埋深方案比選與隧道線路設計

1、第二章 埋深方案比選與隧道線路設計2.1線路特點分析本次設計為長沙地鐵5號線東郡站至萬家麗廣場站區(qū)間隧道及萬家麗廣場車站的設計。線路里程YAK30+006.05至YAK31+005.54，全長999.49米。均為地下線，該段地質條件較為復雜，各地層起伏不定，交錯復雜，地下水量豐富，全線土質較軟，以泥質土，黏土，粉砂為主。2.2線路埋深及縱斷面設計方案 地下鐵道埋深根據其到地表的距離，可分為深埋和淺埋兩種類型。一般認為埋深大于20m時為深埋，埋深小于20m 時為淺埋（通常指軌頂面到地面的距離）。決定地鐵埋置深度方案時，要考慮基建投資，地質條件，地下管線的埋深，防護要求等因素。深埋地鐵一般采用礦山

2、法和盾構法，淺埋則常用明挖法，特殊情況下也可采用暗挖。至于淺埋和深埋又各自有自己的優(yōu)勢與略勢，所以最后方案的確定還是因地制宜，具體問題具體分析。 淺埋地鐵區(qū)間隧道襯砌頂部至地面應不小于2m，車站前廳頂部要有1-1.5m 的回填土。正線的最大坡度不宜大于30，困難地段可采用35 ，車站的埋深是線路的標高控制點，首先根據最小覆土層厚度及車站高度定下車站埋深，接下來在不超過最大坡度的情況下，進行拉坡設計，同時還要考慮到隧道穿越地層的情況，盡可能使隧道在單一的地層中，為滿足此條件，可以上下調整車站位置，以滿足要求，但同時也應該把握住這一條件：車站盡量埋得淺些，方便施工與運營。在滿足設計規(guī)范和技術標準的

3、前提下，也應該爭取降低工程造價和運營成本，所以線路縱斷面設計應按“高站位，低區(qū)間，盡量采用節(jié)能坡度”原則。本區(qū)段兩端由于均為換乘站，車站3層高度達19米，所以在考慮上最小覆土層厚度以后，埋深大于20米，所以是深埋，而明挖法的填土深度一般小于10米，所以本區(qū)段不考慮明挖法。除去明挖法，還有盾構法和礦山法。所以接下來我用這兩種方法設計了三種方案進行比選。由于是深埋，而且在距離地表15米一下的土層均為中風化泥質粉砂巖，也就是說，在當我以埋深最小的方案設置車站后，若以車站第三層為本線該區(qū)段換乘站，其區(qū)間隧道基本都在中風化泥質粉砂層內，換言之，從繼續(xù)加大車站埋深這個角度來考慮不同的方案是沒有什么太大意義

4、的。所以我的東郡站車站只考慮了一種埋深，而萬家麗廣場站由于是與正在運營的2號線換乘的，所以車站的埋深也是確定好了的，下面我就對自己的三種方案進行介紹：2.2.1 方案一：東郡站由于車站位置由于以上所述原因加大埋深來考慮不同方案，沒有什么意義，所以我從換乘站的位置這個角度進行考慮。我先是以車站第二層作為本區(qū)段換乘站進行考慮，區(qū)間隧道采用礦山法施工。由于東郡站與萬家麗廣場站均為交通繁忙地段，所以我采用蓋挖法進行車站的施工，以減少對于交通的阻礙。區(qū)間隧道為馬蹄形結構，車站結構為矩形框架結構。隧道平均埋深超過10米。由于隧道經過土層較為復雜，所以選用對地質條件適應性更好的礦山法，而非盾構法。另外，采用

5、礦山法施工，當區(qū)間隧道位于地下水位以下，在這種無膠結、穩(wěn)定性差的砂卵石層中施工，必須采取有效措施防止開挖過程中圍巖坍塌并控制地面沉降，確保施工安全及減小對周圍環(huán)境的影響。東郡站車站的最小覆土層厚度為1.5米，萬家麗廣場站為2.5米。隧道的平均最小覆土層厚度為15米。從東郡站出發(fā)，以19的坡度下坡，580后，再以15的坡度向上爬升215米，連接至萬家麗廣場站。且該線路符合節(jié)能坡的要求。軌面最低設計標高為8.23米，最小坡段長度215米。方案一前后坡度差17.134.117豎曲線半徑300050003000切線長25.6585.2525.5豎曲線長51.3170.551外矢距E0.1100.727

6、0.108 2.2.2 方案二：該方案東郡站至萬家麗廣場站區(qū)間隧道采用盾構法施工。兩端車站采用蓋挖法施工，減少對交通的影響。區(qū)間隧道采用管片拼裝的圓形結構，車站結構為矩形框架結構。隧道埋置深度屬于深埋，滿足盾構埋深要求和線路縱坡技術標準。且盾構法有掘進速度快，其推進、出土、拼裝襯砌等全過程可實現(xiàn)自動化作業(yè)，施工勞動強度低，不影響地面交通與設施，同時不影響地下管線等設施，施工中不受季節(jié)、風雨等氣候條件影響，施工中沒有噪音和擾動，在松軟含水地層中修建埋深較大的長隧道往往具有技術和經濟方面的優(yōu)越性的特點。又由于本區(qū)段地下水豐富，對于該法的防水作業(yè)要求較高。且該方案采用了節(jié)能坡的設計，使區(qū)間隧道位于低

7、位，車站位于高位，可以降低地鐵車輛的運營能耗，對節(jié)約運營成本有利。方案二前后坡度差5.412.547.14豎曲線半徑300050003000切線長8.131.3510.71豎曲線長16.262.721.42外矢距E0.01090.09830.0191東郡站車站的最小覆土層厚度為1.5米，萬家麗廣場站為2.5米。隧道的平均最小覆土層厚度為15米。從東郡站出發(fā)，以7的坡度下坡，394米后，再以5的坡度向上爬升401米，連接至萬家麗廣場站。且該線路符合節(jié)能坡的要求。軌面最低設計標高為9.4米，最小坡段長度394米。2.2.3 方案三：該方案與方案一一樣，均是以第二層作為換乘站，不同的是坡的形式。隧道

8、的開挖也是采用礦山法，此種坡度的設計也使得開挖過程中避免了許多復雜的地層環(huán)境減小了施工的難度，提高施工的安全性。東郡站車站的最小覆土層厚度為1.5米，萬家麗廣場站為2.5米。隧道的平均最小覆土層厚度為10.8米.從東郡站出發(fā)，以10的坡度下坡與萬家麗廣場站相接，軌面最低設計標高為11.18米。方案三前后坡度差7.877.87豎曲線半徑30003000切線長11.80511.805豎曲線長23.6123.61外矢距E0.02320.02322.3 埋深方案比選：最終埋深方案的選擇受到多種條件的制約，除考慮工法本身的優(yōu)缺點外，更多好要考慮周圍環(huán)境是否適合，施工難易程度以及造價等等因素。方案二為盾構

9、法，與另兩種方案的礦山法相比，盾構有他自己的優(yōu)勢，如不影響地面交通，它產生的震動，躁聲等環(huán)境污染小，不受氣候條件影響，便于施工管理等。但是由于礦山法是在隧道建設過程中最早出現(xiàn)的方法，它的技術的成熟性，多樣性是盾構法明顯不能比的；而且雖然說是建設城市地鐵，不得不考慮對于地表的影響，但是由于本區(qū)段的地質條件為級圍巖，土層較為軟弱，可以采取弱爆破以及通過掘進機等方法進行開挖，對于地表的影響可以說是非常小的，且礦山法對于不同地層的適應能力強，又盾構法對于盾構機的尺寸也有著要求，盾構購置費昂貴，同時老師也鼓勵我嘗試礦山法，所以，本區(qū)段 不考慮盾構法。方案三與方案一都是采用的礦山法。方案三的優(yōu)勢在于施工比

10、方案一要簡單，因為方案三的區(qū)間隧道在施工設計與施工過程中不需要考慮豎曲線，直接以10的坡度將兩車站相連，便于施工；而方案一的優(yōu)勢在于設置了節(jié)能坡，對于后期運營來說，能過大大降低能耗。而就現(xiàn)在的可持續(xù)發(fā)展的角度來看，這樣很顯然更加的不錯。所以方案三不采用。綜上，最后采用方案一，即設置了節(jié)能坡的礦山法。第3章 地鐵區(qū)間隧道結構設計3.1 地下鐵道線路上部建筑地下鐵道線路上部建筑由鋼軌、聯(lián)接零件、道床、軌枕、防爬設備及道岔組成。地鐵的特點是行車密度大，維修養(yǎng)護時間少，而且完全是客車，這就需要使用既能保證行車舒適度，又能盡量減少維修工作量的線路上部建筑。3.1.1 鋼軌鋼軌是軌道的主要部件，應當具有足

11、夠的剛度，一定的韌性，足夠的硬度，其頂面應具有一定的粗糙度，且要制造容易造價合理，經久耐用。 （1）鋼軌選型綜合國內外地鐵鋼軌類型和長沙軌道交通的實際情況，選用60kg/m 的鋼軌。 （2）鋼軌鋪設 地下鐵道內不受陽光照射，溫度變化小，宜采用無縫線路鋪設。無縫線路按換鋪法進行施工，長軌條的焊接采用基地焊接與工地焊接相結合的施工方式?；睾覆捎媒佑|焊，軌節(jié)長度為125m，工地焊采用鋁熱焊或移動式氣壓焊。3.1.2 扣件地下鐵道的鋼軌扣件有剛性及彈性兩種，國內外用的多為彈性扣件。整體道床上宜采用全彈性分開式扣件，這類扣件在垂直和橫向均具有良好的彈性，比較適合整體式道床。如DT型扣件。3.1.3 道

12、床道床一般有碎石道床和整體倒床兩種，本次我選用的為整體道床。整體道床具有道床整體性好，堅固穩(wěn)定、耐久，軌道建筑高度小，有利于減少隧道凈空，節(jié)省投資，軌道維修量小，維修時間短等優(yōu)點，所以地鐵隧道內宜采用整體道床。整體道床的類型很多，隨著軌枕方式的不同，有短軌枕式整體道床、長枕式整體道床、縱向浮置板式整體道床、無枕式整體道床等。結合本區(qū)段的實際情況，本設計區(qū)間采用長軌枕式整體道床，這種道床適用于軟土地基隧道，可以采用軌排法施工，進度快，施工精度亦容易得到保證。圖3-1 長枕軌式整體道床斷面圖(單位：mm） 3.1.4 道岔人民路站至城南路站區(qū)間采用9 號單開道岔。3.2 地下鐵道區(qū)間隧道限界與凈空區(qū)間隧道結構內部應有足夠的空間，除了提供列車運行的空間外，還應能合理布置線路上部建筑，通信信號設備和各種必要的管線設施。為了達到這樣的目的，在設計隧道凈空橫斷面尺寸時，應嚴格按照隧道建筑限界進行。具體來說，確定隧道建筑限界的主要因素是車輛限界、設備限界、接觸軌或接觸網限界。本設計線路采用B2型接觸網授電車輛，每列車按6 輛編組，最高時速80km/h。B2型車車輛長度為19m,車輛高度為3.8米，最大寬度為28m，車輛定距12.6m,車輛限界及設備限界詳細參數參照地鐵設計規(guī)范附錄D。本區(qū)間為礦山法法