地下铁道-地铁教程ppt第6讲..ppt

第一节 区间隧道结构与构造 第四章 地下铁道结构设计 区间隧道的结构形式和结构要求 重点、难点内容重点、难点内容 1.矿山法隧道复合式衬砌结构的组成盾构法衬砌管 片的分类 2.采用矿山法修建的区间隧道衬砌应满足哪些基本要 求？ 3.盾构法修建的隧道衬砌的类型有哪些？各自的特点 是什么？箱形管片和平板形管片各自特点是什么？ .管片的连接有几种形式？ 4. 4.地铁区间隧道的结构形式及构造要求地铁区间隧道的结构形式及构造要求 5. 5.盾构法隧道管片衬砌环的分块如何分块及安装？盾构法隧道管片衬砌环的分块如何分块及安装？ 第一节 区间隧道结构与构造 第四章 地下铁道结构设计 一、结构形式及选择 区间隧道构造常用的施工方法有明挖法、矿山法 和盾构法等，不同的施工方法隧道结构的形式也不 同，下面按施工方法的不同分别进行介绍 • • 地铁隧道设计方法地铁隧道设计方法 • • １、经验类比法１、经验类比法 • • ２、标准设计法２、标准设计法 • • ３、解析设计法３、解析设计法 • • （１）荷载－结构设计计算方法 （１）荷载－结构设计计算方法 • • （２）地层－结构设计计算方法 （２）地层－结构设计计算方法 • • （３）收敛－约束设计计算方法 （３）收敛－约束设计计算方法 • • 一般地层和环境条件，标准区间隧道采用经验一般地层和环境条件，标准区间隧道采用经验 设计法，并逐步实现标准设计；其他情况采用设计法，并逐步实现标准设计；其他情况采用 解析计算法设计。

解析计算法设计 线路中心线 车辆限界 建筑限界 OXY 3960 4500 540 4100 X 850 4350 Φ=5200 车辆限界 建筑限界 5160 2604 2556 4820 3230795 795 车辆限界 线路中心线 隧道中心线 建筑限界 1．明挖法修建的隧道衬砌结构 550 3003004400 4000 300 300 明挖法施工的隧道结构通常采用矩形断面 ①整体式衬砌结构 3002200400 550 450 4100 4000 400 特点：整体性好，防水性能好，但施工工序较 多，速度较慢 ②预制装配式衬砌 4000 2504400 250 250 特点：整体性较差，对于有特殊要求(如防护、 抗震)的地段要慎重选用 4100 500 300 550 300 4000 1502200 ③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 第一段第一段 第二段第二段 第三段第三段 a a a a b b b b a—aa—a 4170~5250 5300 2400 2100 2000 2200 b—bb—b 5480~6830 24002100 2000 2200 5300 ④渡线隧道、折返线隧道 ⑤联络通道及其它区间附属结构物 2．矿山法修建的隧道衬砌结构 矿山法修建的区间隧道衬砌应满足以下基本要求 ： ①须能与围岩大面积牢固接触，保证衬砌与围岩 作为一个整体进行工作。

②要允许围岩能产生有限的变形(在浅埋隧道中限 制较严格)，能在围岩中形成卸载拱，不使上覆 地层的重量全部作用到衬砌上 ③隧道衬砌以封闭式为佳，尽量接近圆形 ④隧道衬砌应能分期施工，又能随时加强 ①衬砌的基本结构类型——复合式衬砌 由初期支护、防水隔离层和二次衬砌所组成 ②衬砌结构的变化方案 单层的喷锚支护 单层整体现浇混凝土衬砌或装配式衬砌 矿山法可用来修建折返段等特殊地段的隧道 3．盾构法修建的隧道衬砌结构 盾构法修建的隧道衬砌有预制装配式衬砌、双 层衬砌以及挤压混凝土整体式衬砌三大类 ⑴预制装配式衬砌 预制装配式衬砌是用工厂预制的构件(称为管片 )，在盾构尾部拼装而成的 按管片按材料可分为: • 钢筋混凝土管片：耐久性和耐压性都比较好， 刚度大 ，防水性能有保证；其缺点是重量大， 抗拉强度较低，在脱模、运输、拼装过程中， 容易将其角部碰坏 • 钢管片：焊接性好，便于加工和维修，重量轻 ，便于施工；其缺点是刚度小、易变形，抗锈 性差，价格较贵 • 铸铁管片：强度高，防水和防锈蚀性能好，易 加工，刚度大；其缺点是价格较贵 按管片螺栓手孔成型大小可分为: • 箱形管片：因手孔较大而呈肋板形结构。

接头 螺栓的穿入和拧紧比较方便，节省了材料，单 块管片重量减轻，便于运输和拼装但因截面 削弱较多，在盾构千斤顶推力作用下容易开裂 • 平板型管片：因螺栓手孔较小或无手孔而呈曲 板型结构的管片截面削弱较少或无削弱，故 对千斤顶推力具有较大的抵抗力，对通风的阻 力也较小 • 箱形管片的纵向接缝(径向接缝)和横向接缝(环 向接缝)一般都是平面状的 • 平板形管片的接缝除了可采用平面状外，也有 采用榫槽式接缝的 内贴防水钢板 衬砌环内管片之间以及各衬砌环之间的连接方式 ，可分为： • 柔性连接：允许相邻管片间产生微小的转动和 压缩，使衬砌环能按内力分布状态产生相应的 变形，以改善衬砌的受力状态 • 刚性连接：通过增加连接螺栓的排数，力图在 构造上使接缝处的刚度与管片本身相同 目前较为通用的是柔性连接，常用的有以下几种 形式： • 单排螺栓连接：按螺栓形状又可分为弯螺栓连 接、直螺栓连接和斜螺栓连接三种 (a)直螺栓联结 端肋 (b)弯螺栓联结 (c)斜螺栓联结 • 销钉连接：用销钉连接的管片形状简单，截面 无削弱，建成的隧道内壁光滑平整和螺栓连 接相比既省力、省时，价格又低廉，连接效果 也相当好。

销钉是埋在衬砌内的，不能回收， 故通常都是用塑料制成 • 无连接件：在稳定的不透水地层中，圆形衬砌 的径向接缝也可不用任何连接件连接因管片 沿隧道径向呈一楔形体，外缘宽内缘窄，在外 部压力作用下，管片将相互挤紧，而形成一个 稳定的结构 (2)双层衬砌 为防止隧道渗水和衬砌腐蚀，修正隧道施工误 差，减少噪音和振动以及作为内部装饰，可以 在装配式衬砌内部再做一层整体式混凝土或钢 筋混凝土内衬 (3)挤压混凝土整体式衬砌 挤压混凝土衬砌(Extrude Concrete Lining，简称 ECL)就是随着盾构向前推进，用一套衬砌施工 设备在盾尾同步灌注的混凝土或钢筋混凝土整 体式衬砌 衬砌一次成型，内表面光滑，衬砌背后无空隙 ，无需注浆，对控制地层移动特别有效但因 需要较多的施工设备，而且混凝土制备、配送 、钢筋骨架等工艺较为复杂，在渗漏性较大的 土层中要达到防水要求尚有困难 (4)盾构法施工时特殊地段的衬砌 ①曲线段的衬砌 在竖曲线和水平曲线地段上，需要在标准衬砌 环之间插入一些楔形衬砌环，以保证隧道向所 需的方向逐渐转折 R 标准环 楔形环 Δ/2 Δ/2 楔形衬砌环的楔入量 ，即楔形衬砌环最大宽 度与最小宽度之差，或楔入角 ，即楔入量与 衬砌外径D外之比， ，除应根据曲线半径 、衬砌径、管片宽度和在曲线段使用楔形衬砌 环所占的百分比确定外，还要按盾尾间隙量进 行校核。

曲线地段常用的方法是根据线路上的最小曲线 半径设计一种楔形环，然后用优选的方法将标 准环和楔形环进行排列组合，以拟合不同半径 的曲线段，并使线路拟合误差，即隧道推进轴 线与设计轴线的偏差，达到最小(≤10mm)在 进行排列组合时，楔形衬砌环与标准衬砌环的 组合比最好不要大于2:1否则可以重新设计楔 形衬砌环以满足上述要求，或采用楔形垫板的 方法 低压石棉橡胶板 所谓蛇形即盾构在施工中，由于地质条件变化 或操作不当，使施工轴线或左或右地偏离轴线 ，其轨迹似蛇行的曲线 ②区间联络通道和中间泵站衬砌 ③渡线和折返线衬砌结构 4．特殊地段隧道衬砌结构 ⑴沉埋结构 沉埋结构横断面有圆形和矩形两大类，断面形 状要从空间的充分利用和结构受力合理两方面 综合考虑 每节沉管的长度依据所在水域的地形、地质、 航运、航道、施工方法等方面的要求确定，一 般为60~140m，多数在100m左右，最长的已达 到268m 断面尺寸根据使用要求、与其它交通结构合建 要求、埋深、地质条件、施工方法等确定 管段结构构造除受力要求外，还应考虑管段浮 运、沉放、波浪力、基础形式及地基性质的影 响。

⑵顶进法施工的区间隧道结构 二、构造要求 1．明挖法修建的隧道衬砌构造 ⑴ 截面几何尺寸的拟订 区间隧道截面几何尺寸包括内部净空尺寸和结 构断面厚度两部分，它是根据结构使用要求、 限界尺寸、施工方法及工程地质水文地质条件 而确定的 ①内部净空尺寸的确定 A 线路中线 结构中线 线路中线 轨顶面 CD H B A=建筑接近限界宽度/2 + (至侧墙间的富裕量)+ a B=建筑接近限界宽度/2 +(至中间柱或墙间的富裕 量)+b C=建筑接近限界宽度/2 +(至中间柱或墙间的富裕 量)+a D=建筑接近限界宽度/2 +(至侧墙间的富裕量)+b H=建筑接近限界高度 +(至顶板下表面间的富裕量 )+h 式中 a——曲线内侧总加宽量； b——曲线外侧总加宽量； h——由曲线引起的超高量 ②隧道结构断面厚度尺寸的拟订 根据内力分析或用类比法确定 ⑵ 整体式钢筋混凝土框架结构配筋要求 ①最小配筋率：墙、板中受拉钢筋的最小配筋率为 0.15%；受压钢筋的配筋率不少于0.2% ②钢筋直径 ：受力钢筋直径一般不宜大于32mm， 受弯构件中不宜小于14mm，受压构件中不宜小于 16mm，一般构造钢筋直径不小于12mm，箍筋直 径不小于8mm。

③钢筋间距：受力钢筋间距应不大于250mm，受力 钢筋的水平净距亦不得小于钢筋直径或30mm 2．矿山法修建的隧道衬砌构造 ⑴区间隧道衬砌横截面形状和尺寸拟订 用矿山法修建的区间隧道衬砌内轮廓线尺寸应 符合地下铁道建筑限界要求，还要考虑施工和 测量误差，以及结构固有的变形量 结构变形量可根据围岩类别和隧道宽度按工程 类比法确定，当无类比资料时可按表选用 衬砌内轮廓线形状应使结构轴线尽可能符合在 外荷载作用下所产生的压力线 ⑵衬砌截面尺寸拟订 初期支护设计参数的确定可按以下顺序进行； ①采用工程类比法初步选定尺寸 ②根据地铁区间隧道具体情况，综合研究，对初 步选定的设计参数进行修正 ③用工程类比法有困难时，则可采用解析法或数 值法进行内力分析和截面设计 ④由于围岩特性复杂而多变，在隧道开挖前一般 很难准确搞清楚，故需要在施工中根据围岩的 变化情况和监测到的围岩动态信息，对初步选 定的设计参数进行修正 关于二次衬砌的强度及厚度则应根据其所在地 层及在隧道结构体系中的作用而定 在确定衬砌截面尺寸时，一般要将围岩较差地 段的衬砌向围岩较好地段延伸5~10m 3．盾构法修建的隧道构造 ⑴横截面内轮廓和结构尺寸拟订 ①横截面内轮廓尺寸：采用盾构法修建地下铁道 区间隧道，其横截面的内轮廓尺寸全线是同一 的，按线路的最小曲线半径进行确定。

②管片厚度：衬砌管片厚度应根据地层条件、隧 道外径D的大小、埋置深度、管片材料、隧道用 途、施工工艺、受荷载情况以及衬砌所受的施 工荷载(主要为盾构千斤顶顶力)等因素计算确定 ，一般取(0.05~0.06)D ③管片宽度：控制在1000~1500mm之间 ④衬砌环的分块 衬砌环的组成，一般有两种方式一种是由若 干标准管片(A)、两块相邻管片(B)和一块封顶管 片(K)组成另一种是由若干块A型管片、一块B 型管片和一块K型管片构成 K A AA A B B A A B A A K A 封顶块的拼装形式有径向楔入和纵向插入两种 衬砌环的拼装形式有错缝和通缝两种。