土木工程毕业设计（论文）-上海市轨道交通杨浦线曲阳路站-四平路站区间隧道结构设计与施工.doc

编号：（ ）字 号本科生毕业设计设计题目：上海市轨道交通杨浦线曲阳路站四平路站区间隧道结构设计与施工专 题：冻结法解决地铁隧道盾构进出洞的方法研究姓 名：学 号：班 级：土木工程地下2011-6班二一五年六月中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名：学 号：学 院：力学与建筑工程学院专 业：土木工程专业（城市地下方向）设计题目：上海市轨道交通杨浦线曲阳路站四平路站区间隧道结构设计与施工专 题：冻结法用于盾构出洞地层加固的技术与应用指导教师：职 称：二一五年六月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 力学与建筑工程学院 专业年级 土木工程地下2011级学生姓名 任务下达日期： 2015年 1 月 10 日毕业设计日期： 2015 年 1 月 10 日至 2015 年 6 月 5 日毕业设计题目：上海市轨道交通杨浦线曲阳路站四平路站区间隧道结构设计与施工 毕业设计专题题目：冻结法解决地铁隧道盾构进出洞的方法研究 毕业设计主要内容和要求： 设计要求：根据提供的上海市轨道交通杨浦线曲阳路站四平路站区间隧道工程的工程资料，完成隧道衬砌结构设计和施工组织设计。结构设计内容包括区间隧道的工程概况、设计依据、施工方案的比选、衬砌方案的选取及内力计算等，并编制设计计算书。施工组织设计内容应包括隧道施工准备、施工方案、主要施工工序及辅助施工技术、施工总平面布置、施工进度计划和施工管理等内容。提交的图纸应包括：区间隧道施工现场总平面布置图，区间隧道纵断面与地质关系图，隧道施工总平面布置图，隧道断面图及管片配筋图。专题要求：通过提出区间隧道盾构进出洞施工时的相关问题，查阅资料进行分析研究，结合工程实例提出运用冻结法解决此类工程问题的方案及方法。绘制图纸：1张。其它要求：翻译一篇与设计或专题内容相关的近3年外文文献，其中文字数不少于3千字，并且附英文原文。院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要本毕业设计主要包括四个部分，第一部分是曲阳路站四平路站区间隧道结构设计；第二部分是曲阳路站四平路站区间隧道施工组织设计；第三部分是专题部分，冻结法解决地铁隧道盾构进出洞施工方法的研究；第四部分是外文翻译部分，考虑冻结率时粘土土壤水分迁移研究。在第一部分区间隧道结构设计中，根据隧道穿越地层的工程地质、水文地质条件和周边环境情况，通过施工方案的比选，确定采用土压平衡盾构法施工及单层平板型钢筋混泥土的衬砌结构，确定了计算断面及断面所受的载荷，并进行了断面管片内力计算、接缝张开量计算及管片配筋计算，然后对其进行相应的抗浮验算和裂缝宽度计算。第二部分是区间隧道施工组织设计，根据隧道施工方法和隧道周边的环境情况，对施工前准备工作，施工场地布置，隧道开挖与衬砌结构施工等进行组织设计，并编制了工程进度计划，编写了相应的质量、安全、环境保护等措施。第三部分是专题部分，主要内容为就冻结加固土体结构的基本物理力学特性，冻胀、融沉机理，计算方法及其稳定性等进行了初步研究，对各种冻结方案、计算模型等进行分析比较，提出了关于冻结方案设计、加固体计算、冻融控制、冻结系统设计及监测等的一些有效的设计方法及应对措施。第四部分是外文翻译部分，主要内容是研究考虑地基基础冻结率时的一些数值模拟方法及冻结粘土水分迁移变化的研究。关键词：盾构； 结构计算； 施工组织； 冻结加固ABSTRACTThe design mainly includes four parts. The first part is the tunnel design of the section from Quyang Road Station to Siping Road Station in Shanghai.The second part is the design of the Quyang Road Station to Siping Road Station subway tunnel construction organization. The third part is special subject part which is the research of freezing method to solve the subway tunnel shield construction methods in and out of the hole.In the first part of the tunnel structure design, Single flat reinforced concrete lining structure and earth pressure balance shield construction has been decided through the scheme comparison and selection,according to the engineering geology, hydrogeological conditions and environment conditions,and then determine the load section and the section suffered,calculate the internal force of the segment , splaying amount of joints and reinforcement of segments. After that, the anti-floating checking and crack width checking is made.The second part is the tunnel section construction arrangement design. According to the tunnel construction methods and the environment around, the preparation before the construction, construction site layout, tunnel excavation and lining construction is designed. The project schedule , the quality ,the safety and the environment protection are made.The third part is special subject part, The main content is to freeze the basic physical and mechanical properties of soil structure reinforcement, frost heaving and thaw settlement mechanism, calculation method and the stability and conducted a preliminary study, to freeze the design, calculation models were compared and analyzed, the freeze on design scheme, and solid calculation, control and freezing system design and monitoring of some effective design methods and measures of freezing and thawing.The fourth part is the part of foreign language translation, the main content is research some numerical simulation method and the change of frozen clay moisture migration when considering foundation freezing rate.Keywords: shield tunneling; structure calculation; construstion arrangement; freezing reinforcement目 录第一部分 上海市轨道交通杨浦线曲阳路站四平路站区间隧道结构设计1 工程概况12 设计依据12.1自然条件12.1.1 工程地质与水文地质条件12.1.2 气象22.2 现场条件32.2.1 沿线建（构）筑物、地下管线及障碍物32.2.2 交通状况33 隧道施工方案与衬砌选型设计43.1 隧道施工方案比选43.1.1 明挖法43.1.2 顶管法43.1.3 矿山法53.1.4 盾构法53.1.5 混合法53.1.6 最终方案的确定53.2 衬砌的选型63.2.1 衬砌断面的形式与结构63.2.2 衬砌管片类型63.2.3 管片的拼装和结构尺寸74 隧道计算74.1 计算原则及采用规范74.2 断面的选择及内力计算74.2.1 工况断面的选择84.2.2 断面的土层分布情况94.2.3 荷载计算及组合94.3 断面设计144.3.1 管片断面144.3.2 接缝张开量计算174.4 千斤顶作用下局部承压计算174.4.1 局部承压174.4.2 预埋件设计184.5 抗震验算184.6 抗浮验算195 隧道主要技术经济指标195.1 开挖土方量195.2 管片用量205.3 钢筋用量205.4 人工费用20第二部分 上海市轨道交通杨浦线曲阳路站四平路站区间隧道施工组织设计1 工程概况212 隧道施工准备212.1 技术准备212.1.1 技术管理体系212.1.2 测量管理212.1.3 施工管理212.2 施工现场场地准备212.2.1 三通一平212.2.2 施工现场障碍物的拆除222.2.3 建立测量控制网222.2.4 搭建临时设施222.3 施工物资的准备222.4 劳动力准备232.4.1 工程项目的组织机构232.4.2 工程项目的施工队伍232.4.3 大临设施施工阶段工人配置232.4.4 正常推进阶段施工人员配置243 施工场地平面布置253.1 施工场地布置原则253.2 施工平面总体布置253.3 施工现场区域划分253.3.1 现场施工道路253.3.2 现场给排水系统253.3.3 供电系统253.3.5 通风系统263.3.6 集土坑263.3.7 井口垂直运输263.3.8 管片堆放场地264 界定关键过程264.1 施工测量控制要点264.2 管片拼装控制要点264.3 衬砌防水控制要点274.4 盾构进出洞控制要点274.5 地表沉降控制要点274.6 关键过程控制人员落实285 施工方案及主要施工工序285.1 施工方案的确定285.1.1 土压平衡盾构的原理285.1.2 泥水平衡盾构的原理285.1.3 土压平衡盾构和泥水加压平衡盾构的对比295.1.4 盾构方案的确定295.2 盾构掘进的施工准备305.2.1 技术交底305.2.2 地面准备工作305.2.3 井下准备工作305.3 出洞方案305.3.1 出洞地基加固处理305.3.2 混凝土洞门凿除315.3.3 洞门密封315.3.4 出洞掘进315.4 进洞方案315.5 盾构掘进参数初步设定325.5.1 平衡土压力325.5.2 推进出土量控制（环宽1.2m）325.5.3 盾构推进速度325.5.4 盾构轴线及地面沉降量控制325.5.5 盾构推进的轴线控制335.5.6 同步注浆压力335.6 管片拼装335.7 隧道纠偏335.8 同步注浆及壁后补压浆335.8.1 同步注浆的意义335.8.2 同步注浆量的控制345.8.3 同步注浆材料的选择与应用345.8.4 壁后二次补压浆345.9 洞门施工345.9.1 洞门结构概况345.9.2 施工流程345.9.3 各施工流程的注意事项355.10隧道内运输355.10.1 垂直及水平运输355.10.2 运输机具355.10.3 岔道设置355.11盾构调头355.11.1 盾构调头井内准备355.11.2 盾构调头方案355.11.3 盾构调头时主要技术保障措施355.12弃土处理366 施工主要技术措施366.1 复杂地层施工技术366.2 穿越地面建筑物施工技术措施366.3 穿越管线施工技术措施376.4 控制地面变形的技术措施376.5 突发事件的控制及对策377 施工进度计划378 质量、安全和环境保护措施管理388.1 质量保证体系388.1.1 质量控制目标与方针388.1.2 质量控制机构及质量责任388.1.3 质量检测及控制程序398.2 隧道施工质量控制398.2.1 隧道衬砌质量控制398.2.2 隧道轴线控制398.2.3 管片拼装质量控制398.2.4 测量控制398.3 安全生产施工控制408.3.1 安全管理的目标与方针408.3.2 安全管理责任制度408.4 施工安全措施408.5 文明施工措施408.6 环境保护措施418.6.1 环境保护的方针418.6.2 土方运输环境管理418.6.3 排水设施环境管理418.6.4 施工现场废水控制管理418.6.5 施工现场扬尘废气控制管理418.6.6 施工现场噪声及振动制管理428.7 防汛、防台风施工措施428.8 治安消防安全措施42第三部分 冻结法用于盾构出洞地层加固的技术与应用1 绪论431.1 概述431.2 冻结法在地铁施工中的发展431.3 盾构出洞土体加固方法441.4 冻结法用于出洞土层加固的研究现状451.5 主要研究内容452 冻结法加固地层关键技术研究452.1 冻土基本物理力学特性实验研究462.1.1 冻土的抗拉强度及弯拉强度462.1.2 冻土的单轴抗压强度462.1.3 冻土的比热及导热系数的测定462.2 冻土的冻胀、融沉及颗粒分析试验研究462.2.1 土的颗粒和矿物成分分析462.2.2 无荷载作用下冻土的冻胀与融沉462.2.3 有荷载作用下冻土的模拟试验462.2.4 冻胀机理的研究及控制472.3 冻结结构设计计算方法研究482.4 盾构出洞冻结方案的设计与计算492.4.1 冻结加固方案的设计492.4.2 出洞时冻结加固体的计算492.4.3 冻结系统的设计532.4.4 盾构出洞冻结加固施工工艺流程532.4.5 施工监测内容542.4.6 冻胀和融沉的控制542.5 冻结加固土体稳定性设计理论552.5.1 板块强度设计理论552.5.3 粘性土滑移失稳理论563.工程实例分析573.1 工程概况及水文地质条件573.2 盾构出洞土层冻结加固方案583.3 冻结加固方案的设计计算593.3.1 冻结加固板块荷载结算593.3.2 冻结帷幕厚度计算593.3.3 前冻结板块尺寸的确定603.3.4 冻结加固体棚拱结构的计算603.3.5 后冻结板块的计算613.4 冻结系统的设计613.4.1 冻结孔的布置613.4.2 冻结孔的施工623.4.3 冻结施工的主要技术参数623.5 施工监测工作633.5.1 施工监测的主要内容633.5.2 监测系统的构成633.5.3 监测系统中传感器的布置633.6 冻结施工的主要技术要求及措施643.6.1 冻胀及融沉的控制措施643.6.2 确保工程质量的措施643.6.3 施工冻结孔时的技术措施654 结论与展望654.1 结论654.2 展望66第四部分 英文文献翻译英文文献67中文译文74致谢82附表84第一部分 上海市轨道交通杨浦线曲阳路站四平路站区间隧道隧道设计第 21 页中国矿业大学2015届本科生毕业设计1 工程概况曲阳路站四平路站区间地铁隧道是上海市地铁8号线的重要组成，其区间隧道的上行线由曲阳路站的出洞口始发向西推进直到抵达四平路站的工作井，推进里程为783.625m；下行线则折回来由四平路站的工作井出洞向东推进直到曲阳路站进洞，线型及走向与下行线基本平齐，推进里程同样为783.625m。为保证运行安全及防范火灾等突发事故，两条隧洞间施设有联络通道、旁通道及泵站。隧道外直径大小为6.2m，内直径大小为5.5mm，区间由泵站、旁通道以及上下行线路三部分组成。本隧道工程由一台直径为6340mm的土压平衡盾构机进行推进施工，盾构机从曲阳路站工作井出洞，向东沿着大连西路进行推进，沿途穿越密云路及众多地下管线和居民楼，到四平路站工作井进洞，再在四平路站井内调头后，沿下线线往西折回到曲阳路站进洞。隧道工程地图如图1所示，工程总平面见附图1。图1 区间隧道工程地图显示情况2 设计依据2.1自然条件2.1.1工程地质与水文地质条件（1）地形、地貌曲阳路到四平路之间施工场区沿线地形较平整，地面标高一般在3.754.55m之间（2）地基土的构成与特征本工程深度范围内土层按其成因共划分为6层，各土层的名称、物理力学性质、特征及参数如表2.1及2.2所示。表2.1 各地层力学性质及特征土层编号土层名称层厚（m）层面标高（m）土层特征填土1.33.000.154.05杂黄褐色，较松散，主要由粘性土、煤渣、碎石等组成。-1褐黄-灰黄色粉质粘土0.801.800.122.36土面光滑，呈褐黄色，塑性大，韧性大，强度高，且具有中等压缩性。续表2.1-1灰色粘质粉土1.1010.10-9.450.47夹较多粘性土，中等压缩性，呈稍密状。-2灰色砂质粉土2.8011.80-9.45-0.32饱和，中密度，中等压缩性，夹有粘性土，呈稍密中密状。淤泥质粘土约4m左右-13.38-8.92灰色，饱和，高压缩性且呈流塑状态。-1灰色粘土5.407.75-15.55-13.08灰色，很湿，塑性大，压缩性高，且夹有粉砂，呈“千层饼”状。表2.2 隧道穿越土层的物理力学性质土层编号土层名称含水量w（）重度(KN/cm3)比重G孔隙比e直剪固块粘聚力C内摩擦角填土18-1粉质粘土31.618.423.614.5-1灰色粘质粉土32.918.22.710.941124.5-2灰色砂质粉土31.618.32.700.90649.5淤泥质粘土52.216.62.751.46129.5-1粉质粘土35.517.92.731.021717.5隧道所处地层大都具有较高的含水量，压缩性高，且孔隙比大，呈流塑状态，容易发生沉降变形，稳定性差，因此为减少施工后的变形应合理的控制掘进速度。本隧道区间工程人防等级为6级，地震烈度为7度，属于类场地。（3）地下水在工程范围内的地下水不会腐蚀混凝土，但会微弱的腐蚀钢筋。（4）地震液化的判别在上海市轨道交通8号线曲阳路四平路区间段的土层中，有相对比较松散的粘质粉土以及砂质粉土，且土体呈不均衡分布状态，这类土体渗透性较好，因此，极易发生振动液化。2.1.2 气象上海市属亚热带季风性气候，夏季高温多雨，雨热同期，冬季温和少雨，日照充分，雨量充沛。（1）气温由相关统计资料可知，上海市多年来其年平均气温基本波动均衡，维持在16.3左右，最高气温出现在夏季七月份，峰值高达40左右，气温在春季上升很快，秋季下降也很快，春秋两季气温接近，冬季气温最低，最低时甚至可达到零下5以下。（2）降雨上海市降雨较多，一年约130天左右会降雨，年降水量约1150mm左右，其中70%左右的降雨集中在4到9月，且大部分降雨呈酸性，对混凝土建筑等有腐蚀性。（3）雾况上海一年约有200天左右会出现雾霾，甚至会有五六天出现重度雾霾天气。（4）风况由相关统计资料可知，上海主要刮东南偏东风，且在1884年到1981年间，发生了55次大于10级台风，台风持续时间最长长达3天，最大风速达到44m/s左右。因此，夏季受台风影响严重。（5）日照基于上海市气候中心对上海地区日照时数年际、季节的变化特征等的分析表明，上海市区日照时数呈明显减少的的趋势，其中春夏日照时数变化不显著，但秋冬日照时长减少明显，上海市一年的平均日照时数在2150小时左右。（6）湿度上海地区冬季阴冷刺骨，湿度较高；夏季干燥高温，湿度一般在42%到65%之间，但早晚湿度差别很大。2.2现场条件隧道从虹口区的曲阳路出发，向东依次穿越天宝路及众多地下管线和居民楼后，到达四平路站。施工线路穿越多条交通要道，且周围地下管线密集，大连西路沿线建筑物很多。2.2.1 沿线建（构）筑物、地下管线及障碍物（1）沿线建（构）筑物本隧道区间途径大连西路沿线，其周围建筑物繁多，主要建筑物有大三小区、大西小区、玉四小区、玉田小区、大连西路40弄小区、蒋家桥小区等居民区，上海市北郊学校、上海市虹口新闻传媒中心、曲阳社区文体广场运动场、二师附小、上海外国语大学附属外国语学校东校等公共建筑，以及建设银行、虹连大楼、大众家具、四平电影院等。（2）地下管线隧道沿线大连西路及与其相交的密云路、天宝路有大量的用于通讯、上煤、上水、下水和电力通讯的地下管线。（3）障碍物需要清除工程沿线建（构）筑物拆除和管线搬迁而残留的障碍物，此外几乎没有其它影响工程施工的障碍物。2.2.2 交通状况 工程施工范围内，大连西路、曲阳路和四平路均为主干道，人流量及车流量很大，密云路为次干道，车流量也很大，天宝路及周围居民区的人流密度和自行车等也很多。3 隧道施工方案与衬砌选型设计3.1隧道施工方案比选根据本工程水文地质等设计资料选择合适的工法进行施工，这不仅能保证施工安全，减少事故，而且能够保证工程质量，提高施工速度，减少工期，从而降低成本与投入。施工方法的选择应结合隧道所处的土层性质、隧道的相关设计参数、设计深度、防水要求、设备能力、工程周边情况、工期要求以及造价经费等来考虑。众多工程实践表明，机械化施工具有很强的优越性，其可以减少工作强度，加快进度，保证施工安全与工程质量。依据本工程的水文地质资料及施工条件等，施工方法能选用新奥法、明挖法、暗挖法（盾构法和顶管法）及混合法等，为了便于方案的选取,现对以上工法进行比选。3.1.1 明挖法明挖法施工首先施工区域做好支护，防止挖土时出现塌方、滑坡等事故，然后按从上到下的顺序依次进行施工，直至满足工程需要，然后再从下往上依次修建各类结构，施工完成之后，再对开挖区域进行覆土回填修复，恢复到施工前的本貌。明挖法施工时工序及要求相对简单，发展也比较完善，施工中工程难题几乎没有，且能够保证进度，节省工期，而且安全性好，施工质量好；而且明挖法对各地质条件都能适应，方便对结构进行防水处理，结构抗水防渗效果好，适用于埋置深度较浅且含水量不很丰富的隧道的施工。但用明挖法开挖隧道时，对施工空间面积有较大的要求，这在城市区域内几乎很难达到；同时，也会切断施工场地的道路等阻碍交通，且对周围生态环境影响很大；明挖法施工会造成大量拆迁，对周围道路、管线等影响很大；施工时噪音、粉尘污染等不可避免，严重影响居民生活，不适合在市区进行明挖施工；施工受外界天气条件影响较大，在多雨季节要严格控制排水、降水等以避免发生滑坡等事故；当周围土体松软不均时，容易发生沉降甚至坍塌；当结构深埋时，采用明挖法施工造价陡增，不经济。3.1.2 顶管法 顶管法在市政工程施工中比较常见，多用于城市的通讯、排水、供水、供电等市政管线的施工，对地质条件的适用性较强，多用于土质松散或者含水量大的地层，同时可用于在河流、道路、地面建筑物等下方贯穿隧道。 顶管法所施工的管道大都是直径在23m左右的中小型管道，由预制好的环状管节一节一节拼装而成。顶管法施工仅需开挖一个工作井，由工作井中的千斤顶提供顶进动力，将管片顶进到预定位置，缩回千斤顶然后进行下一环预制管片的拼装，然后继续顶进，就这样循环往复，直至完成隧道施工。顶管法施工工艺简单，操作容易，顶进速度快，可以在不开挖工作面的情况下进行管道、隧洞的铺设，保护已有道路、建筑物等；而且设备需求量少，对设备要求少，成本低，同时可以实现小范围内的转弯顶进。但是设备提供的顶进动力有限，长距离顶进时管片拼接除的防水防渗效果不好，线性度等很难满足要求，因此不适合于断面很大、距离很长的隧道的施工。3.1.3 矿山法矿山法又称新奥法，它通过爆破对工作面进行开挖，之后再建造主体结构，是暗挖法施工隧道的一种。其通过爆破等开挖隧道断面，充分利用围岩本身的承载力，控制其松弛与变形，并与喷射的混凝土，施设的锚杆、钢筋网等形成内外两层复合式的衬砌结构作为支护体系。矿山法施工适用于软硬不均且含水较少的土层，施工过程中对周边环境的破坏很小；而且矿山法大都在地下完成，因此对地面交通、管线等的影响很小。但该法施工工序繁多，由于各工序的相互制约及开挖出土麻烦等原因，隧道的开挖速度慢，影响工程进度，工期较长；支撑及支护形式复杂多样，耗材多，防水防渗是关键；对周围土体的影响较大，爆破施工时，开挖面上部的土体容易产生变形，围岩的自承能力不能很好的发挥。3.1.4 盾构法盾构法属于暗挖法，其机械化程度很高，当盾构机在地层中利用千斤顶的推力向前加压顶进时，在开挖面由刀盘来切削土体，利用出土机械等将废土运出洞外，通过拼装机将管片拼成衬砌环，利用盾构圆壳和衬砌圆环对周围土体进行支承，并对土体及衬砌等进行注浆加固，以防发生地面沉降变形，最终形成安全通畅的隧道结构。盾构法对土层适用性很强，广泛应用于过江隧道和城市地铁建设中，断面多为圆形。盾构法属暗挖法，主要优点有：对地形等因素的依赖性小，且施工处于地下，基本不受气候及天气的影响，且不影响地面正常交通，施工时噪音低，粉尘少，对周围环境及居民生活影响较小；且无需开挖土体，对周围环境破坏少；施工采用全机械设备，使得线路走向等更加精准，正常情况下施工速度快，且可以保证施工质量。但盾构施工造价较高，且要求隧道曲率半径不得太小；同时施工中要加强衬砌管片的防水防渗性能，及时进行注浆等处理，做好防水防渗工作。3.1.5 混合法施工中如果采用了2种或多于两种的隧道施工方法进行隧道构筑就被称作混合法。3.1.6 最终方案的确定本工程的隧道内尺寸（内径）初步确定为5500mm，外径尺寸为6200mm，根据前面的叙述，顶管法施工的管道内径大都在23m左右，且不适合大断面、长距离的隧道施工，因此顶管施工法不适用于本工程。明挖法施工时对空间面积要求大，开挖土体极大的破坏了周边环境，且对周围交通及管线也有很大影响，且受外界天气条件的干扰较大；而且在施工时不可避免的产生噪音、粉尘等污染，严重影响民众生活，而且上海市对噪声、粉尘的影响控制要求很严格；另外当结构埋深较大时，明挖造价很高，不经济；最重要的是施工区域地表建筑物及管线很多，且交通流量大，明挖法施工会阻断交通。综上所述，选用明挖法施工本工程不合适。矿山法施工适用于软硬不均且含水较少的土层，上海本身土层较软，且地下水含量较丰富，并且矿山法施工进度慢，工期长，对于地铁隧道等项目，拉长工期无疑会急剧加大成本，很不经济，且本工程沿线建筑物繁多，矿山法施工需要进行爆破，对地面扰动大，容易造成地下水流失，导致地面及周围建筑物沉降，因此本工程不会选用矿山法施工。盾构法对地层适应性很强，对地形等因素的依赖性小，且施工处于地下，基本不受气候及天气的影响，且不影响地面交通；无需开挖隧道上部土体，施工时噪音低，粉尘少，对周围居民的正常生活影响较小；施工采用全机械设备，机械化水平很高，安全性好，使得线路走向等更加精准，正常情况下施工速度快，且施工质量有保证。随着越来越多的地铁隧道应用盾构法进行施工，技术细节等也在不断的完善及改进，优越性越来越明显，因此，本隧道工程的施工方法最终决定为盾构法。 结合曲阳路四平路站隧道区间的地质条件和水文地质条件，本隧道穿越的土层在施工中容易发生变形，易液化，以致开挖面不稳定，而且施工中盾构机很容易粘附上土、泥等。泥水平衡盾构需要很大的场地修建泥水处理系统，不仅占用了施工产地且额外增大了很多费用；土压平衡盾构对此区间地质情况比较适合，且其可以很好地控制土体变形及减少地表沉降。3.2衬砌的选型3.2.1衬砌断面的形式与结构由于圆形盾构推进方便，管片的拼装容易，即使推进中途隧道的推进轴线发生偏移，也能够比较容易的进行调整，且对断面形状影响较小。同时选用圆形的断面形式可使周围土围压均匀作用在隧道壁上，避免发生应力集中而造成隧道破坏。因此，本工程选用圆形的横断面形式。在进行盾构隧道衬砌结构的选择时，要考虑隧道的受力情况，周围的地质条件以及隧道的功能要求。单层衬砌结构一般做成装配式预制管片，便于盾构推荐过程中管片拼装成环；而且相对于施工成本高，制作周期长 的双层衬砌结构而言单层结构施工工艺简单且成本低，经济性好。因此，当隧道满足强度要求时，本工程优先考虑单层衬砌。3.2.2衬砌管片类型常见的管片有铸铁管片、钢管片、钢筋混凝土管片以及复合管片等类型。铸铁管片由模具浇筑而成，容易成型，制作工艺简单，但成本高不经济，铸铁管片精度高，且轻质高强，具有较好防水及防渗特性，但铸铁管片脆性强，冲击荷载下容易发生破坏，在实际地铁施工中很少被使用。钢管片由型钢或钢板制作而成，制作工艺简单且管片延展性好、精度高、强度大、运输方便，但该管片造价高，且容易发生变形及锈蚀，经济性差，由于该地铁隧道所处土层含水量较高，而防水防渗又是地铁施工中的重中之重，因此不能采用钢管片。钢筋混凝土管片制造工艺简单且造价较低，具有较强抗腐蚀性强，经济性能好，而且强度适中，是现在最常用的管片类型，但该管片体积较大，质量相对较重，搬运及安装不方便。复合管片主要是由钢壳及混凝土组合而成。该类管片钢材的用量要远远低于钢管片，且管片刚度大，强度强，但外层的钢壳容易被腐蚀，不适用于含水量较大的底层。因为上海地层含水量较大，因此复合管片对本工程不适用。综上所述，考虑到经济的合理性，以及该地层含水量较高的特点，通过工程类比，参考上海地铁工程实例的衬砌选型情况，同时结合盾构隧道的内径、外径、埋置深度及所处地层情况等参数，最终选择使用钢筋混凝土单层平板型管片。3.2.3 管片的拼装和结构尺寸通缝拼装时，管片很容易拼装到位，但内力作用较小，环面可能不平整，且随着施工的进行，误差积累会越来越大，管片环间的压密度不够，防水防渗效果较差。错缝拼装时，封顶块会偏离一定的角度，相邻管片接缝也不会连成直线，可以避免形成纵向的连通缝，因此具有相对较好的整体性，内力较大，且具有较强的防水防渗性能，环面平整。综上所述，错缝拼装优势明显，且不会增加很多工程量，因此本工程选用错缝拼装的形式进行施工。通过与上海地铁施工的工程类比，并依据本工程所提供的水文及地质条件、隧道尺寸以及隧道埋深等情况，选用平板型钢筋混凝土单层结构管片，错缝拼接。常用钢筋混凝土管片厚度约为：350600mm，这里考虑到保证工程安全及节约材料等拟选用350mm厚的管片。管片宽度应根据盾构千斤顶冲程及其推进量来进行取值，为使整体性更好，防水防渗效果好，环宽尽量取大值。本隧道工程选用的混凝土管片强度为C55，每环衬砌由6块管片采用错缝拼装而成，环宽初选为1.2m，抗渗等级1.0MPa。管片纵向之间使用16根M30的直螺栓进行连接，环向连接使用M30直螺栓12根。4 隧道计算4.1计算原则及采用规范计算原则：（1）隧道设计服务年限为100年；（2）工程的人防等级为6级，抗震烈度为7度；（3）取处于最不利条件下的断面（一般为上覆土厚度最大的断面）进行计算； （4）要求无贯穿裂缝，且管片成型后其裂缝不得大于0.2mm；（5）衬砌结构变形：直径变形不得超过隧道外径的1；（6）衬砌环接缝的变形应满足防水防渗要求；（7）需要对区间隧道的最小埋深截面进行抗浮验算，并保证其符合抗浮要求。采用规范为：（1）道路隧道设计规范（DG-TJ08-2033-2008 (上海)）；（2）地下铁道设计规范（GB50517-2003）；（3）混凝土结构设计规范（GB50010-2010）；（4）公路隧道设计规范（JTG-D70-2004）；（5）地下工程防水技术规范（GB50108-2008）；（6）地铁工程施工及验收规范（GB50299-1999(2003年版)）；（7）盾构法隧道施工与验收规范（GB50446-2008）4.2 断面的选择及内力计算依据相关设计规范及上海地铁隧道的相关计算原则，使用弹性均质圆环法进行本区间衬砌的计算和设计。进行设计计算时取处于最不利条件下的断面（一般为上覆土厚度最大的断面）进行计算，首先找出最不利的断面。4.2.1 工况断面的选择表4.1 隧道截面的选取情况工况分类土层名称人工填土褐黄-灰黄色粉质粘土灰色粘质粉土灰色砂质粉土各工况断面选取依据上覆各土层厚度工况一2300128084501630覆土厚度最大的截面工况二2300120076002380埋深较大，有地层突变的截面工况三4260011007920地层断面、转折较多截面工况四1650140024006500隧道穿越土层类别最多的截面图4.1 各工况分布图根据曲阳路四平路区间隧道的相关地层情况，对地层图中所选取的4个工况截面进行考虑，确定其上覆土体厚度，并计算作用在隧道上部的竖向压力，计算结果见表4.2。表4.2 隧道截面概况选取位置覆土层的厚度/m作用在隧道上部的竖向压力KPa工况一13.66=0.8*18+1.5*8+1.28*8.4+8.45*8.2+1.63*8.3=119.971工况二13.48=0.8*18+1.5*8+1.2*8.4+7.6*8.2+2.38*8.3=118.554工况三13.28=0.8*18+3.46*8+1.1*8.2+7.92*8.3=116.836工况四11.95=0.8*18+0.85*8+1.4*8.4+2.4*8.2+6.5*8.3=106.59根据最不利截面的选取原则，结合隧道的埋置深度、拱顶受力大小、土层情况和管片的各项参数等，选择工况一截面作为最不利截面进行分析计算。由地层剖面分布图可知，隧道的中心线处标高-12.71m，该工况断面处其地面高程为+4.05m。结构设计时，隧道所受内力由特殊荷载组合阶段及基本使用阶段的内力组合而成，结构刚度及各项强度和裂缝张开量的验算是在基本使用阶段和特殊荷载组合阶段可能出现的最不利荷载组合状况下进行的，并对隧道进行配筋验算和最小埋深处的抗浮验算。4.2.2 断面的土层分布情况 由隧道的地质剖面图，根据工况4截面的地质情况可获得该截面的相关土层信息，图4.2所示为各地层的主要地质参数。图4.2 隧道计算断面土层分布图4.2.3 荷载计算及组合该隧道区间内直径拟设计为5.5m，外直径设计为6.2m，衬砌选用钢筋混凝土平板型预制管片。根据所选工况处各地层的信息及相关设计规范等，拟用水土分算的方法进行荷载计算及组合，管片在计算过程中取单位宽度。（一）基本使用阶段的荷载计算（1）衬砌自重： (4.1)式中 衬砌管片的重度，一般 取25； 衬砌管片厚度，此处为0.35。代人得： （2）衬砌圆环拱顶所受竖向地层压力： 拱顶部： (4.2)式中 衬砌圆环上部各个土层的容重，当土层位置处于地下水位（