土木工程毕业设计（论文）-上海地铁7号线场中路～汶水路站区间隧道设计与施工.doc

全套图纸加扣3012250582编号：（ ）字 号本科生毕业设计设计题目：上海地铁7号线场中路汶水路站区间隧道设计与施工专 题：地下混凝土结构结晶性侵蚀的研究及对策姓 名：学 号：班 级：土木工程地下2011-2班二一五年六月全套图纸加扣3012250582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（城市地下工程方向）设计题目：上海地铁7号线场中路汶水路站区间隧道设计与施工专 题：地下混凝土结构结晶性侵蚀的研究及对策指导教师：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 专业年级 土木工程城市地下2011级学生姓名 任务下达日期： 2015年 1 月 18 日毕业设计日期： 2015 年 1 月 19 日至 2015年 6 月 8 日毕业设计题目：上海地铁7号线场中路汶水路站区间隧道设计与施工毕业设计专题题目：地下混凝土结构结晶性侵蚀的研究及对策毕业设计主要内容和要求：设计要求：根据上海地铁7号线场中路汶水路区间隧道工程的实际资料，进行该区间的隧道的结构设计和施工组织设计。结构设计内容应包括隧道正线施工方案、隧道衬砌选型与结构设计，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、施工方案及主要施工工序、施工主要技术措施及辅助施工技术、施工总平面布置、施工进度计划、施工安全、质量以及环境保护措施管理等内容。绘制图纸：场中路汶水路区间隧道工况平面图，场中路汶水路路区间隧道衬砌纵断面与剖面图，场中路汶水路路区间隧道地质关系图，场中路汶水路路区间隧道施工总平面布置图。专题要求：地铁隧道衬砌基本都是混凝土提前浇筑，混凝土结构在复杂的地下水环境下会发生各种各样的侵蚀，根据目前地铁隧道衬砌的常见的侵蚀情况，选择对其结晶性侵蚀的机理和对策进行分析和总结。绘制图纸：1张。其它要求：翻译部分为手抄。绘制至少4张图纸，其中专题要求出一张。4张图纸中至少有1张需要手绘；毕业设计原始资料，毕业设计成稿（Word版）和图纸电子版（CAD）需要统一刻盘并上交学院；翻译一篇近三年以国外学者为第一作者的与设计或专题内容相关的外文参考文献，其中文字数不少于3千字，并且附原文。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 日全套图纸加扣3012250582摘 要本毕业设计囊括四个部分，第一部分是场中路站汶水路站区间隧道结构设计；第二部分是场中路汶水路站区间隧道施工组织设计；第三部分是专题部分，地下混凝土结构结晶性侵蚀研究及对策，第四部分为英文翻译部分。在第一部分区间隧道结构设计中，结合盾构穿越区的工程地质、水文地质情况与所处环境等因素，在经过方案比选后，决定采用盾构法施工，隧道衬砌结构采用复合衬砌，并对其进行相应的强度、刚度和抗浮、抗震等验算。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，内容是地下混凝土结构结晶性侵蚀研究及对策。通过总结分析，发现当前结晶性侵蚀研究方面的不足，并针对双离子作用下结晶性侵蚀对混凝土的强度破坏做研究。在研究同时针对双掺料对混凝土强度的变化的影响做探讨，力求找到一条简单易行的解决结晶性侵蚀的办法。关键词：隧道设计； 施工组织； 侵蚀研究；对策研究ABSTRACTThis graduation design mainly includes four part, the first part is the structure design of the Changzhong Road to Wenshui Road subway tunnel in Shanghai; The second part is the design of the Changzhong Road to Wenshui Road subway tunnel construction organization，The third part is Research on crystallization erosion of underground concrete structures and its countermeasures which wo may face in the subway construction.In the first part, according to the engineering geology, the hydrology geology conditions and environment circumstances of the tunnel located, through comparing the Construction schemes, confirm that the tunnel was constructed in accordance with shileld and reinforced concrete segment as support structure. Its carry on strengths check computation、stiffnesss check computation 、 floating resistance computation and earthquake-resistant calculation.The second part is the tunnel construction organization design, according to the excavation pattern and the environment circumstance of the tunnel round, designing the construction preparative, the construction place arrange, tunnel face advance sequences and tunnel linings construction. Estimating the work project, weaving to write the homologous quantity、safety、civilization management measure.The third part is the special subject part. Its contents are Research on crystalline erosion of underground concrete structures and Its Countermeasuress.Through the analysis, found the problem of the research on the crystalline erosion of concrete .And to do the research for the crystalline erosion damage on strength of concrete research under the condition of double ions,while at the same time to find a sample way solve the crystalline erosion of concrete with double admixtute. Keyword: tunnel; construction organizing; erosion studies;countermeasure research 目 录第一部分 上海地铁7号线场中路汶水路站区间隧道结构设计1 工程概况1 1.1 工程位置1 1.2 工程范围1 1.3 工程规模12 设计依据1 2.1 自然条件1 2.1.1 工程地质情况1 2.1.2 水文地质情况3 2.1.3 气象条件3 2.2 现场条件4 2.2.1 沿线建筑物、地下管线及障碍物4 2.2.2 附近交通情况43 隧道施工方案与衬砌选型设计5 3.1 隧道施工方案5 3.1.1 盾构法5 3.1.2 明挖法5 3.1.3 矿山法5 3.1.4 顶管法5 3.1.5 方案比选5 3.2 衬砌选型5 3.3 管片初步设计64 隧道计算7 4.1计算原则及采用规范7 4.1.1 计算原则7 4.1.2 规范依据7 4.2 计算断面的选择及计算7 4.2.1 土层情况7 4.2.2 各工况荷载计算7 4.2.3 荷载计算及组合10 4.2.4 内力计算10 4.2.5 配筋计算13 4.2.6 箍筋配筋16 4.3 接缝相关量计算16 4.3.1 接缝张开量计算16 4.3.2 纵向接缝强度验算17 4.4 抗裂及裂缝限制计算18 4.5 千斤顶作用下局部承压计算19 4.5.1 局部承压计算19 4.5.2 预埋件设计20 4.6 抗震验算20 4.6.1 隧道纵轴向的应力验算20 4.6.2 隧道纵轴向的变形验算20 4.7 抗浮验算215 隧道主要技术经济指标22 5.1 开挖土方量22 5.2 管片及连接件用量23 5.2.1 管片用量23 5.2.2 连接件用量23 5.3 钢筋用量23 5.4 人工费用23第二部分 上海地铁7号线场中路汶水路站区间隧道施工组织设计1 工程概况252 隧道施工准备25 2.1 技术准备25 2.1.1 技术管理体系25 2.1.2 测量管理25 2.1.3 试验管理26 2.1.4 施工管理26 2.2 施工现场准备26 2.2.1 相关手续办理26 2.2.2 施工道路27 2.2.3 施工给水27 2.2.4 排水27 2.2.5 施工用电27 2.2.6 施工场地危险品仓库27 2.2.7 临时设施建造27 2.2.8 冬期、雨期、高温期施工安排27 2.3 施工物资的准备27 2.4 劳动力准备28 2.4.1 大临设施阶段28 2.4.2 正常推进阶段293 施工现场总平面布置30 3.1 施工平面总体布置原则30 3.2 施工现场区域划分30 3.2.1 生活设施布置30 3.2.2 生产设施布置304 界定关键过程32 4.1 施工测量控制要点32 4.2 管片拼装控制要点32 4.3 衬砌防水控制要点32 4.3.1 管片结构自防水32 4.3.2 接缝防水32 4.3.3 其他措施33 4.4 沉降监测控制要点33 4.4.1 盾构出洞地面监测控制要点33 4.4.2 轴线上方地表监测及断面监测控制要点33 4.4.3 建（构）筑物沉降监测控制要点33 4.4.4 管线监测点的沉降监测控制要点33 4.5 关键过程控制人员落实33 4.5.1 盾构吊运过程人员落实33 4.5.2 垂直运输过程控制人员落实33 4.5.3 盾构出洞、进洞过程控制人员落实345 施工方案及主要施工工序34 5.1 盾构方案选择34 5.1.1 泥水平衡盾构34 5.1.2 土压平衡盾构34 5.1.3 局部气压式盾构34 5.1.4 盾构方式对比34 5.1.5 盾构方法比选34 5.2 掘进的施工准备34 5.2.1 技术交底、岗位培训34 5.2.2 地面准备工作34 5.2.3 井下准备工作35 5.3 进洞方案35 5.3.1 盾构进洞地基加固35 5.3.2 盾构接收井准备36 5.3.3 盾构靠上槽壁前的推进36 5.3.4 洞门混凝土的凿除36 5.3.5 盾构进洞36 5.3.6 进洞过程中的应急措施36 5.3.7 建立信息化施工管理系统36 5.4 出洞方案36 5.4.1 盾构出洞地基加固处理36 5.4.2 混凝土洞门凿除37 5.4.3 盾构出洞37 5.5 掘进施工参数37 5.5.1 平衡压力值的设定原则37 5.5.2 每环出土量控制37 5.5.3 推进速度37 5.5.4 盾构轴线及地面沉降量控制37 5.6 管片拼装37 5.7 同步注浆及壁后补压浆37 5.7.1 同步注浆量的控制37 5.7.2 同步注浆材料的选择38 5.7.3 同步注浆38 5.7.4 隧道内废浆清理38 5.7.5 壁后二次补压浆38 5.7.6 盾尾油脂的压注38 5.8 盾构纠偏38 5.8.1 盾构纠偏量控制38 5.8.2 盾构纠偏方法38 5.9 盾构特殊地段施工技术及措施38 5.9.1 穿越铁路支线的技术措施38 5.9.2 穿越场中路立交桥匝道的技术措施39 5.9.3 穿越走马塘防汛墙和上水管承台桩的技术措施39 5.10 洞门施工39 5.10.1 洞门结构概况39 5.10.2 施工方法39 5.11 隧道内运输40 5.11.1 垂直运输40 5.11.2 水平运输40 5.12 工况监测40 5.12.1 防迷流值监测40 5.12.2 地表隆起与沉降监测406 施工主要技术措施40 6.1 穿越地下管线的保护措施41 6.1.1 地下管线保护措施41 6.1.2 重要地下市政、公用管路沉降监测措施41 6.1.3 管线事故应急预案41 6.2 邻近施工和既有建筑物的保护措施41 6.2.1 盾构正面土压力控制41 6.2.2 盾构纠偏量控制41 6.2.3 注浆控制41 6.2.4 超沉建筑物的补救措施42 6.2.5 常规沉降监测42 6.3 减少地面变形控制措施427 施工进度计划428 质量、安全和环境保护措施管理44 8.1 工程质量标准44 8.2 质量管理网络45 8.3 质量保证体系45 8.4 隧道轴线控制45 8.5 管片拼装质量控制46 8.6 地表沉降控制47 8.7 测量控制47 8.8 安全生产施工措施47 8.8.1 安全生产目标47 8.8.2 安全施工措施47 8.9 文明施工措施48 8.10 管线的保护措施48 8.11 防汛、防台施工措施49 8.11.1 防汛、防台范围及标准498.11.2 防汛、防台组织指挥49 8.11.3 防汛、防台器材管理49 8.11.4 施工场地内防汛措施49 8.11.5 盾构隧道防汛、防台措施49 8.12 消防安全措施50第三部分 地下混凝土结构结晶性侵蚀的研究与对策1 绪 论51 1.1 地下混凝土建筑结构侵蚀研究的背景与意义51 1.2 国内外研究现状51 1.2.1 国外混凝土结构侵蚀的研究与进展52 1.2.2 国内地下混凝土结构的侵蚀研究与进展52 1.3 地下混凝土建筑结构侵蚀研究的成果52 1.3.1 地下混凝土结构结晶性侵蚀分类52 1.3.2 影响地下混凝土结构结晶性侵蚀的因素54 1.3.3 地下混凝土结构结晶性侵蚀破坏的原因认知54 1.3.4 提高地下混凝土结构抗结晶性侵蚀的研究56 1.3.5 地下混凝土结构侵蚀的试验方法与评价指标56 1.4 存在的问题56 1.4.1 离子组成对地下混凝土结构的结晶性侵蚀的影响57 1.4.2 地下混凝土结构的结晶性侵蚀的对策方面57 1.5 本论文研究的内容572 地下工程服役环境下SO42-、Cl-离子复合作用58 2.1 概述58 2.2 模拟试验简介58 2.3 地下水中SO42-和Cl- 双因素对地下混凝土结构强度影响59 2.3.1 SO42-、Cl-离子复合作用下两种不同养护方式对强度的影响59 2.3.2 SO42-、Cl-离子复合作用下升高温度和干湿交替对混凝土强度的影响62 2.3.3 SO42-、Cl-离子复合作用下溶液浓度对混凝土强度的影响62 2.4 Cl-、SO42-离子复合作用下混凝土的损伤机理分析与小结633 多种掺合料的混凝土抗结晶性侵蚀性能的研究64 3.1 概述64 3.2 试验方案64 3.3 试验结果与分析65 3.3.1 抗蚀系数的试验结果与分析65 3.3.2 自由膨胀率的试验结果与分析67 3.4 研究总结684 应用实例分析68 4.1 基本情况69 4.2 坝区地下水对坝基的侵蚀695 成果与展望69 5.1 成果69 5.2 展望70参考文献70致 谢88第一部分上海地铁7号线场中路汶水站区间隧道结构设计全套图纸加扣30122505821 工程概况1.1 工程位置上海市轨道交通七号线是一条南北走向的主干线，工程从市区的宝山区美兰湖站(沪太公路美丹路)起西北部穿越中心城区，至浦东的西南地区（花木路），途径普陀、静安、宝山、徐汇和浦东新区等五个城区，线路设33站共46.3km。本次隧道工程设计的场中路站汶水路站区间隧道属于七号线的一部分。区间由两台盾构机先后在汶水路站北端头井下井（上行线先下井），向场路站方向推进。隧道总体位于沪太路与汶水路下方。1.2 工程范围本区间隧道盾构上、下线里程为DK5+645.602DK6+540.602，上行线共897环，下行线893环（环宽1.0m），隧道区间长度为895.0m，最大覆土厚度约为15.256m,最大纵坡为26.5，最小曲率半径R398.642m。最低处中心高程-16.883m。此区间有一旁通道在里程DK6+34.29处。1.3 工程规模 场中路站汶水路站区间隧道将设计成为圆形隧道，该区间设计成上行右线，下行左线的两条平行隧道，两线相距12.9m。隧道采用高站位低区间的驼峰状。隧道两条线管片总环数为1790环，其中出洞管片环共3环，进洞管片环共3环，变形缝后一管片环16环，浅埋直线衬砌管片环共259环，中埋直线衬砌管片环共621环，深埋直线衬砌管片环共641环，中埋左转弯管片环共12环，深埋左转弯管片共101环，中埋右转弯管片环共18环，深埋右转弯管片环共110环，特殊管片环共6环。2 设计依据2.1 自然条件2.1.1 工程地质情况 （1）地形与地貌 场中路站与汶水路站场地均较平整，场中路站地面标高在4.21m4.71m之间。汶水路站介于4.27m5.19m之间。（2）地基土的构成与特征在隧道掘进区间内，土层从上至下的顺序构成表2.1。（3）地基土的物理力学性质见表2.2。表2.1 掘进区域土层特性图成因类型土层编号土层名称土体颜色所含其他成分强度韧性湿度状态压缩性分布情况人工1填土杂黄褐色碎石、砖块等杂质，下部含粘性土等很湿均布滨河海口1粉质粘土褐黄灰黄色氧化铁斑点及铁锰质结核较高较高较湿中随着深度增加而逐渐变软3砂质粉土灰色主要为云母，并夹薄层粘土较低较低较湿中总体不均匀，局部较厚滨河浅海淤泥质粉质粘土灰色含云母、有机质，并夹较多量的薄层粉性土中等中等很湿高遍布淤泥质粘土灰色含云母、有机质及少量贝壳碎屑，并夹有少量薄层粉砂高高很湿高遍布滨河沼泽1粘土褐灰色云母、有机质为主，并夹少量泥钙质结核、半腐芦苇根茎，高高很湿高遍布河口 湖沼粉质粘土暗绿草黄含氧化铁斑点以及铁锰质结核，并夹少量灰白色高岭土，下夹粘质粉土中高中高湿稍湿中遍布河口 滨海1-1砂质粉土草黄夹薄层粘土低低较湿中遍布1-2粉砂草黄含云母以及少量氧化铁条纹，并夹有粘土饱和中局部分布滨河沼泽1粘土黄灰含云母，并有夹粉性土饱和中等低等遍布 根据地质资料进行计算，场中路站汶水路站区间隧道盾构施工穿越的土层从上至下依次为：淤泥质粘土、1粘土、粉质粘土。表2.2 地基土物理力学性质土层编号土层名称层面标高范围值/一般值（m）厚度范围值/一般值（m）最大埋深处土层（mm）含水量W（） 重度g（KN/m3）粘聚力C（Kpa）内摩擦角（）1填土3.501.242.51.353.122.20197818.21粉质粘土2.520.781.650.821.911.53168931.518.31920.0淤泥质粉质粘土-1.59-2.141.92.484.613.21298737.917.81322.8淤泥质粘土-10.52-11.33-10.948.699.599.23945651.016.81312.01粘土-13.94-14.75-14.334.395.485.13502441.016.91813.0粉质粘土-14.34-16.36-15.352.305.203.82515623.918.94617.01-1砂质粉土-19.04-21.23-20.123.586.624.92487631.119.00.531.01-2粉砂-25.21-27.92-26.123.767.215.41653230.917.9033.01 粘土-40.7042.01-40.3513.715213.97146538.018.02320.02.1.2 水文地质情况施工区域的浅部土层中的潜水位埋深在地表下面0.4m1.6m，年平均水位介于0.45m0.85m；承压水位一般低于潜水位。因此本工程设计时取地下水位距地表0.8m。 水质分析表明，掘进区间范围内地下水对混凝土结构无腐蚀性对钢结构有弱腐蚀性。由于拟建场地地下水水位较高，根据工程经验，当地下水（潜水）对混凝土无腐蚀性时，其土会混凝土也不会严重侵蚀。2.1.3 气象条件 （1）气温条件 上海地区全年均气温16.1，平均最冷气温为1月的4.0，平均最热气温为7月的29.3。 （2）降水条件上海地区全年降雨量适中，汛期（59月）降雨量占全年约70%左右，年均降水量110mm左右。 （3）雾况 年平均雾日29.8天。 （4）风况 近20年来最大风速为24.3m/s。 （5）日照条件上海地区年平均日照1380h左右。 （6）湿度条件上海的地区空气湿度一般在60%75%，其中夏天空气湿度40%65%，冬天空气湿度在65%左右。2.2 现场条件2.2.1 沿线建筑物、地下管线及障碍物 （1）沿线建筑物在掘进区间范围内沿线将主要穿越以下建构筑物：铁路南何支线及其人行通道，里程为CK6+8.2左右；里程 CK6+170.7左右盾构两次穿越立交桥匝道间，离桩基最小距离仅1.0 m左右；穿越走马塘防汛墙和上水管承台桩,里程CK6+282左右； （2）地下管线在掘进区间沿线的沪太路上以及在汶水路上分布较多的市政管线，但汶水路路上的管线分布较远，基本不影响掘进工作，因此监测和保护的重心放在沪太路下的管线上面。管线见表2.3。表2.3 盾构穿越区管线列表道路管线种类埋深（m）管线结构沪太路36孔电话电缆1.2光缆、电缆200mm上水管0.8铁500mm上水管1.1砼结构1600mm上水管1.6砼结构450mm雨水管2.3砼结构450mm污水管4.0砼结构5孔电力电缆0.8电缆450mm煤气管1.2铁汶水路（含中环路部分路段）350mm上水管1.3铁12孔电话电缆1.0光缆、电缆400mm雨水管1.4砼结构500mm上水管1.2砼结构5孔电力电缆1.2光缆、电缆200mm煤气管0.85铁2.2.2 附近交通情况本标段工程区间隧道主要沿沪太路与汶水路布置，掘进区间基本位于沪太路西侧的绿化带下以及汶水路高架桥下。根据建设单位提供的资料和多次的现场踏勘，对地面交通基本没有影响，但是掘进区间穿过阳城美景小区，须在施工期间为该小区预留能保障安全通行的道路。3 隧道施工方案与衬砌选型设计3.1 隧道施工方案 依据地区工程经验，可供选择的工法有：盾构法、明挖法、矿山法、顶管法。下面将对四种施工法进行比选。3.1.1 盾构法盾构法多用于土层或松软岩层的环境中。盾构法施工的核心是借助盾构机这种施工机械，边开挖边拼装，并快速推进，在短时间内建成隧道。盾构法技术已经很成熟，并大面积应用。 盾构法的简要流程为： 建造竖井，端头基坑。 盾构出发。利用千斤顶施作用于管片产生的力，进行掘进。管片拼装以及后续注浆、出渣等。在盾构掘进时相关工序要及时恰当的跟上。 其他相应的管理。盾构出洞。3.1.2 明挖法 明挖法是指先从隧道部位上方开始往下挖，在预定高度处按顺序进行修筑，最后再进行回填的施工方法。3.1.3 矿山法 矿山法常用于深部岩石隧道的挖掘。使用爆破破裂岩体导致其形成松弛状态，随后在支护的条件下采用挖掘机械进行隧道的掘进。3.1.4 顶管法 顶管法是一种安全无开挖量的施工方法。利用千斤顶对管道的顶力，把管道节一节从工作顶到接收井（中继间）中。在此同时进行其他同步的后续工作。3.1.5 方案比选 优缺点对比见表3.1。 综合表3.1进行比较，因为本隧道设计内径为5.5m，考虑到技术以及经济性等问题，故不采用顶管法。隧道区间位于市中心繁华地段，地层以富水的各土层为主，要求尽量的减小对周围环境的影响，并且工期紧，要求尽快完成隧道掘进，故不采用矿山法和明挖法。掘进区间内地质条件复杂，地下水丰富，且对工期有一定要求，考虑到上海地区已经有成熟的盾构法施工技术和工程实例，因此本隧道采用盾构法进行施工。3.2 衬砌选型按材料将管片分为铸铁管片、钢管片、钢筋混凝土管片和复合管片。铸铁管片由于消耗金属过多，脆性易破坏、机械加工量巨大，目前已经接近淘汰。地质分析表明隧道区间附近的地下水会侵蚀钢材，另外钢管片刚度小，消耗金属多，因此也不宜采用。复合管片为钢板外壳，易被腐蚀，也不考虑。钢筋混凝土管片加工容易，耐腐蚀且造价低，并能满足强度要求，因此综合考虑本隧道区间采用钢筋混凝土管片。 对于中小型的盾构隧道，不宜使用箱型管片，且其强度不如适合小型直径隧道的平板形管片，因此采用平板形钢筋混凝土管片。表3.1 四种方案优缺点比较施工工法优点缺点盾构法利用盾构设备作为掩护，进行地下开挖以及衬砌支护工作会变得更安全；施工过程中振动和噪声小，对周围干扰小；不会影响地面交通；气候条件基本对施工没影响；机械化程度高，施工管理容易。在工程地质与水文地质条件较恶劣隧道施工中、有较高的技术优越性。需要较厚的覆土；要求隧道有较大的曲率半径；防水技术要求高；造价高。明挖法工期短；可分段同时作业；适应性强；操作简便，工程质量易保证；技术成熟；浅埋时工程造价和运营费用均较低，且能耗较少。土方工程量大；对交通影响大；噪声和灰尘污染严重；受到气候较大影响；有较大的拆迁量；若在饱和的软土地层中，地面沉降较难控制。矿山法对于不同地质和几何形状的较适应（尤其在交叉点、横通道、渡线和洞室等处）；可以多子面同时操作；设备和工艺简单，便于掌握；造价低。开挖量大；开挖隧道质量差；超挖增加了投入；施工比较危险，工作环境恶劣；施工对围岩的破坏扰动范围及程度较大；施工速度较慢；对周围环境影响大。顶管法可开挖深隧道；开挖量小，施工安全，对交通和地面建筑物影响小；适合在市区进行施工不适合曲线隧道；一旦发生偏差纠偏困难；管道易产生不均匀下沉；推进过程时遇到麻烦不易处理；浅层施工不经济。3.3 管片初步设计错缝拼装可加强接缝刚度（视为均质刚度），约束接缝变形。但管片制作精度控制技术不成熟时，在推进时管片易受损。通缝形式能快速拼装，易于控制质量但强度较低。由于预制管片质量有保证，选择错缝方式。图3.1 管片拼装图综上，盾构隧道衬砌参数为：厚度350mm，外径6200mm，内径5500mm，宽度1000mm。一环隧道采用6块预制平板型混凝土（C60）管片在纵向错缝拼装，纵向拼装接头17处，按22.5等角度布置（如图3.1）。4 隧道计算4.1计算原则及采用规范4.1.1 计算原则（1）所有计算均需严格参照最新规范执行，（2）服役年限按70年设计；（3）隧道所处施工环境类别按三a进行考虑；（4）成型管片裂缝宽度0.2mm以内；（5）结构按8级地震区进行抗震验算；4.1.2 规范依据（1）混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-2002）2011年版；（2）盾构法隧道工程施工及验收规程（GB50446-2008）；（3）水工混凝土结构设计规范（SL1914-2008）；（4）地下工程防水技术规范（GB50108-2008）；（5）混凝土结构设计规范（GB50010-2010 ）；（6）建筑抗震设计规范(GB50011-2010)；4.2 计算断面的选择及计算 本隧道在断面荷载计算时以区间埋深最大处为标准，该处盾构中心标高为-13.783m，地面标高为4.573m，地表与隧道顶部（管片表面）距离15.256m。在结构设计中，使用基本使用阶段与特殊荷载组合阶段可能出现的最不利的荷载组合进行结构强度、刚度、抗浮、抗震和裂缝张开量等的计算。隧道处于以砂土和粉土为主的地层，渗透性良好，因此水土压力采用水土分算的方法。4.2.1 土层情况 土层情况见图4.1。4.2.2 各工况荷载计算（1）衬砌自重： （4-1）式中：g代表衬砌管片的自重，kPa；h 钢筋混凝土的容重，一般为24.025.0kN/m3，本设计取为24.5kN/m； 管片厚度，m。 将相关数值带入公式（4-1）计算，得：kPa。图4.1 地层计算简图（2） 竖向土压： （4-2）式中：盾构隧道上方的竖向土压，kPa； 衬砌上覆各土层的容重，若在地下水位以下，则取其浮重度，kN/m； hi衬砌上覆各土层的厚度，m。 kPa（3） 拱背土压： 相关计算公式为： （4-3） （4-4）式中：衬砌拱背上的竖向地层压力，kPa；衬砌拱背上等效的均布荷载，kN/m； 衬砌拱背上的覆土重度，kN/m； RH盾构衬砌圆环计算半径，本设计有2.925m。 带入，计算可得：kN/mkNkPa（4） 地面超载： 由于隧道埋深仅15.256m，因此地面超载影响必须考虑。取地面建筑超载为10kPa，地面交通荷载为10kPa。（5） 侧向均匀水平土压力： （4-5）式中：侧向均匀主动土压力，kPa；衬砌环在直径高度范围内各土层的加权内摩擦角，（）；衬砌环直径高度范围内各土层的加权内聚力，kPa。 其中， 将等效的和代入（4-5）：（6）侧向三角形主动土压力： （4-6）式中：P2侧向三角形水平主动土压力，kPa；0衬砌圆环直径高度范围内各土层的加权重度，kN/m；kN/m 带入： （7） 静水压力： 水位位于地表面0.8m以下。距盾构隧道衬砌高为14.631m。计算时按静水压考虑。管片上各点处的水压力为： （4-7）其中：衬砌承受的静水压力，kPa； 地下水位距盾构隧道拱顶的距离，此处为14.456m； 衬砌管片的厚度，此处为0.350m； 隧道上任意一点与垂直方向的夹角，（）。 水的重度，此处取9.8kN/m3。 带入计算，得：（8）衬砌拱底反力： （4-8） 式中各式意义同前面一样。将数值带入（4-8）： （9）地层侧向弹性抗力 外荷载作用于衬砌结构上导致产生向外的横向变形（水平方向上），同时衬砌外围土体的抵抗力施加在衬砌结构上，阻碍衬砌结构的进一步变形。目前，对于这种假定的计算都基于温克尔局部变形理论，即假定抗力水平直径上下各45范围内分布，计算采用公式： （4-9）式中：地层基床系数（kN/m），本设计根据土体性质，取=10000kN/m； 在水平直径方向上衬砌的最终变形值，m。带入： （4-10）式中： 抗弯刚度折减系数，一般取0.250.8，本设计取0.6。 EJ衬砌截面抗弯刚度， 其中查阅规范知在90位置处Pk的值为： 由公式可知土体侧向抗力在90的位置处为最大值，通过比较发现其对衬砌内力影响可以忽略不计，故不考虑其对衬砌变形的影响。4.2.3 荷载计算及组合考虑到其他荷载影响。为了保证结构的稳定性，借鉴相关工程经验，取40kPa的水平方向特殊荷载，100kPa的竖向特殊荷载进行设计。4.2.4 内力计算考虑到衬砌受力比较对称，故仅区左半边计算，将其均分为13个部分进行计算，各部分方位角分别为0、15、30、45、60、75、90、105、120、135、150、165、180，其中0表示管片圆环最顶部，其他各角度为0处向左依次量取。 弯矩M与轴力N的最终结果由各荷载下叠加得到。断面内力系数见表4.1。表4.1 断面内力系数表荷载截面位置截面内力M（kNm）N（kN）续表4.1 断面内力系数表自重0上部