第三节__地铁区间隧道的结构设计.ppt

第三节地铁区间隧道的结构设计 一 地铁区间隧道选型的原则和特点二 地铁区间隧道的结构形式三 地铁区间隧道的截面设计与构造四 地铁区间隧道结构的荷载内力计算方法五 地铁区间隧道结构设计 一 地铁区间隧道结构选型的原则和特点 原则 区间隧道即连接两个车站之间的隧道 区间隧道的走向和埋深 受到工程地质和水文地质条件 地面和地下环境影响 施工方法等因素制约 直接关系到造价的高低和施工的难易 地铁区间隧道结构包括 行车隧道 渡线 折返线 地下存车线 联络线以及其它附属建筑物 地铁区间隧道衬砌结构与构造主要取决于隧道的用途 沿线地形 地物 水文地质 工程地质 施工方法 环境要求 维修管理 工期要求以及投资高低等因素 矿山法隧道的特点 大多埋置于第四系的疏散或含水地层中 在施工过程中通常需要采取一定的辅助措施 地下水是威胁隧道安全的主要因素 除稳定岩石地层中的区间隧道外 大多属于浅埋隧道 环境保护要求高 必须严格控制隧道开挖引起的地面沉降和爆破振动对地面建筑及居民生活的影响 考虑地铁结构的耐久性要求 锚喷支护不宜作为永久衬砌结构 监测控制是施工中不可缺少的环节 新奥法施工的地铁区间隧道的选择 第四系的疏散地层中修建的地铁区间隧道 当不具备明挖条件或采用明挖法很不经济时 应进行新奥法和盾构法的比选 在无水的第四纪地层中 盾构法和新奥法各有所长 前者虽然造价一般较高 但施工安全 进度快 后者不需要大型施工机械 对隧道断面 地质条件 线形 施工长度等适应性强 二 地铁区间隧道的结构形式 明挖法修建的地铁区间隧道结构形式1 整体式衬砌结构分单跨 双跨等形式 整体性好 防水性能高 施工工序多 速度慢 2 装配式衬砌结构接头构造 整体性差 慎用 3 区间喇叭口隧道岛式车站两侧行车道与正线区间隧道间设过渡段 4 渡线隧道 折返线隧道单渡线 交叉渡线5 联络通道及其他附属结构联络通道 安全 消防 维护等 排水站 矿山法修建的地铁区间隧道结构形式1 衬砌结构要求 须能与围岩大面积牢固接触 保证衬砌与围岩作为一个整体进行工作 允许围岩能产生有限制的变形 能在围岩中形成卸载拱 隧道衬砌以封闭式为佳 尽可能接近圆形 一般都设置仰拱 以增强结构抵抗变形的能力和整体稳定性 隧道衬砌应能分期施工 又能随时加强 可根据施工量测信息 调整衬砌强度 刚度和施做时机 以及仰拱闭和和后期支护的施工时间 以主动 控制 围岩变形 2 隧道衬砌结构类型与选择a 拱形结构 基本断面形式为单拱双拱和多跨连拱 见图4 9 b 前者多用于区间隧道或联络通道后者用于停车线折返线或喇叭口岔线上 c 结合具体条件选择单层衬砌或双层衬砌 图4 9矿山法修建的衬砌结构形式 衬砌的基本结构类型 复合式衬砌a 由初期支护 防水层隔离和二次衬砌组成 图4 10 外层为初期支护 喷锚支护 b 内层为二次支护 模筑混凝土 c 一般用于土质隧道或车站折返线等大跨度隧道 图4 10复合式衬砌构造 常用的锚杆型式有 全长粘结式 端头锚固型和摩擦型等 喷射混凝土则有素混凝土和钢纤维混凝土 钢支撑常用型钢或旧钢轨 一般埋入喷射混凝土内 二次衬砌主要是安全储备以及承受静水压力等 初期支护与二次衬砌间设防水隔离层 其它方案 在干燥无水的坚硬围岩中 区间隧道衬砌亦可采用单层的喷锚支护 当岩层的整体性好 基本无地下水 防水要求不高 可采用单层整体现浇混凝土衬砌或装配式衬砌 不做初期支护和防水隔离层 为适应不同的围岩条件 整体式衬砌可做成等截面直墙式和等截面或变截面曲墙式 前者适用于坚硬围岩 级以上 后者适用于软弱围岩 一般要求在衬砌做好后向衬砌背后注浆 充填空隙 改善衬砌受力状态 减少围岩变形 同时衬砌混凝土本身需要有较高的自防水性能 盾构法修建的地铁区间隧道结构形式1 衬砌结构要求能在较短时间内砌筑完毕 且能立刻承受围岩压力和盾构千斤顶推力 2 盾构隧道的类型与选择a 预制装配式衬砌 图4 11 b 预制装配式衬砌与模注钢筋混凝土相结合的双层衬砌 图4 12 c 挤压混凝土 ECL工法 整体式衬砌 图4 11单层装配式衬砌圆环的构造图 图4 12双层衬砌圆环构造图 装配式衬砌 预制装配式衬砌是用工厂预制的构件 称为管片 在盾构尾部拼装而成 管片种类按材料可分为钢筋混凝土 钢 铸铁以及由几种材料组合而成的复合管片 钢和铸铁管片价格较贵 一般都采用钢筋混凝土管片 按管片螺栓手孔成型大小 可将管片分为箱形和平板形两类 a 箱形管片 图4 13 是指因手孔较大而呈肋板形结构 方便拼装 便于运输和拼装 易开裂 只有金属管片才采用箱形结构 图4 13箱形管片 b 平板形管片 图4 14 是指因螺栓手孔较小或无手孔而呈曲板形结构的管片 对盾构千斤顶推力具有较大的抗力 钢筋混凝土管片多采用平板形结构 图4 14平板形管片 箱形管片的纵向接缝 径向接缝 和横向接缝 环向接缝 一般都是平面状的 平板形管片的接缝除可采用平面状外 为提高装配式衬砌纵向刚度和拼装精度 也有采用样槽式接缝的 衬砌环内管片间以及各衬砌环间的连接方式 可分为柔性连接和刚性连接 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 常用的有以下几种形式 a 单排螺栓连接按螺栓形状又可分为弯螺栓连接 直螺栓连接和斜螺栓连接三种 b 销钉连接销钉连接可用于纵向接缝 亦可用于横向接缝 c 无连接件在稳定的不透水地层中 圆形衬砌的径向接缝也可不用任何连接件连接 双层衬砌 为防止隧道渗水和衬砌腐蚀 修正隧道施工误差 减少噪声和振动以及作为内部装饰 可以在装配式衬砌内部再做一层整体式混凝土或钢筋混凝土内村 根据需要还可在装配式衬砌与内层间敷设防水隔离层 国内外在合地下水丰富和含有腐蚀性地下水的软土地层内的隧道 大都选用双层衬砌 即在隧道衬砌的内侧再附加厚250 300mm的现浇钢筋混凝土内衬 挤压混凝土整体式衬砌 挤压混凝土衬砌 ExtrudeConcreteLining 简称ECL 是随着盾构向前掘进 用一套衬砌施工设备在盾尾同步灌注的混凝土或钢筋混凝土整体式衬砌 因其灌注后即承受盾构千斤顶推力的挤压作用 故有此名称 挤压混凝土衬砌可以是素混凝土的或钢筋混凝土的 但应用最多的是钢纤维混凝土的 新浇注的混凝土在活动的端模板和可伸缩的弧形模板作用下 同时承受盾构千斤顶和四周围岩的作用 处于三向受力状态 盾构法施工时特殊地段的衬砌 曲线段的衬砌楔形衬砌环 保证隧道的前进方向 区间联络通道和中间泵站衬砌 联络通道可设在线路最低点 并和排水泵合并建造 隧道内侧需留出宽约250 400cm的洞门 一般情况下都是矿山法施工 渡线和折返线衬砌结构明挖法施工 衬砌同明挖法施工的衬砌 特殊地段隧道衬砌