隧道工程专业毕业设计(地铁).ppt

1 欢迎各位老师和同学参加我的毕业设计答辩 答辩题目 某市地铁C X区间隧道施工组织设计答辩人 XXXXXX班级 土木工程学号 XXXXX日期 200X 6 10 摘要 本设计以某市地铁C X区间的岩土工程勘察报告为基础 按照相关规范对区间隧道进行结构设计和施工组织设计 考虑到本设计的实际情况区间隧道采用浅埋暗挖法进行设计和施工 设计时采用整体圆形衬砌计算法来计算衬砌结构 施工采用降水先行再进行隧道开挖的施工方法 此外 本设计还对地铁区间隧道穿越地裂缝和立交桥做了特别研究和说明 工程概况 区间隧道设计情况简述 区间隧道断面设计 围岩压力及衬砌计算 区间隧道衬砌结构的防水设计 区间隧道的通风 给排水等辅助设施设计 监测方案的设计 主要的工程地质问题及处理措施 上篇结构设计 一 工程概况 C X区间位于某市南二环长安路立交桥南北 区间隧道起讫YDK16 461 296 YDK17 355 444 全长894 148m 为左右线并行的单洞隧道 左右线间距18m 隧道标准断面宽度为6 28m 特殊地质段断面宽度为7 8m 该区间线路地板标高介于389 18 395 00m之间 隧道地板最大埋深约25m 该区间隧道依次穿越南二环长安路立交桥 f6 f6 地裂缝 f7地裂缝 盖板暗河 好又多人行天桥等不良地质段和建 构 筑物 须严格控制地面沉降 设计施工难度大 二 区间隧道设计情况简述 设计思路及计算模型主要设计依据主要设计原则工程地质 2 1设计思路及计算模型 区间隧道的设计思路大致为 依据 岩土工程勘察报告 和 地铁设计规范 进行纵断面设计 再依据 地铁设计规范 进行限界确定 选择断面形式 本区间采用的是马蹄形断面 再进行围岩压力和衬砌计算 最后进行防排水 通风等辅助设计 对于地裂缝段采用的是加大断面尺寸增加变形缝来处理的 对于衬砌计算我的设计步骤是 1 按工程类比法和相关规范初步拟定衬砌断面的几何尺寸 2 确定作用在衬砌结构上的荷载 3 进行力学计算 求出衬砌截面的弯矩M和轴向力N等内力 确定危险截面 4 验算危险截面 计算模型为 由于该地铁区间处于饱和黄土层中 地层相对衬砌结构的刚度较小 不足以约束衬砌结构的变形 可以不考虑围岩对结构的弹性反力 即采用主动荷载模型 2 2主要设计依据 地铁设计规范 GB50157 2003 铁路隧道设计规范 TB10003 2005 地下工程防水技术规范 GB50108 2001 XASHI地裂缝场地勘查与工程设计规程 DBJ61 6 2006 岩土工程勘察报告 C X区间 2007 2 3主要设计原则 地下结构中区间主要构件的设计使用年限为100年 按设计年限为100年进行结构设计和耐久性设计 地下铁道结构设计按 某市城市快速轨道交通二号线工程场地地震安全性评估工作报告 选择相应的设计基本地震参数进行抗震验算 并按地震设防烈度8度采取必要的构造措施 主体结构的抗震设防类别为乙类 矿山法施工的结构的断面形状和衬砌形式 应根据围岩条件 使用要求 施工方法及断面尺寸等 从受力 围岩稳定和环境保护等方面综合考虑 合理确定 围岩分级可根据现行 铁路隧道设计规范 确定 区间隧道一般采用马蹄形断面 复合式衬砌 特殊情况下可采用直墙拱形结构 复合式衬砌的外衬为初期支护 可由注浆加固的地层 网喷支护与钢拱架等支护型式组成 内衬采用钢筋混凝土模筑衬砌 内外层衬砌之间铺设防水层 矿山法结构设计 应根据围岩和环境条件 结构埋深和断面尺寸等 通过选择适宜的开挖方法 辅助措施 支护形式及与之相关的支护参数 达到保持围岩和支护的稳定 合理利用围岩自承能力的目的 计算中应依据围岩状况考虑衬砌与地层共同作用 施工期间初期支护承受除偶然荷载外的全部外荷载 使用期间二衬承受全部水土压力等外荷载 施工中应通过对围岩和支护的动态监测 优化设计和施工参数 区间隧道采用矿山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lOmm以内 当穿越重要建筑物或地下管线时 上述数值应按允许的条件确定 采用浅埋暗挖法处理地裂缝 结构净空必须预留足够的后期变形空间 采用的结构形式应该能够适应地裂缝的变形而不致引起结构破坏 结构设计应考虑地裂缝变形超限后的处理措施 地下铁道结构中露天或迎土面混凝土构件的环境类别为二b类 内部混凝土构件的环境类别为一类 钢筋混凝土结构的最大计算裂缝宽度允许值应根据结构类型 使用要求 所处环境和防水措施等因素确定 迎水面0 2mm 背水面0 3mm 某市地铁二号线区间隧道的二衬与限界之间的预留量为100mm 初期支护的预留变形量为 单线隧道50mm 双线隧道80mm 大跨隧道120mm 地裂缝处理段的加高 加宽按地裂缝活动变形量预留必要的空间并应同时考虑施工误差 测量误差和结构变形 区间结构防水应满足国家颁布的有关地下工程防水技术规范的规定 防水设计应遵循 以防为主 刚柔结合 多道防线 因地制宜 综合治理 的原则 防水等级为二级 2 4工程地质 水文地质本段区间地下水位埋深为6 7 10 90米 地下水位高程为401 35 405 28m米 地下水位处于区间顶板以上 地下水主要赋存于中 上更新统黄土 古土壤层中 含水层厚度20 70米 主要为第四系孔隙潜水 工程地质本段区间场地位于黄土梁洼区 地层自上而下依次为素填土 新黄土 老黄土 古土壤 粉质粘土 穿越地层自上而下依次为3 1 3新黄土 3 2 2古土壤 4 1 2老黄土 三 区间隧道断面设计 线路平面设计线路纵断面设计主要设计原则限界确定与断面形式的选择 3 1线路平面设计 本设计为地铁区间隧道 因在两车站之间 线路长度较小 可不设曲线 采用直线 为减少对城市交通的干扰和对机动车路面的破坏 减少对沿线周边建筑路面的破坏 将地铁线路布设于长安路下 3 2设线路纵断面设计 本区间隧道的线路纵坡依据 地铁设计规范 和 岩土工程勘察报告 设计如下 区间线路从草场坡站引出后以2 上坡前行 而后转变成20 的下坡通过地裂缝F6 F6 段 转而采用18 和3 的上坡 其中以3 的单面坡通过F7地裂缝 最后以2 的下坡进入小寨站 3 3限界确定与断面形式的选择 限界是确定行车轨道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共同遵守的规定 同时限界也是确定断面净空的依据 限界通常包括车辆限界 设备限界和建筑限界三种 对于地铁区间隧道其控制作用的是设备限界和建筑限界 在实际设计中只要确定了车辆型号即可查阅 地铁设计规范 附录B C得到各种限界 某市地铁采用的列车型号为B行列车 基本参数如下 单位 mm 计算车辆长度19000 车辆高度3800 车辆最大宽度2800 车辆定距12600 转向架固定轴距2300 地板面距行走轨面高度1100 轨道最大超高120 查阅规范可知某市地铁的限界 由此可知区间隧道的最小宽度为4700mm 高度为5130mm 在限界确定之后就要进行断面形式的选择了 实际设计中只要确定了 本区间隧道采用浅埋暗挖法施工 根据规范一般采用马蹄形断面 其几何形状一般为五心圆 具体断面尺寸依据限界和二衬与限界之间的预留量来拟定 结合本区间的实际情况 隧道标准断面与二衬之间的预留量为100mm 区间标准断面的最大宽度为5100mm 高度为5330mm 对于地裂缝设防段 f6 f6 地裂缝的设防段为YDK16 627 6 702 6m共75m 其中部分作为长安立交设防段 f7地裂缝设防段为YDK17 217 7 332 7共115m 加大二衬与限界之间的预留量 参考地裂缝百年的变形预留量取500mm 其断面最大宽度为6300mm 高度为5980mm 四 围岩压力及衬砌计算 围岩压力与初期支护参数设计二次衬砌的计算 4 1围岩压力与初期支护参数设计 根据工程类比法同时参阅 铁路隧道设计规范 对初期支护参数假设如下 初支喷射砼的强度等级为C25 在拱墙部设置直径25的锚杆 锚杆长为L 3 5m 采用水泥砂浆锚杆 水灰比0 5 间距 环x纵 1x0 75m 在拱脚设置锁脚锚管 以防止格栅钢架下沉 采用直径42的钢焊管 长度3m 在围岩压力计算时需先判断深浅埋 根据判断本区间隧道为浅埋 围岩压力按铁路隧道设计规范推荐的浅埋隧道的围岩压力的计算方法来确定围岩压力 在计算时不考虑水的影响 最后验算初支假设的参数 根据计算初支假设参数合格 4 2二次衬砌的计算 二次衬砌的目的在于提供安全储备 承受静水压力 以及围岩蠕变或因围岩性质恶化和初期支护腐蚀后引起的后续荷载 故在二次衬砌计算时可假定初支不存在 这样是偏于安全的 采用 整体式圆形衬砌计算法 来计算衬砌结构 这种计算方法有如下假定 地层不提供侧向的弹性法力 基地竖向反力按均布考虑 并根据精力平衡来计算其量值 结构为弹性均质体 为了方便计算 在衬砌计算时采用等待圆法将马蹄形断面等待成圆形断面 A断面R 3350mm G断面R 4200mm 由于 地铁设计规范 没有规定采用暗挖法施工的地铁区间隧道的设计方法 本设计参考 铁路隧道设计规范 采用破损阶段和容许应力法来验算二衬 依据工程类比 参考规范将二次衬砌参数假定为 A断面C30砼 厚350mm G断面C30砼 厚450mm 经计算以上假定参数可行 具体衬砌参数见下图 五 区间隧道衬砌结构的防水设计 地下结构的防水对其耐久性来说是一个非常重要的因素 防水性的好坏直接影响到地下结构的使用寿命 对于地下结构的防水措施应根据气候条件 工程地质和水文地质状况 结构特点 施工方法 结构形式 防水标准 使用要求和技术经济指标等因素综合考虑来确定 具体而言 地下结构的防水应遵循 以防为主 多道防线 刚柔结合 因地制宜 综合治理 的原则 以钢筋混凝土为根本 采用有效措施来提高混凝土的密室性 抗裂行 加强变形缝 施工缝的防水措施 目前采用匹配的辅助防水措施 如在结构外侧或内侧设置防水卷材 防水板 防水涂膜或涂抹刚性防水剂 注浆等 以达到有效的防水目的 区间隧道的防水以结构自防水为主 采用防水混凝土 同时采用辅助的防水措施 在初期支护与二次衬砌之间设置防水夹层 在施工缝位置设置背贴式止水带 对于防水混凝土 初期支护采用C25S6 二次衬砌采用C30S8 初期支护与二次衬砌之间的防水夹层采用PVC防水卷材 附加防水夹层采用能滞粘于隧道二衬的高聚物改性沥青自粘卷材 单层使用厚度不小于4mm 区间变形缝每60m设一个 变形缝宽20mm 地裂缝设防端每10 15m设一个变形缝 F6 F6地裂缝段每10m设一个变形缝 F7地裂缝段每15m设一个变形缝 变形缝宽50mm 六 区间隧道的通风防排水等辅助设施设计 6 1排水设计区间隧道内的水主要来自结构渗水 消防及冲洗废水等 因此 在进行排水设计时主要考虑这几种水的排出 本区间隧道的排水采用排水沟 在区间隧道的实际坡度低点 YDK16 783 7 设置排水泵站 6 2给水设计 区间隧道的给水主要考虑消防用水 本设计在地铁区间上下行线各设置一根消防用的给水管 在车站端和本站环状管网相接 给水管设置于人行通道边上 6 3照明设计 地铁区间隧道的照明主要考虑到列车在区间隧道运营中一旦出现事故能指引乘客离开隧道 本区间隧道每15米设应急照明灯一个 6 4通风设计 根据 地铁设计规范 的规定 地铁区间的通风应满足以下几个功能 第一 当列车在正常运营时 列车和乘客都产生大量的热量 区间隧道的通风应保证地铁区间内部空气环境在规定的标准范围内 第二 当列车阻塞在区间隧道内时 应保证阻塞处的有效通风功能 第三 当列车在区间隧道内发生火灾时 应具备防灾排烟 通风的功能 根据 地铁设计规范 相应条款 地铁隧道正常通风应采用活塞通风 参考本区间隧道的实际 采用活塞通风外加机械通风 机械通风设置5台轴流式风机 七 监测方案设计 由于城市地铁的重要性和特殊性 特别是西安地区的地质情况 区间隧道的洞内和地面检测显得尤为重要 对于地铁区间其检测的目的在于 第一 检测围岩压力及变形情况 验证支护衬砌的设计效果 第二 提供判断和支护基本稳定的依据 确定二次衬砌的施作时间 第三 通过检测 了解施工方法和施工手段的科学性和合理性 以便及时调整施工方法 保证施工安全 本区间隧道监测的项目主要有 第一 洞内观察 观察开挖掌子面围岩情况和稳定状态及已施工地段隧道支护衬砌情况和结构安全性 第二 地表及相关建筑沉降 区间隧道上方受影响建筑物基础及重要管线上方布设水准观测点 定期量测施工期间地表变化情况 地面监测要特别注意南二环长安立交F6 F6 地裂缝段和F7地裂缝段 第三 拱顶位移 第四洞内收敛 第五 水位观测 在重要管线及建筑物附近设水位观测孔 监测施工对地下水位的影响及水位涨落对建 筑 物不均匀沉降的影响 本区间隧道按新奥法理论设计 现场监控量测是监视围岩稳定 判断隧洞支护衬砌是否合理 施工方法是否正确的重要手段 也是保证安全施工 提高经济效益的重要条件 应贯穿施工的全过程 八 主要的工程地质问题及处理措施 地裂缝地面沉降南二环长安立交桥 8 1地裂缝 f6 f6 地裂缝发育于某市交大黄土梁南侧 西起南窑头村 向东经沙井村 祭台村 沙坡村至高楼村 1994年投入使用的长安立交 目前由于地裂缝活动造成的位错已达40cm 该地裂缝在地铁二号线附近出露于长安立交下 主裂缝f6发育于北侧 次裂缝f6 发育于南侧 两者相距约30 40m 地表破裂明显 连续 延伸距离较长 平面展布弯曲 向西延伸至朱雀路与南二环的交叉路口 该段总体走向近东西 东侧穿过长安立交后沿NE55 65 方向延伸 进入草场坡村 地裂缝造成地面开裂显著 宽度10 20cm 主裂缝南盘与次裂缝北盘均产生明显下错 立交桥附近路缘及桥下柱基均产生了明显的错动变形 30cm f7地裂缝分布于南郊乐游塬黄土梁南侧 西起西开发区 向东经银行学校 省委党校 小寨 观音庙 铁炉庙至陕西钢厂 出露长度约13Km 是西安地裂缝出露最长的一条 80年代中后期活动强烈 最大活动速率达30mm a 目前在地铁二号线附近地面破裂断续分布 主要在小寨西路中段 军区3号院内 开米广场南侧地下停车场入口处 长安大学小寨校区门前的长安中路上出露 其中裂缝在小寨西路 军区3号院门前 造成地面开裂 路中绿化带处水泥路缘产生不均匀下沉 裂缝走向NE50 宽度3 5cm 军区3号院内围墙开裂 裂缝走向东西 开米广场地下停车库入口处地面开裂 走向NE80 宽度0 5cm 长安中路绿化带处水泥路缘产生不均匀下沉 向东延伸到某大学校区内 对于地裂缝的处理原则是 1 无论采取何种结构都不能仅采取通过加强结构刚度的措施来抵抗地裂缝活动导致的结构错位 而是需要结构能够一定程度适应地裂缝的活动导致的变形 2 当地裂缝活动导致结构变形时 防水不至于破坏或者破坏后能够采取措施予以补救 3 当地裂缝活动导致结构发生错位后仍能保证地铁正常运营所需要的限界要求 4 道床设置需要能够灵活的适应地裂缝活动导致的结构偶然或长期累积的错位 而不至于影响列车正常运营 5 必须采取切实有效的监控量测措施 以根据监测情况及时采取针对性措施防治可能出现的地裂缝活动导致的不良地质灾害 对于地裂缝本设计的处理措施是 采用浅埋暗挖法来处理地裂缝 通过地裂缝地段的隧道高度根据地铁建筑限界和预计地裂缝错百年预计量确定主变形区结构空间 f6 f6 f7地裂缝均按500mm预留空间考虑 由于地裂缝受力段围岩破碎 衬砌受力复杂 故地裂缝段的砼强度需要提高 在地裂缝设防段的砼中加铣削钢纤维 钢纤维参量为40kg m3 在地裂缝设防段 为了适应地裂缝的变形 每10 15m设变形缝一个 以减少内力 变形缝宽5cm 8 2地面沉降 某市自发现地面沉降开始 以沉降速率约3mm 速度发展 到1978年 沉降加速 最大沉降速率达20 90mm 到1995年止 地面沉降量大于100mm的面积已逾200km2 其中以南郊 东南郊 东郊最为严重 出现了七个较大的沉降槽 最大沉降量905 2322mm不等 1993 1995年的地面沉降速率为55 149mm 并有上升趋势 上述沉降槽均分布在地裂缝的下降盘上 呈椭圆形 长轴呈群E向 与地裂缝相近 在地铁的施工中 应采取措施预防地面沉降带来的不利影响 具体措施见下表 8 3南二环长安立交桥 区间隧道线在YDK16 610 690段长80m 下穿南二环立交 隧道开挖拱顶距桥梁主跨基础底面为6 49m 该段隧道初期支护 二次衬砌均要进行加强 立交基础为扩大基础 并且距离隧道有一定距离 因此主要立足于洞内解决 主要目的是尽可能减少矿山法隧道施工引起的地面沉降 以及减小地面沉降槽宽度 以保护立交桥使用的安全 洞内处理措施主要有 1 加强超前支护 注浆加固围岩2 缩短开挖进尺 加强各工序之间的衔接管理 尽早封闭断面 及时形成封闭结构3 加强初期支护4 及时进行初支及二衬背后的回填注浆处理 保证初衬与围岩 二衬与初衬的密贴 减少地层变形危及地面建筑物安全 5 根据测量监控数据 及时进行补充注浆 6 设置超前地质钻孔 指导下步工序循环 此外 除以上加强措施外 施工时加强监测 信息化施工 及时反馈信息修正设计 及时进行跟踪注浆等措施加固桥基 洞外处理措施主要有 双液注浆加固桥基土体 其施工为人工用重锤将 60mm钢管敲击插入土层中然后对基底地基层进行定点注浆 从而达到对基层加固保护桥基的目的 双液注浆保护注浆孔距50cm 桥基础两侧布置 钢管长度约7 8m 孔径 60mm成孔采用 60mm厚壁无缝钢管人工锤击将钢管慢慢插入地层中 采用水泥 水玻璃双液注浆材料 注浆最大压力P 1Mpa 施工方案简述 工程重难点分析及对策 区间隧道施工 安全保证措施 下篇施工组织设计 九 施工方案简述 本区间隧道采用浅埋暗挖法施工 从C站和X站对头掘进 施工的项目部设于草场坡站 在C站设一工区 隧道内的运输工具为农用车 区间隧道开挖进度为60m 月 施工时遵循 重视交通疏解 关注周边环境 重点工序突出 资源配套适用 风险安全可控 质量工期确保 的基本原则进行施工组织安排 十 工程重难点分析及对策 10 1区间隧道穿越地裂缝施工是工程的难点地裂缝是某市工程地质的一个突出特点 在本区间存在2条地裂缝 分别是F6 F6 和F7 区间隧道在施工通过地裂缝段时 由于裂缝破碎带不能形成自然拱 开挖时容易发生拱部坍塌 初支完成后由于地基承载力不足 可能造成初期支护的开裂 二衬防水层被破坏 砼结构由于垂直位移 水平张拉及扭动 使成型的衬砌结构破坏 如何保证隧道开挖初支顺利通过地裂缝 确保二衬结构的稳定和防水效果是工程的难点 在地裂缝段施工时应采取的对策是 1 超前探测 在施工到地裂缝前 采用地质钻机或者洛阳铲对前方地层 10m长范围进行探测 根据探测到的地形情况对施工方案进行调整 2 超前支护 根据设计要求在F6 F6 段采用 159的管棚进行超前加固 同时配合小导管超前注浆加固地层 在F7段加强超前小导管注浆加固 拱墙配合设置砂浆锚杆 3 加强监测4 加强防水处理5 针对地裂带土层松散的特点 选用二重管钻机垂直注浆 对地裂缝带基底土层进行注浆加固 10 2区间隧道下穿既有建 构 筑物结构 确保施工安全及既有结构的正常使用是重点和难点 本区间隧道的另一个特点是隧道穿越的既有建 构 筑物多 区间隧道要一次穿越南二环立交桥 环河盖板河 人行天桥和路边商铺等建筑物 在施工时 要保证这些建 构 筑物的安全 必须控制地表沉降不大于30mm 这是施工的难点 1 做好前期施工前调查2 超前支护 预先控制开挖面前方土体的变形 必要时采用长距离 大刚度的大管棚作为超前支护的主要手段 为防止大管棚之间的土体及大管棚下方的土体滑落 在大管棚间隙辅以小导管超前支护并注浆加固 3 控制拱顶土体下沉 因为初支拱顶喷砼较厚 达300mm 为防止砼喷的过厚因自重回落 在钢格栅架立完施喷前 用同标号砼垫块将拱部格栅拱架与土体之间及大管棚之间的空隙垫实 然后施喷 并紧跟回填注浆 4 控制拱脚下沉 施工时 不可避免地在拱脚处有浮碴或虚土 如处理不好 在上下半断面施工时 往往会造成上部结构下沉 为此在拱脚处打锁脚锚管 并注浆固结 同时为减小拱脚处的压力 在下半断面封闭前 安设临时仰拱 增加受力面积 待下半断面封闭后拆除 5 加强监控量测 十一 区间隧道施工 区间隧道各断面形式 尺寸 采用的施工方法和超前支护方式见下表 11 1区间隧道超前支护 超前小导管注浆 超前小导管注浆加固地层技术 是通过沿隧道开挖轮廓线外纵向向前倾斜钻孔安设注浆管 并注入浆液 达到超前加固围岩的目的 同时小导管还可起到超前管棚预支护作用 超前大管棚施工 大管棚超前支护是暗挖工程施工中常用的超前支护手段 根据西安的地质条件和设计要求 80m大管棚采用跟管导向钻进 12m 15m长大管棚采用非开挖施工技术的 导向钻进 夯管锤夯进 施工大管棚 各管棚参数见下表 管棚在洞内施工时 需要提