【正文】 地鐵隧道設(shè)計(jì)與施工組織設(shè)計(jì)方案1 工程總概況廣州地鐵五號(hào)線(xiàn)工程計(jì)劃于2008年年底建成開(kāi)通的廣州地鐵五號(hào)線(xiàn)現(xiàn)已全面開(kāi)建，30多個(gè)土建工點(diǎn)工程已大規(guī)模鋪開(kāi)。其中2座車(chē)站（珠江新城站、大沙東站）已封頂，11座車(chē)站進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)施工。五號(hào)線(xiàn)起點(diǎn)為芳村區(qū)的滘口，終點(diǎn)為黃埔開(kāi)發(fā)區(qū)的黃埔客運(yùn)港，共設(shè)29座車(chē)站，其中12座換乘站。首期工程滘口至文沖（文園）段，設(shè)24座車(chē)站，依次為：滘口、大坦沙、中山八、西場(chǎng)、西村、廣州火車(chē)站、小北、淘金、區(qū)莊、動(dòng)物園、楊箕、五羊邨、珠江新城、獵德、潭村、員村、科韻路、車(chē)陂南、東圃、三溪、魚(yú)珠、大沙地、大沙東、文沖站。其中滘口至大坦沙站段為高架線(xiàn)。五號(hào)線(xiàn)草淘區(qū)間（草暖公園－小北站－淘金站）右線(xiàn)盾構(gòu)機(jī)順利到達(dá)小北站。草淘區(qū)間是五號(hào)線(xiàn)最復(fù)雜的盾構(gòu)區(qū)間之一，左右隧道所經(jīng)之處有超過(guò)150米的溶洞區(qū)，還有斷裂帶、硬巖以及上軟下硬等惡劣地質(zhì)環(huán)境。如果工程進(jìn)展順利，五號(hào)線(xiàn)將在2008年底完成土建工程以及所有的機(jī)電設(shè)備安裝，歷經(jīng)半年綜合調(diào)試后，于2009年年中開(kāi)通運(yùn)營(yíng)。小北站是廣州市軌道交通五號(hào)線(xiàn)的中間站, 上承廣州火車(chē)站，下接淘金站。站址位于環(huán)市中路下方，西臨環(huán)市中路、麓景路、小北路交叉口。環(huán)市中路正上方有小北高架橋、人行天橋。車(chē)站西北側(cè)與廣九鐵路、內(nèi)環(huán)路高架相臨近，周邊高樓林立。本工程為三層分離島式車(chē)站。車(chē)站有效站臺(tái)長(zhǎng)106m。東、西端站廳及設(shè)備管理用房外掛，分別與III號(hào)、I號(hào)出入口及風(fēng)亭全建，東端為三層三跨框架結(jié)構(gòu)，西端為兩層三跨框架結(jié)構(gòu)。II號(hào)、IV號(hào)出入口分別與東端、西端暗挖站廳通道連接，2號(hào)、4號(hào)風(fēng)井兼做右線(xiàn)、左線(xiàn)的施工豎井。本工程耐火等級(jí)為一級(jí)，七度抗震設(shè)防。 水文與地質(zhì) 水文地質(zhì)條件本區(qū)廣州河流水網(wǎng)縱橫交錯(cuò)，制流量大，無(wú)調(diào)節(jié)水期，含沙量少，水源條件好。屬珠江流域珠江三角洲水系，境內(nèi)除珠江是較大河流外，還有集水面積在1000平方公里以上的流溪河和增江等。流經(jīng)市區(qū)的珠江，上游接西江、北江，下游與東江匯合。此外， 100 ～1000 平方公里的中小河流有30 多條（ 二級(jí)支流并入一級(jí)支流計(jì)算），為葉脈狀分布，遍及全境，并分別匯入珠江河網(wǎng)，經(jīng)珠江口注入南海。由于河流較集中，易造成洪澇。州市1901 ～ 1988 年平均降雨量為1655 毫米，年降雨量最小值在1916年只有1113 毫米，最大值在1920 年達(dá)2865 毫米， 倍，故河流逕流量變化亦大。隧道按地下水埋深條件分為第四系空隙潛水及基巖裂隙水。其中第四系空隙水主要埋藏與第四系松散巖中，大都由地表徑流流走?；鶐r裂隙水存儲(chǔ)于巖石的空隙與裂隙中，大氣降水沿上述通道運(yùn)轉(zhuǎn)，都為基巖中的懸掛水，其水量較小，主要受季節(jié)控制。在進(jìn)出樓段的鉆孔中都可以看到大部分強(qiáng)風(fēng)化與部分弱風(fēng)化巖柱及節(jié)理面上都可以見(jiàn)到溶蝕現(xiàn)象，局部強(qiáng)風(fēng)化巖柱上溶蝕呈蜂窩狀并填充有紅黏土。而小北隧道進(jìn)口穿越在弱風(fēng)化巖中，其余都為微風(fēng)化巖，故溶蝕現(xiàn)象不會(huì)對(duì)工程產(chǎn)生較大的影響。 工程地質(zhì)狀況廣州地鐵5號(hào)線(xiàn)工程?hào)|西向貫穿廣州市,沿線(xiàn)發(fā)育數(shù)條斷裂,穿過(guò)紅層、石灰?guī)r和花崗巖等地層,、大坦沙至中山八過(guò)江段和草暖公園至小北等三段,分析了存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題,并從線(xiàn)路的敷設(shè)方式、施工工法選擇等方面,采用盾構(gòu)法施工應(yīng)結(jié)合工程地質(zhì)條件,合理選擇盾構(gòu)機(jī)和施工方案。第三層為第四紀(jì)上更新統(tǒng)上段坡殘積層，巖性為含碎石紅黏土、碎石土，碎石含量極不均勻?！?，最大厚度為10m?；鶐r為弱風(fēng)化燧石條帶白云巖，碎屑白云巖，～3m，弱風(fēng)化厚度為2～18m。施工場(chǎng)地狹窄，周邊干擾多。小北站位于鐵路東站廣場(chǎng)地下室內(nèi)，與鐵路東站用房是聯(lián)體建筑，鐵路新東站也正在施工之中，而鐵路東站還得照常運(yùn)營(yíng)。標(biāo)書(shū)只能給出500m2的施工臨時(shí)用地，和一條尚需搭設(shè)的通道。要達(dá)到裝飾安裝工程進(jìn)場(chǎng)施工，必須與鐵路東站周邊施工單位聯(lián)系，爭(zhēng)取支持協(xié)助，租借施工臨時(shí)用地，增開(kāi)出入口，解決材料設(shè)備運(yùn)輸及吊裝的困難。不管施工臨時(shí)設(shè)施存在多大的困難，我局將自行排除，按期進(jìn)場(chǎng)施工，確保施工進(jìn)度。文明施工要求嚴(yán)。小北站地處廣州市交通樞紐要地，乘車(chē)中轉(zhuǎn)的人群絡(luò)繹不絕，也是商業(yè)繁華區(qū)，又是新建、改建工程的集中區(qū)，東站是廣州市窗口工程，施工中必須處理好與交通、城管、環(huán)衛(wèi)、市政、街道以及治安等各城市管理單位的關(guān)系，遵守他們的有關(guān)規(guī)定，認(rèn)真做好文明施工、安全施工。 施工難點(diǎn)與特點(diǎn) 洞身的穩(wěn)定隧道穿越的地段有斷層節(jié)理密集帶數(shù)條，探洞還發(fā)現(xiàn)小型斷層斷裂幾層間夾泥多條，這些構(gòu)造如果與層面節(jié)理面組合或相互結(jié)合，不論在洞頂或邊墻，將巖體切割成大小不等的巖塊，使隧道洞身的穩(wěn)定成為施工的另一難點(diǎn)。 施工支護(hù)結(jié)構(gòu)隧洞進(jìn)出口為淺埋破碎帶，屬于不穩(wěn)定圍巖，施工支護(hù)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,隧洞施工近洞較困難。隧道斷面設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)依據(jù) 工程等級(jí)廣州地鐵工程是廣州市現(xiàn)代化公共設(shè)施屈指可數(shù)的大型工程，小北站是廣州市的門(mén)面工作，一旦步入建好的豪華地鐵區(qū)，你將領(lǐng)略到廣州城市建設(shè)的現(xiàn)代化氣息，地鐵建設(shè)牽動(dòng)著幾百萬(wàn)廣州市民的心，也是對(duì)施工單位社會(huì)信譽(yù)的考驗(yàn)，工程等級(jí)為一級(jí)。 建筑物級(jí)別根據(jù)《廣州五號(hào)地鐵線(xiàn)路工程初步設(shè)計(jì)大綱》對(duì)總地鐵建筑物的要求小北隧道進(jìn)口、出口漸變段、隧道洞身按一級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。、規(guī)范《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ1089《最新鐵路工程設(shè)計(jì)規(guī)范與施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)大全》《鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)范》TB101082002《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范 》TB100032005 選擇隧道布置形式 隧洞凈空斷面形式隧洞的進(jìn)出口段為Ⅳ級(jí)不穩(wěn)定圍巖，圍巖側(cè)壓力較大，因此考慮采用曲墻圓拱形式的斷面。原設(shè)計(jì)資料提供了兩種不同隧道的布置形式：分離式雙洞（如圖31）和雙聯(lián)拱式（如圖32）圖31 分離式雙洞圖32 雙連拱式 兩種方案的比較選擇雙聯(lián)拱式 ：施工集中，有利于集中管理；進(jìn)出口段土方及圬工量較少地鐵線(xiàn)路是往返的雙行道，連拱隧道形式便于組織交通運(yùn)營(yíng)。4 隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 隧道襯砌設(shè)計(jì)與檢算根據(jù)工程類(lèi)比及結(jié)構(gòu)計(jì)算初步擬定初期支護(hù)和二次混凝土襯砌的參數(shù)。小北隧道進(jìn)出口段均為Ⅳ級(jí)不穩(wěn)定圍巖，從設(shè)計(jì)資料來(lái)看，巖體的力學(xué)性能不是很差，有一定的自穩(wěn)能力，所以不必考慮圍巖的超前支護(hù)，如果開(kāi)挖后地質(zhì)條件變壞或量測(cè)到隧道拱頂下沉或地面下沉量較大，再進(jìn)行超前支護(hù)。在隧道設(shè)計(jì)方案中，在拱頂及邊墻設(shè)置φ6╳φ8的鋼筋網(wǎng)，隔柵間距250╳250mm，設(shè)1榀/米的四邊形隔柵剛架，在剛架的接頭處設(shè)置鎖腳錨以固定剛架隔柵剛架在開(kāi)挖初噴5cm混凝土后架設(shè)，然后補(bǔ)噴10cm混凝土包裹剛架直至設(shè)計(jì)厚度。二次襯采用C25鋼筋混凝土模注整體式襯砌，厚度為600mm，標(biāo)號(hào)為S8。澆注二次襯砌時(shí)要保證與初期支護(hù)的密貼不允許出現(xiàn)空洞，否則須進(jìn)二次填充注漿。模注混凝土施工順序?yàn)橄葔蠊笆绞┕ろ樞颉?隧道襯砌結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算計(jì)算工況與荷載的擬訂與計(jì)算本隧道為地鐵隧道，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。(1)圍巖豎直壓力的計(jì)算對(duì)于Ⅳ級(jí)圍巖，根據(jù)《地鐵隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》建議的方法進(jìn)行計(jì)算：松動(dòng)介質(zhì)平衡理論計(jì)算圍巖壓力荷載高度按以下公式進(jìn)行計(jì)算：h== （41）式中：B——隧道開(kāi)挖斷面寬度（m） H——隧道開(kāi)挖斷面寬度（m） f——巖石堅(jiān)固系數(shù)，根據(jù)圍巖的類(lèi)別進(jìn)行取值； φ——巖石的內(nèi)摩擦角，根據(jù)圍巖的類(lèi)別進(jìn)行取值；實(shí)際設(shè)計(jì)所采用的荷載為：q= （42）式中：γ——圍巖容重（KN/m）如果隧道埋深h1小于或等于計(jì)算得出的塌落拱的高度h時(shí)，為淺埋隧道，取q=γh；如果隧道埋深h1大于計(jì)算得出的塌落拱的高度h時(shí)，為深埋隧道，取q= bvh。(2)圍巖水平荷載隧道淺埋時(shí)，水平荷載按以下公式計(jì)算：在拱頂處：e1=λq （43）在隧道仰拱地面處：e2=λ（q+γh） （44）(3)襯砌自重(4)圍巖的彈性抗力彈性抗力是圍巖抵抗隧道襯砌向圍巖方向變形的能力，其值根據(jù)變形條件確定，按局部變形理論計(jì)算：P=kδ （45）式中：K——圍巖的彈性抗力系數(shù)（KN/m）采用工程類(lèi)比法確定，或采用下面的公式估算：k=100k0/R （46）式中：R——圓形隧道的開(kāi)挖半徑（m）對(duì)于非圓形隧道，近似取R=B/2。B為非圓形隧道的開(kāi)挖寬度。k0——單位巖石的抗力系數(shù)（KN/m），即半徑為1米的圓形隧道的抗力系數(shù)，其值一般可按下面的公式計(jì)算：k0= （47）式中：E——巖石的彈性模量（KN/m2） μ——巖石的泊松比 隧道襯砌結(jié)構(gòu)的計(jì)算采用《》進(jìn)行隧道襯砌結(jié)構(gòu)的分析，將隧道襯砌模擬為置于彈性地基梁上的有限單元桿系進(jìn)行分析；計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖43所示：圖41 雙聯(lián)拱式計(jì)算簡(jiǎn)圖圖42 雙聯(lián)拱式計(jì)算節(jié)點(diǎn)編號(hào)計(jì)算結(jié)果表明應(yīng)力集中表現(xiàn)在兩側(cè)仰拱與邊墻的交界處以及拱角與中間隔墻的交接處。軸力與彎距見(jiàn)表41 對(duì)于隧道襯砌結(jié)構(gòu)按破壞階段的偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行檢算。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表。根據(jù)《地鐵隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》，考慮截面抗拉情況時(shí)截面的抗壓和抗拉能力分別滿(mǎn)足以下式子：抗壓： KN≤ （48）抗拉： KN≤ （49）上式中：K——抗拉、抗壓安全系數(shù)；Ⅰ級(jí)建筑物K=；N——截面軸力；Ra、Rl——分別為襯砌混凝土的設(shè)計(jì)抗壓與抗拉強(qiáng)度；b、h——分別為襯砌混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算的截面寬度與高度；γ——截面抵抗距塑性系數(shù)，；e0——偏心距，e0=M/N，M為截面彎距；φ——混凝土構(gòu)件的縱向彎曲系數(shù)。上述表中計(jì)算結(jié)果表明，只有在應(yīng)力集中處不能滿(mǎn)足抗拉要求，需要配筋，經(jīng)過(guò)計(jì)算按構(gòu)造配筋即可滿(mǎn)足要求。%，受力筋為φ18，沿隧道中線(xiàn)每米5根，襯砌厚度方向內(nèi)外分兩層，架立筋為φ10，箍筋為φ6，混凝土保護(hù)層厚度為40mm，具體見(jiàn)設(shè)計(jì)圖紙。根據(jù)《地鐵隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，隧道襯砌截面的抗裂滿(mǎn)足下式：Kf≤γRfW0/（e0W0/A0） （410） 式中：Kf——鋼筋混凝土構(gòu)件的抗裂安全系數(shù)，；Rf——襯砌混凝土的抗裂設(shè)計(jì)強(qiáng)度；A0——鋼筋混凝土截面的換算面積；W0——換算截面受拉邊緣的彈性抵抗距，W0=J0/（hx0）；h——截面全高；x0——換算截面重心至受壓邊緣的距離；J0——換算截面對(duì)其重心的慣性距。，滿(mǎn)足要求。截面裂縫寬度計(jì)算根據(jù)《地鐵隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》，鋼筋混凝土截面如果滿(mǎn)足截面抗裂要求，則截面裂縫寬度可不予以檢算。圖43 雙連拱隧洞Ⅳ圍巖淺埋隧道襯砌變形圖表41 淺埋地鐵隧道抗拉抗壓系數(shù)表節(jié)點(diǎn)號(hào)彎距軸力偏心距相對(duì)偏心距抗壓能力抗壓安全系數(shù)抗拉能力抗拉安全系數(shù)N．mNMNN1+05+062826158+062+05+064227111+07351866+066453370+07420377+069002905+07539665+0610069210+06618471+068918916+07733655+066924191+078+05+065187692+089+05+063966423+0710+05+063213571+0611+05+063072026+0612+05+063338201+0613+05+064194904+071429534+066705214+071587256+0623469990+0616+05+06+07+0617+05+066301443+0618+05+064604076+0619+05+064359372+0620+05+065197854+0621+05+068698415+0622+05+06+07+062334164+0610577514+062488221+065182960+0825+05+063703361+0726+05+063150597+0627+05+063041497+0628+05+05+06+0633500494546497