盾構施工的一個利益是快速掘進,越—三區(qū)間在國內初度采用1.5m的年夜寬度管片,使得其掘進速度達到單洞掘進405m/月的國內歷史水平。1.5m的年夜寬度管片應用是成功的,值得推廣。從施工情形來看,1.5m的管片在中等直徑的地鐵地道已經(jīng)到了寬度極限。要進一步提高掘進速度,從設計方面,此后應著眼于采用拼裝速度快的斜螺栓毗連體例的研究。(4)管片接縫防水是防水的關頭和重點,越—三區(qū)間設計時,對管片的接縫防水作了專門的試驗研究,然后才用于工程實踐,防水下場達到設計要求,防水法子是成功的。(5)在管片結構設計中若何連系地層特征、裝配式結構的特點選用合適的計較模子,是值得深切研究的問題。此后應在管片的接頭嘗試方面多做研究,為結構設計供給依據(jù)。(6)盾構地道是自動化水平較高的前進前輩手藝,管片設計時只有做到與盾構機、管片模具制造等專業(yè)慎密親密配合,才能做出合理的管片設計。(7)盾構手藝在國外已成長到年夜直徑、多圓盾構等新手藝的應用。當前,我國盾構手藝還處于一個起步和推廣的階段,跟著我國基本行動措施培植日益頻仍,盾構地道會越來越多。遺憾的是,我國在盾構地道設計方面還沒有國家手藝尺度和規(guī)范可遵循。是以,建議有關部門對這一手藝深切研究,盡快擬定相關的設計、施工規(guī)范,以敦促盾構法在我國的蓬勃成長。參考文獻:[1]潘昌實1盾構地道襯砌設計指南(草案)[J].世界地道,1997,02.===========================================================================================================

說

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