区间隧道及矿山法隧道1

1、 s o u t h w e s t j I a o t o n g u n I v e r s I t y西南交通大学西南交通大学Southwest Jiaotong University2007年年8月月地铁区间隧道地铁区间隧道TEL_MAIL:地铁区间隧道地铁区间隧道一一二、二、矿山法区间隧道矿山法区间隧道 三、盾构法区间隧道三、盾构法区间隧道 四、区间隧道抗震分析四、区间隧道抗震分析 五、近接隧道工程实例分析五、近接隧道工程实例分析内内容容提提要要区间隧道概述区间隧道概述 s o u t h w e s t j I a o t o n g u n I v e

2、r s I t y区间隧道概述第一节 区间隧道构成 区间隧道构成：包括行车隧道、渡线（折返线）、地下存车线、联络线（渡线、不同地铁线路之间的连接线）、以及其他附属建筑（风道、排水泵房、联络通道）行车隧道第一节 区间隧道构成区间喇叭口隧道喇叭口衬砌通常都采用整体式钢筋混凝土结构。第一段第二段第三段aabb区间隧道概述aa4170525053002400210020002200bb5480683024002100200022005300第一节 区间隧道构成渡线隧道、折返线隧道 区间隧道概述第一节 区间隧道构成区间隧道概述第一节 区间隧道构成联络通道区间隧道概述水泵房和风井、风道 区间隧道概述第一节

3、 区间隧道构成 车辆轮廓线 车辆限界 设备限界 建筑限界 第二节 建筑限界和净空断面 地铁列车是沿固定轨道，在特定的空间中运行，根据各种参数和特性，经计算确定的空间尺寸，称为限界。v限界定义限界定义v地下铁道限界地下铁道限界区间隧道概述v建筑限界分为矩形、圆形、马蹄形三种。建筑限界分为矩形、圆形、马蹄形三种。 线路中心线车辆轮廓线车辆限界设备限界建筑限界OXY39605404100X区间隧道概述第二节 建筑限界和净空断面 矩形（2）圆形隧道建筑限界。如线路最小平面曲线半径R=300m，圆形隧道建筑限界的直径宜为=5200mm。目前国内拟定隧道管片的内径尺寸，主要有5400mm和5500mm两种

4、单线地铁尺寸。 车辆轮廓线8504350=5200车辆限界设备限界建筑限界区间隧道概述第二节 建筑限界和净空断面 (3)马蹄形隧道建筑限界。矿山法施工的浅埋暗挖隧道，多采用马蹄形断面，其建筑限界最大宽度为4820mm，最大高度为5160mm。 第二节 建筑限界和净空断面 区间隧道概述R5=5390R151602604255634670048203230795200200O2O2O1O3YR2=2610795XOXY车辆轮廓线车辆限界设备限界线路中心线隧道中心线R1=2210R4=6840R4O1建筑限界区间隧道概述第二节 建筑限界和净空断面 v隧道横断面设计隧道横断面设计 在建筑限界的基础上再

5、考虑适当的富裕量（一般为100mm），以满足施工误差、测量误差、地层变形、结构变形的需要。v双（多）线隧、岔道隧道限界双（多）线隧、岔道隧道限界 暗挖法暗挖法明挖法明挖法掘进机掘进机( (盾构盾构) )混合法混合法沉管法沉管法人工开挖人工开挖钻爆法钻爆法矿山法矿山法顶进法顶进法第三节 隧道施工方法分类 埋深与施工方法的关系调查路段最大最小平均东京40.41.58.6大阪19.51.16.3其他41.01.67.5总平均总平均41.01.17.7日本地铁埋深日本地铁埋深第三节 隧道施工方法分类 第三节 隧道施工方法分类 适用条件：适用条件：场地开阔、建筑物稀少、交通及环境允场地开阔、建筑物稀少、

6、交通及环境允许的地区，在这种情况下，应优先采用施工速度快、许的地区，在这种情况下，应优先采用施工速度快、造价较低的明挖法施工。造价较低的明挖法施工。结构型式：结构型式：矩形断面，整体浇注或装配式结构。矩形断面，整体浇注或装配式结构。优点：优点：其内轮廓与地铁建筑接近，内部净空可以得其内轮廓与地铁建筑接近，内部净空可以得到充分利用，顶板便于敷设管线和设施。到充分利用，顶板便于敷设管线和设施。q明挖法明挖法第三节 隧道施工方法分类 （1 1）矿山法的优点）矿山法的优点：l理论上适用于各种地层和地下水条件；理论上适用于各种地层和地下水条件；l采用各种辅助措施（如灌浆、冻结、管棚等）比采用各种辅助措施

7、（如灌浆、冻结、管棚等）比较方便；较方便；l具有适合于各种线型、断面形式、断面变化的灵具有适合于各种线型、断面形式、断面变化的灵活性；活性；l与盾构法相比，在较短的开挖地段使用也很经济。与盾构法相比，在较短的开挖地段使用也很经济。l设备投入低，适合我国当前劳动力低廉的状况。设备投入低，适合我国当前劳动力低廉的状况。q暗挖法暗挖法第三节 隧道施工方法分类 （2 2）盾构法的优点：）盾构法的优点：l特别适合软土、含水地层，安全、经济；特别适合软土、含水地层，安全、经济；l振动小、噪声低，对沿线居民生活影响小；振动小、噪声低，对沿线居民生活影响小；l施工速度快、安全可靠；施工速度快、安全可靠；l对地

8、层扰动小，控制地表沉降好，对建筑物和城对地层扰动小，控制地表沉降好，对建筑物和城市地下管线密布地段，采用盾构法更能显示其优市地下管线密布地段，采用盾构法更能显示其优越性；越性；第三节 隧道施工方法分类 盾构施工法以其良好的防渗漏水性、施工安全盾构施工法以其良好的防渗漏水性、施工安全快速、对周围环境的影响极小等优点，在地下铁快速、对周围环境的影响极小等优点，在地下铁道的建设中已成为重要的可选施工方法之一，在道的建设中已成为重要的可选施工方法之一，在许多场合已成为首选方法。特别是在地层条件差、许多场合已成为首选方法。特别是在地层条件差、地质情况复杂、地下水位高等情况下盾构法已具地质情况复杂、地下水

9、位高等情况下盾构法已具明显技术经济优越性。明显技术经济优越性。 根据日本根据日本19911991年对东京、大阪等主要城市的统计，年对东京、大阪等主要城市的统计，在总延长在总延长7522475224米的城市隧道工程中，矿山法的比米的城市隧道工程中，矿山法的比例占例占6.1%6.1%、盾构法盾构法占占60.9%60.9%、明挖法占、明挖法占33%33%。 第四节第四节 左右线关系左右线关系a.左右线等高并列平行xxxx3.65.0m(1)左右线的几种常见关系第四节第四节 左右线关系左右线关系b. 左右线上下重叠，明、暗挖法施工均可采用，适用于狭窄的街道下方布置线路。 xxxx第四节第四节 左右线关

10、系左右线关系c. 左右线分开，线间距离宜大于2D(D为隧道开挖直径)，困难情况下，采取措施后可以采用小净距隧道的型式。 xxxx2DD第四节第四节 左右线关系左右线关系d. 左右线分开，左线对右线在平面、高度之间均保持一定距离的并列，采用暗挖法施工，适用于较窄的街道下方布置线路，或避开构筑物时。 xxxxD2D矿山法区间隧道矿山法区间隧道 s o u t h w e s t j I a o t o n g u n I v e r s I t yv隧道衬砌结构类型与选择隧道衬砌结构类型与选择l 拱形结构：单拱、双拱和多跨连拱；拱形结构：单拱、双拱和多跨连拱；l 单拱结构多用于单线或双线区间隧道或

11、联络通道；单拱结构多用于单线或双线区间隧道或联络通道；l 双拱和多跨连拱多用在停车线、折线或喇叭口岔双拱和多跨连拱多用在停车线、折线或喇叭口岔线上；线上；第一节第一节 矿山法隧道的支护与衬砌结构矿山法隧道的支护与衬砌结构图图28 28 矿山法修建的衬砌结构型式矿山法修建的衬砌结构型式第一节第一节 矿山法施工的隧道衬砌结构矿山法施工的隧道衬砌结构l单层衬砌（锚喷支护）单层衬砌（锚喷支护）l整体式衬砌整体式衬砌l复合式衬砌复合式衬砌v超前支护超前支护v衬砌类型衬砌类型第一节第一节 矿山法隧道的支护与衬砌结构矿山法隧道的支护与衬砌结构支护组成支护组成图图29 29 复合式衬砌构造复合式衬砌构造( (

12、北京单线区间隧道北京单线区间隧道) )第一节第一节 矿山法施工的隧道衬砌结构矿山法施工的隧道衬砌结构图图30 30 整体式衬砌构造整体式衬砌构造第一节第一节 矿山法施工的隧道衬砌结构矿山法施工的隧道衬砌结构图图31 31 北京建国门岔线复合式衬砌构造北京建国门岔线复合式衬砌构造第一节第一节 矿山法施工的隧道衬砌结构矿山法施工的隧道衬砌结构 隧隧 道道 掘掘 进进围岩反应围岩内形成”拱部效应”“自然”产生在距开挖轮廓线一段距离处”自然”产生B类类无”拱部效应”C类类A类类围岩处在弹性范围开挖四周围岩产生增塑现象隧道塌方1. 全断面开挖；全断面开挖；2. 运用超前支护和加固措施确运用超前支护和加固

13、措施确保掌子面稳定，减小或避免保掌子面稳定，减小或避免围岩变形；围岩变形；3. 在离掌子面较短的距离支护在离掌子面较短的距离支护封闭以减小隧道变形。封闭以减小隧道变形。设计理念 Pianoro 隧道C4R断面类型 这些新型高强合成结构单元由加劲纤维玻璃加固单元以及注浆单元构成, 利用其对开挖掌子面前方围岩进行加固，以此抵抗由于开挖引起的围岩过度变形而产生失稳，垮塌.此结构单元可以是管状或平条状, 带有单独注浆管和垫块. 另外,纤维玻璃加固单元可以不采取任何特殊措施就能轻松移除;事实上, 利用普通隧道开挖机械就能将他们破坏并移除. 利用这种方法, 能使土体很好地维持隧道结构的稳定, 减少终期衬砌

14、/二次衬砌工作, 并且通过减小衬砌厚度大大节省混凝土用量. 主要用于粘结性差的土质开挖(砂或细颗粒土), 通过安装在隧道拱顶以及掌子面上的超前注浆管进行土壤改良, 最后通过钢管或纤维玻璃结构单元进行加固; 如果需要, 安装排水管.Pianoro 隧道 掌子面加固阶段Raticosa 隧道: 仰拱浇筑前总览 核对敏感参数挤压变形量测核对敏感参数收敛变形量测Misure di convergenzain funzione della distanzadal fronteMisure di convergenzamediante distometri a nastroRfxd51015EFABCDD

15、istanza dal fronte (m)Tempo(mesi)Ago.Sett.Ott.Nov.Dic.ABMisure di convergenzain funzione del tempommmmmm350350300300250250200150100200150100106 33 6 1000WET1T2T3T4T1T2T3T4Misure di convergenzamediante estensimetri multibase第五节第五节 结构的设计方法结构的设计方法 目前在进行地下结构设计时，广泛采用结构计算、目前在进行地下结构设计时，广泛采用结构计算、经验判断和实地测量相结

16、合的所谓经验判断和实地测量相结合的所谓“信息化设计信息化设计”方法。方法。1、隧道结构计算方法 荷载结构模型 地层结构连续介质模型 以工程类比为依据的经验法 约束收敛法 2、初支与二衬的处理方法、初支与二衬的处理方法u指定荷载分担比例指定荷载分担比例u进行刚度叠加，按单层梁计算，再按刚度进行内力分配进行刚度叠加，按单层梁计算，再按刚度进行内力分配u初衬和二衬共享节点或者节点平动自由度耦合。初衬和二衬共享节点或者节点平动自由度耦合。u初衬与二衬间采用只受压链杆连接初衬与二衬间采用只受压链杆连接u采用接触单元采用接触单元第五节 矿山法隧道的计算第一节 区间隧道结构设计3、作用在隧道结构上的荷载 按

17、荷载作用情况可分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载三大类。 永久荷载即长期作用的恒载，如地层压力、结构自重、隧道上部或破坏棱体内的设施及建设物基底附加应力、静水压力(含浮力)、混凝土收缩和徐变影响力、预加应力以及设备重量等。第一节 区间隧道结构设计可变荷载又可分为基本可变荷载和其他可变荷载两类。基本可变荷载，既长期的经常作用的变化荷载，如地面车辆荷载(包括冲击力)和它所引起的侧向土压力、地下铁道车辆荷载(包括冲击力、摇摆力、离心力)以及人群荷载等。其他可变荷载，即非经常作用的变化荷载，如温度变化、施工荷载等。 偶然荷载即偶然的、非经常作用的载荷如地震力、爆炸力等。 第一节 区间隧道结构设计结 构

18、类 型 荷 载 分 类 荷 载 名 称 隧 道 结 构 高 架 结 构 结 构 自 重 地 层 压 力 隧 道 上 部 和 破 坏 棱 体 范 围 的 设 施 及 建 筑 物 压 力 静 水 压 力 及 浮 力 混 凝 土 收 缩 及 徐 变 影 响 力 预 加 应 力 设 备 重 力 地 基 下 沉 影 响 力 永 久 荷 载 侧 向 地 层 抗 力 及 地 基 反 力 地 面 车 辆 荷 载 及 其 冲 击 力 地 面 车 辆 荷 载 引 起 的 侧 向 土 压 力 地 下 铁 道 车 辆 荷 载 及 其 冲 击 力 地 下 铁 道 车 辆 荷 载 的 离 心 力 及 摇 摆 力 基 本可

19、 变荷 载 人 群 荷 载 温 度 影 响 力 施 工 荷 载 风 力 可变荷载 其 它可 变荷 载 车 辆 加 速 或 减 速 产 生 的 纵 向 力 地 震 荷 载 偶 然 荷 载 人 防 荷 载 第一节 区间隧道结构设计地层压力 深埋石质隧道：围岩的松动压力可按铁路隧道设计规范所建议的公式进行计算。土质隧道：a竖向压力：浅埋暗挖隧道，因其上方无法形成承载拱，一般应按计算截面以上全部土柱重量计算。深埋暗挖隧道或覆盖厚度大于(1D2D)的砂性土层中的暗挖隧道，其竖向匀布土压力可按泰沙基公式或普氏公式计算。b侧向压力：在地下铁道结构计算中，主动土压力习惯上采用朗金土压力理论。对于粘性土尚需考虑

20、粘结力的影响，即 式中 、 计算截面i处的主动、被动土压力； 、 朗金主动、被动侧压力系数； 计算截面i处的竖向土压力； c 土的粘结力。第一节 区间隧道结构设计)(2aiaicqeieieapiq)(2pipicqe 在计算总压力时可不计临界深度 = 以上的负压力。静水压力 计算静水压力时，两种方法可供选择，一种是水土分算；另一种是水土合算。一般说来，粘土地层(含粉质粘土)中施工阶段按水土合算，使用阶段按水土分算；砂土地层(含粘质粉土)中施工阶段和使用阶段均按水土分算考虑。第一节 区间隧道结构设计)245(tan2a)245(tan2p0hac2式中 水的重度，一般 10kN/m3； 土的饱

21、和重度。 水土合算时，地下水位以上的土与前者相同，水位以下的土采用饱和重度s计算土压力，不计算静水压力。 水土分算时，地下水位以上的土采用天然重度，水位以下的土采用有效重度计算土压力。另外再计算静水压力的作用。第一节 区间隧道结构设计wswws地面车辆荷载及其冲击力计算方法竖向压力 一般情况下，地面车辆荷载可按下述方法简化为匀布荷载：单个轮压传递的竖向压力如图。 第一节 区间隧道结构设计0.7Z1111ZZbaPoz地面地面p0p0Poz0.7Z0.7Z0.7Z0.7ZbZp0aPoz0.7Z0.7Z0.7ZPozp0p0p0Zbd1d2b两个以上轮压传递的竖向压力如图。 第一节 区间隧道结构

22、设计)4 . 1)(4 . 1(ZbZappoooz式中 地面车辆传递到计算深度Z处的竖向压力； 车辆单个轮压，按通行的汽车等级采用； a,b地面单个轮压力的分布长和宽度； di 地面相邻两个轮压的净距； n轮压的数量； 车辆荷载的动力系数。 第一节 区间隧道结构设计)4 . 1)(4 . 1(1ZdnbZapnpniiooozozpopo 在道路下方的浅埋暗挖隧道，地面荷载可按10kPa的匀布荷载取值，并不计冲击力的影响。当无覆盖层时，地面车辆荷载则应按集中力考虑，并用影响线加载的方法求出最不利荷载位置侧向压力 第一节 区间隧道结构设计覆盖层厚度(m) 0.25 0.30 0.40 0.50