麓麓区间说明

目录 广州地铁设计研究院有限公司 11 概述31.1 设计依据31.2 工程概况与设计范围31.3 主要设计原则及标准41.4 上阶段审查意见及执行情况62工程地质62.1工程地质与水文地质62.2区域气候和河流水文特征62.3岩土分层72.4不良地质作用、地质灾害与特殊性岩土72.5水、土的腐蚀性评价83 隧道平纵断面设计113.1 隧道平纵断面113.2区间隧道施工方法：113.3工法比选123.4盾构机选型133.4.1选型原则133.4.2盾构机类型比选134 盾构隧道结构设计154.1钢筋混凝土管片选型154.2 管片设计174.3管片计算模型194.4计算简图205 区间附属结构设计225.1洞门结构设计225.2端头加固设计226 区间隧道防水及防蚀236.1 盾构法区间隧道防水236.2 洞门防水246.3 防蚀与防迷流247 工程材料及结构耐久性设计257.1 工程材料257.2 耐久性设计要求258 监控量测268.1 地表沉降控制标准及措施268.2 盾构法隧道施工监测279 施工组织设计289.1 工程进度计划289.2 施工组织措施2810风险评估及处理措施2910.1区间与建、构筑物的关系及处理措施2910.2其他主要风险源及处理措施2911 存在的问题及下阶段注意事项3112 主要工程量表311 概述1.1 设计依据1）城市轨道交通工程项目建设标准（建标104-2008）2）地铁设计规范（GB 50157-2013）；3）铁路隧道设计规范（TB 10003-2005）；4）建筑结构荷载规范（GB50009-2012）；5）混凝土结构设计规范（GB 50010-2010）；6）地下工程防水技术规范（GB 50108-2008）；7)建筑抗震设计规范（GB50011-2010）；8）锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB 50086-2015）；9）建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）；10）建筑地基基础设计规范（GB 50007-2011）；11）地铁杂散电流腐蚀防护技术规程CJJ49-9212)地下铁道工程施工及验收规范（GB50299-1999）（2003年版）；13）混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-2015）14）铁路隧道喷锚构筑法技术规范（TB10108-2002）15）铁路工程抗震设计规范（GB 50111-2006）16）混凝土结构耐久性设计规范（GB/T 50476-2008）17）城市轨道交通技术规范（GB 50490-2009）18）混凝土外加剂应用技术规程（GB50119-2013）19）建筑桩基设计规范（JGJ94-2008）20）构筑物抗震设计规范（GB50191-2012）21）建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-200122）人民防空工程设计规范GB50225-200523）人民防空地下室设计规范GB50038-200524)轨道交通工程人民防空设计规范RFJ02-200925地下防水工程质量验收规范GB50208-201126)建筑与市政降水工程技术规范JGJ/T111-9827）盾构法隧道施工与验收规范GB50446-200828）城市轨道交通工程监测规范GB80911-2013 29）城市轨道交通结构抗震设计规范GB50909-201430）城市轨道交通结构安全保护技术规范CJJ/T 202-201331）以上未提及的其他现行国家、湖南省及长沙市相关规范、规程。32）长沙市轨道交通6号线工程初步设计文件组成与内容33）长沙市轨道交通6号线工程初步设计文件编制统一规定34）长沙市轨道交通6号线工程工可文件35）长沙市轨道交通6号线工程总体设计文件36）长沙市轨道交通6号线KC-4标段初步勘察阶段岩土工程勘察报告（湖南省工程勘察院，2017.01）37）长沙市轨道交通6号线工程初步设计修编版线路(2017.02.07版)（广州地铁设计研究院有限公司，2017.02）38）相关会议审查意见、相关工作联系单等39）长沙市轨道交通6号线总体组下发相关文件及技术要求40）业主提供的地形图、管线图和沿线建构筑物资料等1.2 工程概况与设计范围麓松路站麓谷西站区间自麓松路站出站后，沿桐梓坡路东行到达麓谷西站。本区间沿线周边有保利林语中心、保利麓谷林语小区、可可小城小区。线路轨面埋深1516.5m。本区间拟推荐采用盾构法施工。本区间起讫里程： 左线ZCK19+779.700ZCK20+234.600，全长456.049m，其中ZCK19+901.149=ZCK19+900.000，长链1.149m。右线YCK19+779.700YCK20+234.600，全长452.749m，其中YCK19+900.000=YCK19+902.151，短链2.151m。区间左、右线隧道及联络通道的土建工程、端头加固、洞门后浇环梁及预埋件即本册设计范围。1.3 主要设计原则及标准1) 地下区间隧道结构设计，应根据沿线不同地段的工程地质和水文地质条件及城市总体规划要求，结合周围地面既有建筑物、管线及道路交通状况，通过技术、经济、环境和使用效果等综合评价，合理选择施工方法和结构型式。2) 区间结构设计应满足施工、运营、城市规划、人防、防水、防火等要求；结构使用寿命为100年，结构设计应保证具有足够的强度和耐久性，区间结构安全等级为一级，结构重要性系数取1.1，区间结构防火等级为一级。3）结构设计应根据国家及长沙市有关规定及标准，合理确定地下结构设计所采用的抗震设防标准。长沙地区的抗震设防烈度为6 度，城市轨道交通工程的抗震设防分类为乙类，按7 度采取抗震构造措施，以提高结构的整体抗震能力。4) 区间结构设计应符合强度、刚度、稳定性、抗浮和裂缝开展宽度的要求，并满足施工工艺的要求。5) 区间结构设计，尽量减少施工中和建成后对环境造成不利的影响，并尽可能考虑城市规划引起周围环境的改变对地下铁道结构的影响。6) 结构的净空尺寸应满足建筑限界的要求，并考虑适当的富裕量，以满足测量误差、施工误差、结构变形和沉降的要求。7) 结构计算模式的确定，除符合结构的实际工作条件外，应能反映结构与周围地层的相互作用。8) 结构防水应满足国家现行的地下工程防水技术规范的有关规定。并充分考虑长沙地表潜水丰富和潮湿多雨气候条件对施工操作的影响，结构设计中应遵照防水优先于结构的原则。9) 采用信息化设计，根据现场地质条件，施工量测反馈信息，及时调整相关设计参数，确保工程安全。10) 当隧道位于有地下水侵蚀性地段时，应根据地下水腐蚀类型及腐蚀等级采取相应的抗侵蚀措施。11) 跨越河流的隧道结构设计水位按1/200的洪水频率进行防洪防淹设计，并按最高水位进行验算。12）对于钢筋混凝土结构应就其施工和正常使用阶段进行结构强度计算以及进行刚度和稳定性计算。钢筋混凝土结构应进行裂缝宽度验算，最大计算裂缝宽度允许值按荷载效应标准组合并考虑长期荷载作用影响，按表1.3.1中的数值进行控制；对处于侵蚀环境的不利条件下的结构，其最大裂缝宽度允许值应根据具体情况从严控制。 最大计算裂缝宽度允许值 表1.3.1 结构类型允许值（mm）附 注钢筋混凝土管片0.2其它结构水中环境、土中缺氧环境0.3洞内干燥环境或洞内潮湿环境0.3环境相对湿度为45%80%迎土面地表附近干湿交替环境0.2厚度不小于300mm的钢筋混凝土结构可不计干湿交替作用注：当设计采用的最大裂缝宽度的计算式中的保护层的实际厚度超过30mm时，可将保护层厚度的计算值取为30mm。13) 地下结构应进行横断面方向的受力计算，对下列情况时，尚应对其纵向强度和变形进行分析：(1) 覆土荷载沿其纵向有较大变化时；(2) 结构直接承受建、构筑物等较大局部荷载时；(3) 地基或基础有显著差异时(4) 地基沿纵向产生不均匀沉降时；(5) 当变形缝的间距较大时，应考虑温度变化和混凝土收缩对结构纵向的影响。14）区间隧道长度超过600m时，区间应在其中部的左、右线之间设置联络通道。15）区间隧道在结构地基、基础或荷载发生显著变化的部位，或因抗震要求必须设置变形缝时，应采取可靠的工程技术措施，确保变形缝两侧的结构不产生影响正常行车的差异沉降和轨道曲率变化。16）对于盾构法施工隧道所选择的盾构机，必须对地层有较好的适应性，同时依据盾构推进速度、周围环境状况、工期、造价等各方面进行技术经济比较后确定。17）隧道施工引起的地面沉降和隆起均应控制在环境条件允许的范围以内。应根据周围环境、建筑物基础和地下管线对变形的敏感程度，采取稳妥可靠的措施。采用暗挖法施工时，一般地段地面沉降量宜控制在30mm以内，隆起量控制在10mm以内；当穿越建筑物、重要地下管线时，上述数值应按相应的规范和规程允许值从严确定，对于空旷地区考虑适当放宽。18）相邻两隧道之间的净距，应根据工程地质及水文地质条件、线路条件、隧道断面尺寸、埋置深度、施工方法等因素确定，当净距不能满足有关规范的规定时，应在设计和施工中采取适当的措施。19）当隧道从建筑物（桥桩）基础中或附近穿越时，应采用可靠的技术方案和确保建筑物正常使用不影响的施工方法。对建筑物允许产生的沉降量和次应力，应依据不同建筑物类型、基础情况按有关规程、规范及要求予以验算。20）在区间隧道的最低点处设置废水泵房（宜结合区间联络通道一并设置），其门洞处可采用钢管片或复合管片，并采用防腐蚀和防火措施。废水泵房有效容积为20m。21）盾构法施工的单线隧道，采用圆形装配式钢筋混凝土管片单层衬砌，其砼强度等级不小于C50，抗渗等级满足地下建筑物防水等级要求。其圆环内径应依据建筑限界和综合施工误差而定。管片厚度、宽度及分块数应综合考虑线路条件、结构受力情况、防水效果、拼装等因素进行设计。管片厚度不宜小于300mm，环宽1200mm，分块数宜为6块。22）当隧道位于有侵蚀性地段时，应采取抗侵蚀性措施，混凝土抗侵蚀性满足相关规范的要求。23）结构防水设计应根据工程地质、水文地质、地震烈度、环境条件、结构形式、施工工艺及材料来源等因素进行，并应遵循“以防为主，刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理”的原则。以结构自防水为主，附加柔性防水层。区间隧道防水等级为二级，即结构不得有漏水、表面允许有少量、偶见湿渍。24）矿山法施工的隧道，采用复合式衬砌结构形式。初期支护由喷混凝土、锚杆、钢筋网、格栅钢架等支护型式组合形成，二次衬砌宜采用模筑钢筋混凝土；内外层衬砌之间铺设防水层。25）矿山法隧道设计参数根据力学分析并结合工程类比确定，采用信息化设计，根据现场地质条件，施工量测回馈信息，及时调整修改相关设计参数。结构计算模式的确定，应符合结构的实际工作条件，并反映结构与周围地层的相互作用，对于二次衬砌采用荷载-结构模式计算。26）二次衬砌按使用阶段发生的最不利情况下的水土压力进行计算，根据计算结构确定其配筋。在不良地质条件下初期支护尚未基本稳定就施作的二次衬砌还应考虑承受一定的围岩后期形变压力。27）土建工程设计必须与各机电设备系统设计密切配合，做到土建设计与机电设备系统设计相协调，防止互相矛盾。28）地下结构应根据现行地铁杂散电流腐蚀防护技术规程采取防止杂散电流腐蚀的措施。钢结构及钢筋连接应进行防锈处理。1.4 上阶段审查意见及执行情况无。2工程地质2.1工程地质与水文地质2.1.1地面条件麓松路站麓谷西站区间自麓松路站出站后，沿桐梓坡路东行到达麓谷西站。本区间沿线周边有保利林语中心、保利麓谷林语小区、可可小城小区。2.1.2地貌特征长沙市位于长（沙）平（江）盆地西南部，燕山运动造就了地貌骨架之雏型。在第四系以来的新构造运动作用下，湘江水流的冲、洪积作用，塑造了河床、阶地及其两侧不同成因类型的阶地及丘陵地貌。市区处于湘江和浏阳河交汇的台地，周围为地势较高的山丘。河西为丘陵地貌，河东主要为河流阶地，地势呈现西南高、东北低的缓倾斜特点。本次勘察线路起点枫林路站至麓谷西站，位于湘江西岸，属剥蚀丘陵谷地地貌，地形起伏不大，较开阔。其中起点至金菊路站为原始地貌，地貌基本未受破坏，山体植被较发育，可见基岩出露，地面标高34.4069.40m，自然坡度为530。主要由冷溪群粉砂质泥质绢云母板岩、石英杂砂岩与粉砂岩、粉砂质板岩及板岩组成。2.2区域气候和河流水文特征长沙地区属中亚热带湿润季风气候区，具有四季分明、温暖潮湿、雨量充沛、严寒期短等特点。常年主导风向为东南风，多年平均降雨量1394.6mm，最大年降雨量1751.2mm（1998），最小年降雨量708.8mm(1953)，每年59月为雨季，其降雨量约占全年的80。2.3岩土分层本场地范围土、岩层从新到老主要有第四系全新统人工填土层，第四系残积层，元古界板溪群地层。现分述如下：2.3.1 第四系全新统人工填土层（Q4ml）（1）沥青路面主要由道路路面及其基层组成，本层直接出露于地表，本层在水平方向上分布较广泛，厚度为0.301.00m，平均厚度0.58m。（2）素填土褐红色，稍湿，稍密中密状，以粘性土为主，为压实填土，局部含砾石及强风化板岩碎块，硬物质含量约15%，大部分填土的填筑时间大于5年。厚度为0.9010.30m，平均厚度4.88m，实测标贯击数N=940击/30cm，平均14.80击/30cm。2.3.2第四系残积层(Qel)（1）粉质粘土。黄褐色，硬塑，局部可塑，稍有光泽，干强度中等，韧性中等。厚度为0.706.50m，平均厚度3.56m，实测标贯击数N=737击，平均18.50击。2.3.3元古界板溪群地层(Pt)（1）全风化板岩褐黄色、部分呈浅红色，成岩矿物基本风化完全，岩石组织结构大部分破坏，可见变余结构，岩芯多呈土状及土柱状，稍湿、硬塑，手掰易碎，遇水易软化。层厚1.0017.00m，平均4.49m，实测标贯击数N=1350击，平均34.8击。（2）强风化板岩褐黄色、褐红色，变余泥质结构，板状构造，主要矿物成分为粘土矿物和石英，节理裂隙发育，在裂隙面上可见碳锰质和铁锰质氧化物，岩芯多呈块状，部分呈短柱状，岩块用手可折断，冲击钻进困难，回转钻进容易，属极软岩，岩体基本质量等级为类。层厚0.6035.50m，平均厚度15.95m。 （3）中风化板岩青灰色，变余泥质结构，板状构造，主要矿物成分为粘土矿物，节理裂隙较发育，岩芯多呈短柱状，局部呈块状和碎块状，岩块用手难折断，属软岩，岩体基本质量等级为类。层厚1.3013.80m，平均厚度7.10m。（4）微风化板岩青灰色，变余泥质结构，板状构造，主要矿物成分为粘土矿物，岩芯呈柱状、短柱状，部分呈块状，岩块用手难折断，属较软岩，岩体基本质量等级为类。2.4不良地质作用、地质灾害与特殊性岩土2.4.1不良地质作用 根据长沙市轨道交通6号线KC-4标段初步勘察阶段岩土工程勘察报告，本段无泥石流、滑坡等地质灾害的形成条件，也无可溶岩、地下采空区、地面塌陷等不良地质现象。2.4.2 地质灾害根据长沙市轨道交通6号线KC-4标段初步勘察阶段岩土工程勘察报告，为新近填土，填筑时间5年左右，呈软塑硬塑状，自稳性极差，该层岩体呈土状，遇水易软化，自稳性差，预计此段引发地面沉降地质灾害的危险性中等、危害程度中等；本区间线路沿线不良地质现象不发育。综上所述，场地及周边现有地质灾害发育程度小、危险性小、危害程度小。2.4.3 特殊性岩土（1）人工填土填土厚度为2.008.40m，最厚达11.0m。填土按其物质组成，可分为杂填土及素填土。杂填土的主要物质成分为砼、砖块、粘性土混碎石等；素填土的主要物质成分为：全强风化板岩、泥质含量高的卵石。大部分填土的填筑时间大于5年。填土一般具有成分不均、密实度不均的特征。填土层结构松散，遇水易软化，降雨后，填土中一般存在上层滞水。（2）残积土黄褐色，褐红色，硬塑状，局部呈可塑状，系板岩风化残积而成，厚度较小，分布不均匀，水浸泡后强度显著降低，易发生塌方等特点。（3）风化岩全风化岩虽残留岩石结构但已风化呈土状，强风化岩一般属极软岩，其下带属软质岩，全风化及强风化岩水理性质较差，具遇水易软化、失水干裂的特点，即遇水后强度会迅速降低，同时其稳固性较差，长时间暴露失水后将产生崩解开裂现象，且该岩层均具有不均匀风化现象，局部发育有风化硬夹层或风化软弱夹层。2.5水、土的腐蚀性评价2.5.1水的腐蚀性评价根据长沙市轨道交通6号线KC-4标段初步勘察阶段岩土工程勘察报告，场地环境按-类环境考虑，场地内地下水对混凝土结构、混凝土结构中的钢筋及钢结构均具微腐蚀性。2.5.2土的腐蚀性评价根据长沙市轨道交通6号线KC-4标段初步勘察阶段岩土工程勘察报告，场地环境按-类环境考虑，场地内地下水位以上的素填土、粉质粘土及全风化板岩对混凝土结构、混凝土结构中的钢筋及钢结构均具微腐蚀性。 广州地铁设计研究院有限公司 34 岩土参数建议值表1 2.1地层代号岩土名称时代与成因天然密度天然含水量孔隙比天然快剪固结快剪计算摩擦角压缩系数压缩模量变形模量土的侧压力系数基床系数渗透系数粘聚力内摩擦角粘聚力内摩擦角天然降水后垂直水平wcca1-2Es1-2E0KvKhKg/cm3%kPakPaMPa-1MPaMPaMPa/mMPa/mm/d素填土Q4ml1.80-1.2020-300.7-1015-2016-1918-2518-2218-20_0.2-0.44-107-120.5-0.64.5-5.04.0-4.51-3淤泥质粉质粘土Q4l1.60-1.8826-320.7-1.26-2014-2212-206-1614-18_0.4-0.63.0-4.56-120.5-0.64.5-5.04.0-4.50.003-0.005残积粉质粘土Qel2.70-2.7322-240.65-0.7525-3015-2070-7520-2525-30_0.18-0.226-106-80.45-0.5045-5045-540.01-0.1全风化板岩Pt_20-300.55-0.1040-5010-2030-3515-1716-22_0.1-0.57-105-70.20-0.3040-4535-400.01-0.05强风化板岩Pt2.0-2.66.0-8.0_60-10035-42_45-55_130-180140-2000.20-0.25170-190135-1700.5-0.8中风化板岩Pt2.0-2.74.0-5.0_200-30040-46_60-70_4200-50000.10-0.20240-280240-2600.2-0.4微风化板岩Pt2.60-2.800.8-0.1_250-40055-60_70-80_5600-64000.10-0.201500-20001500-18000.01-0.05 岩土参数建议值表2 2.2地层代号岩土名称时代与成因岩石单 轴 极 限 抗 压 强 度 标 准 值承载力特征值桩的极限端阻力标准值桩的极限侧阻力标准值 锚固体极限摩阻力标准值 基底摩擦系数临时边坡率抗拔系数地基土水平抗力系数的比例系数隧道围岩分级天然干燥饱和水下钻孔桩(L15m)人工挖孔桩(L15m)水下钻孔桩人工挖孔桩fcfdfrfakqpkqpkqsikqsikqsikf高宽比mMPakPakPakPakPakPakPa坡高10-20mMN/m4素填土Q4ml_50-60_24-2615-250.12-0.151:1.75-2.00.6-0.76-8淤泥质粉质粘土Q4l_80-100_20-2414-220.26-0.361:1.75-2.00.552-4残积粉质粘土Qel_180-240_80-9060-700.25-0.351:1.0-1.250.75-0.850-80V全风化板岩Pt_280-300_1200-1400_95-100140-1800.30-0.401:1.0-1.250.7-0.865-85V强风化板岩Pt0.5-18_0.3-10.0300-400_2500-3500_250-350180-2500.40-0.451:0.75-1.00.7-0.8110-130V中风化板岩Pt2.0-15_1.0-101200-2200_5800-6500_350-450350-4000.45-0.501:0.5-0.750.75-0.80_微风化板岩Pt30.0-40.0_20-303200-42008000-120008000-12000500-600500-600500-600_1：0.50.75-0.80_3 隧道平纵断面设计3.1 隧道平纵断面3.1.1 区间隧道平面设计麓松路站麓谷西站区间自麓松路站出站后，沿桐梓坡路东行到达麓谷西站。本区间沿线周边有保利林语中心、保利麓谷林语小区、可可小城小区。本区间拟推荐采用盾构法施工。由于区间长度不到600m，故未设置联络通道。3.1.2 区间隧道纵断面设计麓松路站麓谷西站区间线路最大坡度为8.922，线路轨面埋深1516.5m，隧道覆土1011.5m，区间隧道主要穿行于强风化板岩和全风化板岩。3.2区间隧道施工方法：施工方法对结构形式的确定和地铁土建工程造价有决定性影响。施工方法的选取应结合结构所在地段的工程地质及水文地质条件、城市规划要求、周围既有建筑物、道路交通状况、场地条件、结构埋深、结构型式、工期和土建造价等多种因素综合比较后确定。目前国内城市地铁区间施工较为成熟的方法有明挖法和暗挖法，其中暗挖法包括盾构法、矿山法。1）明挖法明挖法特点是可以适应于各种不同的地质情况，减少线路埋深，降低运营成本，施工工艺简单，技术成熟。但明挖法只适用于覆盖层比较薄的情况，遇到建（构）筑物是只能避让或者拆迁，线型容易受到限制，且对周围环境影响很大，同时对于覆土较深的地层，工程投资造价比较高。因此目前国内的地铁建设明挖法区间一般适用于地面条件较空旷，地面建筑物比较少的地段。2）盾构法盾构施工法以其良好的防渗漏水性、施工安全快速、无噪音、无振动公害、对地面交通及沿线建筑物、地下管线和居民生活等影响极小等优点，在地下铁道的建设中已成为重要的可选施工方法，甚至在许多场合已成为首选方法。优点：近年来盾构机械设备和施工工艺的不断发展，适应大范围的工程地质和水文地质条件的能力大为提高，尤其是泥水式、土压平衡式以及复合土压平衡式盾构的开发，使之在各种复合地层中开挖成为可能；盾构管片采用高精度工厂预制构件及复合防水封垫，单层钢筋混凝土管片组成的隧道衬砌可取得良好的防水效果，不需要修筑内衬结构；伴随着国内外盾构设备技术水平的提高、盾构设备在工程成本中所占比重的下降，盾构施工法的工程造价已接近矿山法暗挖施工的工程造价，在有些地层中甚至低于矿山法。缺点：盾构机在匀质地层中施工是非常顺利的，但遇到地层软硬不均，尤其是在软地层中夹有坚硬的岩层、岩体、球状风化体时，盾构机的掘进比较困难。由于城市地面交通繁忙，地面处理容易影响交通，需在盾构机内开舱处理，存在一定的风险；盾构机施工要求较大的施工始发场地；目前国内盾构机断面形式单一，基本上只能应用于区间标准断面，在地铁区间配线段较复杂，盾构难以应用。3）矿山法采用矿山法施工时，隧道一般采用圆形断面，由初期支护、二次衬砌和夹层防水层构成的复合式衬砌。初期支护由喷射（或模喷）混凝土及格栅钢架组成，二次衬砌为防水钢筋混凝土。优点： 施工工艺简单、灵活，可根据施工监控量测的信息反馈来验证或修改设计和施工工艺，达到安全与经济的目的，针对性强；对软硬不均地层，可以采用不同的开挖方式进行处理，处理方便容易。缺点：施工质量与施工单位的管理机制及施工组织有很大关系，在施工中若处理不当，容易引起地面坍塌，从而造成对周边环境的影响和引发施工事故；施工中容易引起地下水流失，从而引起地面沉降或隆起，在重要管线和房屋周边需要充分论证和考虑隧道周边的环境和工程及水文地质条件，采用合理的工程措施和施工工艺之后，以上弱点才可以弱化和避免；地质条件较差地段不易采用此法。3.3工法比选施工方法对结构型式的确定和地铁土建工程造价有决定性影响。施工方法的选择，主要考虑沿线工程地质和水文地质条件、环境条件（地面建筑物和地下构筑物的现状、道路宽度、交通状况）等多方面的因素。工法选择的好坏对工程的难易程度、工期、造价和运营效果等将产生直接的影响。区间的施工方法主要可以概括为：明挖法、盾构法、矿山法三种。这三种施工方法各有其适用条件和优缺点，区间施工方法比选表如下： 施工方法比较表 表3.3.1 工 法项 目明 挖 法矿 山 法盾 构 法地质情况区间自上而下主要地层为杂填土、粉质粘土、卵石、圆砾和强风化板岩、中风化板岩应用情况多应用于埋深较浅、场地开阔、交通量小、管线改移少、房屋拆迁少。多应用于地质情况较好，无明挖场地或管线多，交通疏解难。多适用于地层单一，房屋、管线多，交通疏解难，对沉降控制要求严格的工程。结构型式单跨或多跨矩形结构，单跨或多跨马蹄形结构单一的圆形结构对交通影响干扰较大除竖井外，其余均无影响除工作井外，其余均无影响对管线影响遇管线时一般须改移或悬吊。隧道无法避开的需改移，其余无影响除隧道无法避开的外，无影响对环境影响干扰大干扰小干扰小对邻近建筑物影响影响大影响较大影响最小施工难度技术成熟，难度小技术成熟，难度小技术成熟，难度较小施工风险小大较大作业环境好恶劣好施工降水需降水需降水不需要降水结构防水质量好质量不易保证质量一般沉降控制好较好好施工速度分段施工，综合速度快速度较慢机械化施工，速度快对车站影响车站需浅埋车站需深埋车站需深埋，对车站结构和施工影响大受车站影响无影响无影响影响大投资可控性好差好0工程造价随隧道埋深加大，投资增加高高麓松路站麓谷西站区间自麓松路站出站后，沿桐梓坡路东行到达麓谷西站。本区间沿线周边有保利林语中心、保利麓谷林语小区、可可小城小区。线路轨面埋深1618m。麓松路站麓谷西站区间线路最大坡度为10线路轨面埋深1618m，隧道覆土1113m，区间隧道主要穿行于强风化板岩。本区间拟推荐采用盾构法施工。3.4盾构机选型3.4.1选型原则盾构机选型须综合考虑区间隧道的地质、工期要求、造价等各方面因素，针对长沙地铁隧道盾构法施工，应遵循以下几项基本原则：盾构机技术水平先进可靠，并适当超前，符合我国国情。所选盾构机应满足本区间隧道所穿越砂卵石地层的施工需要。要求盾构机对控制地表沉降、既有建构筑物沉降配备有足够的功能并具有良好的操作性能。为防出现地下构筑物的意外情况发生，盾构机要能实现隧道（盾构机）内清除或撤换障碍物的施工。构机选型应结合区间地层特点选择合适的盾构机。城市地铁区间常用的盾构类型有三种：泥水加压盾构、土压平衡盾构和复合式土压平衡盾构机，这三种盾构各有不同的特点和适用范围，能适应6号线工程的地层条件。两种盾构机工作原理比较泥水式平衡盾构机的工作原理是通过向密封舱内加入泥水(浆)来平衡开挖面的水、土压力，其开挖面的平衡稳定性及控制地面沉降性能较好，盾构机内部空间较大，特别是大直径隧道施工具有一定技术优势，但施工弃土需进行泥水分离处理。该设备系统庞大，占地面积多，且价格昂贵。土压平衡盾构机的工作原理则是向密封舱内加入塑流化改性材料，与开挖面切削下来的土体经过充分搅拌，形成具有一定塑流性和透水性低的塑流体，同时通过伺服控制盾构机推进千斤顶速度与螺旋输送机向外排土的速度相匹配，经舱内塑流体向开挖面传递设定的平衡压力，实现盾构机始终在保持动态平衡的条件下连续向前推进。由于土压平衡式盾构机可以根据不同地层的地质条件，设计和配制出与之相适应的塑流化改性剂(如泡沫等)，极大地拓宽了该类机型的施工领域，特别是在砂卵石地层中施工优势最为明显。故近年来该机成为盾构机应用的主流机型，在隧道工程中得到广泛应用。3.4.2盾构机类型比选对于泥水平衡盾构机和复合式土压平衡盾构机这两种机型，各有其优缺点，下表中列出两种盾构的比较： 泥水平衡式盾构与复合式土压平衡盾构的比较表 表3.4.1特性 机型泥水式平衡盾构机复合式土压平衡盾构机平衡工作面介质密封舱内泥浆密封舱内泥土排土方式流体泵送螺旋输送机和土车适应土质淤泥、粘土、砂、卵石、碎石淤泥、粘土、砂、卵石、碎石开挖面稳定性比较稳定较难控制地层沉降难易程度容易较容易适应隧道直径范围适应范围较广适应性比泥水式稍差刀盘扭矩阻力较小比泥水式略大刀盘形式面板式面板式、辐条式、近辐条式耐高水压性耐高水压耐高水压（比泥水式低）排泥是否处理需要（通常泥浆处理后循环使用）不需要配套设备庞大复杂简单、紧凑施工占用场地大（约1万平米）较小（约40005000平米）设备综合造价高较低优点控制泥水压力，可保持工作面稳定，沉降较小；排土采用泥水管来输送，水压较高地段也不会出现喷涌现象；由于使用泥水，需要扭矩较小刀具不易磨损；使用管路运输，弃土输送效率高，适合长距离输送。控制土仓土压，可有效抵抗水压、土压，可保持工作面稳定，沉降较小；地质适应范围较广，适合混合地层；还可根据围岩状态，切换成开放模式掘进，便于控制工作面；弃土较容易处理费用较低。缺点如果工作面渗透系数较高，则易造成泥浆渗漏，难以保证泥水压力；遇到粘土地段，排泥口有可能堵塞，导致切割仓压力变动工作面不稳定；需要增加泥水处理设备，地面设施场地增大；弃土处理较困难费用较高。如果孔隙水压较高，富水性较大，则有可能产生喷涌，工作面压力难以保证；遇砂砾地层、粘土地层，刀盘的扭矩会增大，刀盘磨损较快。盾构机类型有土压平衡和泥水平衡两种。下面就以下几方面进行重点阐述：1）颗粒级配地层颗粒级配与适合的盾构机类型关系如图3.4-1，其中深色区域内宜选用土压平衡盾构，而橘红色范围更宜选用于泥水盾构。图3.4-1 地层颗粒级配与盾构选型关系图根据本区间所穿越主要地层情况，复合土压平衡盾构和复合泥水盾构都适用。2）土层渗透性土层渗透系数是盾构选型的又一关键因素。根据国内外相关研究及现场施工经验：当地层的透水系数小于10-5cm/s，可以选用土压平衡盾构；当地层的渗水系数在10-5cm/s和10-2cm/s之间时，既可以选用土压平衡盾构也可以选用泥水式盾构；当地层的透水系数大于10-2cm/s时，宜选用泥水盾构。本区间隧道地层为强风化板岩、中风化板岩、中风化泥质粉砂岩，强风化板岩渗透系数为5.89.3x10-4cm/s，中风化板岩渗透系数为13x10-4cm/s，中风化泥质粉砂岩渗透系数为1x10-53.5x10-4cm/s，因此该种土层渗透系数情况两种皆可。3）水头压力相比于土压平衡盾构，泥水盾构更适用于高水力条件下的隧道施工。对于土压平衡盾构，当水头压力小于0.3MPa时，通过采取相应的措施能够形成一定的土塞效应，但当水头压力大于0.3MPa时，土塞效应很难形成，易引起出土门处喷涌，导致土仓内土压下降，工作面失稳，必须加入相当的泡沫剂以降低土体的渗透性来保持工作面压力。本区间地下水水头压力较小，选用复合式土压平衡盾构是适用的，具体实施时可通过配置保压泵碴系统和添加脱水剂等措施防止地下水涌出，保证施工安全。本区间无承压水，水头压力取至地面，水头压力为0.145MPa。4）环保要求相比于土压平衡盾构机，泥水盾构需在地面设置泥水处理设备，占用场地大（单台盾构约5000）。根据工程筹划，本区间在麓松路站始发，如采用泥水盾构，占用场地面积约5000左右，且存在泥浆池，对周边环境影响较大。5）刀具配置理念由于隧道洞身大部分从强风化板岩中穿过，刀具应以切削刀和刮刀为主，且应配一定数量的滚刀。综上所述，本工程应选复合式土压平衡盾构机。6）本区间盾构机选型注意点盾构法施工时，根据不同的地质情况和环境，调整盾构掘进的施工参数。在本隧道掘进时，因隧道主要位于强风化板岩，盾构掘进对盾构刀盘磨损较严重，应重点考虑盾构出土顺畅。复合式土压平衡盾构机向土舱内注入泥土、泥浆或高浓度泥浆，经搅拌后塑流性提高，不渗水，稳定掘削面容易；并且还可通过检测土舱内压控制推进量，以及往掘削面上和土舱内注入添加剂（膨润土或高效发泡剂）来确保掘削面稳定。4 盾构隧道结构设计4.1钢筋混凝土管片选型1）设计拟定主要设计参数管片内径：5.5m；管片厚度：350mm；管片外径：6.2m；管片宽度：1.5m；分 块 数：6块。楔形量：45mm。2）拟定主要设计参数原因（1）隧道内径长沙市轨道交通6号线工程圆形隧道建筑限界为5250mm的圆。综合考虑限界、施工误差、测量误差、线路拟合误差、不均匀沉降等因素，在隧道建筑限界周边再预留125mm的裕量，隧道的内径定为5500mm。（2）管片形式及厚度衬砌的厚度对隧道土建工程量以及工程造价有显著的影响。在结构安全、功能合理的前提下，应尽可能采用较经济的衬砌厚度。衬砌的刚度与厚度的三次方成正比，厚度的改变直接改变了衬砌的整体刚度，以及衬砌与周围地层的刚度比，进而影响衬砌周边土体压力的分布和衬砌本身的受力大小。衬砌厚度的确定应根据隧道所处地层的条件、覆土厚度、断面大小、接头刚度等因素综合考虑确定，并应满足衬砌构造（如手孔大小等）、防水抗渗以及拼装施工（如千斤顶作用等）的要求。根据隧道的功能、外围土层的特点、隧道受力等条件，可分别选用单层衬砌或单层衬砌内再浇筑整体式混凝土的双层衬砌。由于双层衬砌施工周期长、造价贵，而且它的止水效果在很大程度上还是取决于外层衬砌的施工质量、渗漏情况，所以只有当隧道功能上有特殊要求才选用双层衬砌。随着高效能盾构机械的应用，衬砌防水质量的提高，施工工艺的日臻完善，国内外盾构工程的成功经验表明采用具有一定刚度的单层柔性衬砌的变形、接缝张开及混凝土裂缝开展等均能控制在预期的要求内，完全能满足地铁隧道的设计要求；且使用单层衬砌，施工工艺简单、工程实施周期短、投资省。鉴于以上理由，盾构隧道采用单层装配式衬砌，管片形式选择当前常用的平板型钢筋混凝土管片。考虑结构100年使用寿命，结合理论计算验算结构的强度、刚度、裂缝等及参照已有工程实例，钢筋砼衬砌的厚度采用350mm，采用C50钢筋混凝土管片。（3）管片的宽度及分块衬砌环的分块及宽度主要由管片的制作、防水、运输、拼装、隧道总体线形、地质条件、结构受力性能、盾构掘进机选型等因素确定。衬砌环环宽越大，即管片宽度越宽，隧道结构的纵向刚度越大，抗变形能力增强；衬砌环节缝越少，因而漏水环节、螺栓数量越少；施工速度越快，费用越省；但盾构机千斤顶的行程要大，施工难度亦有一定提高；在小半径曲线上，管片的设计拟合误差大。本工程盾构隧道最小曲线半径为800m，拟合误差很小。与环宽1.2m的管片相比，采用环宽1.5m的管片有以下优点：一方面，减少了20%的环向接缝数量，降低了接缝漏水的几率，提高隧道防水质量；另一方面，降低了接缝止水材料和连接螺栓的使用量；此外还可减少20%的拼装时间。综合考虑管片的制作、运输、拼装及曲线施工的需要，决定采用了1.5m的环宽。地铁隧道管片常用分块数为六块（3A+B+C+K）和七块（4A+B+C+K）两种（A为标准块，B、C为邻接块，K为封顶块）。分六块和分七块在制作、运输、施工方面没有大的差别。在国内上海地铁一号线、广州地铁一、二、三号线盾构区间隧道都采用六块方案。根据隧道的实践经验，考虑到施工方便以及结构受力的需要，目前封顶块一般趋向于采用小封顶块形式。封顶块的拼装形式有径向楔入、纵向插入等几种。径向插入其半径方向的两边边线必须呈内八字形或者平行，受荷后有向下滑动的趋势，受力不利。采用纵向插入形式的封顶块受力情况较好，受荷后不易向内滑动，其缺点是需加长盾构千斤顶的行程。本工程采用小封顶块，施工时先径向搭接3/5，再纵向推入，既确保受力良好，又不需将盾构机千斤顶行程加得过长。本设计确定采用六块方案，一块封顶块（K），两块邻接块（B1、B2），三块标准块（A1、A2、A3）。（4）环、纵缝及连接构造管片接缝构造包括密封垫槽、嵌缝槽及凹凸榫的设计，其中前者为通用的构造方式，而凹凸榫的设置与否在不同时期、不同区域的工程实践中有着不同的理解。凹凸榫的设置有助于提高接缝刚度、控制不均匀沉降、改善接缝防水性能，也有利于管片拼装就位，但与此同时增加了管片制作、拼装的难度，是拼装和后期沉降过程中管片开裂的因素之一，客观上又削弱了管片防水性能。根据本标段地质情况同时考虑降低施工难度，环、纵缝均不设榫槽。管片环面外侧设有弹性密封垫槽，内侧设嵌缝槽。环与环之间以16根M27的纵向螺栓连接，既能适应一定的变形，又能将隧道纵向变形控制在满足防水要求的范围内。管片的块与块之间以12根M27的环向螺栓相连，能有效减小纵缝张开及结构变形。管片之间及衬砌环间的连接方式，从力学特性来看，可分为柔性连接及刚性连接。实践证明，刚性连接不仅拼装麻烦、造价高，而且会在衬砌环中产生较大的次应力，带来不良后果。因此，目前较为通用的是柔性连接。按螺栓连接形状又可分为弯螺栓连接、直螺栓连接、斜螺栓连接和榫槽加销轴等方式。弯螺栓连接的接头具有一定的自由度，十分方便安装。弯螺栓在德国、法国、英国、新加坡、丹麦等许多国家的地铁交通项目及国内地铁中广泛应用，这种接头系统都非常成功。直螺栓和斜螺栓是近年来发展起来的管片连接形式，其手孔体积小，管片强度损失很小，而且容易实现机械快速安装，但安装难度较高，施工误差要求较小。本设计管片块与