地鐵隧道施工的畢業(yè)設計

1、<p><b>　　本科生畢業(yè)設計</b></p><p><b>　　畢業(yè)設計任務書</b></p><p>　　畢業(yè)設計題目：上海地鐵汶水路站～新滬路站區(qū)間隧道設計與施工</p><p>　　畢業(yè)設計專題題目：盾構施工對周圍建筑物的影響及保護措施</p><p>　　畢業(yè)設計主要內容和

2、要求：</p><p><b>　　設計要求：</b></p><p>　　根據(jù)提供的上海地鐵汶水路～新滬路站區(qū)間隧道工程的工程資料，完成隧道襯砌結構設計和施工組織設計。結構設計內容包括隧道施工方案的比選、襯砌方案的選取及內力計算等，并編制設計計算書。施工組織設計內容應包括隧道施工準備、施工方法及輔助施工技術、施工總平面布置、施工進度計劃和施工管理等內容。</p

3、><p>　　提交是圖紙應包括：①區(qū)間隧道工程施工平面總布置圖；②區(qū)間隧道平面圖與剖面圖；③襯砌管片配筋圖。</p><p><b>　　專題要求：</b></p><p>　　隧道施工常采用盾構法施工，而盾構施工時會對周圍建筑物產(chǎn)生影響，根據(jù)查閱的資料，分析盾構施工對土體應力狀態(tài)及地表變形的影響，并說明盾構法施工時應對對周圍建筑物采取的保護措施。

4、完成論文及手繪圖一張。</p><p><b>　　其它要求：</b></p><p>　　翻譯一篇與設計或專題內容相關的近3年外文文獻，其中文字數(shù)不少于3千字，并且附英文原文。</p><p>　　院長簽字： 指導教師簽字：</p><p><b>　　摘 要&

5、lt;/b></p><p>　　本畢業(yè)設計主要包括三個部分，第一部分是汶水路~新滬路站區(qū)間隧道結構設計；第二部分是汶水路~新滬路站區(qū)間隧道施工組織設計；第三部分是專題部分，盾構施工對周圍建筑物的影響及保護措施。</p><p>　　在第一部分區(qū)間隧道結構設計中，根據(jù)隧道穿越地層的工程地質、水文地質條件和周邊環(huán)境情況，通過施工方案的比選，確定盾構法施工，隧道襯砌結構平板型鋼筋混泥土管

6、片，并對其進行相應的強度和抗浮驗算。</p><p>　　第二部分是區(qū)間隧道施工組織設計，根據(jù)隧道施工方法和隧道周邊的環(huán)境情況，對施工前準備工作，施工場地布置，隧道開挖與襯砌結構施工等進行設計，并編制了工程進度計劃，編寫了相應的質量、安全、環(huán)境保護等措施。</p><p>　　第三部分是專題部分，內容是盾構施工對周圍建筑物的影響及保護措施。結合工程實例和相關的參考資料，總結出盾構隧道對建筑

7、物常見的破壞形式。</p><p>　　關鍵詞：盾構； 地表沉降； 鄰近建筑物； 破壞； 保護措施</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The design mainly includes three parts. The first part is the tunnel design of the sec

8、tion from Wenshui Station to Xinhu Station in Shanghai; The second part is its construction arrangement design; The third part is the Special subject whose topic is shield construction impact on the surrounding buildings

9、 and the.</p><p>　　In the design of the first part, according to the engineering geology,hydrogeological conditions and environment around ,Flat Concrete Lining and Shield Construction has been decided throu

10、gh the scheme comparison and selection. After that, the strength and anti-floating checking is made.</p><p>　　The second part is the tunnel section construction arrangement design. According to the tunnel co

11、nstruction methods and the environment around, the preparation before the construction, construction site layout, tunnel excavation and lining construction is designed. The project schedule ,the quality ,the safety and t

12、he environment protection are made.</p><p>　　The third part is the Special subject whose topic is shield construction impact on the surrounding buildings and the protection measures. With the Project example

13、s and related reference materials, tunnel damage common forms of the building are Summarized. </p><p>　　Key words: shield tunnelling; surface subsidence; surrounding buildings; damage; protection measures<

14、;/p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一部分 上海地鐵汶水路站~新滬路站區(qū)間隧道結構設計</p><p><b>　　1 工程概況1</b></p><p>　　1.1 工程位置1</p><p>　　1.2 工程規(guī)模1</p>&l

15、t;p><b>　　2 設計依據(jù)1</b></p><p>　　2.1 自然條件1</p><p>　　2.1.1 工程地質1</p><p>　　2.1.2 氣象3</p><p>　　2.2 現(xiàn)場條件3</p><p>　　2.2.1 沿線建（構）筑物、地下管線及障礙物3&l

16、t;/p><p>　　2.2.2 交通狀況3</p><p>　　3 隧道施工方案與襯砌選型設計3</p><p>　　3.1 隧道施工方案3</p><p>　　3.1.1 明挖法3</p><p>　　3.1.2 礦山法4</p><p>　　3.1.3 頂管法4</p>

17、<p>　　3.1.4 盾構法4</p><p>　　3.1.5 方案確定4</p><p>　　3.2 襯砌選型4</p><p>　　3.3管片初步設計5</p><p><b>　　4 隧道計算6</b></p><p>　　4.1 計算原則及采用規(guī)范6</p

18、><p>　　4.2 斷面的選擇及內力計算6</p><p>　　4.2.1 土層情況6</p><p>　　4.2.2 荷載計算及組合6</p><p>　　4.3 斷面設計11</p><p>　　4.3.1 管片斷面11</p><p>　　4.3.2 接縫張開量計算15</

19、p><p>　　4.4 千斤頂作用下局部承壓計算16</p><p>　　4.4.1 局部承壓16</p><p>　　4.4.2 預埋件設計16</p><p>　　4.5 抗浮驗算17</p><p>　　5 隧道主要技術經(jīng)濟指標18</p><p>　　5.1 開挖土方量18<

20、;/p><p>　　5.2 管片用量18</p><p>　　5.3 鋼筋用量18</p><p>　　第二部分 上海地鐵汶水路站~新滬路站區(qū)間隧道施工組織設計</p><p><b>　　1 工程概況19</b></p><p>　　2 隧道施工準備19</p><p&g

21、t;　　2.1 技術準備19</p><p>　　2.1.1 技術管理體系19</p><p>　　2.1.2 測量管理19</p><p>　　2.1.3 試驗管理20</p><p>　　2.1.4 施工管理20</p><p>　　2.2 施工現(xiàn)場準備20</p><p>　　

22、2.2.1 施工道路20</p><p>　　2.2.2 施工給水20</p><p>　　2.2.3 排水20</p><p>　　2.2.4 施工用電20</p><p>　　2.3 施工物資的準備20</p><p>　　2.4 勞動力準備21</p><p>　　2.4.1大

23、臨設施階段21</p><p>　　2.4.2 正常推進階段21</p><p>　　3 施工現(xiàn)場總平面布置22</p><p>　　3.1 施工總平面布置原則22</p><p>　　3.2 施工平面總體布置23</p><p>　　3.2.1 施工場地布置23</p><p>　

24、　3.2.2 施工場地布置圖23</p><p>　　4 界定關鍵過程24</p><p>　　4.1 施工測量控制要點24</p><p>　　4.2 管片拼裝控制要點24</p><p>　　4.3 襯砌防水控制要點25</p><p>　　4.4 地表沉降控制要點25</p><p

25、>　　4.5 關鍵過程控制人員落實25</p><p>　　5 施工方案及主要施工工序25</p><p>　　5.1 施工方案的確定25</p><p>　　5.1.1 泥水平衡盾構的原理25</p><p>　　5.1.2 土壓平衡盾構的原理26</p><p>　　5.1.3 泥水平衡、土壓平衡盾

26、構的對比26</p><p>　　5.1.4 盾構施工方案確定26</p><p>　　5.2 盾構掘進的施工準備27</p><p>　　5.2.1 技術交底27</p><p>　　5.2.2 地面準備工作27</p><p>　　5.2.3 井下準備工作27</p><p>　

27、　5.3 出洞方案27</p><p>　　5.3.1 出洞土體加固27</p><p>　　5.3.2 混凝土洞門鑿除28</p><p>　　5.3.3 洞口止水簾布安裝28</p><p>　　5.3.4 出洞掘進28</p><p>　　5.4 進洞方案28</p><p>

28、　　5.4.1 進洞土體加固28</p><p>　　5.4.2 盾構接收井準備29</p><p>　　5.4.3 盾構姿態(tài)的復核測量29</p><p>　　5.4.4 盾構靠上槽壁前的推進29</p><p>　　5.4.5 盾構進洞前洞門混凝土的鑿除29</p><p>　　5.4.6 盾構進洞29

29、</p><p>　　5.5 掘進施工參數(shù)29</p><p>　　5.6 管片拼裝30</p><p>　　5.7 同步注漿及壁后補壓漿30</p><p><b>　　5.8 糾偏32</b></p><p>　　5.9 洞門施工32</p><p>　　5.

30、10隧道內運輸32</p><p>　　5.11 棄土處理33</p><p>　　6 施工主要技術措施33</p><p>　　6.1 砂性土層施工技術措施33</p><p>　　6.2 穿越地下管線的保護措施33</p><p>　　6.3 鄰近施工和既有建筑物的保護措施35</p>&

31、lt;p>　　6.4 減少地面變形控制措施35</p><p>　　6.5 緊急預案措施36</p><p>　　7 施工進度計劃36</p><p>　　8 質量、安全和環(huán)境保護措施管理37</p><p>　　8.1 質量管理37</p><p>　　8.1.1工程質量標準37</p>

32、<p>　　8.1.2 質量管理體系要素詳表37</p><p>　　8.2 施工質量控制38</p><p>　　8.2.1 隧道襯砌質量控制38</p><p>　　8.2.2 隧道軸線控制38</p><p>　　8.2.3 管片拼裝質量控制39</p><p>　　8.2.4 地表沉降控

33、制39</p><p>　　8.2.5 測量控制39</p><p>　　8.3 安全生產(chǎn)施工控制39</p><p>　　8.4 文明施工措施40</p><p>　　8.5 防汛、防臺風施工措施40</p><p>　　8.5.1 防汛防臺的要求40</p><p>　　8.5.

34、2 防汛防臺的發(fā)現(xiàn)和組織撲救順序40</p><p>　　8.6 消防安全措施41</p><p>　　第三部分 盾構施工對周圍建筑物的影響及保護措施</p><p><b>　　1 緒論42</b></p><p><b>　　1.1 引言42</b></p><p&g

35、t;　　1.2 盾構法施工原理42</p><p>　　1.3 盾構法施工對鄰近建筑物影響研究現(xiàn)狀43</p><p>　　2 盾構施工對地層的影響44</p><p>　　2.1盾構施工對土體應力狀態(tài)的影響44</p><p>　　2.2盾構施工對土體變形狀態(tài)的影響44</p><p>　　2.3 地表沉降

36、的表現(xiàn)形式46</p><p>　　2.3.1橫向地表沉降46</p><p>　　2.3.2縱向地表沉降47</p><p>　　3 隧道施工對地面建筑物的影響47</p><p>　　3.1盾構隧道開挖引起的地表損害形式47</p><p>　　3.2 盾構施工對建筑物的影響50</p>

37、<p>　　3.2.1 盾構施工對淺基礎建筑物的影響50</p><p>　　3.2.2 盾構施工對深基礎建筑物的影響51</p><p>　　3.3 建筑物的損害形式51</p><p>　　3.4 建筑物抵抗破壞的性能51</p><p>　　3.5 已建建筑物的變形控制標準52</p><p&g

38、t;　　3.5.1鄰近建筑物保護的標準52</p><p>　　3.5.2鄰近建筑物的允許變形52</p><p>　　3.6盾構通過建筑物時的施工組織方法53</p><p>　　3.7盾構施工影響范圍的確定54</p><p>　　3.8 盾構掘進對近鄰建筑物影響程度的分析預測54</p><p>　　3

39、.8.1 隔離法54</p><p>　　3.8.2 整體分析法55</p><p>　　4.盾構施工對建筑物影響的控制措施55</p><p>　　4.1 主動控制措施56</p><p>　　4.2 被動控制措施57</p><p><b>　　5 總結58</b></p&g

40、t;<p><b>　　參考文獻60</b></p><p><b>　　翻譯部分61</b></p><p><b>　　致 謝71</b></p><p><b>　　第一部分</b></p><p>　　上海地鐵汶水路站～新滬路

41、站區(qū)間隧道結構設計</p><p><b>　　1 工程概況</b></p><p><b>　　1.1 工程位置</b></p><p>　　上海軌道交通七號線工程從市區(qū)的西北部穿越中心城區(qū)，至浦東的西南地區(qū)（龍陽路），途徑寶山、普陀、靜安、徐匯和浦東新區(qū)等五個主要城區(qū)，線路全長約34km，共設28座車站。</p&

42、gt;<p>　　本次隧道工程的設計范圍是汶水路站~新滬路站區(qū)間隧道，它屬于上海軌道交通七號線的一部分。盾構從汶水路站南端頭井下井，沿滬太路往南推進，到達新滬路站北端頭井。隧道總體位于滬太路下方。新滬路站站址沿滬太路布置，位于滬太路西側的道路及綠化帶下，北起行知路北側230m，南至新滬路口，橫跨行知路和新滬路。</p><p><b>　　1.2 工程規(guī)模</b></p&

43、gt;<p>　　隧道設計為圓形隧道，隧道外徑為6200mm，內徑5500mm。該區(qū)間圓形隧道共有上行右線，下行左線兩條平行隧道。上、下行線相距13.2m。隧道采用高站位低區(qū)間的駝峰狀。汶水路站～新滬路站區(qū)間隧道推進里程為：CK6+904.110－CK7+632.200，單線長728.09m。在CK7+255.250設旁通道及泵站一處。工程最大坡度28.76‰，最小曲率半徑R＝399.851m，隧道頂覆土7.3～18.4m

44、左右。</p><p><b>　　2 設計依據(jù)</b></p><p><b>　　2.1 自然條件</b></p><p>　　2.1.1 工程地質</p><p><b>　?。?）地形、地貌</b></p><p>　　汶水路~新滬路所處位置地形

45、較平坦，地面標高一般在4.25～5.22m之間。擬建場地地貌形態(tài)單一，地貌類型屬濱海平原。</p><p>　?。?）地基土的構成與特征</p><p>　　汶水路~新滬路區(qū)間沿線地層由上至下土層主要有：</p><p>　　①1填土層，呈雜～黃褐色，很濕，松散，上部主要為混凝土地坪、碎石、煤渣等，下部由粘性土等組成。該層位于地表，分布廣泛。</p>

46、<p>　?、? 粉質粘土層，呈褐黃～灰黃色，濕～很濕，可塑～軟塑，中等壓縮性，含氧化鐵斑點及鐵錳質結核，隨深度增加土性漸變軟。無搖震反應，土面較光滑，韌性中等～高等，干強度中等～高等。</p><p>　?、?淤泥質粉質粘土層，呈灰色，飽和、流塑，高壓縮性。含云母、有機質，在4～6m夾較多量薄層粉性土，土質不均勻。搖震反應很慢，土面較粗糙，韌性中等，干強度中等。</p><p>

47、;　?、?淤泥質粘土，呈灰色，飽和、流塑，高壓縮性。含云母、有機質及少量貝殼碎屑，夾少量薄層粉砂，土質均勻。無搖震反應，土面光滑有油脂光澤，韌性高，干強度高等。</p><p>　?、?粘土，呈褐灰色，很濕，軟塑，高等壓縮性，含云母、有機質，夾少量泥鈣質結核、半腐蘆葦根莖，在汶水路車站南側分布。無搖震反應，土面光滑，韌性高等，干強度高等。</p><p>　?、?粉質粘土層，呈暗綠～草黃，

48、濕～稍濕，可塑～硬塑，壓縮性中等。含氧化鐵斑點及鐵錳質結核，夾少量灰白色高嶺土，下部夾粘質粉土。無搖震反應，土面較光滑，韌性中等～高等，干強度中等～高等。</p><p>　?、?-1砂質粉土，呈草黃，飽和，中密，壓縮性中等。含云母、少量氧化鐵條紋，夾粉砂。搖震反應快，無光澤反應，土面粗糙，韌性低等，無干強度。</p><p>　?、?-2 粉砂，呈草黃～灰，飽和，中密～密實，壓縮性中等～

49、低等。含云母，夾粉性土。</p><p>　?、? 粘土，呈灰色，很濕，可塑～軟塑，壓縮性中等。含云母、有機質，夾少量薄層粉砂。一般上部夾較多量薄層粉性土。無無搖震反應，土面光滑有油脂光澤，韌性高，干強度高等。</p><p>　　（3）地基土物理力學性質</p><p><b>　?。?）地下水</b></p><p>

50、;　　施工場地地下水主要有淺部土層中的潛水和深部粉性土層中的（微）承壓水。據(jù)區(qū)域資料，承壓水位，一般低于潛水位，淺部土層中的潛水位埋深，一般離地表面0.3～1.5m，年平均地下水位離地表面0.5～0.7m，低水位埋深為1.50m；第⑦1層承壓水位埋深為3～11m。潛水位和承壓水位隨季節(jié)、氣候等因素而有所變化。江河邊一定距離范圍內，特別是有淺層粉性土分布區(qū)，其潛水位受潮汐影響較明顯。</p><p>　　據(jù)有關資料

51、，地下水的溫度，埋深在4m范圍內受氣溫變化影響，4m以下水溫較穩(wěn)定，一般為16°～18°。</p><p>　　根據(jù)市標《巖土工程勘察規(guī)范》（DGJ 08-37-2002）判定，地下水對混凝土無腐蝕性。由于擬建場地地下水水位較高，根據(jù)上海地區(qū)經(jīng)驗，當?shù)叵滤撍炷翢o腐蝕性性時，其土對混凝土亦無腐蝕性，故判定擬建場地地下水和土對混凝土無腐蝕性。</p><p>　

52、　另據(jù)水質分析報告和類同工程經(jīng)驗判定，場地地下水對鋼結構有弱腐蝕性</p><p><b>　　2.1.2 氣象</b></p><p><b>　?。?）氣溫</b></p><p>　　上海市年平均氣溫18.4℃，最高為39℃，最低-4℃。</p><p><b>　?。?）降水<

53、;/b></p><p>　　全年無霜期約230天，年平均降雨量在1200毫米左右，但一年中60％的雨量集中在5至9月的汛期，汛期有春雨、梅雨、秋雨三個雨期。</p><p><b>　　（3）日照</b></p><p>　　全年日照時數(shù)平均為1638.2小時。</p><p><b>　　2.2 現(xiàn)場

54、條件</b></p><p>　　2.2.1 沿線建（構）筑物、地下管線及障礙物</p><p>　?。?）沿線建（構）筑物</p><p>　　本段區(qū)間隧道工程沿線將穿越如下一些建構筑物：盾構從汶水路站出洞不久，就將穿越中國石化上海石油五八五加油站的地下油罐；穿越農(nóng)行大場營業(yè)所、蘇明鋼材貿(mào)易、晨輝防水建筑材料廠等工業(yè)民用建筑物</p>&

55、lt;p><b>　?。?）地下管線</b></p><p>　　穿越電話12孔/1.0纜、雨水/φ1000/1.9砼、電話12孔/1.5纜、電話18孔/3.8、污水/φ2000/7.0砼等一系列重要管線。</p><p>　　2.2.2 交通狀況</p><p>　　本標段工程主要沿滬太路布置，在隧道掘進至該范圍內，要加強監(jiān)控，做好防范

56、措施，確保安全、順利的通過。在汶水路車站的中部，有一通往龍珠苑小區(qū)的通道，根據(jù)招標文件要求，工程施工期間，須為該小區(qū)留設5m寬的行人和車輛通道，并確保行人和車輛的安全。</p><p>　　3 隧道施工方案與襯砌選型設計</p><p>　　3.1 隧道施工方案</p><p>　　隧道施工方法的選擇主要依據(jù)工程地質和水文地質條件，并結合隧道斷面尺寸、長度、襯砌類型

57、、隧道的使用功能和施工技術水平等因素綜合考慮研究確定。所選擇的施工方法也應體現(xiàn)出技術先進、經(jīng)濟合理及安全適用。在現(xiàn)有的施工條件下，根據(jù)地下工程的施工方法，本工程可選用的施工方案有：明挖法、礦山法、頂管法、盾構法。以下對四種施工法進行優(yōu)劣比較，并確定施工方案。</p><p><b>　　3.1.1 明挖法</b></p><p>　　明挖法是指挖開地面，由上向下開挖土

58、石方至設計標高后，自基底由下向上順作施工，完成隧道主體結構，最后回境基坑或恢復地面的施工方法。地下工程施工時，在埋深較淺的情況下，廣泛采用明挖法，放坡開挖是明挖法的首選方案。明挖法的優(yōu)點有：施工方法簡單，技術成熟；工程進度快，根據(jù)需要可以分段同時作業(yè)；淺埋時工程造價和運營費用均較低，且能耗較少。缺點有：外界氣象條件對施工影響較大；施工對城市地面交通和居民的正常生活有較大影響，且易造成噪音、粉塵及廢棄泥漿等的污染；需要拆除工程影響范圍內的

59、建筑物和地下管線；在飽和的軟土地層中，深基坑開挖引起的地面沉降較難控制，且境內邊坡穩(wěn)定常常會成為威脅工程安全的重大問題。</p><p><b>　　3.1.2 礦山法</b></p><p>　　礦山法是城市深部地下工程常用的暗挖施工方法，具有不影響地面正常交通與生產(chǎn)，地表下沉量小，適用于硬、軟巖層中各類地下工程，特別是對于中硬巖中。然而礦山法隧道施工的工作環(huán)境惡劣

60、，超挖、欠挖量大，無用功多，對圍巖的破壞性大，而且施工進度慢。</p><p><b>　　3.1.3 頂管法</b></p><p>　　頂管法是直接在松散土層或富水松軟地層中敷設中、小型管道的一種施工方法。頂管法一般用于修建排水管、敷設煤氣罐、輸油管、動力電纜和通訊電纜的管道、地下交通隧道及橋梁的墩臺等，這些管道的內徑一般都在2～3m。內徑太大和太小的管道頂進都較

61、困難，口徑超過3m的較長距離頂管綜合經(jīng)濟效益不如盾構法施工。</p><p><b>　　3.1.4 盾構法</b></p><p>　　盾構法盾構法是在地表以下土層或松軟巖層中暗挖隧道的一種施工方法。盾構推進主要依靠盾構內部設置的千斤頂，如此不斷開挖，不斷拼裝，并不斷推進，借助盾構這種施工機械可用較快的速度完成隧道施工基本作業(yè)循環(huán)，直至隧道建成。盾構法施工隧道的優(yōu)點

62、表現(xiàn)在施工作業(yè)可在盾構設備的掩護下，安全的進行地下開挖與襯砌支護工作；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。在土質差、水位高、埋深大的隧道施工中、有較高的技術優(yōu)越性。該施工技術目前存在的主要問題是當覆土較淺時，開挖面穩(wěn)定較為困難；曲率半徑小的曲線段施工比較困難；在飽和含水層中，防水技術要求高。自1818年法國工程師布魯諾爾發(fā)明盾構法以來，經(jīng)過一百多年的應用與發(fā)

63、展，盾構機已經(jīng)能適用于任何水文地質條件下的施工，無論是松軟的，堅硬的，有地下水的，無地下水的暗挖隧道工程都可用盾構法。</p><p>　　3.1.5 方案確定</p><p>　　明挖法施工對城市地面交通和居民的正常生活有較大影響，易造成噪音、粉塵及廢棄泥漿等的污染，且工期較長。由于本工程位處地區(qū)附近有很多居民居住，地面交通復雜且隧道埋深較深，故不適合選擇明挖法施工。</p>

64、<p>　　礦山法適用于硬、軟巖層中各類地下工程，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。</p><p>　　本工程設計隧道內徑為5.5m，內徑較大，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。</p><p>　　盾構法施工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；

65、施工機械化程度高，施工管理容易，施工過程安全性高。在土質差、水位高、埋深大的隧道施工中、有較高的技術優(yōu)越性。本區(qū)間工程地質條件較為復雜，地下水豐富，工程的工期要求較緊，附近也有大量居民走動，地面交通復雜。采用盾構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，考慮到上海地鐵隧道施工的一般方法，最終確定本隧道區(qū)間采用盾構法進行施工。</p><p><b>　　3.2 襯砌選型</b><

66、;/p><p>　　盾構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，復合管片。</p><p>　　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。</p><p>　　鑄鐵管片強度高，易鑄成薄壁結構，管片質量輕，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

67、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構。</p><p>　　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，再在其內澆注混凝土或鋼筋混凝土內襯。</p><p>　　復合管片外殼采用鋼板制成，在殼內設鋼筋，澆注混凝土，組成一個復合結構，這樣其

68、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，加工復雜冗繁。</p><p>　　由于隧道直徑較小，埋深淺，并考慮到經(jīng)濟性以及國內目前的使用情況，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。</p><p>　　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

69、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，在盾構千斤項作用下混凝土將會發(fā)生剝落、壓碎等情況。</p><p>　　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，在大直徑隧道內也采用該型式的管片

70、，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。</p><p>　　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。</p><p><b>　　3.3管片初步設計</b></p><p>　　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

71、質剛度考慮。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。</p><p>　　根據(jù)盾構隧道覆土深度，周圍環(huán)境，工程地質條件，綜合上海地鐵工程成熟的設計、施工經(jīng)驗，本工程盾構隧道襯砌的選擇為：初步確定襯砌厚度為350mm，外徑為6200mm，環(huán)寬1200mm。參

72、考上海盾構法隧道的襯砌施工的實踐經(jīng)驗，此隧道采用單層襯砌，襯砌采用預制平板型鋼筋混凝土管片?；炷翉姸葹镃55。隧道襯砌由六塊預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。接縫分別設置在內力較小的8°、73°、138°處。</p><p><b>　　4 隧道計算</b></p>

73、;<p>　　4.1 計算原則及采用規(guī)范</p><p><b>　　計算原則：</b></p><p>　?。?）設計服務年限100年； </p><p>　　（2）工程結構的安全等級按一級考慮； </p><p>　?。?）取上覆土層厚度最大的橫斷面計算； </p><p>　　

74、（4）滿足施工階段，正常運營階段和特殊情況下強度計算要求；</p><p>　　（5）接縫變形在接縫防水措施所能適應的范圍內；</p><p>　?。?）成型管片裂縫寬度不大于0.2mm；</p><p>　?。?）隧道最小埋深處需滿足抗浮要求；</p><p><b>　　采用規(guī)范：</b></p>&l

75、t;p>　　（1）《混凝土結構》（GB50010-2002）；</p><p>　　（2）《地下工程防水技術規(guī)范》（GB50108-2001）；</p><p>　?。?）《地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范》（GB50299-1999）；</p><p>　　（4）《建筑工程施工質量驗收統(tǒng)一標準》（GB50300-2001）；</p><p>

76、;　　（5）《地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范》（GB50308-1999）；</p><p>　　（6）《盾構法隧道施工與驗收規(guī)范》（GB50446-2008）；</p><p>　?。?）《混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范》（GB50204-2002）。</p><p>　　4.2 斷面的選擇及內力計算</p><p>　　根據(jù)設計規(guī)范，盾構

77、隧道襯砌的結構計算采用自由變形的彈性均質圓環(huán)法。</p><p>　　選取隧道埋深最深的工況進行分析，根據(jù)汶水路站~新滬路站區(qū)間隧道剖面圖，工況里程為CK7+255.000，盾構隧道中心標高-12.418m、地面標高4.642m。</p><p>　　結構設計時，考慮了基本使用階段+特殊荷載組合階段可能出現(xiàn)的最不利荷載組合進行結構強度、剛度和裂縫張開量等驗算。</p><

78、;p>　　4.2.1 土層情況</p><p>　　根據(jù)工程地質剖面圖，可得工況的土層地質的分布情況，見下圖工況隧道斷面土層分布圖。</p><p>　　4.2.2 荷載計算及組合</p><p>　　區(qū)間隧道外徑為6200mm，內徑為5500mm。襯砌采用預制鋼筋混凝土管片?；炷翉姸葹镃55。荷載計算取b=1m的單位寬度進行計算，同時根據(jù)管片所處地層的特征

79、及地基土的物理力學性質，在計算水土壓力時用水土分算的方法。</p><p>　　（一）基本使用階段的荷載計算</p><p><b>　?。?）襯砌自重：</b></p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　式中 g——襯砌自重，KPa；</p><p&

80、gt;　　γh——鋼筋混凝土容重，取為25； </p><p><b>　　——管片厚度，m。</b></p><p>　　將已知數(shù)值帶入計算可得：g =250.35=8.75 。</p><p>　　（2）襯砌拱頂豎向地層壓力：</p><p><b>　　拱頂部：</b></p>

81、<p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　式中 Pv1 ——襯砌拱頂豎向地層壓力，KPa；</p><p>　　γi ——襯砌頂部以上各個土層的容重，在地下水位以下的土層容重取其浮重度，；</p><p>　　hi——襯砌頂部以上各個土層的厚度，m 。</p><p>　　==107.42

82、7kPa</p><p><b>　　拱背部：</b></p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　式中 Pv2——襯砌拱背豎向地層壓力，KPa；</p><p>　　Q——拱背均布荷載，KN/m； （4.4）</p>

83、<p>　　γ——襯砌拱背覆土的加權平均容重，；</p><p>　　RH——襯砌圓環(huán)計算半徑，m。</p><p>　　將已知數(shù)值帶入計算可得：</p><p><b>　　= KN/m</b></p><p><b>　　KPa。</b></p><p>　　

84、（3）地面超載：由于本隧道埋深不是很深，故須考慮到地面超載的影響，取地面超載為20kPa，并將它疊加到豎向土壓上去，故總的豎向土壓力為132.332kPa。</p><p>　?。?）側向水平均勻土壓力：</p><p>　　=tan （45°-）-2tan （45°-） （4.5）</p><p>　　式中

85、Ph1——側向水平均勻土壓力，KPa；</p><p>　　φ——襯砌環(huán)直徑高度內各土層內摩擦角加權平均值，（º）；</p><p><b>　　==15.5º。</b></p><p>　　c——襯砌環(huán)直徑高度內各土層內聚力加權平均值，KPa；</p><p>　　=13.9 KPa。</p&

86、gt;<p>　　將已知數(shù)值帶入計算可得：</p><p><b>　　KPa。</b></p><p>　?。?）側向三角形水平土壓力：</p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　式中 Ph2——側向三角形水平土壓力，KPa；</p><

87、;p>　　RH——襯砌圓環(huán)計算半徑，m；</p><p>　　γ0——襯砌環(huán)直徑高度內各土層重度的加權平均值，；</p><p>　　將已知數(shù)值帶入計算可得：</p><p>　　=29.091KPa。</p><p>　　（6）靜水壓力：水位高為13.46m。</p><p>　?。?）襯砌拱底反力：</

88、p><p><b>　　（4.7）</b></p><p>　　式中 PR——襯砌拱底反力， KPa；</p><p>　　Pv1——襯砌拱頂豎向地層壓力，KPa；</p><p>　　Pv2——襯砌拱背部荷載，KPa；</p><p>　　g——襯砌自重，KPa；</p><p

89、>　　γw——水的容重，取為10KN/。</p><p>　　將已知數(shù)值帶入計算可得：</p><p><b>　　KPa</b></p><p>　　（二）考慮特殊荷載作用</p><p>　　本設計中特殊荷載指人防、地震荷載等。在設計中豎向特殊荷載取Pv1=100KPa，側向特殊荷載取Ph1=40 KPa。&l

90、t;/p><p>　　本設計內力計算采用《土層地下建筑結構》和《隧道工程》中的計算工法。對基本使用階段和特殊荷載階段兩種情況下可能出現(xiàn)的最不利荷載進行組合。取左半襯砌圓環(huán)進行分析，將其均分為九個部分，各部分分別為0º、22.5º、45º、67.5º、90º、112.5º、135º、157.5º、180º，其中0º表示襯

91、砌圓環(huán)垂直直徑處，22.5º為0º處向左量取22.5º處，以此類推。</p><p>　　計算中彎矩用M（i）表示，軸力用N（i）表示，終值由結構在各種荷載作用下得到的內力經(jīng)過疊加得到。各斷面內力系數(shù)表如下表4.1。</p><p>　　根據(jù)表4.1中內力計算公式，并運用Excel表格進行匯總計算，計算結果見表4.2：</p><p>

92、　　由于本工程所采用的管片設計寬度為b=1.2m，而荷載計算是按管片寬度b=1m計算所得，所以最終荷載應在b=1m計算基礎上乘以1.2的系數(shù)。將內力組合匯總如下表4.3：</p><p>　　根據(jù)計算所得的內力圖繪出襯砌的內力組合圖如下：</p><p>　　由內力組合值可知，彎矩在拱底處=180°取得正的最大值（管片內側受拉，M=694.28KN.m），在=90°的時

93、候取得負的最大值（管片外側受拉，M= -357.35KN.m）；軸力在=90°時取得最大值N=1364.35KN。</p><p><b>　　4.3 斷面設計</b></p><p>　　4.3.1 管片斷面</p><p>　　管片配筋取襯砌結構承受彎矩最大值作為設計依據(jù)，在內力組合中得出的結果，在=180°時截面內側受

94、拉彎矩最大，=90°時截面外側受拉彎矩最大。故按=180°時的截面進行內排鋼筋設計，按=90°時的截面進行外排鋼筋設計。根據(jù)《混凝土結構設計規(guī)范》，并參考文獻《盾構法隧道施工技術及應用》，按偏心受壓構件進行截面配筋設計。</p><p>　?。?） =180°時（內排配筋）： </p><p>　　彎矩M=694.28KN.m 軸力N=1151

95、.95KN </p><p>　　管片鋼筋選定為HRB400（20MnSiV）型熱軋鋼筋，選用混凝土等級為C55混凝土。h=350mm，h0= h – as=h-50=300mm</p><p>　　e0=M/N=603mm （4.8）</p><p>　　ea=2

96、0mm（ea取20和h/30=350/30=11.7mm較大者） </p><p>　　ei=e0+ea=603+20=623mm>0.3=0.3×300=90mm （4.9）</p><p>　　所以，屬大偏心受壓情況</p><p>　　式中 e0——截面的初始偏心距，mm；</p>&

97、lt;p>　　ea——軸向力在偏心方向上的附加偏心距，mm；</p><p>　　ei——修正截面初始偏心距，mm ；</p><p>　　αs——混凝土的保護層厚度，mm；</p><p>　　h——管片的厚度，mm。</p><p>　　e=ηei +h/2- as （4.10）&l

98、t;/p><p>　　將已知數(shù)值帶入計算可得： e =623+175-50=748mm</p><p>　　式中 e——軸向力到受拉鋼筋合力點的距離，mm；</p><p>　　η——截面的偏心距增大系數(shù)；這里取η=1.0。</p><p><b>　　對受壓面配筋：</b></p><p>&l

99、t;b>　?。?.11）</b></p><p>　　式中 α1——矩形應力圖強度與受壓區(qū)混凝土最大應力fc的比值；</p><p>　　fc——混凝土的抗壓強度設計值，；</p><p>　　b——管片寬度，mm；</p><p>　　ζb——界限相對受壓區(qū)高度；</p><p>　　fy‘——鋼

100、筋屈服強度設計值，；</p><p>　　h0——截面的有效高度，mm。</p><p>　　根據(jù)選定的Ⅲ級HRB400鋼筋和C55混凝土，查表可得：</p><p>　　α1=1.0； fc =25.3； b =1.2m；</p><p>　　ζb =0.508；=360； h0=300mm。</p><p>　

101、　將已知數(shù)值帶入計算可得：</p><p>　　= –1931.5<0</p><p><b>　　按最小配筋率計算。</b></p><p>　　最小配筋率ρmin：</p><p><b>　　查表得：</b></p><p>　　ft =1.96；==360；&l

102、t;/p><p>　　=0.245% （4.12）</p><p>　　式中 ρmin——最小配筋率；</p><p>　　ft ——混凝土的抗拉強度設計值，；</p><p>　　fy——鋼筋的屈服強度設計值，。</p><p><b>　?。?.13）</b>

103、;</p><p>　　式中 b——管片寬度，mm；</p><p>　　h0——截面的有效高度，mm。</p><p>　　將已知數(shù)值帶入計算可得：</p><p>　　由于受壓區(qū)采用最小配筋，則要重新計算受壓區(qū)高度：</p><p><b>　?。?.14）</b></p>&

104、lt;p>　　式中 α1——矩形應力圖強度與受壓區(qū)混凝土最大應力fc的比值；</p><p>　　fc——混凝土的抗壓強度設計值，；</p><p>　　b——管片寬度，mm；</p><p>　　e——軸向力到受拉鋼筋合力點的距離，mm；</p><p>　　fy‘——鋼筋屈服強度設計值，；</p><p>

105、　　h0——截面的有效高度，mm；</p><p>　　——截面承受的最大軸力，KN。</p><p>　　將已知數(shù)值帶入計算可得：</p><p>　　計算得：=96.8 mm< 2 as =100mm</p><p><b>　　對受拉面配筋：</b></p><p><b>

106、　?。?.15）</b></p><p>　　式中 α1——矩形應力圖強度與受壓區(qū)混凝土最大應力fc的比值；</p><p>　　fc——混凝土的抗壓強度設計值，；</p><p>　　b——管片寬度，mm；</p><p>　　fy‘——鋼筋屈服強度設計值，；</p><p>　　——截面承受的最大軸力

107、，KN。</p><p>　　其余各符號的解釋與前面一致。</p><p>　　將已知數(shù)值帶入計算可得：</p><p>　　=6374.1 </p><p>　　再按As`=0計算As ：</p><p><b>　?。?.16）</b></p>&

108、lt;p>　　式中各符號的解釋與前面一致。</p><p>　　將已知數(shù)值帶入計算可得： =9652.5 </p><p>　　取兩個計算中較小值，故As=6374.1。</p><p>　?。?） θ=90°時（外排配筋）：（與內排配筋步驟相同）</p><p>　　彎矩M= –357.35KN.m

109、 軸力N=1364.35KN</p><p>　　e0=｜M/N｜=262mm ea=20mm（ea取20和h/30=350/30=11.7mm較大者）</p><p>　　ei= e0+ ea =262+20=282mm>0.3 h

110、0=0.3×300=90mm </p><p>　　e=ηei +h/2- as =282+175-50=407mm</p><p><b>　　對受壓面配筋：</b></p><p>　　式中 各符號的解釋與前面一致。</p><p>　　將已知數(shù)值帶入計算可得：</p><p&g

111、t;　　= –6240.0<0</p><p><b>　　按最小配筋率計算。</b></p><p>　　最小配筋率ρmin：</p><p><b>　　=0.245%</b></p><p>　　=ρminb h0=0.245%1200300=882</p><p&g

112、t;　　由于受壓區(qū)采用最小配筋，則要重新計算受壓區(qū)高度</p><p>　　式中 各符號的解釋與前面一致</p><p>　　將已知數(shù)值帶入計算可得：</p><p>　　計算得：=47.0< 2 as =100mm</p><p><b>　　對受拉面配筋：</b></p><p>　　式

113、中 各符號的解釋與前面一致</p><p>　　將已知數(shù)值帶入計算可得：</p><p><b>　　=2031.1</b></p><p>　　再按As‘=0計算As ：</p><p>　　式中各符號的解釋與前面一致。</p><p>　　將已知數(shù)值帶入計算可得： =

114、9618.1</p><p>　　取兩個計算中較小值，故As=2031.1。</p><p><b>　　管片配筋為：</b></p><p>　　內筋：選用9φ32的鋼筋進行布置，As =7234.6>6374.1</p><p>　　外筋：選用9φ20的鋼筋進行布置，As =2827.4>2031.1。&

115、lt;/p><p><b>　　驗算總的配筋率：</b></p><p>　　=2.79%>ρmin=0.245% （4.17）</p><p>　　式中 As‘——內部配筋的計算面積，；</p><p>　　As ——外部配筋的計算面積，。</p><p><b>

116、;　　（4.18）</b></p><p>　　故有：<<，滿足配筋要求。</p><p>　　4.3.2 接縫張開量計算</p><p>　　因為彈性密封墊采用遇水膨脹橡膠與氯丁橡膠復合墊，其彈性模量E很小，故采用假定環(huán)向螺栓達到允許應力時襯砌外側的張開量作為驗算標準。此時，[]=400/1.55=258.1N/。</p>&

117、lt;p><b>　　內側螺栓伸長：</b></p><p>　　mm （4.22） </p><p><b>　　襯砌外側張開量：</b></p><p>　?。?mm （4.23）</p><p>　　式中：——彈性密封墊的寬度，mm；</p>

118、;<p>　　E——螺栓鋼筋彈性模量，E=N/（HRB235）。</p><p>　　所以滿足彈性密封條的防水適應能力。</p><p>　　圖4-3 接縫張開量計算簡圖</p><p>　　4.4 千斤頂作用下局部承壓計算</p><p>　　4.4.1 局部承壓</p><p>　　圓形襯砌外徑?62

119、00mm，內徑?5500mm.盾構外徑?6340mm，盾構千斤頂中心線直徑5815mm，盾構千斤頂共24臺，每臺最大頂力為1500kN，頂塊受力面積尺寸為695mm×300mm。由混凝土結構設計規(guī)范：</p><p>　?。?.24） </p><p>　　式中：——混凝土管片最大允許荷載，KN； </p><p>　

120、　——混凝土局部受壓時的強度提高系數(shù)，取為0.9；</p><p>　　——混凝土軸心抗壓設計值，C55的混凝土為25.3N/；</p><p>　　——混凝土局部受壓靜面積，695×150=104250。</p><p>　　將已知數(shù)值帶入計算可得： </p><p>　　=1.5×0.9×25.3×

121、104250=3560KN >=1350 KN，所以滿足局部承壓要求。</p><p>　　4.4.2 預埋件設計</p><p>　　起吊管片預埋件設置在管片內弧面軸心處，為保證搬運拼裝安全，以最重管片標封底塊（180º）為例，對預埋件進行抗拔計算：</p><p><b>　?。?.25）</b></p>&l

122、t;p>　　式中：γh——襯砌管片重度，26；</p><p>　　——管片的體積，。 </p><p>　　將已知數(shù)值帶入計算可得：</p><p>　　根據(jù)管片重量，預埋件的錨筋配置為3根HRB335（20MnSiV） 熱軋鋼筋，3φ16，=603。</p><p><b>　?。?.26）</b></p

123、><p>　　式中 各符號的解釋與前面一致</p><p>　　將已知數(shù)值帶入計算可得：</p><p><b>　　＞4滿足要求。</b></p><p><b>　　4.5 抗浮驗算</b></p><p>　　根據(jù)隧道斷面土層分布情況，取本隧道覆土最淺處進行抗浮驗算。隧道頂

124、覆土為8.4m。</p><p><b>　?。?）浮力：</b></p><p><b>　?。?.27）</b></p><p>　　式中：——隧道襯砌圓環(huán)體積，；</p><p><b>　　——隧道外徑，；</b></p><p>　　將已知數(shù)值

125、帶入計算可得：</p><p>　　=301.9KN。 </p><p><b>　?。?）結構自重：</b></p><p><b>　?。?.28）</b></p><p>　　式中： γh——管片重度，25 KN/；</p><p><b>　　——管片外徑