广渠门外站—广渠门内站盾构区间结构设计毕业论文.doc

广渠门外站广渠门内站盾构区间结构设计毕业论文绪 论城市轨道交通（Mass Rail Transit，MRT）是一种快捷高效、安全舒适、节能环保的城市公共客运交通方式。城市轨道交通在保证我国城市土地的集约化开发与利用，引导和改善城市空间结构，解决城市交通拥挤问题，促进沿线房地产增值和经济的繁荣，以及促进城市社会、经济和环境协调发展等方面，都具有极其重要的作用。城市轨道交通是一座城市融入国家大都市现代化交通的显著标志。它不仅是一个国家的国力和科技水平实力的展现，更是解决大都市交通紧张状况最理想的交通方式。地铁作为城市轨道交通的一种主要形式，大大解决了城市的地面交通拥堵问题，减缓了人口流动对城市交通的压力。地铁的发展虽然在中国发展相对较晚，但发展却很迅速，通过大量的工程实践，我们的地铁施工技术有了更深的了解。经过近40年的发展，我国地铁修建方法已由最初单一的明挖法发展到现在的明挖、暗挖、浅埋暗挖、盾构法等多种方法并存，施工技术不断发展提高，已初步形成了专门的学科体系。1.明挖法：通常在地面条件允许的情况下，地铁区间隧道宜采用明挖法，但对社会环境影响很大，仅适合在无人、无交通、管线较少之地应用。2.新奥法：在我国利用新奥法原理修建地铁已成为一种主要施工方法。尤其在施工场地受限制、地层条件复杂多变、地下工程结构形式复杂等情况下用新奥法施工尤为重要。 3.浅埋暗挖法：又称矿山法：是新奥法经过多年的完善与发展，又开发的一新方法，与明挖法、盾构法相比较，由于它可以避免明挖法对地表的干扰性，而又较盾构法具有对地层较强的适应性和高度灵活性。与新奥法的不同之处在于，浅埋暗挖法是适合于城市地区松散土介质围岩条件下，隧道埋深小于或等于隧道直径，以很小的地表沉降修筑隧道的技术方法。它的突出优势：不影响城市交通，无污染、无噪声，而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。浅埋暗挖法的核心技术被概括为18字方针：管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测。4.全断面隧道掘进机(TBM)方法：TBM为TUNNEL BORING MACHINE的缩写，由机械控制进行掘进，全称为:全断面隧道掘进机。通常定义中的TBM为: 在以岩石层为掘进对象时，在全断面隧道掘进机中，不具备土压、水压等维护掌子面的功能，装备接触壁面固定器，靠推进时的反作用力推进的盾构机。由于全断面隧道掘进机具有施工速度快、隧道成型好、机械化程度高以及对周边环境影响小等优点，已成为国外隧道开挖普遍采用的方法。5.盾构法盾构法：是在盾构保护下修筑隧道的一类施工方法。特点是：地层掘进、出土运输、衬砌拼装、接缝防水和注浆充填盾尾间隙，并随时排除地下水和控制地面沉降，因而是工艺技术要求较高，综合性很强的一类施工方法。可用于：在各类软土地层和软岩地层中掘进隧道，穿越面建筑群和地下管线地集的区域时，对周围密集环境影响较小，尤其适用于市区地铁和水底隧道的掘进。1 概述1.1 工程概况地铁7号线线路起点位于北京西客站，沿羊坊店南路向南至广安门外大街后转向东，线路沿广安门大街、广渠门大街向东至东四环，在规划仓储西路转向南，沿规划仓储西路向南穿越规划绿地到达化工路，穿过化工路后沿垡头西路向南至垡头南路再转向东，穿过双丰铁路，进入玻璃二厂、染料厂等工业用地范围，线路沿规划道路向东南敷设，到达终点焦化厂站。线路全长23.67km，全线共设车站21座。1.2 设计范围广渠门外站广渠门内站盾构区间。1.3 设计依据（1）北京地铁7号线一期工程土建第五合同段招标文件；（2）北京地铁7号线工程初步设计（D）；（3）北京地铁7号线工程施工设计；（4）北京地铁7号线工程勘察02合同段广渠门内站岩土工程勘察报告；（5）北京地铁7号线管线详查测绘技术报告；（6）北京地铁7号线工程施工设计阶段技术要求；（7）使用于本工程的规范、标准及文件：1）轨道交通车站工程施工质量验收标准（QGD-006-2005）；2）地下铁道工程施工及验收规范（GB502991999）（2003年版）；3）城市轨道交通技术规范（GB504902009）；4）建筑结构荷载规范（GB500092001）（2006年版）；5）轨道交通隧道工程施工质量验收标准（QGD-007-2005）；6）地下防水工程质量验收规范（GB50208-2002）；7）地下工程防水技术规范（GB50108-2001）；8）钢筋焊接及验收规程（JGJ18-1996）；9）钢筋焊接接头试验方法（JGJ/T27-2001）；10）混凝土结构工程施工验收规范（GB50204-2002）(2011年版)；11）混凝土结构试验方法标准（GB50152-92）；12）锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086-2001）；13）钢筋机械连接通用技术规程（JGJ107-96）；14）地铁工程监控量测技术规程（DB11/490-2007）；15）地铁暗挖隧道注浆施工技术规程（DBJ01-96-2004）；16）施工现场临时用电安全技术规程（JGJ46-2005）；17）建筑工程冬期施工规程（JGJ104-97）；18）北京市消防条例（2011年修订版）；19)绿色施工管理规程（DB11/513-2008）；20）关于印发北京市建设工程安全生产管理标准化手册的通知（京建发【2010】443号）；21）危险性较大的分部分项工程安全管理办法（建质【2009】87号）；22）关于加强北京市建设工程质量施工现场管理工作的通知（京建发【2010】111号）；（8）我单位现有的技术水平、施工管理水平和机械设备配备能力；（9）我单位多年从事铁路、地铁工程、城市轨道交通工程及市政工程的施工经验。1.4 主要设计原则以满足业主期望为目标，在深刻理解招标文件、设计图纸及认真踏勘现场的基础上，按照“技术领先、资源可靠、施工科学、组织合理、措施得力”的指导思想，遵循下列原则编制本标段实施性施工组织设计。1.4.1 质量保证原则建立完整的工程质量管理体系和控制程序，明确工程质量目标，结合本工程特点与实际情况制定切实可行、有效的工程质量保证措施，施工过程严格进行质量管理与控制，确保工程达到优良的质量标准。施工过程实施ISO9001标准，进行质量管理。1.4.2 工期保障原则根据业主对本标段工程工期要求，科学组织施工，合理配置资源，使各项分部工程施工衔接有序，使本项目的资源利用充分，以确保总体施工计划的实现，从而确保总工期。1.4.3 技术可靠性原则根据本标段工程特点，吸收国内外地铁工程设计、施工和管理的成熟技术，结合我单位以往施工经验，选择可靠性高、可操作性强的施工技术方案进行施工，确保工程安全、优质、快速地建成。1.4.4 经济合理性原则针对工程的实际情况，本着可靠、经济、合理的原则比选施工方案，并合理配备资源，施工过程实施动态管理，从而使工程施工达到既经济又优质的目标。1.4.5 环保原则充分调查了解工程周边环境情况，施工紧密结合环境保护进行。施工中实施文明施工，减少空气、噪音污染，杜绝排放污水、丢弃垃圾等对环境的污染，维护交通运输。施工过程实施ISO14001标准，进行环境管理。1.4.6 人文施工的原则建立、健全消防、安全、保卫、健康体系，以人为本，维护和保障施工人员的安全与健康。施工过程实施GB/T28001标准，保证职工的安全与健康。2 工程地质与水文地质概况2.1 工程地质区间范围内地形南北低，中间高，自然地面标高在49.053.0m之间。该段表层以厚度不均的人工堆积的杂填土、素填土为主，其下为新近沉积的粉土、砂层和圆砾，再下为厚层的圆砾、卵石层，第三系基岩埋深33.0m左右。1、根据地质资料，本场地地层层序自上而下依次为：人工填土层:杂填土1层：杂色，稍湿湿，稍密，含砖块、石块，局部为生活垃圾；粉土填土1层：黄褐色-褐色，稍湿-湿，稍密、含少量砖渣等，局部为粉质粘土填土。新近沉积层:粉土层：褐黄色黄褐色，湿很湿，中密，含云母、氧化铁。粉质粘土1层：褐黄色黄灰色，软塑局部硬塑，含云母、氧化铁，螺壳、有机质、砂粒、夹粉土透镜体。粉细砂3层：黄褐色，湿，中密，含云母、氧化铁局部夹粉土薄层。第四纪全新世沉积层:粉土层：褐黄色，稍湿湿，中密密实，含云母、氧化铁、姜石、局部夹粉质粘土、粉砂透镜体；粉质粘土1层：褐黄色，软塑为主局部硬塑，含云母、氧化铁、姜石、螺壳碎片、局部夹粉土透镜体等；粉细砂3层：褐黄色，中密密实，湿，含云母、氧化铁，该层呈透镜体分布。粉质粘土层：褐黄色灰色，软塑局部硬塑，含姜石、夹粉土透镜体等；粉土2层：褐黄色，湿，密实，含云母、氧化铁；粉细砂3层：褐黄色，密实，湿，含云母、氧化铁，该层呈薄层分布。第四纪晚更新世沉积层卵石层：杂色，密实，湿饱和，一般粒径10-30mm，最大粒径不小于300mm，粒径大于20mm的含量大于55%，中粗砂充填，局部夹砂类土透镜体；中粗砂1层：褐黄色，密实，湿，含砾石，局部夹粉土透镜体；粉细砂2层：褐黄色，密实，湿，含云母、氧化铁，该层呈透镜体分布。粉质粘土层：褐黄色，硬塑局部软塑，含云母、氧化铁、姜石，局部夹粉土薄层或透镜体；粉土2层：褐黄色，很湿，密实，含云母、氧化铁，该层呈透镜体分布。卵石层：杂色，湿饱和，密实，最大粒径不小于350mm，一般粒径1525mm，亚圆形，粒径大于20mm颗粒约占总质量的55%，中粗砂填充。粉细砂2层：褐黄色，密实，饱和，呈透镜体分布。粉质粘土层：褐黄色，硬塑局部软塑，含云母、氧化铁。粉土2层：褐黄色，很湿，密实，含云母、氧化铁。细中砂3层：黄褐色，密实，饱和，含个别砾石。该层呈薄层分布。卵石层：杂色，饱和，密实，最大粒径不小于350mm，一般粒径2030mm，亚圆形，粒径大于20mm颗粒约占总质量的65%，中粗砂填充；中粗砂1层：褐黄色，密实，饱和，含砾石，局部夹粉土透镜体。粉细砂2层：褐黄色，密实，饱和，呈透镜体分布。粉质粘土层：褐黄色灰色，硬塑，含云母、氧化铁，有机质，呈透镜体分布。卵石层：杂色，饱和，密实，最大粒径不小于400mm，一般粒径3060mm，亚圆形，粒径大于20mm颗粒约占总质量的5075%；中粗砂1层：褐黄色，饱和，密实，含云母、氧化铁、少量砾石，呈透镜体分布；粉细砂2层：褐黄色，饱和，密实，含云母、氧化铁，呈透镜体分布。2、工程穿越的地层统计及情况分析车站场地范围内的土层主要有人工填土层、粉土层、粉细砂层、中粗砂层及粘土层，结构底板主要坐落于粉质粘土层。区间土层主要穿过粉细砂、粉土、中粗砂、圆砾卵石、粉质粘土及细中砂，土体自稳能力较差，很难形成自然拱。其中普遍存在的粉细砂及中粗砂层，厚度较大，且为饱和状态，在地下水的作用下，会产生涌水、潜蚀、流砂等现象，极易导致隧道侧壁失稳。3、地震烈度地铁结构按抗震设防烈度8度进行抗震设计。2.2 水文地质2.2.1 地下水类型场地范围内的地下水为三层地下水，为潜水（二）、承压水（三）及承压水（四）。2.2.2 地下水的腐蚀性评价本工程沿线地下水对混凝土结构无腐蚀性，在干湿交替环境下对钢筋混凝土中的钢筋具弱腐蚀性，在长期浸水条件下对钢筋混凝土中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。2.3 气候气象北京地区属于温暖带大陆性半湿润半干旱季风气候，受季风影响形成春季干旱多风、夏季炎热多雨、秋季秋高气爽、冬季寒冷干燥的四季分明的气候特点。近10年平均气温为12.513.7。全市多年平均降水量为626mm，降水量的年变化大，年内分配也不均，汛期（68月）降水量约占全年降水量的80%以上。2.4 岩土力学参数本工程地层岩土力学参数建议值参照下表2 -1和表2-2。表2-1 土层主要设计参数初步建议值成因年代地层代号岩性名称天然密度（g/cm3）压缩模量Es（P0+100）（kPa）天然快剪地基土的基本承载力0（kPa）粘聚力c（kPa）摩擦角（）人工堆积层素填土1.601.70810812601001杂填土1.651.700810/新近沉积层粉土1.851.9558152014181301601粉质粘土1.751.9047101514161201503粉细砂1.902.021520015251401804中粗砂1.952.032030018251602005圆砾2.052.10304003035300400第四纪全新世沉积层粉土1.952.10812202520251802201粉质粘土1.852.00610253015201602003粉细砂2.002.032030020301802605圆砾2.052.10404503035350500粉质粘土1.852.00810253015201802002粉土1.902.001015202520251802403粉细砂2.002.03303502030180260第四纪晚更新世沉积层卵石2.052.105060030354006001中粗砂2.022.053040030352503402粉细砂2.002.032035020302003004粉质粘土1.902.02101525301825200240粉质粘土1.902.021015253518252002602粉土1.952.021520202520252002803细中砂2.002.03305002030250340卵石2.102.208090040456008001中粗砂2.022.054055030352503402粉细砂2.002.03305002030200320粉质粘土1.852.001525253018252503002粉土1.952.001520202522302002803细中砂2.002.03405003035250350卵石2.102.2090110040457009001中粗砂2.022.054560035403004002粉细砂2.002.03304003035200320粉质粘土1.852.001525253020252503002粉土1.952.00152520252025200280卵石2.102.201001200455080010001中粗砂2.022.055060035403004002粉细砂2.002.03405003035200320表2-2 土层特殊指标主要设计参数初步建议值 成因年代地层代号岩性名称垂直基床系数水平基床系数静止侧压力系数渗透系数Kv (MPa/m)Kx (MPa/m)K0K (m/d)人工堆积层素填土1杂填土新近沉积层粉土202520300.400.450.51.01粉质粘土152018250.450.503粉细砂202520250.400.455104中粗砂253025350.400.4530505圆砾304030450.400.43180230第四纪全新世沉积层粉土304035450.400.430.51.01粉质粘土303530400.400.453粉细砂253030400.400.435105圆砾405045550.350.40200280粉质粘土354035500.400.432粉土354040500.380.450.51.03粉细砂303530450.400.42510第四纪晚更新世沉积层卵石607065800.300.352603001中粗砂354035500.350.4040602粉细砂303530400.380.405104粉质粘土404540500.350.40粉质粘土404540500.350.402粉土404545500.350.400.51.03细中砂354035500.350.381020卵石809085950.250.303003501中粗砂404540500.300.3550702粉细砂354035450.350.385102粉土455045650.320.380.51.03细中砂404540500.300.351020第四纪晚更新世沉积层卵石90100951100.220.283504001中粗砂404540500.280.3260802粉细砂304035450.300.355102粉土506050650.200.350.51.0卵石1001101101200.200.254005001中粗砂455040600.250.3060802粉细砂404535450.270.30510第三系砾岩1201401301500.200.251泥岩607050600.250.303 施工方法的论证及方案的选择为满足运营期间列车及隧道内部设备的要求，本设计按地铁设计规范进行设计。3.1 施工方案选择施工方法的选择主要根据地质条件，道路交通现状，周边环境来决定，要进行技术经济比较，既要重视工程本身的实施，还要注意对社会综合效益的影响。在尽量减少对施工现场周边环境和城市道路交通影响的前提下，选择技术成熟、质量可靠、进度快、造价低的施工方法。常见的施工方法有明挖法，矿山法和盾构法。具体比较详见表3-1.表3-1 工法比较表项次矿山法明挖法盾构法施工技术技术、工艺简单，无需大型机械技术、工艺简单需要有盾构机及其配套设备，技术工艺复杂施工难度施工灵活，尤其适用于变化断面施工灵活，尤其适用于变化断面固定断面尺寸，断面变化（岔线）时不适用安全性能人工开挖支护，支护封闭前，安全性较差基坑临时支护，安全性较好在盾构机钢外壳保护下进行掘进、出渣、管片的拼装、地层加固等，安全性能好作业环境差好好施工条件作业环节多，施工速度较慢施工条件好，施工速度快机械化程度高，施工速度快工程质量喷射混凝土、二次衬砌质量不易控制，防水质量不易保证基坑开挖后模筑，工程质量有保证，防水效果好预制管片加工精度高，质量可靠；采用弹性密封垫和嵌缝槽双止水措施，防水质量好施工降水地下水位高的地段需进行降水需进行降水无需降水地层适应性一般需超前支护，遇特殊地段需采取地层加固措施对地层有很好的适应性除盾构始发和到达外，不需要进行地层改良和预支护对地面影响地表沉降不易控制，尤其在遇到不良地层时，易塌方有效控制地面变形能够有效控制地表沉降，受地层影响小工程造价单洞隧道（双线分离）68万元/延米；双线隧道（1012万元/延米）。以上均不含降水费用视基坑深度而定，比暗挖及盾构土建费用少6.28万元/延米（双线分离）3.2 区间施工措施3.2.1 盾构机选型建议由北京地区近年来地铁建设的经验，对于北京地区的地质条件，以及地铁隧道工程所穿越的区域，采用泥水盾构和土压盾构均能满足隧道施工的需要。选择盾构机时，必须综合考虑下列因素：（1）满足设计要求；（2）安全可靠；（3）造价低；（4）工期短；（5）对环境影响小。盾构机机型正确与否是盾构隧道工程施工成败的关键。盾构选型必须严守以下几项原则：（1）选用与工程地质及水文条件匹配的盾构机型，确保施工绝对安全；（2）可以辅以合理的辅助工法；（3）盾构的性能应能满足工程推进的施工长度和线形的要求；（4）选定的盾构机的掘进能力可与后续设备、始发基地等施工设备匹配；（5）选择对周围环境影响小的机型。以上原则中以能绝对保证掘削面稳定、确保施工安全的机型为最重要。为了选择合适的盾构机型，除应对土质条件、地下水条件进行勘查外，还应对占地环境作充分的勘察。根据提供的地勘资料，本标段盾构区间所处地层稳定性较好，沿线路面交通量大，对市容要求较高，同时考虑到费用问题，采用土压盾构是合理的选择。3.2.2 盾构机进出洞的地层加固盾构进、出洞时，洞口段地层须预先进行加固处理以保证盾构机进出洞的安全。为保证土体加固的有效性，有条件的地段，加固时间宜选择在盾构即将通过前一个月完成。当盾构位于粘性土层时， 宜选用C20 素混凝土桩加固；当盾构位于砂性土层时，宜选用旋喷桩加固、优先选用地面旋喷加固。加固后土体应有良好的均匀性和自立性，掌子面不得有明显的渗水，其无侧限抗压强度0.50.8MPa，渗透系数1.010-8cm/s。3.2.3 地面变形控制在开始掘进的前300m宜作为盾构施工的试验段，对盾构机的掘进控制参数、地层的沉降规律进行分析比较，以确定盾构机在不同地层中的掘进参数，把施工对周边环境的影响控制在允许范围内。（1）盾构前方的隆陷控制地表隆起的主要原因是盾构正面对土体的推应力大于原始侧向地应力，因此在实时监测的情况下可以根据地表隆起状况调整推进速度及出土量，降低正面土仓压力达到降低地表隆起的目的。地表沉降过大则是由于开挖面推力小于原始应力而引起的，应通过调整推进速度及减少出土量，提高正面土仓压力方式来控制沉降。（2）盾构通过时的沉降控制这一沉降是无法避免的，但是如果沉降超限可以采取控制掘进速度和出土量，调整土仓压力，控制同步注浆的压力及注浆量，从而达到有效控制地层的弹塑性变形。（3）固结沉降的控制盾构通过后，由于应力松弛的影响，地层还会发生固结沉降，为此应根据地面实时监测结果进行实时控制，在管片衬砌背后实施跟踪回填与固结注浆，尤其对拱部120范围进行地层固结注浆是非常重要的。（4）其它措施盾构在曲线推进、纠偏、抬头或叩头推进过程中，实际开挖断面不是圆形而是椭圆，从而会引起附加变形，此时应调整掘进速度与正面土压，达到减少对地层的扰动度和减少超挖的效果，从而减少地层的变形。盾构暂停推进时，可能会引起盾构后退，而使开挖面松弛造成地表沉陷，此时应作好防止盾构后退措施，并对开挖面及盾尾采取封闭措施。3.3 主要施工步骤根据盾构隧道的施工流程，主要施工步骤如下：1）拟采用土压平衡盾构施工，主要步骤为：2）端头加固3）盾构出洞4）盾构掘进，管片拼装，背后注浆5）盾构转场6）盾构二次始发掘进，管片拼装，背后注浆7）盾构进洞8）竣工验收，施工结束3.4 地铁界限地铁限界是确定行车轨道与周围有关构筑物的净空大小，是各种设备，管线相互安装位置的依据，也是设计与施工必须遵守的规定，同时地铁限界也是确定断面净空尺寸的依据。地铁限界包括车辆限界，设备限界，建筑限界三种，对于地铁区间起控制作用的是设备限界和建筑限界。3.4.1 车辆限界计算车辆在平直线的轨道上按规定速度运行，计及里规定车辆和轨道的公差值，磨耗量，弹性变形量，以及车辆的振动等正常状态下运行的各种因素产生的车辆各部位横向和竖向动态偏移后的统计轨迹，并以基准坐标系表示的界限。3.4.2 设备限界基准坐标系中在车辆限界外加上未计及未知因素及安全距离(包括一系或二系悬挂故障状态)的界限。设备界限外安装的任何设备有效站台长度内及接触网(轨)设备带电部分除外，包括安装误差值和柔性变形量在内，均不得侵入的界限。查阅地铁设计规范可知，在设备上起到控制点作用的为A,B,C三点，如下图：图3-1 地铁限界控制点图3.4.3 建筑限界位于设备限界外，并考虑了沿线设备安装后的界限，任何沿线永久性固定建筑包括施工误差值，测量误差值及结构变形量在内，均不得向内侵入的界限。3.5 隧道通风、循环水、照明设计隧道通风、循环水、照明：根据盾构施工的特点，在隧道内布置“三管、三线一走道”，三管即150mm的冷却水管、100mm的排污管和1000mm的通风管。三线即10KV高压电缆、380/220V动力照明线和43Kg的运输轨线。其布置形式如图3.5-1洞内通风、给排水、照明布置图。3.5.1 隧道通风（1）隧道内通风环境要求：根据盾构施工特点，在施工中采用压入式通风来解决防尘、降温及人员、设备所需要新鲜空气。隧道内通风环境要求见表3-2。（2）隧道通风设置配备1台237KW轴流风机和直径1000mm拉链式软风管进行压入式通风，风机设在始发井隧道结构内，通风量采用最小断面风速法进行计算。图3-2 洞内通风、给排水、照明布置图表3-2 隧道内通风环境要求序号项目要求1通风模式机械通风；2新鲜空气量每人每分钟供应3m3；3作业环境的卫生标准1、道中氧气含量按体积不小于20%；2、粉尘最高容许浓度，每立方m空气中粉尘（含有10%以上的游离二氧化硅）为2mg；3、有害气体最高容许浓度；一氧化硅最高容许浓度为30mg/m3；二氧化碳按体积不得大于0.5%；隧道内气温不得超过30；噪声不得大于90dB。工作面需要的风量： Q需V需S=0.252860=420m3/min，其中：Vmin最小断面风速取0.25ms，S为开挖断面面积约为28m2。通风机的风量考虑通风管的漏风，风机风量为：Q机=（Q需+Q漏）=（420+4202.5%L/100）1.5=945m3/min，其中：L为掘进长度，取2000m计算，每100m漏风率取2.5，为风机储备系数。风管直径1000mm，洞外采用铁皮风筒，入口段采用加强型软管，洞内采用软风管。风管采用储存筒盛装，一次装一节（100m）运入洞内，安装在后配套尾部，随盾构机的掘进延伸。风管用铁皮卡连接，洞外采用门式支架架设，洞内借助管片连接螺栓吊挂风管，焊接吊环间距5m，其间用6mm盘条连接。3.5.2 隧道给排水（1）对反坡段排水及开挖面渗漏水，在开挖面附近设小积水坑，利用盾构机自身排水设备加装150mm钢管排水管接力直接抽至洞外沉淀池。（2）顺坡段废水自然汇入集水池，再用水泵抽至地面沉淀池。（3）为防止富水区突然涌水，以及反坡段的施工作业水、渗漏水危及设备，在盾构机下部一侧增设二台备用排水泵，当积水量超过盾构机自身排水能力时，启动该泵排水，出水管与原排水管连通。（4）为满足供水要求，在供水管中间增设管道增压泵。为满足隧道清理用水等，可每隔60m在水管上安装水阀，并连接水管以备清洗管片和冲刷运输掉渣等。3.5.3 隧道照明为满足长距离供电照明的需要，在隧道每500m设一低压变压器。10KV高压电缆采用侧壁悬挂式，悬挂方式和位置严格按照国家相关规范进行。（1）照明线路在隧道井口正一环处，设置一台双电源自动切换箱。从地面变电所接入分别来自二路不同受电系统，保证隧道照明不间断（电力电缆采用VV223252+2162接入）。（2）配线方式，采用BV3162+2102五线制（即L1-L1，N，PE）。（3）电箱配置，每百米配置一台分段配电箱，供照明安装和动力用电使用。（4）灯具安装，每6环设置电支架1只和安装防水型40W荧光灯一只，配置10MA插入式熔断器保护。（5）单条区间隧道贯通后，在该区间1/2距离处断开线路，从另一端头井接入电源，以提高线路容量。4 区间隧道衬砌设计4.1 隧道衬砌形式比选圆形隧道衬砌形式一般分两种：单层衬砌和复合衬砌（日本常用）。国内已建及在建地铁盾构隧道均采用单层衬砌形式，其结构形式能够满足隧道使用目的及隧道施工要求。因此，本设计采用单层衬砌形式，管片采用钢筋混凝土平板形管片。为有效地拟合区间曲线，衬砌环采用三种形式，即：标准衬砌环、左转弯衬砌环、右转弯衬砌环。从现行地铁设计规范及目前施工的盾构机选型来看，管片内径的选择在规范条文解释说明中北京地区通常采用5.4m，管片外径按照目前的北京的盾构机选型定为6m。4.2 管片拼装方式、厚度、分块及环宽4.2.1 管片厚度管片厚度主要取决于隧道的直径、埋深、地质条件、结构的设计使用寿命等控制参数，一般通过经验比较并结合结构分析方法来确定。国内外相关资料表明：在6m直径左右的盾构隧道管片厚度一般有三个取值：250mm，300mm，350mm。详细比较见表4-1。表4-1 盾构隧道管片厚度比较列表工程名称上海地铁一号线广州地铁一号线南京地铁一期工程北京地铁十五号线机场线深圳地铁地质条件以淤泥质粘土为主的软土层含水砂层、残积土层、全风化层为主以粉质粘土为主的软土层第四系粉质粘土层、粉细砂层、卵石层等粘土层，砂层全、中、风化层等外径62006000620060006000埋深7.7 15.8m10.5m15.2m 1216m 16.5m管片分块66666管片厚度350厚，单层衬砌300厚，单层衬砌350厚单层衬砌300厚，单层衬砌300厚，单层衬砌纵向螺栓个数17根，M2710根，M2417根，M2716根，M2710根，M24根据经验比较：在国内盾构区间隧道管片厚度为300mm或350mm。在软土地层中，一般为350mm厚；在基底承载力较好的地层中，一般为300mm厚。在国外，一般为250mm或300mm厚。在日本，一般采用双层衬砌，初期支护管片厚度常取300mm厚。因此从工程实践比较来看，对于北京地铁四号线（隧道埋深为19m左右），300mm厚的管片能够满足管片结构受力要求。另外从结构计算分析角度来看，300mm厚的C50钢筋混凝土管片能够满足结构的强度、抗裂要求，并保证混凝土的配筋率在合适的经济配筋率范围内。4.2.2 管片环宽考虑到全线区间最小平曲线半径设计标准为R=300m，不宜采用较大环宽（1.5m）的衬砌环，并考虑国内的成熟经验，广州地铁一号线、南京地铁一期工程、北京地铁十五号线、北京地铁机场线、大兴线均采用环宽1.2m，因此，衬砌环宽推荐采用1.2m。4.2.3 管片分块及拼装方式分块方案与纵向螺栓个数及拼装方式有关，国内外中等直径的隧道管片分块一般为68块。（1）接头连接接头连接采用柔性连接螺栓连接。（2）管片拼装方式与纵向螺栓个数管片拼装方式有两种：通缝拼装和错缝拼装。相较于通缝拼装，错缝拼装有助于提高衬砌环的整体刚度和改善接缝防水性能，可使接缝分布均匀，提高了管片衬砌的纵向刚度，减少接缝及整个衬砌环的变形，国内、外，管片的拼装方式以错缝居多。从国内经验看，螺栓个数相对较多，达1617个（通缝拼装）；但上海地铁试验段也采用过12个螺栓的实例（但管片较厚：450mm）。为控制不均匀沉降，纵向螺栓个数从控制变形角度来看，多一些是有利的。在日本，中等直径隧道的纵向螺栓间距一般为600900 mm（相当于21个螺栓）。美国为台北地铁设计的管片纵向螺栓个数为15个。现在国内经验上有加强管片纵向连接的趋势。综合以上所述，我们认为管片拼装方式与纵向螺栓个数应结合在一起进行考虑。管片设计采用六块方案，错缝拼装，采用16个M24纵向螺栓。（3）管片的环向连接管片的每个环向接缝采用两个M24螺栓连接。4.3 管片端面构造管片接头已考虑螺栓接头结构，为降低施工难度，管片端面构造不设置传力榫槽，仅考虑防水构造槽。4.4 楔形环楔形量的确定楔形管片由管的外径和相应的施工曲线半径而定。为拟合区间线路曲线及施工纠偏设置转弯环，平曲线半径以300m计，转弯环与标准环设置比例按1：1考虑，经计算楔形量为48mm。4.5 衬砌制造、拼装精度要求为保证装配式结构良好的受力性能，提供符合计算假定的结构工作条件，避免衬砌开裂，保证结构的耐久性，应采用高精度钢模制作的钢筋混凝土管片，钢筋混凝土管片制作和拼装应达到如下精度：（1）单块管片制作允许误差：宽度为0.5mm，弧、弦长为1.0mm，环向螺栓孔及孔位为1.0mm，厚度为1.0mm；（2）整环拼装的允许误差：相邻环的环面间隙为1.01.5mm，纵向相邻块间空隙为1.5mm2.5mm，纵向螺栓孔中心形成的圆周直径为23mm，衬砌环外直径为3.5mm。5 隧道衬砌结构计算5.1 荷载与组合5.1.1 荷载分类盾构区间隧道衬砌计算时应考虑的荷载见表5-1。表5-1 荷载分类表荷载类型荷载名称荷载计算及取值永久荷载结构自重按实际考虑地层压力竖向压力按计算截面以上全部土柱重量计算水平压力主、被土压力按朗金土压力公式计算，水土压力采用水土分算水压力及浮力按最不利地下水位计算静水压力及全部浮力混凝土收缩及徐变影响力混凝土收缩的影响按降低温度的方法计算，对于整体浇注的钢筋混凝土结构相当于降低温度15,对于分段浇注的钢筋混凝土结构相当于降低10。混凝土徐变的影响按提高温度的方法计算侧向地层抗力及地基反力侧向地层抗力及地基反力按结构型式及其在荷载作用下的变形、结构与地层刚度、施工方法等情况及土层性质，根据所采