畢業(yè)設(shè)計(jì)-西南交通大學(xué)

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕成都地鐵紅花堰站～火車北站區(qū)間隧道設(shè)計(jì)與施工〔左線〕院系土木工程系專業(yè)防災(zāi)、減災(zāi)與防護(hù)工程年級(jí)2005級(jí)姓名楊朋題目成都地鐵紅花堰站～火車北站區(qū)間隧道設(shè)計(jì)與施工〔左線〕指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)指導(dǎo)教師(簽章)評(píng)閱人評(píng)語(yǔ)評(píng)閱人(簽章)成績(jī)辯論委員會(huì)主任(簽章)年月日畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕任務(wù)書班級(jí)2005級(jí)防護(hù)2班學(xué)生姓名楊朋學(xué)號(hào)20057533發(fā)題日期：2009年3月2日完成日期：6月19日題目成都地鐵紅花堰站～火車北站區(qū)間隧道設(shè)計(jì)與施工〔左線〕1、本論文的目的、意義〔1〕對(duì)大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行一次較為系統(tǒng)的穩(wěn)固，查漏補(bǔ)缺，加深對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解，為畢業(yè)后走上工作崗位奠定堅(jiān)實(shí)根底。〔2〕鍛煉收集有用的資料，將其運(yùn)用到實(shí)際問題中的能力。培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，利用的地形、地質(zhì)條件，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)按規(guī)定設(shè)計(jì)。〔3〕訓(xùn)練和提高設(shè)計(jì)能力、理論計(jì)算能力、外文閱讀和翻譯能力、使用計(jì)算機(jī)的能力。2、學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù)〔1〕摘要：〔中、英文〕；〔2〕工程概況〔所處地理環(huán)境、地質(zhì)、水文情況〕；〔3〕線路平、縱斷面設(shè)計(jì)；〔線路平、縱斷面圖〕；〔4〕區(qū)級(jí)隧道各級(jí)圍巖結(jié)構(gòu)形式的選定和尺寸擬定；〔各級(jí)圍巖的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖〕；〔5〕圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算及配筋；〔支護(hù)結(jié)構(gòu)變形圖、內(nèi)力圖及配筋圖〕；〔6〕區(qū)間隧道施工方法及施工組織；〔施工進(jìn)度方案圖、施工工序圖〕；〔7〕不少于10000字符的外文翻譯。3、論文各局部?jī)?nèi)容及時(shí)間分配：〔共18周〕第一局部布置設(shè)計(jì)任務(wù)，熟悉設(shè)計(jì)資料及要求〔2周〕第二局部區(qū)間隧道平、縱斷面設(shè)計(jì)〔2周〕第三局部圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算〔4周〕第四局部支護(hù)結(jié)構(gòu)配筋〔3周〕第五局部施工方案比選及施工方法的擬定(2周)第六局部外文翻譯、繪圖及文整工作，機(jī)動(dòng)〔實(shí)習(xí)〕〔4周〕評(píng)閱及辯論〔1周〕備注參考資料：〔1〕王珊.地鐵工程設(shè)計(jì)與施工新技術(shù)實(shí)用全書.銀聲音像出版社〔2〕楊其新、王明年.地下工程施工組織與管理.西南交通大學(xué)出版社，2005.10〔3〕張慶賀、朱合華、莊榮.地鐵與輕軌.第二版.人民交通出版社，2006.8〔4〕鐘新樵、趙菊梅.地下工程概論.西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)〔5〕賀少輝.地下鐵道.清華大學(xué)出版社〔6〕地下鐵道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)〔GB50157-92〕.中國(guó)方案出版社，1993〔7〕劉釗、佘才高、周振強(qiáng).地鐵工程設(shè)計(jì)與施工.人民交通出版社，2004〔8〕李權(quán).ANSYS在土木工程中的應(yīng)用.北京：人民郵電出版社，2005〔9〕李圍.隧道及地下工程ANSYS實(shí)例分析.北京：中國(guó)水利水電出版社，2007指導(dǎo)教師：年月日審批人：年月日摘要成都地鐵1號(hào)線一期工程紅花堰站～火車北站區(qū)間隧道，全長(zhǎng)1298.557m，沿線地面建筑物密集，工程地質(zhì)條件較差，研究適應(yīng)于該區(qū)段的開挖方法、結(jié)構(gòu)計(jì)算模型和支護(hù)參數(shù)成為指導(dǎo)工程開挖的重要局部。本設(shè)計(jì)結(jié)合工程地質(zhì)條件，依據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》〔GB50157-2003〕，對(duì)紅花堰站～火車北站區(qū)間隧道，進(jìn)行隧道凈空設(shè)計(jì)、平縱斷面設(shè)計(jì)、襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算和區(qū)間隧道附屬設(shè)施設(shè)計(jì)，指導(dǎo)設(shè)計(jì)施工。通過對(duì)地鐵常用施工方法明挖法、礦山法和盾構(gòu)法的比選，最終選用盾構(gòu)法進(jìn)行該區(qū)間隧道的施工。襯砌內(nèi)徑在5200mm的根底上，考慮施工誤差、測(cè)量誤差和不均勻沉降等因素，最終采用5400mm的內(nèi)徑；襯砌厚度為300mm，考慮同步注漿要求，盾構(gòu)機(jī)外徑采用6280mm。建立適用于成都地鐵1號(hào)線地質(zhì)情況的有限元模型，運(yùn)用ANSYS軟件對(duì)襯砌進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。通過分析計(jì)算，混凝土等級(jí)采用C50,最終變形為1.05mm，截面強(qiáng)度驗(yàn)算等均獲得通過。ANSYS計(jì)算獲得的內(nèi)力圖，用來指導(dǎo)裝配式襯砌的配筋。驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的最大裂縫寬度為0.06mm，滿足地鐵要求。研究結(jié)果為類似工程施工方法的選擇、有限元模型的建立、襯砌設(shè)計(jì)提供參考。并指導(dǎo)施工組織的設(shè)計(jì)，提高工程施工的平安性、高效性，降低工程造價(jià)。關(guān)鍵詞地鐵區(qū)間；盾構(gòu)法；淺埋暗挖；有限元分析AbstractThesubwaybetweenHonghuayanStationandNorthStation,whichbelongstoChengduMetroLine1redoneProjects,isof1298.557metersfull-length.Alongthedenseground-levelstructures,engineeringgeologicalconditionsarerelativelypoor,researchadaptedtothemethodssectionoftheexcavation,structurecalculationmodelandsupportparameterstoguidetheprojecttobecomeanimportantpartoftheexcavation.Accordingtotheengineeringgeologicalconditionsand"CodeforDesignofMetro"(GB50157-2003),thedesignincludesthefollowingcontents:designoftunnelclearance,flatandverticalsectiondesign,structurecalculationandliningtunnelDesignofancillaryfacilities.Allofthoseshouldguidethedesignandconstruction.SubwayconstructionmethodusuallyinvolvesCutandCoverLaw,MiningLawandShieldDrivingMethod.ThedesignultimatelyselectedtheShieldLaw.Basedon5200millimeter,consideringtheconstructionoferrorconsideredandfactorssuchasunevensettlement,thediameterliningultimatelychoose5400millimeter.Theliningthicknessisof300millimeters.Consideringthesimultaneousgroutingrequirements,thediameterofshieldmachineis6280millimeters.Thedesignestablishesfinitemodel,whichisapplicabletothegeologicalconditionofChengduMetroLine1.AlsoitusesANSYSsoftwaretocalculatethestructurallining.WhenuseconcreteofgradeC50,thefinaldeformationis1.05mm.Thestrengthofallcross-sectionsgetacross.InternalforcedataofANSYSisusedtoguidetheassemblyofreinforcedconcretelining.Themaximumcrackwidthis0.06mm,anditmeetstherequirementsofsubway.Theresultprovidesreferenceforthechoiceofconstructionmethods,finiteelementmodelandthedesignlining.ItcanguidethedesignofConstructionOrganization,improveconstructionsafety,efficiency,andreduceprojectcost.KeywordsSubway；ShieldLaw；ShallowSubsurface；FiniteElementAnalysis目錄TOC\h\z\t"一級(jí),1,二級(jí),2,三級(jí),3,四級(jí),4"緒論1第一章概述21.1工程概況21.1.1巖土分層及其特征2巖土層特征2不良地質(zhì)與特殊巖土41.1.2地質(zhì)構(gòu)造及地震烈度51.2地質(zhì)水文資料61.2.1地下水的分布特征及滲透性6第四系孔隙水6基巖裂隙水71.2.2地下水的動(dòng)態(tài)特征71.2.3地表水、地下水水質(zhì)71.2.4地下水水力學(xué)特征〔透水性、水壓力〕71.3設(shè)計(jì)依據(jù)81.4設(shè)計(jì)原那么8第二章隧道內(nèi)凈空設(shè)計(jì)112.1概述112.1.1地鐵限界制定依據(jù)11標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)11設(shè)計(jì)值122.2地鐵限界122.2.1車輛限界12車輛限界確實(shí)定應(yīng)考慮因素12設(shè)計(jì)值132.2.2設(shè)備限界13建筑限界13A型車建筑限界13建筑限界加高152.4曲線地段隧道凈空152.5隧道內(nèi)凈空確定16第三章線路平、縱斷面設(shè)計(jì)173.1平斷面設(shè)計(jì)173.1.1一般原那么173.1.2平面位置與埋深確實(shí)定173.1.3線路上地面建筑物情況173.1.4線路平面位置選擇18地下線平面位置18高架線平面位置18地面線平面位置183.1.5最小曲線半徑確實(shí)定19最小曲線半徑計(jì)算19區(qū)間曲線半徑取值203.1.6緩和曲線確實(shí)定20緩和曲線長(zhǎng)度的計(jì)算20緩和曲線最小長(zhǎng)度21緩和曲線長(zhǎng)度值213.1.7不設(shè)緩和曲線條件223.1.8外軌超高233.1.9曲線函數(shù)要素計(jì)算23緩和曲線常數(shù)的計(jì)算24曲線綜合要素計(jì)算25曲線要素計(jì)算例如25曲線要素匯總263.2縱斷面設(shè)計(jì)263.2.1線路縱斷面設(shè)計(jì)的一般原那么263.2.2縱斷面坡度27標(biāo)準(zhǔn)要求27坡度設(shè)計(jì)273.2.3豎曲線臨界半徑27理論計(jì)算27標(biāo)準(zhǔn)要求28設(shè)計(jì)值283.2.4縱斷面設(shè)計(jì)匯總28第四章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)294.1襯砌結(jié)構(gòu)類型選擇29襯砌形式29預(yù)制裝配式襯砌29雙層襯砌29擠壓混凝土整體式襯砌30單、雙層襯砌比擬30襯砌形式選定304.1.2襯砌參數(shù)31管片的厚度與幅寬31管片襯砌環(huán)分塊設(shè)計(jì)32拼裝方式32管片楔形量32特殊管片的設(shè)計(jì)334.2支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算方法334.2.1結(jié)構(gòu)計(jì)算模型33管片襯砌環(huán)力學(xué)模型33荷載－結(jié)構(gòu)模式334.2.2計(jì)算斷面選擇354.2.3圍巖級(jí)別擬定36區(qū)間地質(zhì)情況36圍巖物理性質(zhì)364.2.4深淺埋判定374.2.5荷載分類384.2.6本設(shè)計(jì)所考慮的荷載39結(jié)構(gòu)自重39水壓力39地面車輛荷載及其動(dòng)力作用39地層壓力39第五章結(jié)構(gòu)計(jì)算425.1荷載計(jì)算425.1.1拱頂處42豎向荷載42側(cè)向荷載43拱頂處車輛荷載43拱頂荷載435.1.2拱底處43結(jié)構(gòu)自重引起43拱頂傳遞及水壓力44側(cè)向壓力44拱底荷載445.1.3荷載示意圖445.2ANSYS軟件計(jì)算455.3截面強(qiáng)度檢算525.3.1檢算方法525.3.2檢算54特殊截面54全部單元體強(qiáng)度檢算555.4支護(hù)結(jié)構(gòu)配筋575.4.1配筋57最小保護(hù)層厚度57配筋計(jì)算585.4.2抗剪能力驗(yàn)算61最大裂縫寬度驗(yàn)算615.4.4構(gòu)造筋配置63第六章施工組織646.1施工方案646.1.1施工方法比選64明挖法64礦山法65盾構(gòu)法666.1.2施工方法確定676.1.3盾構(gòu)機(jī)型確定67選型依據(jù)和原那么67工程對(duì)盾構(gòu)機(jī)的要求67盾構(gòu)機(jī)型式確實(shí)定696.2施工組織設(shè)計(jì)696.2.1編制原那么696.2.2編制依據(jù)706.2.3盾構(gòu)法施工流程706.2.4盾構(gòu)施工附屬設(shè)備71洞內(nèi)設(shè)備71洞外設(shè)備716.2.5盾構(gòu)始發(fā)井及盾構(gòu)臺(tái)數(shù)72盾構(gòu)始發(fā)井位置的選擇72盾構(gòu)機(jī)臺(tái)數(shù)的選擇726.3施工進(jìn)度方案726.3.1工程進(jìn)度方案726.3.2施工橫道圖726.4工程量估算736.4.1土石方開挖量736.4.2管片及鋼筋用量736.4.3其它材料用量74第七章防水設(shè)計(jì)與附屬設(shè)施757.1防水設(shè)計(jì)757.1.1防水設(shè)計(jì)原那么757.1.2防水設(shè)計(jì)要求及措施75混凝土結(jié)構(gòu)自防水75外貼防水層76接縫防水措施767.2防腐蝕措施777.3防迷流措施777.4盾構(gòu)工作井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)787.5聯(lián)絡(luò)通道設(shè)計(jì)787.6區(qū)間泵房設(shè)計(jì)79結(jié)論81致謝82參考書目83緒論隨著工業(yè)生產(chǎn)的開展和人口的高度集中，大城市或都市區(qū)域的交通運(yùn)輸量逐年加速增長(zhǎng)，城市交通給社會(huì)造成了嚴(yán)重的問題：交通擁擠、事故增多、污染嚴(yán)重。因此許多大城市都開始限制汽車使用，大力開展公眾交通設(shè)施，特別是加速開展地鐵和輕軌交通系統(tǒng)。地下鐵道已經(jīng)成為解決大城市交通擁擠、車輛堵塞等問題并且能大量快速運(yùn)送乘客的一種城市交通設(shè)施。它可以使很大一局部地面客流轉(zhuǎn)入地下，可以高速行車，且可縮短車次間隔時(shí)間，節(jié)省了乘車時(shí)間，便利了乘客的活動(dòng)。在戰(zhàn)時(shí)，還可以起到人防的功能。自1969年10月1日中國(guó)有史以來第一條地鐵在北京建成通車以來，北京、天津、香港、上海、廣州、深圳等許多城市已相繼建成地鐵，極大的緩解了城市交通擁擠狀況，節(jié)省了地面空間。目前，我國(guó)100萬人口以上的城市多達(dá)49座，其中已有重慶、成都、哈爾濱、武漢、沈陽(yáng)、西安、杭州和寧波等20多個(gè)城市正在修建或方案興建地鐵以及快速輕軌交通，規(guī)劃的城市軌道交通總里程到達(dá)5000km。因此，在我國(guó)城市開展地鐵及輕軌等城市軌道交通運(yùn)輸系統(tǒng)的前景是非常廣闊的。到2015年中國(guó)城市軌道交通投入運(yùn)營(yíng)里程可到達(dá)1700km。在修建城市地鐵中，常用的施工方法有明挖法、暗挖法，其中暗挖法又包括盾構(gòu)法和鉆爆法，鉆爆法又稱為新奧法。盾構(gòu)法〔ShieldDrivingMethod〕或掩護(hù)筒法是在地表以下的土層或松軟巖層中暗挖隧道的一種施工方法。自1818年法國(guó)工程師Brunel創(chuàng)造盾構(gòu)法以來，經(jīng)過100多年的應(yīng)用與開展，從氣壓盾構(gòu)到泥水加壓盾構(gòu)以及更新穎的土壓平衡盾構(gòu)，已經(jīng)使盾構(gòu)法能適用于任何水文地質(zhì)條件下的施工，無論是松軟、堅(jiān)硬還是有地下水、無地下水的暗挖隧道工程都可以用盾構(gòu)法施工。第一章概述1.1工程概況成都地鐵1號(hào)線一期工程位于川西平原岷江水系Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地上，為侵蝕～堆積地貌。區(qū)內(nèi)地形平坦，北高南低。本盾構(gòu)區(qū)間經(jīng)過地區(qū)主要穿越的地貌單元為川西平原岷江水系Ⅰ級(jí)階地〔Ⅱ區(qū)〕。此階地分布于火車北站～信息工程學(xué)院大門。地形平坦，地面高程497.7m～506m。巖土分層及其特征巖土層特征〈1〉第四系全新統(tǒng)人工填筑土〔Q4ml〕：以雜填土為主，褐黃、灰黑等雜色，松散～稍密，潮濕。由碎石、砂土、磚瓦碎塊等建筑垃圾組成，其間充填粘土。段內(nèi)分布于地表，層厚一般0.6～6.9m。該層土人為隨意性較大，均一性差，多為欠壓密土，結(jié)構(gòu)疏松，具強(qiáng)度較低、壓縮性高、荷重易變形等特點(diǎn)。〈2〉第四系全新統(tǒng)沖積層〔Q4al〕<2-2>粘土〔Q4al〕：黃色、灰黃色、灰褐色。含鐵錳質(zhì)結(jié)核及少量鈣質(zhì)結(jié)核?？伤堋菜?。段內(nèi)大局部地段均有分布，頂板埋深多為0.8～2.6m，厚0.8～8.6m。天然含水量W=22～30.4%，平均值26%，天然孔隙比e=0.64～0.85，平均值0.75，液性指數(shù)IL=0.08～0.4，平均值0.31，天然快剪粘聚力C=36.9～83.3KPa，標(biāo)準(zhǔn)值45.96KPa，內(nèi)摩擦角φ=10.6～18.0°,標(biāo)準(zhǔn)值12.2°,壓縮系數(shù)a0.1～0.2=0.14～0.37MPa-1，標(biāo)準(zhǔn)值0.284MPa-1，壓縮模量ES=4.65～11.77MPa，標(biāo)準(zhǔn)值6.269MPa。本層粘土具弱膨脹性，其自由膨脹率〔FS〕=40～43%，屬弱膨脹土。<2-3>粉質(zhì)粘土〔Q4al〕：灰黃色，可塑～硬塑，含鐵、錳質(zhì)及鈣質(zhì)結(jié)核，呈透鏡體狀分布于卵石土〔<2-8>層〕上部，頂板埋深1.2～2.6m，層厚0.8～6.8m。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)，天然含水量W=29.2%，天然孔隙比e=0.688，液性指數(shù)IL=0.40，天然快剪粘聚力C=28.4KPa，內(nèi)摩擦角φ=10.0°,壓縮系數(shù)a0.1～0.2=0.27MPa-1，壓縮模量ES=6.19MPa。<2-5>細(xì)砂、粉砂〔Q4al〕：黃色，飽和，中密，呈透鏡體狀分布于中砂〔<2-6>〕或卵石土〔<3-7>層〕之上，頂板埋深為1.8～7.0m，厚0～5.1m。<2-8>卵石土〔Q4al〕：黃灰色、黃褐色，以稍密～中密為主，局部密實(shí)，潮濕～飽和。卵石成分主要以中等風(fēng)化的巖漿巖、變質(zhì)巖類巖石組成。以亞圓形為主，少量圓形，分選性差，卵石含量60～70%，粒徑以30～70mm為主，本次鉆孔中揭示最大粒徑約170mm，根據(jù)探坑和基坑揭示最大粒徑達(dá)530～550mm,充填物為細(xì)砂及圓礫。本層頂板埋深2.0～7.2m，層厚4.7～11.3m?！?〉第四系上更新統(tǒng)冰水沉積、沖積層〔Q3fgl+al〕<3-4>粉細(xì)砂〔Q3fgl+al〕：黃褐色，灰綠色，飽和，中密，含少量粘粒，微具弱膠結(jié)，膠結(jié)差。呈透鏡體狀分布于卵石土〔<3-7>層〕中上部獲其層內(nèi)，頂板埋深4.3～12.90m，層厚0.30～2.40m。本次勘察標(biāo)貫試驗(yàn)1次，錘擊數(shù)N=7，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》〔GB50011-2001〕，為輕微液化砂土。<3-7>卵石土〔Q3fgl+al〕：褐黃、灰黃色、淺灰色、黃綠色等，以中密～密實(shí)為主，飽和。卵石成分主要為灰?guī)r、砂巖、石英巖等。以亞圓形為主，少量圓形，分選性差，卵石含量約67%，粒徑以20～100mm為主，鉆探揭示最大粒徑180mm，根據(jù)探井和基坑揭示最大粒徑達(dá)530～550mm,圓礫含量約9.8％，卵、礫石以中等風(fēng)化為主。充填物以中細(xì)砂為主，夾少量粘性土，局部具弱泥質(zhì)膠結(jié)。頂板埋深3.5～13.9m，厚1.2～11.4m?！?〉第四系中更新統(tǒng)冰水沉積、沖積層〔Q2fgl+al〕<4-2>中砂〔Q2fgl+al〕：青灰色，中密，飽和。呈透鏡體狀分布。本次勘察在MZ2-LT-001、MZ2-LT-002孔揭露，頂板埋深20.00～27.40m，厚0～1.90m。<4-3>圓礫土〔Q2fgl+al〕：黃綠色，密實(shí)，飽和。卵石含量約20～30%，圓礫含量30～40%，粒徑以5～60mm為主，充填物為細(xì)砂及微量粉質(zhì)粘土。頂板埋深10.80m，厚0～2.0m。<4-4>卵石土〔Q2fgl+al〕：灰色、深灰色、藍(lán)灰色、灰綠色、黃綠色，以密實(shí)為主，局部中密，飽和。卵、礫石成分以灰?guī)r、砂巖、石英巖等為主。呈園形～亞園形，分選性差。卵石含量約68%，粒徑以30～100mm為主，本次鉆探揭示最大粒徑180mm，根據(jù)探井和基坑揭示最大粒徑達(dá)530～550mm，圓礫含量約10％，個(gè)別鉆孔見漂石，漂石最大粒徑270mm。卵、礫石以中等風(fēng)化為主。充填物主要為中細(xì)砂、及少量粘性土，局部具弱泥質(zhì)膠結(jié)和微鈣質(zhì)膠結(jié)。本層頂板埋深8.2～22.0m，厚1.2～14.1m。〈5〉白堊系上統(tǒng)灌口組〔K2g〕<5-1>全風(fēng)化泥巖〔K2g〕：紫紅色，巖芯呈土柱狀，局部呈碎塊狀，主要由粘土礦物組成，巖質(zhì)軟。本層分布不均勻，局部段缺失該層。層位頂板埋深17.5～29.5m，厚0～9.4m。<5-2>強(qiáng)風(fēng)化泥巖〔K2g〕：紫紅色，巖質(zhì)較軟，巖芯多呈碎塊狀，少量短柱狀，局部呈土狀，巖芯碎塊手可折斷。本層分布不均，局部鉆孔缺失。層位頂板埋深18.2～36.0m，厚0～5.4m。<5-3>中等風(fēng)化泥巖〔K2g〕：紫紅色，中厚層狀，泥質(zhì)膠結(jié)。錘擊聲較脆。易風(fēng)化。巖芯多呈柱狀，少量呈碎塊。巖質(zhì)較硬。本層頂板埋深19.0～30.4m，此次勘探均未揭穿。本次取樣試驗(yàn)，其天然單軸極限抗壓強(qiáng)度為0.17～12.23MPa，標(biāo)準(zhǔn)值為2.83MPa；天然飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度為0.04～7.37MPa，標(biāo)準(zhǔn)值為0.3MPa。各巖層的力學(xué)參數(shù)見附表〔2-1〕。不良地質(zhì)與特殊巖土1〕液化砂土成都地鐵1號(hào)線一期工程覆蓋層除表層的人工填土和粘性土外，其下均為不同時(shí)期沉積的卵石土夾透鏡體砂層。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》〔GB50011—2001〕第4.3.3條和《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》〔GBJ111—87〕第2.2.2條規(guī)定，對(duì)于上更新統(tǒng)〔Q3〕和中更新統(tǒng)〔Q2〕的砂層及粉土層不考慮液化的影響。2〕軟土全段軟土多為淤泥質(zhì)土或淤泥質(zhì)砂，主要分布于車輛段范圍，其余地段零星分布，多以薄層狀或透鏡狀分布于場(chǎng)地上部。靜探及室內(nèi)試驗(yàn)說明，軟土天然含水量ω=23.4～32.6%；天然孔隙比ｅ=0.642～0.908；塑性指數(shù)IP=12.8～18.0；液限WL=29.6～34.5%；液性指數(shù)IL=0.5～0.91；壓縮系數(shù)a0.1～0.2=0.18～0.37MPa-1；壓縮模量5.1～10.0MPa。根本承載力為52.6～90.7KPa。具有孔隙比大，含水量高，高壓縮性，力學(xué)性質(zhì)差的特性。沿線地下車站、區(qū)間范圍，軟土僅表層有零星分布，其埋深淺、分布范圍小，對(duì)地下隧道根本無影響，對(duì)明挖施工的地下車站基坑的穩(wěn)定性有一定影響。3〕膨脹土本段沿線覆蓋層上部發(fā)育厚2.5～8.6m的粘性土，頂板埋深一般0.8～2.0m，自由膨脹率Fs=40～43%，具有弱膨脹性。由于膨脹土埋深較淺，對(duì)車輛段地面建筑的根底穩(wěn)定性和地下車站明挖施工的基坑支護(hù)有一定影響，對(duì)地下區(qū)間隧道根本無影響。4〕膨脹巖下伏基巖為紅層泥巖，根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)，局部自由膨脹率〔FS〕=31～68%，屬弱膨脹巖，局部自由膨脹率〔FS〕達(dá)77%，屬中等膨脹巖。由于該地層位于隧底以下，對(duì)地下隧道根本無影響。5〕有害氣體本盾構(gòu)區(qū)間通過地區(qū)污水管密布，填土中夾雜垃圾，局部地段地表垃圾堆積成“丘”，污水聚集，溢漏和產(chǎn)生的污水滲入地下，易形成有害氣體，危及隧道施工。成都市政的污水井、閥門井、供水井施工中，已屢次由于類似原因而出現(xiàn)傷亡事故，因此在施工過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)有害氣體的監(jiān)測(cè)及防護(hù)措施。1.1.2地質(zhì)構(gòu)造及地震烈度1〕區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征成都平原在構(gòu)造位置上處于我國(guó)新華夏系第三沉降帶之川西褶帶的西南緣，界于龍門山隆褶帶山前江油～灌縣區(qū)域性斷裂和龍泉山褶皺帶之間，為一斷陷盆地。該斷陷盆地內(nèi)，西部的大邑～彭縣～什邡和東部的蒲江～新津～成都～廣漢兩條隱伏斷裂將斷陷盆地分為西部邊緣構(gòu)造帶、中央凹陷和東部邊緣構(gòu)造帶三局部，成都地鐵一期工程線路位于東部邊緣構(gòu)造帶。龍門山隆褶帶，經(jīng)青川、都江堰至二郎山，長(zhǎng)500余公里，寬25～40公里。這是一個(gè)經(jīng)歷了屢次強(qiáng)烈變動(dòng)的、規(guī)模巨大的結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜的東北向構(gòu)造帶。龍泉山褶皺帶，展布于中江、龍泉驛、仁壽一帶，長(zhǎng)200公里，寬15公里左右，為龍泉山背斜及一系列壓扭性逆〔掩〕斷層組成，呈NE走向，現(xiàn)今時(shí)期斷裂活動(dòng)標(biāo)志少。大邑～彭縣～什邡斷裂帶，為平原區(qū)內(nèi)較大的區(qū)域性隱伏斷裂，沿隱伏斷裂弱震活動(dòng)頻繁，偶有強(qiáng)震發(fā)生，成都市區(qū)正好處在這兩條斷裂的羽接部位，羽接部位應(yīng)力集中值為中等。磨盤山斷裂位于成都市區(qū)以北，自新都經(jīng)磨盤山進(jìn)入市區(qū)一環(huán)路北三段附近。從區(qū)域構(gòu)造背景和地震活動(dòng)性分析，磨盤山斷裂通過地區(qū)，屬不穩(wěn)定的微活動(dòng)區(qū)，沿此斷裂的新都曾于1971年發(fā)生過Ms=3.4級(jí)地震，成都于1943年6月發(fā)生過Ms=5級(jí)地震，但震中未在市區(qū)，市區(qū)烈度只有5度。從總體來看，成都市區(qū)距龍泉山褶皺帶20公里，距龍門山隆褶帶50公里，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造和地震活動(dòng)較微弱，歷史上從未發(fā)生過強(qiáng)烈地震，從地殼的穩(wěn)定性來看應(yīng)屬于穩(wěn)定區(qū)。2〕新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)成都平原在構(gòu)造體系上處于川西褶帶的一隅。該體系于印支運(yùn)動(dòng)早期已具雛形，印支運(yùn)動(dòng)晚期已根本定型，進(jìn)入喜山運(yùn)動(dòng)早期成為沉降中心，隨著構(gòu)造活動(dòng)，周邊參過失落抬升，中心相對(duì)沉降，中心接受了厚大的第四系松散堆積，四周成山，形成了錯(cuò)落有致的盆地地貌景觀。3〕地震場(chǎng)地與參數(shù)〔1〕地震動(dòng)參數(shù)根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》〔GB18306-2001〕，成都市地震動(dòng)峰值加速度為0.10g，地震動(dòng)反響譜特征周期為0.40s。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》〔GB18306-2001〕，成都市地震根本烈度為Ⅶ度。〔2〕建筑場(chǎng)地類別劃分對(duì)于本段盾構(gòu)區(qū)間，根據(jù)《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》〔GBJ111—87〕第2.2節(jié)劃分規(guī)定，本段土層的等效剪切波速vsm值在140m/s～500m/s范圍內(nèi)，場(chǎng)地類型為Ⅱ類場(chǎng)地。1.2地質(zhì)水文資料1.2.1地下水的分布特征及滲透性按地下水賦存條件，地下水分為兩種類型：第四系孔隙潛水和基巖裂隙水。其中，第四系孔隙水，主要賦存于各個(gè)時(shí)期沉積的卵石土及砂層中，土體透水性強(qiáng)、滲透系數(shù)大，地下水水量豐富，是段內(nèi)地下水的主要存在形式。第四系孔隙水第四系孔隙水根本都賦存在全新統(tǒng)〔Q4〕、上更新統(tǒng)〔Q3〕和中更新統(tǒng)〔Q2〕的砂、卵石土中，三層砂卵石層含水極其豐富，形成一個(gè)整體含水層，含水層總厚度約13.5～25.8m，為孔隙潛水,局部由于地形和上覆粘性土層控制，形成承壓水。根據(jù)降水井抽水試驗(yàn)及天府廣場(chǎng)綜合改造工程水文試驗(yàn)資料可知，卵石土綜合含水層滲透系數(shù)K為12.53～27.4m/d，平均值為16.32m/d，為強(qiáng)透水層。地下車站主體結(jié)構(gòu)和地下區(qū)間隧道根本位于該層砂、卵石土中，受地下水影響較大。上部的粘性土層為不透水層或微透水層，地下水含量甚微，對(duì)工程影響較小?；鶐r裂隙水區(qū)內(nèi)基巖為白堊系灌口組紫紅色砂泥巖，地下水賦存于基巖風(fēng)化裂隙中，含水少。根據(jù)資料，滲透系數(shù)K為0.027～2.01m/d，平均為0.44m/d。屬弱～中等透水層。地下水的動(dòng)態(tài)特征區(qū)內(nèi)地下水具有埋藏淺，季節(jié)性變化明顯，水位西北高東南低，沿河一帶高，河間階地中部低的特點(diǎn)。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，成都地區(qū)豐水期一般出現(xiàn)在7、8、9月份，枯水期12、1、2月份，以8月份地下水位埋深最淺，其余月份為平水期。在天然狀態(tài)下，區(qū)內(nèi)枯水期地下水位埋深3～5m；洪水期地下水埋深2～4m。根據(jù)區(qū)內(nèi)地下水位動(dòng)態(tài)長(zhǎng)期觀測(cè)資料，在天然狀態(tài)下，水位年變化幅度一般在1～3m之間〔1～3m占觀測(cè)點(diǎn)總數(shù)的65%，小于1m的占10%，大于3m的占25%〕，變幅正常。根據(jù)勘察期間資料，測(cè)得地下水位埋深3.9～8.9m，初見水位標(biāo)高496.7～502.4m，穩(wěn)定水位標(biāo)高496.3～502.5m。根據(jù)調(diào)查分析，由于成都市大規(guī)模的工程建設(shè)，很多建筑基坑在進(jìn)行施工降水，使地下水位急劇下降，地下水的狀態(tài)也變得紊亂。1.2.3地表水、地下水水質(zhì)據(jù)初勘報(bào)告，本盾構(gòu)區(qū)間水質(zhì)類型以HCO3-—Ca2+、HCO3-—Ca2+.Mg2+型為主，經(jīng)判定對(duì)混凝土及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋均無腐蝕性，但對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性。此外，灌口組夾石膏、鈣芒硝，巖石可能有SO42-腐蝕性，施工中應(yīng)加強(qiáng)取水樣化驗(yàn)，核查地下水對(duì)砼、鋼筋、鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性。1.2.4地下水水力學(xué)特征〔透水性、水壓力〕區(qū)間隧道主要在含水量豐富、補(bǔ)給充足的強(qiáng)透水性的砂卵石土中通過，其埋深根本位于地下水位以下，地下水水壓力對(duì)隧道施工及襯砌結(jié)構(gòu)有較大影響?？紤]到地下水水位、含水層性質(zhì)、地下水的連通性，水壓力按γ·H計(jì)算。1.3設(shè)計(jì)依據(jù)1〕成都地鐵1號(hào)線一期工程土建工程DG標(biāo)段〔盾構(gòu)區(qū)間〕初步設(shè)計(jì)招標(biāo)文件〈招標(biāo)文件編號(hào)1DTZB007-2005-06〉；2〕“成都地鐵1號(hào)線一期工程線路圖〈平、縱斷面〉”；3〕“成都地鐵1號(hào)線一期工程可行性研究報(bào)告及評(píng)審意見”；4〕“成都地鐵1號(hào)線一期工程有關(guān)城市地下管線、地形圖〈電子文件〉”；5〕“成都地鐵1號(hào)線一期工程沿線有關(guān)建〔構(gòu)〕筑物根底資料及規(guī)劃資料〈局部紙質(zhì)文件、局部電子文件〉”；6〕《成都地鐵1號(hào)線一期工程1標(biāo)段初勘階段巖土工程勘察報(bào)告》〔鐵道第二勘察設(shè)計(jì)院2005年10月〕；7〕成都地鐵“成地鐵函〔2005〕100號(hào)－關(guān)于成都地鐵一期工程盾構(gòu)籌劃方案意見的函”；8〕成都地鐵1號(hào)線一期工程《技術(shù)要求》〔試行稿〕、《文件組成與內(nèi)容》〔試行稿〕等技術(shù)性文件；9〕國(guó)家、四川省及成都市現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程。1.4設(shè)計(jì)原那么1〕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足施工、運(yùn)營(yíng)、城市規(guī)劃、人防〔按六級(jí)人防的抗力等級(jí)設(shè)計(jì)〕、防水、防火、防迷流的要求，結(jié)構(gòu)按設(shè)計(jì)使用年限100年的要求進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)。2〕根據(jù)區(qū)間隧道的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件及城市總體規(guī)劃要求，結(jié)合周圍地面既有建筑物、環(huán)境條件、管線及道路交通狀況，通過對(duì)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、使用功能等方面的綜合比擬，合理選擇施工方法和結(jié)構(gòu)型式。3〕結(jié)構(gòu)的凈空尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)滿足建筑限界、使用功能及施工工藝的要求，即在建筑限界的根底上再考慮適當(dāng)?shù)母辉Ａ浚詽M足施工誤差、測(cè)量誤差、不均勻沉降、結(jié)構(gòu)變形的需要。4〕結(jié)構(gòu)計(jì)算模式確實(shí)定，應(yīng)符合結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作條件，并反映結(jié)構(gòu)與周圍地層的相互作用。5〕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)符合強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、抗浮和裂縫開展寬度驗(yàn)算的要求，并滿足施工工藝的要求。對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)就其施工和正常使用階段進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，必要時(shí)也應(yīng)進(jìn)行剛度和穩(wěn)定性計(jì)算。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算，其最大裂縫允許值：明〔蓋〕挖法施工的結(jié)構(gòu)為0.2～0.3mm，盾構(gòu)法施工的隧道為0.20mm。對(duì)處于侵蝕環(huán)境的不利條件下的結(jié)構(gòu)，其最大計(jì)算裂縫寬度允許值應(yīng)根據(jù)具體情況從嚴(yán)控制。6〕隧道襯砌結(jié)構(gòu)一般進(jìn)行橫斷面方向的受力計(jì)算，遇到以下情況時(shí)，那么應(yīng)對(duì)其縱向強(qiáng)度和變形進(jìn)行分析。①覆土荷載沿隧道縱向有較大變化時(shí)；②隧道直接承受地面建筑物等較大局部荷載時(shí)；③基底地層或根底有顯著差異時(shí)。7〕區(qū)間隧道在結(jié)構(gòu)、地基、根底或荷載發(fā)生顯著變化的部位，或因抗震要求必須設(shè)置變形縫時(shí)，應(yīng)采取可靠的工程技術(shù)措施，確保變形縫兩側(cè)的結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生影響正常行車的差異沉降和軌道的曲率變化。8〕所選擇的盾構(gòu)機(jī)，必須對(duì)成都特殊的砂卵石層、漂石地層有較好的適應(yīng)性，并同時(shí)依據(jù)盾構(gòu)推進(jìn)速度、周圍環(huán)境狀況、工期、造價(jià)等各方面進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比擬后確定。9〕結(jié)構(gòu)按7度地震進(jìn)行抗震驗(yàn)算，并在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)采取相應(yīng)的構(gòu)造處理措施，以提高結(jié)構(gòu)的整體抗震能力。10〕隧道施工引起的地面沉降和隆起均應(yīng)嚴(yán)格控制在環(huán)境條件允許的范圍以內(nèi)，并根據(jù)周圍環(huán)境、建筑物根底和地下管線對(duì)變形的敏感度，采取穩(wěn)妥可靠的措施。地面沉降量一般控制在30mm以內(nèi)，隆起量控制在10mm以內(nèi)。當(dāng)?shù)罔F穿越重要建筑物、地下構(gòu)筑物時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定允許沉降量，并因地制宜地采取措施，以確保建筑物的平安及正常使用。11〕地鐵結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行《地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程》采取防止雜散電流腐蝕的措施。鋼結(jié)構(gòu)及鋼連接應(yīng)進(jìn)行防銹處理。12〕兩條單線盾構(gòu)隧道之間的凈距及覆土厚度，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、線路條件、隧道斷面尺寸、埋置深度、施工方法等因素確定，并不宜小于隧道外輪廓直徑，當(dāng)不能滿足時(shí)，應(yīng)在設(shè)計(jì)和施工中考慮兩者之間的相互影響，并采取適當(dāng)加強(qiáng)措施。13〕盾構(gòu)法施工的單線隧道，采用圓形裝配式鋼筋混凝土管片單層襯砌，其砼強(qiáng)度等級(jí)不小于C50、抗?jié)B等級(jí)不低于1.2MPa。其圓環(huán)內(nèi)徑應(yīng)依據(jù)建筑限界和綜合施工誤差而定。管片厚度、寬度及分塊數(shù)應(yīng)綜合考慮線路條件、結(jié)構(gòu)受力情況、防水效果、拼裝等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)。在兩條盾構(gòu)區(qū)間隧道的最低點(diǎn)左右設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道〔宜結(jié)合區(qū)間排水泵房一并設(shè)置〕，其門洞處可采用鋼管片或復(fù)合管片，并采取防腐蝕和防火措施。14〕當(dāng)隧道位于有侵蝕性地段時(shí)，應(yīng)采取抗侵蝕措施，混凝土抗侵蝕系數(shù)不得低于0.8。15〕結(jié)構(gòu)防水設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、地震烈度、環(huán)境條件、結(jié)構(gòu)形式、施工工藝及材料來源等因素進(jìn)行，并應(yīng)遵循“以防為主、剛?cè)峤Y(jié)合、多道防線、因地制宜、綜合治理”的原那么。以結(jié)構(gòu)自防水為主，附加柔性防水層。區(qū)間隧道頂部按一級(jí)防水，外表允許有少量、偶見濕漬。16〕土建工程設(shè)計(jì)必須與各機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)密切配合，做到土建設(shè)計(jì)與機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)，防止互相矛盾。第二章隧道內(nèi)凈空設(shè)計(jì)2.1概述地鐵限界是根據(jù)地鐵車輛的輪廓尺寸和技術(shù)參數(shù)、軌道特征、受電方式、施工方法及設(shè)備安裝等綜合因素，由計(jì)算而確定的列車平安運(yùn)行所需要的空間尺寸，是車輛在正常運(yùn)行狀態(tài)下形成的最大動(dòng)態(tài)包絡(luò)線。為保證地鐵的平安運(yùn)營(yíng)，各種建〔構(gòu)〕筑物和設(shè)備均不得侵入限界。限界是地鐵設(shè)計(jì)所需的重要技術(shù)指標(biāo)之一。限界越大，平安度越高，但工程量和工程投資也隨著增加。所以，要確定一個(gè)既能保證列車運(yùn)行平安，又不增大隧道空間的經(jīng)濟(jì)、合理的斷面是制定限界的首要任務(wù)和目的。2.1.1地鐵限界制定依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》〔GB50157-2003〕中關(guān)于制定限界的根本參數(shù)：接觸導(dǎo)線距軌頂面安裝高度：隧道內(nèi)4040mm高架和地面線地段最小為4400mm車輛段車場(chǎng)線5000mm正線平面曲線最小半徑：A型車300mB型車250m軌道超高：1〕最大超高值120mm2〕超高設(shè)置方法第一種內(nèi)軌降低半超高外軌抬高半超高第二種外軌抬高一個(gè)超高設(shè)計(jì)值本設(shè)計(jì)采用整體式道床，曲線地段超高設(shè)置方法采用第一種設(shè)置方式，即內(nèi)軌降低半超過，外軌抬高半超高。根據(jù)客流量預(yù)計(jì)，編組等因素確定車型。由于無客流預(yù)計(jì)資料，本設(shè)計(jì)車型選用A型車，最小曲線半徑采用350m。2.2地鐵限界地鐵限界包括車輛限界、設(shè)備限界和建筑限界。車輛限界車輛限界是指車輛在運(yùn)行中的橫斷面的極限位置，車輛的任何局部都不允許超出此限界之外。車輛限界確實(shí)定應(yīng)考慮因素表〔2-1〕地鐵車輛參數(shù)〔mm〕車車型參數(shù)參數(shù)車型A型B型B1型B2型上部受流下部受流計(jì)算車輛長(zhǎng)度2210019000車輛最大寬度30002800車輛高度38003800車輛定距1570012600轉(zhuǎn)向架固定軸距25002300〔2200〕地板面距走行軌面高度11301100受電弓落弓高度3810-3810受電弓最大工作高度5410-5410受流器端部距車體橫向中心距離-14731440-受流器中心距走行軌頂面工作高度-140256-1〕車輛輪廓線車輛橫斷面外輪廓線，是經(jīng)過研究分析后確定的，是作為確定車輛限界及設(shè)備限界的依據(jù)，是車輛設(shè)計(jì)和制造的根本數(shù)據(jù)。2〕車體外輪廓尺寸目前，我國(guó)規(guī)定地鐵車輛采用標(biāo)準(zhǔn)車型和寬體車型2種，見表〔2-1〕。設(shè)計(jì)值成都地鐵設(shè)計(jì)采用A型車，即車體長(zhǎng)度22100mm，寬3000mm，高3800mm，車輛定距15700mm，轉(zhuǎn)向架固定軸距2500mm，地板面距走行軌面高度1130mm。設(shè)備限界設(shè)備限界是在車輛限界的根底上，考慮軌道的軌距、水平方向、上下等在某些地段出現(xiàn)最大容許誤差時(shí)因其車輛的附加偏移量，以及包括在設(shè)計(jì)、施工、列車運(yùn)行中不可預(yù)計(jì)的因素在內(nèi)的平安預(yù)留量。設(shè)備限界也是一條輪廓線，所有的固定設(shè)備和土木工程〔除接觸軌及站臺(tái)邊緣線〕的任何局部都不得侵入此輪廓線。2.2.3建筑限界A型車建筑限界建筑限界是行車隧道內(nèi)垂直于線路中心線的最小有效的隧道凈空，所有構(gòu)筑物的任何突出局部都不得侵入，所以在隧道橫斷面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮施工和測(cè)量誤差以及結(jié)構(gòu)變形量等。我國(guó)《地鐵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》〔GB50157-2003〕規(guī)定的地鐵A型車區(qū)間隧道直線地段圓形隧道建筑限界見于圖2-1，曲線地段建筑限界見于圖2-2。圖〔2-1〕A型車區(qū)間直線地段圓形隧道建筑界限圖〔2-2〕A型車區(qū)間直線地段圓形隧道建筑界限建筑限界加高根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》〔GB50157-2003〕，本區(qū)間圓形隧道應(yīng)按全線盾構(gòu)施工地段的平面曲線最小半徑確定隧道建筑限界加高，即采用R=350m進(jìn)行建筑限界加高的計(jì)算。豎曲線地段的建筑界限加高量應(yīng)為：凹形豎曲線：〔2-1〕凸形豎曲線：〔2-2〕式中，--凹、凸形豎曲線半徑〔mm〕；--車輛定距〔mm〕；--車輛固定軸距〔mm〕；--車體長(zhǎng)度〔mm〕。那么由式〔2-1〕有；由式〔2-2〕有。2.4曲線地段隧道凈空?qǐng)A形或馬蹄形隧道在曲線超高地段，應(yīng)采用隧道中心線向線路基準(zhǔn)線內(nèi)側(cè)偏移的方法解決軌道超高造成的內(nèi)外側(cè)不均勻位移量。位移量按以下公式計(jì)算。按第一種超高設(shè)置時(shí)：〔2-3〕〔2-4〕按第二種超高設(shè)置時(shí)：〔2-5〕〔2-6〕式中--隧道中心線對(duì)線路基準(zhǔn)線內(nèi)側(cè)的水平位移量〔mm〕；--隧道中心線豎向位移量〔mm〕；--隧道中心至軌頂面的垂向距離〔mm〕；--隧道標(biāo)準(zhǔn)軌距〔mm〕；--外軌超高〔mm〕。本設(shè)計(jì)中按第二種設(shè)置超高，且h=120mm。那么由式〔2-5〕有；由式〔2-6〕有。其中。2.5隧道內(nèi)凈空確定根據(jù)前述規(guī)定及計(jì)算，建筑限界采用Φ5200mm。考慮施工誤差、測(cè)量誤差、設(shè)計(jì)擬合誤差、不均勻沉降等諸多因素確定的，根據(jù)技術(shù)要求，只要在施工過程中的控制措施得當(dāng)，在建筑限界Φ5200mm的根底上再留有100mm的充裕量，根本上均能滿足要求，故本設(shè)計(jì)的隧道內(nèi)徑選用5400mm。第三章線路平、縱斷面設(shè)計(jì)3.1平斷面設(shè)計(jì)3.1.1一般原那么1〕地鐵線路應(yīng)與城市開展規(guī)劃相結(jié)合。地鐵的規(guī)劃與設(shè)計(jì)必須服從城市總體開展及改造規(guī)劃。2〕雙線右側(cè)行車制。地下鐵道采用與我國(guó)城市街面交通一致的右側(cè)行車制度。地鐵具有高行車密度和大運(yùn)輸量的特點(diǎn)，其跟蹤列車最小間隔時(shí)間為75120s，因此地鐵正線必須設(shè)計(jì)成雙線。3〕線路運(yùn)行速度。地鐵車站站間距離較小，列車運(yùn)行速度一般在6075km/h,但不得小于35km/h,所以地鐵線路的最高運(yùn)行速度一般規(guī)定為80km/h。平面位置與埋深確實(shí)定線路平面位置，特別是車站位置應(yīng)盡可能與地面交通相對(duì)應(yīng)，地下線路應(yīng)盡可能采用直線，減少?gòu)澢€路。地鐵線路平面位置與埋設(shè)深度應(yīng)綜合考慮以下因素選定：1)地面建筑物、地下管線和其他建筑物的現(xiàn)狀與規(guī)劃；2)工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件；3)地鐵準(zhǔn)備采用的結(jié)構(gòu)類型與施工方法、運(yùn)營(yíng)要求等。3.1.3線路上地面建筑物情況根據(jù)路網(wǎng)規(guī)劃及初次選線結(jié)果，紅花堰站～火車北站區(qū)間站，需要穿行的主要建筑物有：公交二公司宿舍、成彭路、成華駕校、成都分局宿舍站東小區(qū)和火車北站行包大樓，平面設(shè)計(jì)時(shí)要注意這些高層建筑物，以免施工時(shí)對(duì)其根底造成較大的影響。3.1.4線路平面位置選擇地下線平面位置1)位于城市道路規(guī)劃范圍內(nèi)。地鐵位于城市規(guī)劃道路范圍內(nèi)是常用的線路平面位置。其對(duì)道路范圍以外的城市建筑物干擾小。2)位于城市道路范圍以外。在特定的條件下，地下線路可設(shè)置于道路范圍以外以到達(dá)縮短線路長(zhǎng)度、減少拆遷和降低工程造價(jià)的目的。這些條件是：a〕地質(zhì)條件好，基巖埋深很淺，隧道可以用礦山法在建筑物下方施工。b〕城市非建成區(qū)或廣場(chǎng)、公園、綠地〔耕地〕。c)舊城市中的老街坊改造區(qū)，可以同步規(guī)劃設(shè)計(jì)，并能按合理施工順序施工。除上述條件外，假設(shè)線路從既有多層、高層房屋建筑下面通過時(shí)，不但施工難度大，并且造價(jià)高昂，選線時(shí)要盡量防止。高架線平面位置高架線平面位置的選擇要比地下線路嚴(yán)格，其自由度更少。一般要沿城市主干道平行設(shè)置，道路紅線寬度宜大于40m。在道路橫斷面上，地鐵高架橋墩柱位置要與道路車行道分別配合，一般宜將橋柱置于分隔帶上。地面線平面位置地面線位于道路中心帶上，帶寬一般為20m左右。當(dāng)城市快速路或主干道的中間有分隔帶時(shí)，地面線設(shè)于該分隔帶上，不阻隔兩側(cè)建筑物內(nèi)的車輛按右行方向出入，不許設(shè)置輔路，有利于城市景觀及減少地鐵噪音的干擾。其缺乏之處是乘客均需通過地道或天橋進(jìn)入地鐵。地鐵線位于快車道一側(cè)，帶寬一般為20m左右。當(dāng)城市道路無中間分隔帶時(shí)，該位置可以減少道路改移量，其缺點(diǎn)是在快車道另一側(cè)需要建輔路，增加道路交通管理的復(fù)雜性。當(dāng)?shù)缆贩秶鉃榻⒑?、湖、海岸灘地，不能用于居住建筑的山坡地等，可考慮地鐵設(shè)于這些地帶上，但要充分考慮路基的穩(wěn)固與平安。地鐵地面線一般應(yīng)設(shè)計(jì)成封閉線路，防止行人、車輛進(jìn)入，與城市道路交叉時(shí)一般應(yīng)采用立體交叉。根據(jù)前期選線結(jié)果,其平面圖見附圖〔10-1〕。3.1.5最小曲線半徑確實(shí)定最小曲線半徑與地鐵線路的性質(zhì)、車輛性能、行車速度和地形地質(zhì)條件等有關(guān)。它對(duì)行車速度、平安、穩(wěn)定有很大影響，并直接影響著地鐵建設(shè)費(fèi)用與運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，因此，最小曲線半徑是修建地下鐵道的一個(gè)主要技術(shù)參數(shù)。最小曲線半徑計(jì)算當(dāng)列車以求得的“平衡速度”通過曲線時(shí)，能夠保證列車平安、穩(wěn)定運(yùn)行的圓曲線半徑的最低限值，稱為最小曲線半徑，其計(jì)算公式為：(3-1)式中--滿足欠超高要求的最小曲線半徑〔m〕；--設(shè)計(jì)行車速度〔km/h〕；--最大超高〔120mm〕；--允許欠超高，一般取153,其中是當(dāng)速度要求超過設(shè)置最大超高值時(shí)，產(chǎn)生的未被平衡的離心加速度。我國(guó)《地鐵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》〔GB50157-2003〕中規(guī)定。列車在曲線上運(yùn)行產(chǎn)生的離心力，通過設(shè)置超高來產(chǎn)生向心力以到達(dá)平衡離心力的目的，當(dāng)一定時(shí)，越大要求設(shè)置的超高值就越大，但規(guī)定=120mm。因此當(dāng)速度超過設(shè)置最大超高值時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生未被平衡的離心加速度，允許的欠超高值為。由式(3-1)得。按目前我國(guó)地鐵車輛的運(yùn)行狀況，一般正線的最小曲線半徑取，假設(shè)在困難情況下，取。我國(guó)《地鐵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》〔GB50157-2003〕規(guī)定的最小曲線半徑見于表〔3-1〕。表〔3-1〕最小曲線半徑〔m〕線路一般情況困難情況A型車B型車A型車B型車正線350300300250550500450400聯(lián)絡(luò)線、出入線250200150車場(chǎng)線150110110注：除同心圓曲線外，曲線半徑應(yīng)以10m的倍數(shù)取值。區(qū)間曲線半徑取值根據(jù)整體線路平面規(guī)劃,在本區(qū)間段中，需要設(shè)置兩段不同的曲線。又由最小曲線半徑的相關(guān)規(guī)定，兩條曲線半徑分別取為350m和400m。3.1.6緩和曲線確實(shí)定在地鐵線路上，直線和圓曲線不是直接相連的，它們之間需要插入一段緩和曲線。其目的在于滿足曲率過渡、軌距加寬和超高過渡的需要，以保證乘客舒適平安。緩和曲線的半徑是變化的，它與直線連接一段的半徑為無窮大，逐漸變化到等于所要連接的圓曲線半徑R。緩和曲線長(zhǎng)度的計(jì)算1〕從超高順坡率的要求計(jì)算一般超高順坡率不宜大于，困難地段不應(yīng)大于，按此要求，那么緩和曲線的最小長(zhǎng)度為：〔3-2〕式中--緩和曲線長(zhǎng)度〔m〕；--圓曲線實(shí)設(shè)超高〔mm〕。2〕從限制超高時(shí)變率、保證乘客舒適度分析計(jì)算〔3-3〕式中--緩和曲線長(zhǎng)度〔m〕；--設(shè)計(jì)速度〔km/h〕；--允許的超高時(shí)變率，。將和最大超高代入上式得，因此緩和曲線的長(zhǎng)度應(yīng)滿足上述二式。由式〔3-2〕得；由式〔3-3〕得。緩和曲線最小長(zhǎng)度緩和曲線的最小長(zhǎng)度為20m，這主要是考慮不短于一節(jié)車廂的全軸距而確定的。全軸距指一節(jié)車廂第1位軸至最后位軸之間的距離，目前我國(guó)地下鐵道車輛的全軸距最大不超高20m。緩和曲線長(zhǎng)度值我國(guó)《地鐵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》〔GB50157-2003〕規(guī)定的平面緩和曲線長(zhǎng)度值見于表〔3-2〕。由緩和曲線最小長(zhǎng)度計(jì)算結(jié)果和表〔3-2〕可知，本地鐵區(qū)間設(shè)計(jì)緩和曲線長(zhǎng)度應(yīng)選為60m。表〔3-2〕平面緩和曲線的長(zhǎng)度值RV1009590858075706560555045403530300030252025003530252020200040353025202015005550453530252012007060504035302520201000857560504535302525208008580756555454035302520700858075706050453530252020650858075706050454035302020600-807570706050453530202020--550--7570706555454035202020--5007070656050453520202020-45070656055504025202020-400656060554525202020-350606060503025202020300606060353025202025060604035302020200604040352520150404035253.1.7不設(shè)緩和曲線條件緩和曲線是為滿足乘客舒適度要求而設(shè)置的，是否設(shè)置那么視曲線半徑，時(shí)變率是否能符合不大于的規(guī)定而確定。當(dāng)設(shè)計(jì)速度確定后，按允許的值，由式〔3-4〕可確定不設(shè)緩和曲線的曲線半徑。〔3-4〕式中--設(shè)計(jì)行車速度〔km/h〕；--重力加速度，?。?-車輛長(zhǎng)度，取19m；--未被平衡離心加速度的時(shí)變率，；--超高順坡率，取。本地鐵設(shè)計(jì)時(shí)速為70km/h，那么由式〔3-4〕可得，當(dāng)時(shí)就可以不設(shè)置緩和曲線。本區(qū)間段曲線半徑分別為350m和400m，需要設(shè)置緩和曲線。3.1.8外軌超高地鐵車輛在平面圓曲線上行駛時(shí)，對(duì)軌道會(huì)產(chǎn)生離心力，使外軌承受較大壓力，為此需將外軌抬高，用車體內(nèi)傾產(chǎn)生的重力分力來平衡離心力。外軌抬高的數(shù)值，稱為超高值。超高值的計(jì)算公式為〔3-5〕式中--超高值〔mm〕；--列車通過速度〔km/h〕；--平面圓曲線半徑〔m〕。圓曲線的最大超高值為120mm，曲線超高值也應(yīng)在緩和曲線內(nèi)遞減順接，無緩和曲線時(shí)，在直線段遞減順接。超高順坡率不大于2‰，困難地段不應(yīng)大于3‰。當(dāng)設(shè)置的超高值缺乏時(shí)，一般可允許有不大于61mm的欠超高。對(duì)于本區(qū)間的混凝土整體道床，采用外軌抬高超高值的一半和內(nèi)軌降低超高值的一半的方法來設(shè)置其曲線超高。本區(qū)間設(shè)計(jì)速度采用70km/h,R=350m,由式〔3-5〕可得h=158.2mm,取h=120mm。3.1.9曲線函數(shù)要素計(jì)算緩和曲線示意圖見圖〔3-1〕。圖〔3-1〕緩和曲線示意圖緩和曲線常數(shù)的計(jì)算〔3-6〕〔3-7〕〔3-8〕〔3-9〕式中--緩和曲線的切線角即(或)點(diǎn)的切線與(或)點(diǎn)切線的交角；亦即圓曲線一端延長(zhǎng)局部所對(duì)應(yīng)的圓心角；--緩和曲線的總偏角；--切垂距，即〔或〕到由圓心向切線所作垂線垂足的距離；--圓曲線內(nèi)移量，為垂線長(zhǎng)與圓曲線半徑之差。曲線綜合要素計(jì)算切線長(zhǎng)〔3-10〕曲線長(zhǎng)〔3-11〕外矢距〔3-12〕切曲差〔3-13〕曲線要素計(jì)算例如以YCK2+907.788處開始的曲線為例，計(jì)算曲線要素，其中。1〕緩和曲線常數(shù)由式〔3-6〕得；由式〔3-7〕得；由式〔3-8〕得；由式〔3-9〕得。2〕曲線綜合要素由式〔3-10〕得；由式〔3-11〕得；由式〔3-12〕得；由式〔3-13〕得。曲線要素匯總用以上方法，將區(qū)間段兩處曲線要素計(jì)算后，匯總于表〔3-3〕。表〔3-3〕曲線要素匯總項(xiàng)目項(xiàng)目編號(hào)編號(hào)轉(zhuǎn)角曲線半徑〔m〕緩和曲線長(zhǎng)度〔m〕切線長(zhǎng)〔m〕曲線長(zhǎng)〔m〕135060464.836684.740240060295.231528.073主要點(diǎn)里程及整點(diǎn)里程見平面圖〔10-1〕。3.2縱斷面設(shè)計(jì)線路縱斷面設(shè)計(jì)的一般原那么1〕地鐵線路縱斷面設(shè)計(jì)要保證列車運(yùn)行的平安、平穩(wěn)及乘客舒適，高架線路要注意城市景觀，坡段應(yīng)盡量長(zhǎng)。2〕線路縱斷面要結(jié)合不同的地形、地質(zhì)及水文條件，并結(jié)合線路敷設(shè)方式與埋深、隧道施工方法、地面地下建筑物與根底情況以及線路平面條件等進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，力求方便乘客和降低工程造價(jià)。必要時(shí)，可建議變更線路平面及施工方法。3〕線路應(yīng)盡量設(shè)計(jì)成符合列車運(yùn)行規(guī)律的節(jié)能型坡道。車站一般位于縱斷面的高處，區(qū)間位于縱斷面低處。除車站兩端的節(jié)能坡道外，區(qū)間一般宜用緩坡，防止列車交替使用制動(dòng)而增大牽引負(fù)荷?？v斷面坡度標(biāo)準(zhǔn)要求《地鐵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》〔GB50157-2003〕中關(guān)于線路縱斷面坡度的規(guī)定:1〕正線的最大坡度不大于30‰,困難地段可采用35‰,聯(lián)絡(luò)線、出入線的最大坡度不宜大于40‰〔均不考慮各種折減值〕。2〕隧道內(nèi)和路塹地段的正線最小坡度不宜小于3‰，困難地段在確保排水的條件下，可采用小于3‰的坡度；地面和高架橋上正線最小坡度在采取了排水后不受限制。3〕地下車站站臺(tái)計(jì)算長(zhǎng)度段線路坡度宜采用2‰，在困難條件下，可設(shè)在不大于3‰的坡道上。坡度設(shè)計(jì)區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工，線路最大埋深14.98m，最小坡度3‰〔車站坡度2‰〕，最大坡度為-22‰。3.2.3豎曲線臨界半徑坡道與坡道、坡道與平道的交點(diǎn)處發(fā)生變坡，列車通過變坡點(diǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生附加加速度，車鉤應(yīng)力將發(fā)生變化，為保證次那個(gè)車平順與平安，當(dāng)兩相鄰坡段的坡度代數(shù)差時(shí)，就應(yīng)設(shè)置圓曲線型的豎曲線連接。理論計(jì)算豎曲線半徑與和的關(guān)系為：〔3-14〕式中--行車速度〔km/h〕--列車通過變坡點(diǎn)產(chǎn)生的附加加速度〔〕，一般情況下取，困難情況下取。由式〔3-14〕得。標(biāo)準(zhǔn)要求《地鐵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》〔GB50157-2003〕中規(guī)定的豎曲線半徑的取值見表〔3-4〕。表〔3-4〕數(shù)曲線半徑取值線別一般情況〔m〕困難情況〔m〕正線區(qū)間50003000車站端部30002000聯(lián)絡(luò)線2000出入線2000設(shè)計(jì)值由計(jì)算和標(biāo)準(zhǔn)可確定本隧道豎曲線半徑，在區(qū)間段內(nèi)取為5000m，在車站端部取為3000m。3.2.4縱斷面設(shè)計(jì)匯總縱斷面設(shè)計(jì)匯總見表〔3-5〕。表〔3-5〕區(qū)間坡道匯總項(xiàng)目項(xiàng)目編號(hào)編號(hào)起點(diǎn)里程坡長(zhǎng)坡度1ZCK2+860.000200.000-22‰2ZCK3+060.000655.000-12.344‰3ZCK3+715.000285.000+3‰4ZCK4+000.000248.895+19.996‰其它數(shù)據(jù)見縱斷面圖〔10-2〕。第四章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1襯砌結(jié)構(gòu)類型選擇縱觀成都地鐵1號(hào)線一期工程紅花堰站～火車北站區(qū)間的地質(zhì)情況、周圍環(huán)境條件，區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工，聯(lián)絡(luò)通道采用礦山法施工。4.1.1襯砌形式由于采用盾構(gòu)法施工，斷面形式只能采取圓形斷面。盾構(gòu)法修建的區(qū)間隧道襯砌有預(yù)制裝配式襯砌、預(yù)制裝配式襯砌和模筑鋼筋混凝土整體式襯砌相結(jié)合的雙層襯砌以及擠壓混凝土整體式襯砌三大類。如圖〔4-1〕：a)單層裝配式襯砌b)雙層襯砌c)擠壓混凝土整體襯砌圖〔4-1〕盾構(gòu)區(qū)間襯砌形式預(yù)制裝配式襯砌預(yù)制裝配式襯砌是用工廠預(yù)制的構(gòu)件〔稱為管片〕，在盾構(gòu)尾部拼裝而成。管片種類按材料可分為鋼筋混凝土、鋼、鑄鐵以及由幾種材料組合而成的復(fù)合管片。雙層襯砌為了防止隧道滲水和襯砌腐蝕，修正隧道施工誤差，減少噪音和振動(dòng)以及作為內(nèi)部裝飾，可以在裝配式襯砌內(nèi)部再做一層整體式混凝土或鋼筋混凝土內(nèi)襯。根據(jù)需要還可以在裝配式襯砌與內(nèi)層之間敷設(shè)防水隔離層。雙層襯砌主要用于含有腐蝕性地下水的地層中。擠壓混凝土整體式襯砌擠壓混凝土襯砌就是隨著盾構(gòu)向前掘進(jìn)，用一套襯砌施工設(shè)備在盾尾同步灌注的混凝土或鋼筋混凝土整體式襯砌，因其灌注后即承受盾構(gòu)千斤頂推力的擠壓作用，故稱為擠壓混凝土襯砌。擠壓混凝土襯砌可以是素混凝土，也可以是鋼筋混凝土，但應(yīng)用最多的是鋼纖維混凝土。單、雙層襯砌比擬制造管片的材料有鑄鐵、鋼材以及混凝土等，此外使用復(fù)合材料制作的管片也逐漸增多，在隧道防水、受力合理和經(jīng)濟(jì)性能等方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。其中鋼筋混凝土管片是目前最為常用的，其原因有：具有一定強(qiáng)度；加工制作比擬容易，采用鋼模制作時(shí)可保證管片的精度〔能到達(dá)±0.5mm〕；耐腐蝕；造價(jià)低。因此，鋼筋混凝土管片在我國(guó)得到了大規(guī)模采用。從我國(guó)上海、廣州和深圳等地鐵的施工和運(yùn)行檢驗(yàn)情況來看，采用有一定接頭剛度的單層柔性襯砌是成功的，單層襯砌施工工藝單一、工期短和投資省。襯砌形式選定根據(jù)前述單、雙層襯砌比擬，并結(jié)合本盾構(gòu)區(qū)間的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)，本設(shè)計(jì)采用單層管片襯砌，設(shè)計(jì)成平板型鋼筋混凝土，其接頭采用彎螺栓。4.1.2襯砌參數(shù)管片的厚度與幅寬管片的厚度與隧道斷面大小的比，取決于地層條件和隧道埋深等，最主要是取決于荷載條件。一般情況下，管片厚度為管片外徑的4％左右，我國(guó)的地鐵單線圓形區(qū)間隧道多采用350mm和300mm兩種。根據(jù)成都地區(qū)的工程地質(zhì)條件及地下水埋深情況，管片厚度取定為300mm，并進(jìn)行相應(yīng)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，驗(yàn)算其強(qiáng)度和剛度，如不符合相關(guān)要求，再進(jìn)行襯砌厚度的調(diào)整。目前，我國(guó)地鐵盾構(gòu)隧道的設(shè)計(jì)中多采用幅寬1.2m和1.5m兩種，隨著盾構(gòu)施工技術(shù)的開展，趨向于采用寬幅管片。由于紅花堰站～火車北站區(qū)間線路最小曲線半經(jīng)350m，為了保證施工過程中線形的擬合效果，故擬定幅寬為1.2m。圖〔4-2〕管片分塊方案標(biāo)準(zhǔn)塊A的細(xì)部圖見附圖〔10-7〕，鄰接塊B的細(xì)部圖見附圖〔10-8〕，封頂塊的細(xì)部圖見附圖〔10-9〕。管片襯砌環(huán)分塊設(shè)計(jì)襯砌環(huán)的分塊主要由管片制作、防水、運(yùn)輸、拼裝、結(jié)構(gòu)受力性能等因素確定，目前國(guó)內(nèi)地鐵盾構(gòu)區(qū)間隧道根本上采用六塊方案，一塊小封頂塊，兩塊鄰接塊和三塊標(biāo)準(zhǔn)塊。本次設(shè)計(jì)采用以上分塊方案，即一環(huán)分成6塊，見圖〔4-2〕所示。一環(huán)管片由1塊封頂塊管片K，其圓心角為15°，標(biāo)準(zhǔn)塊管片3塊〔分別為A1、A2、A3〕,其圓心角均為72°，鄰接塊管片左右各1塊〔分別為B1、B2〕，圓心角均為64.5°。縱向接頭為10處，按36°等角度布置。環(huán)向和縱向螺栓均采用6.8級(jí)M24型彎螺栓。拼裝方式襯砌圓環(huán)有通縫和錯(cuò)縫兩種拼裝方式，通縫拼裝，施工簡(jiǎn)單、方便，管片襯砌結(jié)構(gòu)的整體剛度較小，容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的變形，同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的防水也產(chǎn)生較大的影響；而在錯(cuò)縫拼裝條件下，管片襯砌結(jié)構(gòu)的整體剛度較大，相同條件下結(jié)構(gòu)變形較小，對(duì)結(jié)構(gòu)的整體防水有利。本設(shè)計(jì)采用錯(cuò)縫拼裝方式。管片楔形量盾構(gòu)在曲線段施工和蛇行修正時(shí)，需要使用楔形管片環(huán)，楔形管片環(huán)分為左轉(zhuǎn)環(huán)及右轉(zhuǎn)環(huán)。蛇行修正用楔形管片環(huán)的數(shù)量，會(huì)因工程區(qū)域內(nèi)所包含的緩曲線和急曲線區(qū)段的比例、有無S形曲線等的隧道線路、影響盾構(gòu)操作穩(wěn)定性的周圍圍巖的情況而不同。通常，蛇行修正用楔形管片環(huán)數(shù)量大概是直線區(qū)間所需管片環(huán)數(shù)的3%～5%。楔形量除了根據(jù)管片種類、管片寬度、管片環(huán)外徑、曲線外徑、曲線間楔形管片環(huán)使用比例、管片制作的方便性確定外，還應(yīng)根據(jù)盾尾操作空隙而定。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的區(qū)間隧道線形，其最小半徑為500m，按曲線擬合采用楔形量38mm的楔形管片環(huán)，模擬線形采用直線環(huán)、左轉(zhuǎn)環(huán)和右轉(zhuǎn)環(huán)組合的方式。特殊管片的設(shè)計(jì)兩條隧道之間需設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道，用作災(zāi)情時(shí)人員疏散及布置區(qū)間排水泵房。本區(qū)間隧道位于繁華的道路下方，地面沒有明挖施作的條件，故采用施工降水加固地層的礦山法施工。為了保證施工的平安和施工中管片的拆卸方便，在聯(lián)絡(luò)通道處，區(qū)間隧道采用鋼管片和鋼筋混凝土管片組成的復(fù)合型管片環(huán)。4.2支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算方法4.2.1結(jié)構(gòu)計(jì)算模型結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的選擇，對(duì)計(jì)算結(jié)果有相當(dāng)大的影響。因此，在計(jì)算中，要慎重選用計(jì)算模型。管片襯砌環(huán)力學(xué)模型計(jì)算中，我國(guó)多采用勻質(zhì)圓環(huán)和梁－彈簧模型模擬管片襯砌結(jié)構(gòu)，如圖〔4-3〕所示。在一襯砌圓環(huán)內(nèi)，梁－彈簧模型直接考慮環(huán)向接頭的位置和接頭的剛度，用曲梁?jiǎn)卧M管片的實(shí)際狀況，用接頭抗彎剛度來表達(dá)環(huán)向接頭的實(shí)際抗彎剛度。采用錯(cuò)縫式拼裝時(shí)，因縱向接頭將引起襯砌圓環(huán)間的相互咬合作用，此時(shí)根據(jù)錯(cuò)縫拼裝方式，除考慮計(jì)算對(duì)象的襯砌圓環(huán)外，將對(duì)其有影響的前后的襯砌圓環(huán)也作為對(duì)象，采用空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，并用圓環(huán)徑向抗剪剛度Kr和切向抗剪剛度Kt來表達(dá)縱向接頭的環(huán)間傳力效果。同時(shí)假定環(huán)間接頭不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)，故取接頭抗剪剛度為無窮大。由于由于采用考慮接頭影響的模型，計(jì)算較復(fù)雜，故本設(shè)計(jì)采用勻質(zhì)圓環(huán)的力學(xué)模型。荷載－結(jié)構(gòu)模式在進(jìn)行盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算分析時(shí)，其荷載的計(jì)算采用荷載－結(jié)構(gòu)模式，見圖〔4-4〕。在確定作用在隧道上方的土層壓力方面，國(guó)內(nèi)外視地層情況，主要采用卸拱理論〔太沙基公式為主體〕和按全部地層壓力計(jì)算土層壓力的方法，但均帶有較大近似性。國(guó)外也有取最小土壓力不小于2D〔D為隧道直徑〕高度的上覆土體自重〔當(dāng)計(jì)算土壓力小于此值時(shí)〕的經(jīng)驗(yàn)法。襯砌圓環(huán)與周圍土體的相互作用通過設(shè)置在襯砌全環(huán)只能受壓的徑向彈簧單元來表達(dá)，這些單元受拉時(shí)將自動(dòng)脫離，彈簧單元的剛度由襯砌周圍土體的地基抗力系數(shù)決定。a.勻質(zhì)圓環(huán)b.考慮接頭的位置與剛度圖〔4-3〕管片襯砌圓環(huán)計(jì)算的兩種力學(xué)模式圖〔4-4〕荷載模式4.2.2計(jì)算斷面選擇成都地鐵紅花堰站火車北站區(qū)間段內(nèi)埋深相差較大，且該區(qū)段內(nèi)圍巖級(jí)別均為Ⅴ級(jí)，故計(jì)算時(shí)選用該區(qū)段內(nèi)最大埋深14.98m處，即YCK3+738.400m處做結(jié)構(gòu)計(jì)算。該處地層情況如圖〔4-5〕所示：圖〔4-5〕計(jì)算截面處地層計(jì)算截面處地層情況說明：1〕該圖中長(zhǎng)度標(biāo)注的單位為m；2〕各土層的主要性質(zhì)如下表〔4-1〕；3〕由于<1>地層沒有測(cè)量資料，且為人工填土，假定其性質(zhì)和<2-3>，即和粉質(zhì)粘土〔硬塑〕相同。4〕其它土層沒有測(cè)量數(shù)據(jù)的，參照有測(cè)量數(shù)據(jù)的土層進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算。表〔4-1〕計(jì)算截面處地層性質(zhì)天然密度ρ〔g/cm3〕天然含水量w〔%〕孔隙比e粘聚力c〔KPa〕土的靜止側(cè)壓力系數(shù)ξ<1><2-3>1.9626.60.7642.950.5<2-8>2.10.3<3-7>2.20.25<4-4>.3圍巖級(jí)別擬定區(qū)間地質(zhì)情況區(qū)間隧道起于紅花堰站南端ZCK2+966.917，下穿成彭路，至火車北站廣場(chǎng)，即火車北站北端ZCK4+265.474，全長(zhǎng)1298.557m。沿線地面建筑物密集。沿線上覆第四系全新統(tǒng)人工填土〔Q4ml〕，厚1.2～2.0m；其下為全新統(tǒng)沖積層〔Q4al〕粘土，厚2.0～2.8m，該層粘土具有弱膨脹性；粉、細(xì)砂，厚0～1.4m；再下分別為第四系上更新統(tǒng)〔Q3fgl+al〕及中更新統(tǒng)冰水沉積、沖積層〔Q2fgl+al〕卵石土夾砂層透鏡體，總厚15.0～22.5m；下伏基巖為白堊系上統(tǒng)灌口組〔K2g〕泥巖。局部泥巖具有差異性風(fēng)化現(xiàn)象。隧道洞身主要穿越第四系上更新統(tǒng)〔Q3fgl+al〕和中更新統(tǒng)〔Q2fgl+al〕卵石土夾砂層透鏡體。卵石土分選性、均一性及自穩(wěn)性均較差，其滲透系數(shù)大，透水性強(qiáng)，含水量豐富。隧道圍巖根本級(jí)別為Ⅴ級(jí)。圍巖物理性質(zhì)《地鐵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》〔GB50157-2003〕中規(guī)定的各級(jí)圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)見于表〔4-2〕ANSYS計(jì)算中，Ⅴ級(jí)圍巖容重取為20KN/m3，彈性反力系數(shù)取為150MPa/m，變形模量取為1.5GPa，泊松比取為0.4。ANSYS建模數(shù)據(jù)見表〔4-3〕。表〔4-2〕各級(jí)圍巖物理性質(zhì)圍巖級(jí)別容重γ/(KN/m3)彈性反力系數(shù)K/(MPa/m)變形模量E/GPa泊松比μ內(nèi)摩擦角ψ/°內(nèi)聚力c/MPa計(jì)算摩擦角ψ/°Ⅰ26～281800～2800>33<0.2>60>2.1>78Ⅱ25～271200～180020～330.2～0.2550～601.5～2.170～80Ⅲ23～25500～12006～200.25～0.339～500.7～1.560～70Ⅳ20～23200～5001.3～60.3～0.3527～390.2～0.750～60Ⅴ17～20100～2001～20.35～0.4520～270.05～0.240～50Ⅵ15～17<100<10.4～0.5<22<0.130～40注：1〕本表數(shù)值不包括黃土地層。2〕選用計(jì)算摩擦角時(shí)，不再計(jì)內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力。表〔4-3〕ANSYS建模數(shù)據(jù)工程材料容重γ/(KN/m3)彈性反力系數(shù)K/(MPa/m)變形模量E/GPa泊松比μⅤ級(jí)圍巖201501.50.4C50鋼筋混凝土25-34.50.1674.2.4深淺埋判定當(dāng)隧道埋深較淺時(shí)，如淺埋的地下結(jié)構(gòu)或山嶺隧道的進(jìn)出口段，開挖的影響會(huì)涉及地表，無法形成自然平衡拱。當(dāng)隧道的埋深小于表〔4-4〕所列數(shù)值，或埋深小于〔2.02.5〕倍自然平衡拱高度時(shí)，應(yīng)按淺埋隧道圍巖壓力確實(shí)定方法計(jì)算圍巖壓力。表〔4-4〕淺埋隧道埋深值圍巖級(jí)別ⅢⅣⅤ單線隧道覆蓋深度〔m〕5710141825雙線隧道覆蓋深度〔m〕81015203035本區(qū)間隧道最大埋深14.98m，圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)，故屬于淺埋隧道，荷載計(jì)算時(shí)按淺埋隧道的相關(guān)方法計(jì)算。4.2.5荷載分類《地鐵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》〔GB50157-2003〕中規(guī)定的荷載分類見于表〔4-5〕。表〔4-5〕地鐵荷載分類荷載分類荷載名稱永久荷載結(jié)構(gòu)自重地層壓力結(jié)構(gòu)上部和破壞棱體范圍的設(shè)施及建筑物壓力水壓力及浮力混凝土收縮及徐變影響預(yù)加應(yīng)力設(shè)備重量地基下層影響可變荷載根本可變荷載地面車輛荷載及其動(dòng)力作用地面車輛荷載引起的側(cè)向土壓力地鐵車輛荷載及其動(dòng)力作用人群荷載其它可變荷載溫度變化影響施工荷載偶然荷載地震荷載沉船、拋錨或河道疏浚產(chǎn)生的撞擊力等災(zāi)害性荷載注：1)設(shè)計(jì)中要求考慮的其他荷載，可根據(jù)其性質(zhì)分別列入上述三類荷載中；2)施工荷載包括：設(shè)備運(yùn)輸及吊裝荷載，施工機(jī)具及人群荷載，施工堆載，相鄰隧道施工的影響，盾構(gòu)法或頂進(jìn)法施工的千斤頂頂力及壓漿荷載，沉管拖運(yùn)、沉放和水力壓接等荷載。4.2.6本設(shè)計(jì)所考慮的荷載結(jié)構(gòu)自重本區(qū)間采用預(yù)制裝配式襯砌，鋼筋混凝土管片的重度采用25KN/m3。水壓力區(qū)間隧道主要在含水量豐富、補(bǔ)給充足的強(qiáng)透水性的砂卵石土中通過，其埋深根本位于地下水位以下，地下水水壓力對(duì)隧道施工及襯砌結(jié)構(gòu)有較大影響。考慮到地下水水位、含水層性質(zhì)、地下水的連通性，水壓力按γ·H計(jì)算。地面車輛荷載及其動(dòng)力作用當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)物理埋深較淺時(shí)，在其上方常常作用有地面的車輛荷載。計(jì)算時(shí)分為豎向壓力和側(cè)向壓力，這局部荷載對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響應(yīng)該與圍巖壓力引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行疊加。1〕豎向壓力。一般情況下，地面車輛荷載可按單個(gè)輪壓傳遞的豎向壓力和2個(gè)以上輪壓傳遞的豎向壓力兩種方法簡(jiǎn)化為均布荷載，但其計(jì)算需要參數(shù)較多，無法準(zhǔn)確計(jì)算。且在道路下方的淺埋暗挖隧道，地面車輛荷載可按1020kPa的勻布荷載取值，并不計(jì)沖擊力的影響。本設(shè)計(jì)中，將地面車輛荷載在結(jié)構(gòu)上引起的豎向壓力簡(jiǎn)化為勻布荷載，并取其值為。2〕側(cè)向壓力。地面車輛荷載傳遞到地下結(jié)構(gòu)上的側(cè)壓力，可按式〔4-1〕計(jì)算。〔4-1〕地層壓力1)豎向壓力。在有地下水的情況下，填土隧道和淺埋暗挖隧道，一般都采用閉合結(jié)構(gòu)，如圓形、矩形等。因其上方無法形成承載拱，豎向壓力一般應(yīng)按計(jì)算截面以上全部土柱重力計(jì)算，并考慮地面的附加荷載，按式〔4-2〕計(jì)算：〔4-2〕在有地下水的圍巖范圍內(nèi)，應(yīng)按其飽和重度進(jìn)行計(jì)算。2〕側(cè)向壓力。有地下水時(shí)側(cè)壓力的計(jì)算一般有2種方法可供選擇。對(duì)于砂性土可采用水壓力與土壓力分開計(jì)算，再疊加的方法，即按式〔4-3〕計(jì)算：〔4-3〕式中--計(jì)算點(diǎn)處的側(cè)壓力；--計(jì)算點(diǎn)處的側(cè)壓力系數(shù)〔可用計(jì)算〕；--計(jì)算點(diǎn)處地下水位的高度；--水的側(cè)壓力系數(shù)，一般取為1；--水的重度，一般取。--各層圍巖的重度，地下水位以上的土體采用天然重度及對(duì)應(yīng)的側(cè)壓力系數(shù)，水