【城市地下工程设计探究：以A市地下隧道为例5100字（论文）】

城市地下工程设计研究—以A市地下隧道为例目录TOC\o"1-2"\h\u263城市地下工程设计研究—以A市地下隧道为例 110873引言 1308191.地下工程项目 2215932.隧道设计 2169032.1隧道口选择 2154172.2横断面设计 2276792.3隧道洞门设计 421561.参数设定 4228402.各项物理指标 4145063.隧道受力分析 571763.1土压力计算 5182413.2抗倾覆稳定性验算 7302813.3抗滑动稳定性验算 712873.4基底合力偏心距计算 8152223.5基地压力 834884.监控量测 877914.1监控测量的必测项目 9243294.2监控测量项目以及测量方法 9269644.3监控测量间隔时间 10139755.施工组织设计 10228035.1施工准备 1099245.2施工方案及方法 12252076.结论 1413435参考文献 15摘要：随着现代科学逐渐进步，城市发展愈加迅速，城市交通存在的问题日益凸显，为了缓解城市交通压力，减少道路拥堵问题，我国目前大力发展以地铁为中心的地下交通。如何充分实现城市空间的综合利用，已成为城市发展的一大问题。本文以城市地下隧道结构为例，深入分析了我国城市地下规划设计。关键词：地下交通；隧道；地下规划设计引言随着中国经济建设的不断发展，现代交通网络已成为中国经济建设的必然需求。为了满足经济发展所带来的交通需求，城市地铁隧道占比越来越多。隧道建设是一个非常复杂的项目，由于项目建设的不确定性，存在很多风险。例如，支撑不当和开挖方法不当会导致隧道倒塌，这可能是对建筑工人生命安全和生命财产的重大威胁。同时，诸如水进入天然气区域等不良因素给城市隧道建设带来了许多潜在的安全隐患。例如，由于及时应用和不正确的开挖方法，隧道可能会倒塌，这对施工人员的生命安全和财产安全构成极大威胁。同时，从气漏渗水等不利因素在我国地下隧道建设中造成了许多隐患。所以在本次地下隧道结构设计中极大的参考了新规范，新标准，新要求中关于设计时涉及的岩体、地下水、消防等的新技术和新思路。1.地下工程项目本次A市地下隧道项目为地铁隧道，全长26km。隧道进出口标高为10m，行车道宽度为单向5m，高度5m。地区地质主要构造形迹有褶皱、断裂，隧道区发育有一条次级断裂构造，编号分别为F1，在钻孔ZK5揭露，在隧道K32+340附近处通过，其走向290°左右,倾向145°倾角45°，整体为张性断层,断裂带附近方解石脉发育，岩石挤压强烈，破碎带宽2～4.1m。断裂构造为非活性断层，断距不详，断层对隧道影响较大。其中还有节理裂隙对岩体的完整性有一定影响。根据地表调查及钻孔揭露，隧道范围内的地层有第四系（Q4）与寒武系中统敖溪组的（Є2a）泥质云岩夹页岩。隧道区地表水不多，但也需在隧道出口处做好止水工作；隧道区水文地质条件相对简单，隧道内存在断裂构造，在断裂构造的影响下局部地段存在突水的可能。隧道附近有一水井，隧道勘察时，水井水变浑，并出现少量灰白色沉淀物，说明隧道部位有岩溶裂隙与此联通。隧道开挖施工时应注意，以免对水井造成破坏。2.隧道设计2.1隧道口选择隧道洞口选择时，考虑到洞口地形和地质条件，结合洞口排水，遵循“早进洞、晚出洞”的原则，尽量采用小开挖的进洞方案，减少洞口边仰坡的开挖，保证岩（土）体的稳定性，尽可能保持原地形的绿色植被坡面。结合本隧道的具体情况，进口左洞采用直切式洞门，洞口永久边仰坡防护采用拱型骨架护坡或框架铀杆（索）防护。隧道洞口施工应从上到下，边升挖边防护；洞口石质边坡开挖应尽量采用微弱爆破，土质边坡应采用机械开挖，以防止边坡稳定性受到影响。隧道大致为东西向，采用洞内灯光调整内外光线过渡及洞口植树等减光设施，以利行车安全。2.2横断面设计隧道设计一级公路，时速为40km/h，按单向两车道设计。根据《公路隧道设计规范》(JTGD50—2004)选取出隧道界限的基本值。H—建筑限界高度，取5.0m；W—行车道宽度，选取3.55×2=5.5m；C—余宽，本设计为高速公路，设置检修道，取C=0；—检修道左侧宽度，取0.55m；—检修道右侧宽度，取1m；—左侧向宽度，取0.55m；—右侧向宽度，取1m；—建筑限界左顶角宽度，==0.5m；—建筑限界右顶角宽度，==0.5m。隧道净宽为：3.55*2+0.55+1+2=11.25m参照规范，横向坡度可选择为1.5%-2%，本设计中选取值为：i=2%。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>招商局重庆交通科研设计院有限公司主编</Author><Year>2019</Year><RecNum>32</RecNum><DisplayText>[7]</DisplayText><record><rec-number>32</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5tee5rzt6aftwqesxpbxdsxk9pw5s2dsfdwr"timestamp="1621755827">32</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>招商局重庆交通科研设计院有限公司主编</author></authors></contributors><titles><title>公路隧道设计规范</title></titles><keywords><keyword>公路隧道-土木工程-设计规范-中国</keyword></keywords><dates><year>2019</year></dates><isbn>978-7-114-14639-8</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[5]建筑限界如图2.1所示：图3.1A市城市地下隧道限界图（单位：cm）根据隧道限界图，利用五心圆法作出隧道内轮廓图:2.3隧道洞门设计1.参数设定端墙墙体为直线型，且厚度相同，参照《公路隧道设计细则》（JTGD50-2010）的标准端墙式洞门参数如下：（1）衬砌拱顶外缘至洞门顶部的距离取为3m,设墙高H=12m。（2）洞门墙身厚度取2.0m，洞门墙基础嵌入地基深度1.53m（位于仰拱的1.5m之下）。（3）洞口仰坡坡比采用1:1.25，洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为1.6m。洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度为1.35m。（4）洞门墙顶高出仰坡脚0.6m。洞门墙与仰坡之间的矩形水沟深0.6m，宽0.6m。2.各项物理指标f=0.4水泥砂浆砌片石洞门计算参数要通过现场试验资料确定，在现场试验资料缺乏时，可按照表4-1选取。表4-1洞门计算参数洞门端墙材料采用水泥砂浆片石砌体，水泥砂浆的强度M20，地基容许压应=3.0MPa。洞门位置的围岩为Ⅴ级围岩，其仰坡率设计为1:1.25。入口洞门初设示意如图4.1。图4.1入口洞门初设示意图3.隧道受力分析3.1土压力计算端墙式洞门取条带I计算，并1m宽作为“验算条带”，将洞门简化为图4.3进行计算：图4.2简化计算图（1）土体破裂角的计算已知：tan=0.15；tan=1；tan=0.4。ω可根据下式计算：（3-1）式中：—围岩计算摩擦角（）；，—墙面倾角和地面坡脚（）代入数据到式（3-1）得：=0.652（3-2）因此，ω=33.49655°（2）侧压力系数的计算ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李炼，郭海强，李安洪，徐骏</Author><Year>2021</Year><RecNum>54</RecNum><DisplayText>[13]</DisplayText><record><rec-number>54</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5tee5rzt6aftwqesxpbxdsxk9pw5s2dsfdwr"timestamp="1621762697">54</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>李炼，郭海强，李安洪，徐骏</author></authors></contributors><titles><title>库仑土压力计算新方法——扫描搜索法</title><secondary-title>铁道科学与工程学报</secondary-title></titles><periodical><full-title>铁道科学与工程学报</full-title></periodical><pages>662-668</pages><volume>第18卷</volume><number>第3期</number><keywords><keyword>扫描搜索法；库仑土压力理论；主动土压力；破裂楔体；挡土墙</keyword></keywords><dates><year>2021</year></dates><isbn>1672-7029</isbn><urls></urls><electronic-resource-num>10.19713/ki.43-1423/u.T20200497</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[13]代入数据到下式：（3-3）带入（3-3）得：（3）主动土压力的计算H=12-0.6=11.4m土压力：（3-4）式中：E—土压力（kN）；γ—地层重度（kN/）；λ—侧压力系数；b—洞门墙计算条带宽度（m）；ξ—土压力计算模式不确定性系数，可取0.6。代入数据到公式（3-4）得：3.2抗倾覆稳定性验算（3-5）式中：Ko—倾覆稳定系数，Ko=1.6；My—全部垂直力对脚趾O点的稳定力矩；Mo—全部水平力对脚趾O点的稳定力矩。墙身重量G:G=12×2×23×1=552.0KN将从分开，分为E1，E2：E1=9.49kNE2=1239.34kN对墙趾的力臂：对墙趾的力臂：=G对墙趾的力臂：（3-6）（3-6）（3-7）（3-8）（3-9）故抗倾覆稳定性满足要求。3.3抗滑动稳定性验算本设计中隧道端墙墙身的基地是水平的，其滑动稳定性验算按下式：（3-10）式中：Kc—滑动稳定性系数；N—作用于基地上的垂直力之和；E—墙后主动土压力之和；—基地摩擦系数。代入数据到上式可得：（3-11）经计算，抗滑稳定性满足要求。3.4基底合力偏心距计算设作用于基底的合力法向分力为，其对墙趾的力臂为，合力偏心距为e。则：（3-12）e=（3-13）∣e∣=0.19414<=0.33m（3-14）满足要求。3.5基地压力（3-15）地基承载力为故选择扩大基础3.6m*1m，刚性角30.96度，满足刚性角35度要求。则实际的：因此验算结果满足要求。4.监控量测隧道监控量测是指在隧道开挖过后对隧道周围围岩压力变化，衬砌结构受力和变形情况，拱顶下沉等做实时的了解，并且通过测量得到的数据再反过来指导下一阶段的施工。大法郎公路隧道分别穿越了Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩，还跨越了F12和F13断裂带。所以监控量测更显得尤为重要。通过监控量测我们可以1、准确的掌握围岩、衬砌结构的受力情况以及变形情况。2、预测工程事故险情。3、了解各级围岩的自稳时间，指导下一步施工作业。4、完善设计方案。4.1监控测量的必测项目监控测量的必测项目如表4.1：必测项目测量目的地质及支护状况观察观察产状，结构裂缝等周边收敛量测了解收敛情况拱顶下沉量测了解断面变形形态地表下沉隧道开挖对地表下沉的影响4.2监控测量项目以及测量方法如表4.2所示序号项目名称方法及工具布置1地质和支护状态观察岩性、结构面产状及支护裂缝观察和描述，地质罗盘等开挖后及初期支护后进行2周边位移各种类型收敛计每5~100m一个断面，每个断面2~3对测点3拱顶下沉水准仪、水准尺、钢尺或测杆每5~100m一个断面4地表下沉水准仪、水准尺每5~100m一个断面，每断面至少11个测点，每隧道至少2个断面。中线每5~20m一个测点5围岩内部位移（地表设点）地面钻孔中安设各类位移计每代表性地段一个断面，每断面3~5个钻孔6围岩内部位移（洞内设点）洞内钻孔中安设单点、多点杆式或钢弦式位移计每5~100m一个断面，每断面2~11个测点5围岩压力及两层支护间压力各种类型压力盒每代表性地段一个断面，每断面15~20个钻孔8钢支撑内力及外力支柱压力计或其他测力计每10梠钢拱支撑一对测力计9支护、衬砌内应力、表面应力及裂缝测量各类混凝土内应变计、应力计、测缝计及表面应力解除法每5~100m一个断面，每断面11个测点10锚杆或锚索内力及抗拔力各类电测锚杆、锚杆测力计及拉拔计必要时进行11围岩弹性波测试各种声波仪及配套探头在代表性地段设置4.3监控测量间隔时间如表4.3序号项目名称量测间隔时间1~15d16d~1个月1~3个月3个月以上1地质和支护状态观察每次爆破后进行2周边位移1~2次/d1次/2d1~2次/周1~3次/月3拱顶下沉1~2次/d1次/2d1~2次/周1~3次/月4地表下沉开挖面距量测断面前后<2B时，1~2次/d开挖面距量测断面前后<5B时，1次/2d开挖面距量测断面前后>5B时，1次/周5围岩内部位移（地表设点）开挖面距量测断面前后<2B时，1~2次/d开挖面距量测断面前后<5B时，1次/2d开挖面距量测断面前后>5B时，1次/周6围岩内部位移（洞内设点）1~2次/d1次/2d1~2次/周1~3次/月5围岩压力及两层支护间压力1次/d1次/2d1~2次/周1~3次/月8钢支撑内力及外力1次/d1次/2d1~2次/周1~3次/月9支护、衬砌内应力、表面应力及裂缝测量1次/d1次/2d1~2次/周1~3次/月10锚杆或锚索内力及抗拔力————11围岩弹性波测试————5.施工组织设计5.1施工准备(1)施工便道施工便道应在红色征地界内，顺路修建。在施工期间应注意便道的保养与维护。进场施工道路在满足规范的前提下可以适当拓宽和改造，可以减少占地、节省资金。(2)施工用水可以借用当地居民的水源当生活用水，用渠水作施工用水，当水压不足以支撑时可以考虑修建泵房，建设高位水池来满足需求。（3）施工用电联系当地电力部门，通过变压器引入施工所需用电，准备足够的发电设备以防突然断电以及恶劣雷电天气等因素导致的停电。（4）通讯设施在山区内多采用对讲机进行沟通交流。5.1.1施工平面布置综合考虑隧道施工环境以及隧道开挖出的岩土，在隧道进出口设置混凝土搅拌站，在进出口右侧设置220KVA变压器以保障施工用电，且设置1500KVA变压器，供隧道施工使用；为了方便施工，在隧道进出口各设置1000㎡和1200㎡的活动板房。5.1.2施工安排表表5.1临时工程表序号名称1齐梁洞隧道进口混凝土拌合站2齐梁洞隧道出口混凝土拌合站3齐梁洞隧道进口钢筋加工厂4齐梁洞隧道出口钢筋加工厂5齐梁洞隧道进口临时驻地6齐梁洞隧道出口临时驻地7齐梁洞隧道进口施工便道8齐梁洞隧道出口施工便道9齐梁洞隧道进口活动板房10齐梁洞隧道进口活动板房11齐梁洞隧道进口休闲中心12齐梁洞隧道进口休闲中心表5.2主要机械设备表序号设备名称1发电机2通风机3凿岩机4水平钻机5混凝土喷射设备6穿行式模板衬砌台车7锚杆机8注浆机表5.3人员计划表工种工程项目施工准备设备安装线路敷设设备与线路连接配电箱安装通电调试交付验收项目经理2211111技术负责人1221111安全生产负责人1121211机械员1121211普通工人31114121444技术人员1331422电工2233111施工员1112111造价员11111111资料员1111112质检员1111112材料员11221115.2施工方案及方法台阶法是指先开挖隧道上部断面（上台阶），上台阶超前一定距离后开始开挖下部断面（下台阶），上