【導讀】莇蝕罿袇節(jié)蠆蠆膂膈蠆螁羅蕆蚈襖膁莃蚇羆羄艿螆蚅腿膅螅螈蒄螄袀膇蒀螃肂羀莆螃螂芆節(jié)荿襖肈膈莈羇芄蒆莇蚆肇莂蕆蝿節(jié)羋蒆袁肅膄蒅肅袈薃蒄螃膃葿蒃裊羆蒞蒂羈膂芁蒁蚇羄膇蒁螀膀蒅薀袂羃莁蕿羄膈芇薈蚄羈芃薇袆芆腿薆羈聿蒈薅蚈芅莄薅螀肈芀薄袃芃膆蚃羅肆蒅螞蚅衿莁蟻螇肄莇蝕罿袇節(jié)蠆蠆膂膈蠆螁羅蕆蚈襖膁莃蚇羆羄艿螆蚅腿膅螅螈蒄螄袀膇蒀螃肂羀莆螃螂芆節(jié)荿襖肈膈莈羇芄蒆莇蚆肇莂蕆蝿節(jié)羋蒆袁肅膄蒅肅袈薃蒄螃膃葿蒃裊羆蒞蒂羈膂芁蒁蚇羄膇蒁螀膀蒅薀袂羃莁蕿羄膈芇薈蚄羈芃薇袆芆腿薆羈聿蒈薅蚈芅莄薅螀肈芀薄袃芃膆蚃羅肆蒅螞蚅衿莁蟻螇肄莇蝕罿袇節(jié)蠆蠆膂膈蠆螁羅蕆蚈襖膁莃蚇羆羄艿螆蚅腿膅螅螈蒄螄袀膇蒀螃肂羀莆螃螂芆節(jié)荿襖肈膈莈羇芄蒆莇蚆肇莂蕆蝿節(jié)羋蒆袁肅膄蒅肅袈薃蒄螃膃葿蒃裊羆蒞蒂羈膂芁蒁蚇羄膇蒁螀膀蒅薀袂羃莁蕿羄膈芇薈蚄羈芃薇袆芆腿薆羈聿蒈薅蚈芅莄薅螀肈芀薄袃芃膆蚃羅肆蒅螞蚅衿莁蟻螇肄莇蝕

　　

【正文】 類地下工程，特別是對于中硬巖中。本工程工期要求工期較短，且地下水豐富，土層較軟，因此不選用礦山法施工。 本工程設(shè)計隧道內(nèi)徑為 ，內(nèi)徑較大，管道頂進困難，考慮到場地以及經(jīng)濟效益的影響不選用頂管法施工。 盾構(gòu)法 施工時振動和噪聲小，對周圍居民幾乎沒有干擾；施工時不影 響地面交通；不受氣候條件影響；施工機械化程度高，施工管理容易，施工過程安全性高。在土質(zhì)差、水位高、埋深大的隧道施工中、有較高的技術(shù)優(yōu)越性。本區(qū)間工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜，地下水豐富，工程的工期要求較緊，附近也有大量居民走動，地面交通復(fù)雜。采用盾構(gòu)法施工可以很好的發(fā)揮它的優(yōu)點，充分滿足工程的要求，考慮到北京地鐵隧道施工的一般方法，最終確定本隧道區(qū)間采用盾構(gòu)法進行施工。 襯砌選型設(shè)計 盾構(gòu)隧道襯砌用管片按材料可分為鋼筋混凝土管片和鑄鐵管片、鋼管片，復(fù)合管片。 鋼筋混凝土管片有一定的強度，加工制作比 較容易，耐腐蝕，造價低，是最為常用的管片形式，但是較為笨重，在運輸、安裝施工過程中易損壞。 鑄鐵管片強度高，易鑄成薄壁結(jié)構(gòu)，管片質(zhì)量輕，搬運安裝方便，管片精度高，外形準確，防水性能好。但是管片金屬消耗量大，機械加工量也大，價格昂貴。由于鑄鐵管片具有脆性破壞的特性，不宜用作承受沖擊荷載的隧道襯砌結(jié)構(gòu)。 鋼管片的優(yōu)點是重量輕，強度高。缺點是剛度小，耐修飾性差，需要進行機械加工已滿足防水要求。成本昂貴，金屬消耗大，國外在使用鋼管片的同時，再在其內(nèi)澆注混凝土或鋼筋混凝土內(nèi)襯。 復(fù)合管片外殼采用鋼板制成，在殼內(nèi)設(shè)鋼筋 ，澆注混凝土，組成一個復(fù)合結(jié)構(gòu)，這樣其重量比鋼筋混凝土管片輕，剛度比鋼管片大，金屬消耗量比鋼管片小，缺點是鋼板耐腐蝕性差，加工復(fù)雜冗繁。 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 由于隧道直徑較小，埋深淺，并考慮到經(jīng)濟性以及國內(nèi)目前的使用情況，本區(qū)間采用鋼筋混凝土管片。鋼筋混凝土管片一般有箱型管片和平板型管片兩種形式。 鋼筋混凝土管片型式中，有箱型管片（或稱中子型）和平板型管片。箱型管片常用于大直徑的隧道。在等量材料的條件下，與平板型管片相比，箱型管片能做到抗彎剛度大、管片之間便于連接等。因而，可有效地降低造價。當然，當管片的背板厚度較小、腔格偏大 時，在盾構(gòu)千斤項作用下混凝土將會發(fā)生剝落、壓碎等情況。 平板管片是目前最常用的管片型式，常用于中小直徑的隧道，在相等厚度條件下，其抗彎剛度及強度均大于箱型管片，單塊管片重量較重，對盾構(gòu)頂力具有較大抵抗能力，正常運營時對隧道通風阻力較小。有時，在大直徑隧道內(nèi)也采用該型式的管片，但主要用于地面荷載大，或者穿越地面建筑群時的隧道區(qū)段，用來抵抗較大的外荷載。 通過比較，平板管片安全性較高，所以，本區(qū)間采用平板型鋼筋混凝土管片。 管片初步設(shè)計 圓環(huán)的拼裝形式有通縫、錯縫兩種。錯縫拼裝的優(yōu)點在于能加 強圓環(huán)接縫剛度，約束接縫變形，圓環(huán)近似地可按均質(zhì)剛度考慮。但當管片制作精度不夠好時，采用錯縫拼裝形式容易使管片在盾構(gòu)推進過程中頂碎。通縫拼裝的優(yōu)點是管片拼裝簡單，施工速度快。由于此工程接縫剛度要求易滿足，為使管片安裝方便快捷，施工進度快，采用通縫拼裝的形式。 根據(jù)盾構(gòu)隧道覆土深度，周圍環(huán)境，工程地質(zhì)條件，綜合北京地鐵工程成熟的設(shè)計、施工經(jīng)驗，本工程盾構(gòu)隧道襯砌的選擇為：初步確定襯砌厚度為 300mm，外徑為 6000mm，環(huán)寬 1200mm。參考北京盾構(gòu)法隧道的襯砌施工的實踐經(jīng)驗，此隧道采用單層襯砌，襯 砌采用預(yù)制平板型鋼筋混凝土管片?；炷翉姸葹?C40。隧道襯砌由六塊預(yù)制鋼筋混凝土管片拼裝而成，成環(huán)形式為小封頂縱向全插入式。每環(huán)管片由一塊封頂塊，兩塊鄰接塊，兩塊標準塊，一塊封底塊組成。接縫分別設(shè)置在內(nèi)力較小的 8176。、 73176。、 138176。處。 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 5. 盾構(gòu)區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 隧道埋深的確定 由已知資料可知設(shè)計線路圍巖級別為五級，又因該區(qū)間隧道為單線隧道， 沒有曲線段，考慮到含有潛水層等因素， 綜合已知地質(zhì)資料初步確定區(qū)間隧道埋深為15m。 區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)斷面形式的確定 自 1869 年 Greathead 發(fā)明圓形回轉(zhuǎn)式盾構(gòu)機以來，盾構(gòu)隧道斷面的主要性狀為圓形。但隨著技術(shù)的進步，盾構(gòu)斷面的形狀出現(xiàn)了半圓形、矩形及馬蹄形等，但一般圓形斷面使用的最廣泛，成了盾構(gòu)斷面的標準形狀，其主要理由如下： ① 一般條件下，對外壓是堅固； ② 施工中，便于盾構(gòu)機的推進和管片的制作和拼裝； ③ 即使盾構(gòu)機產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，也對斷面利用影響不大。 盾構(gòu)隧道的內(nèi)徑一般取決于兩個因素，即滿足使用目的所必要的內(nèi)空（包括維修管理上的裕 度和施工誤差）和施工上的安全性，而其外徑則是內(nèi)經(jīng)加襯砌厚度（一次襯砌或一次加二次襯砌）決定的。 單線地鐵尺寸的擬定 地鐵列車沿著固定軌道高速運行，需要在特定的空間中運行。根據(jù)車輛輪廓尺寸性能、線路特性、設(shè)備安裝及施工及施工方法等因素竟技術(shù)經(jīng)濟綜合比較確定的空間尺寸稱為限界。 區(qū)間直線地段采用圓形隧道限界，采用 A 型車，建筑限界初步設(shè)計為 5200mm。 （ 1）隧道內(nèi)經(jīng)的確定 圓形區(qū)間隧道建筑限界為 Ф5200mm 的圓，考慮到施工單位的施工誤差、線路的擬合誤差、測量誤差等多種因 素，取隧道軸線偏差為 100mm，以及后期的不均勻沉降 50mm，再增加 50mm 的富余量，則隧道內(nèi)經(jīng)應(yīng)為 Ф5400mm。 （ 2）襯砌類型的確定 參照北京地鐵盾構(gòu)法區(qū)間隧道的成功實例，以及國內(nèi)外類似工程的情況，該設(shè)計區(qū)間隧道采用接頭有一定剛度的單層柔性襯砌，其圓環(huán)變形量、接縫張開及混凝土裂縫開展均在有效可控制的范圍內(nèi)，且單層襯砌施工工藝單一，工程實施周期短， 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 投資省，進度快。 日本的大量工程實例表明，在隧道外徑為 6m 左右的情況下，如采用普通鋼筋混凝土管片，其管片厚度均在 30cm 之內(nèi)，因此本區(qū)間隧道采 用 300mm 厚度的管片。錯縫拼裝形式。 隧道內(nèi)徑： Ф5400mm；隧道外徑： Ф6000mm；管片厚度： 300mm；管片寬度：1200mm。 管片模型如圖 圖 管片模型 圖 區(qū)間隧道襯砌內(nèi)力計算與檢算 區(qū)間隧道的荷載類型 荷載分為永久荷載、活載、附加荷載和特殊荷載等四種： （ 1）永久荷載：管片自重、水土壓力、上部建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生的荷載?？紤]地層特征采取水土合算或水土分算。 （ 2）活載：地面超載一般按 20kN/m2計；有列車通過地段按 40kN/m2計。 附加荷載：施工荷 載 ——盾構(gòu)千斤頂推力，不均勻注漿壓力，相鄰隧道施工影響等。 （ 3）特殊荷載：地震力 ——按抗震基本烈度為 8 度計算，人防荷載按五級人防計算，按動載化為靜載計算。 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 區(qū)間隧道的荷載計算 區(qū)間隧道通過地段：地質(zhì)條件較差、埋深較大地段（地面超載 20kN/m2）： 里程K13++ 選取地質(zhì)鉆孔為 MEZ2A073。隧道埋深約 15m，地下水位在地面下 。地層由上至下分別為 1雜填土 γ=16 kN/m2； 2沙土 γ=19 kN/m2。隧道所穿過地層為 3圓礫土 γ=； 4粉質(zhì)粘土 γ=20 kN/m2； 5沙土 γ=19 kN/m2。隧道橫斷面與地層關(guān)系如下圖所示： 圖 5. 2 隧道橫斷面與地層關(guān)系 （ 1）荷載類型的確定 永久荷載： 結(jié)構(gòu)自重 25kN/m3 覆土自重（綜合并偏于安全的考慮所以的土層密度均按 18kN/m3計算） 側(cè)壓力 側(cè)壓力系數(shù) 地基的彈性抗力 可變荷載： 人群荷載 4kN/m2 地面超載 20kN/m2 設(shè)備荷載 8kN/m2 偶然荷載： 地震烈度為 8 度，加速度為 人防 等級為五級空氣超壓為 （ 2）荷載大小的計算 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 ： 土壓力： q 土 =16?3+19+=48++=(kN/m2) 水壓力： f=0 (kN/m2) 結(jié)構(gòu)頂板自重 q= γd=25=( kN/m2) q 頂 =++20= (kN/m2) q 頂設(shè)計值 =（ +） +20=+28=( kN/m2) 頂板荷載標準值： ∑p=π33π=( m2) q 底 =q 頂 +∑p/l=+25/6= (kN/m2) 組合值： q 底設(shè) =q 頂設(shè) +∑p/l=+(kN/m2) 土層側(cè)向壓力 e=(∑γihi) e1=(16 3+19+)= (kN/m2) e2=(3+19++203+1) =(48+++60+) = (kN/m2) ew1=0 ew2=ψγωh=10()= (kN/m2) ψ—折減系數(shù)，此處取為 1； h—從地表水表面至考察點的距離。 q 側(cè) 1=e1+ew1=+0=( kN/m2) q 側(cè) 2=e2+ew2=+=( kN/m2) 對應(yīng)的荷載基本組合設(shè)計值： q 側(cè)設(shè) 1= (e1+ew1)=(+0)==150 (kN/m2) q 側(cè)設(shè) 2=(e2+ew2)=(+)== (kN/m2) 襯砌的內(nèi)力計算 （ 1）計算模型與計 算簡圖 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 豎直壓力3 ㎡基底豎向壓力側(cè)向壓力側(cè)向壓力1 5 0 kN/ ㎡2 3kN/ ㎡1 5 0 kN/ ㎡2 3kN/ ㎡3 7 4 . 7 75k N/ ㎡ 圖 荷載計算圖示 （ 2）計算荷載值 表 計算荷載值 （ 3）用 fortran 程序計算襯砌內(nèi)力 ① 初襯數(shù)據(jù)的輸入 (以 kN 計 ): 表 數(shù)據(jù)輸入 1 22 25 +07 120200 120200 2 1 0 I I 3 1 1 1 0 4 1 1 1 0 5 1 1 1 0 6 1 1 1 0 7 1 1 1 0 8 1 1 1 0 9 1 1 1 0 荷載 名稱 垂直荷載（ kN/m2） 水平荷載（ kN/m2） 自重（ kN/m2） 底基反力（ kN/m2） 大小 蘭州交通大學