第三章 区间隧道衬砌结构设计分析

隧道工程的衬砌结构设计与施工隧道是现代交通建设中重要的基础设施之一，通过地下开挖形成的通道，通常用于道路、铁路和地铁等的交通运输方式。

而隧道的衬砌结构设计与施工是隧道工程的重要环节之一，它直接关系到隧道的使用寿命和安全性能。

一、衬砌结构设计隧道衬砌结构是指将隧道内部的固定土层覆盖以保持其形状和稳定性的一种结构。

它起到保护隧道免受岩石坠落、土方塌方以及地下水侵蚀等问题的影响。

隧道衬砌结构的设计需要根据具体的地质条件、交通要求和工程预算等因素进行综合考虑。

1. 衬砌材料选择隧道衬砌结构的材料选择是设计的重要一环。

常见的隧道衬砌材料有混凝土、预制混凝土块、钢质和纤维增强复合材料等。

不同的材料有着不同的优势和适应性，需要根据具体情况进行综合比较选择，同时还需要考虑到施工的可行性和经济性。

2. 结构形式设计隧道衬砌结构的形式设计是根据具体的隧道类型和地质条件等因素决定的。

常见的衬砌结构形式有方形衬砌、圆形衬砌以及不规则形状的衬砌等。

在设计中需要考虑到隧道的通行能力和安全性能，并进行合理的优化设计。

3. 衬砌厚度设计隧道衬砌结构的厚度设计是保证隧道稳定性和安全性能的关键因素。

根据地质条件和设计要求，需要确定适当的衬砌厚度来满足工程要求。

同时，还需要考虑到隧道的使用寿命和施工成本等因素。

二、衬砌施工隧道衬砌结构的施工是整个隧道工程的重要环节。

衬砌施工的质量直接影响隧道的使用寿命和安全性能，因此需要高度重视。

1. 施工材料准备在进行衬砌施工前，需要对施工材料进行准备。

包括混凝土、预制构件、钢材以及其他施工所需材料的准备和配送。

确保施工材料的质量和供应能够满足施工需求。

2. 衬砌施工方法隧道衬砌的施工方法有多种选择，常见的有预制块施工、浇筑施工等。

不同的施工方法有着不同的适应性和经济性，需要根据具体情况进行选择。

在施工过程中，要注意施工工艺的合理性和施工作业的安全性。

3. 质量控制隧道衬砌施工的质量控制是确保施工质量的关键因素之一。

第3章区间隧道衬砌结构设计3.1地下铁道线路上部建筑钢轨、联接零件、道床、轨枕、防爬设备及道岔共同组成地下铁道线路上部建筑。

地铁的特点有运量较大、快速迅捷、安全、准时、不污染环境，同时地铁可以修建在建筑物较多而且不便于发展地面交通的地方。

3.1.1 钢轨选定钢轨类型的主要因素是年通过量、速度、选定的轴负载、延长检修周期、检修工作量和振动噪声。

（1）钢轨类型综合国内外地铁钢轨类型和南昌轨道交通的实际情况，宜选用60kg/m的钢轨。

（2）钢轨铺设中山西路站至子固路站区间为直线段，在地下铁道内由于阳光不受影响，温度变化相对较小，铺设无缝线路。

对于无缝线路，采用换铺法进行施工，对于长轨条的焊接，采用基地焊接与工地焊接相结合的施工方式。

基地焊选用接触焊，工地焊可以选用铝热焊或移动式气压焊。

3.1.2 扣件地下铁道的钢轨扣件有刚性扣件及弹性扣件两种，考虑到中子区间地段线路采用整体式道床，因此扣件采用全弹性分开式扣件。

因为全弹性分开式扣件在垂直和横向均具有良好地弹性，相比而言更加适合整体式道床。

3.1.3 道床一般情况下有碎石道床和整体道床两种道床。

整体道床的类型较多，随着轨枕方式的不同，有短轨枕式整体道床、长枕式整体道床、纵向浮置板式整体道床等。

结合南昌铁路交通的实际情况，利用短轨枕整体道床设计区间，道床稳定、耐久性强、结构简单、造价低、施工简单。

钢筋混凝土短轨枕的预制混凝土采用C50，嵌入在混凝土道床，采用C30混凝土道床，布设中心沟，在单层钢筋网的内，钢筋网作为一个杂散电流排水加固。

3.1.4 道岔道岔有单开道岔和双开道岔等形式。

中山西路站至子固路站区间采用9号单开道岔。

3.2地下铁道区间隧道限界与净空本设计线路采用2B 型接触网带电车辆通过这条线，每列车编排6辆，最高时速是80公里/小时。

2B 型车车辆长度为19m ，最大宽度为28m ，车辆定距为12.6m ，车辆限界及设备限界详细参数参照《地铁设计规范》附录。

p隧道衬砌结构设计一、隧道结构计算模型1.荷载结构模型（结构力学模型）：松弛荷载理论以支护结构为承载体，围岩对支护结构的作用只是作用在结构上的荷载（包括主动的围岩压力和被动的弹性抗力）。

一般用结构力学方法对支护结构进行计算。

隧道支护结构与围岩的相互作用通过弹性抗力来体现。

2.地层结构模型（现代岩体力学模型）：岩承理论将支护结构与围岩视为一体，作为共同承受荷载的隧道结构体系。

模型中围岩是直接承载单元，支护结构只是用来约束和限制围岩的变形，是反映现代支护原理的计算方法。

二、隧道衬砌结构设计方法1.结构力学法（弹性理论）结构力学法，也就是荷载-结构模式的分析方法。

这里的结构是指衬砌结构，荷载主要是指开挖洞室后由松动岩土的自重所产生的地层压力。

一般把隧道支护结构在力学上和构造上作为拱形结构来处理，这个思想是从地面结构引申出来的。

拱形结构概念以下述假定为基础：被砌筑的衬砌视为结构的主体，围岩（或其一部分）只是被视为荷载，从本质上说这是与隧道工程的本质相矛盾的。

只要施工没有满足下述条件：制止松弛和由此产生的松弛压力；结构和围岩之间有效的、长期的紧密接触。

隧道结构就只能是个拱，而按拱形结构进行设计计算。

荷载-结构模型在荷载处理上大致经历了三个阶段：1主动荷载模式；2主动荷载+被动荷载模式；3实际荷载模式。

多数情况下采用第二种模式。

第二种模式考虑了结构和围岩之间的相互作用，即围岩对结构的约束作用——围岩抗力，局部体现了隧道作为地下结构的受力特点。

因此，它是第一种模式的进一步发展。

为了保证围岩约束抗力的存在，就必须保证结构与围岩之间的紧密接触。

在此，把围岩对结构形变的约束所产生的反作用谓之抗力，而且把它视为线弹性的，Ky σ=（K ——弹性抗力系数；y ——接触点的径向位移）。

实际上，在荷载作用下地基的变形是一个弹塑性过程。

现在计算方法是把荷载分为被动的弹性抗力与主动的侧压力。

其计算结果最终归结为验证安全系数是否满足设计要求。

第3章区间隧道衬砌结构设计3.1地下铁道线路上部建筑钢轨、联接零件、道床、轨枕、防爬设备及道岔共同组成地下铁道线路上部建筑。

地铁的特点有运量较大、快速迅捷、安全、准时、不污染环境，同时地铁可以修建在建筑物较多而且不便于发展地面交通的地方。

3.1.1 钢轨选定钢轨类型的主要因素是年通过量、速度、选定的轴负载、延长检修周期、检修工作量和振动噪声。

（1）钢轨类型综合国内外地铁钢轨类型和南昌轨道交通的实际情况，宜选用60kg/m的钢轨。

（2）钢轨铺设中山西路站至子固路站区间为直线段，在地下铁道内由于阳光不受影响，温度变化相对较小，铺设无缝线路。

对于无缝线路，采用换铺法进行施工，对于长轨条的焊接，采用基地焊接与工地焊接相结合的施工方式。

基地焊选用接触焊，工地焊可以选用铝热焊或移动式气压焊。

3.1.2扣件地下铁道的钢轨扣件有刚性扣件及弹性扣件两种，考虑到中子区间地段线路采用整体式道床，因此扣件采用全弹性分开式扣件。

因为全弹性分开式扣件在垂直和横向均具有良好地弹性，相比而言更加适合整体式道床。

3.1.3道床一般情况下有碎石道床和整体道床两种道床。

整体道床的类型较多，随着轨枕方式的不同，有短轨枕式整体道床、长枕式整体道床、纵向浮置板式整体道床等。

结合南昌铁路交通的实际情况，利用短轨枕整体道床设计区间，道床稳定、耐久性强、结构简单、造价低、施工简单。

钢筋混凝土短轨枕的预制混凝土采用C50，嵌入在混凝土道床，采用C30混凝土道床，布设中心沟，在单层钢筋网的内，钢筋网作为一个杂散电流排水加固。

3.1.4道岔道岔有单开道岔和双开道岔等形式。

中山西路站至子固路站区间采用9号单开道岔。

3.2地下铁道区间隧道限界与净空本设计线路采用2B 型接触网带电车辆通过这条线，每列车编排6辆，最高时速是80公里/小时。

2B 型车车辆长度为19m ，最大宽度为28m ，车辆定距为12.6m ，车辆限界及设备限界详细参数参照《地铁设计规范》附录。

第一章工程概况第二章工程地质和水文地质第三章隧道设计第1节主要设计标准第2节盾构隧道线路的拟合第3节管片构造形式第4节管片结构设计第5节管片防水设计第6节联络通道和洞门设计第四章结论与建议目录2...2.3..3..3..5..7..8..1..0...1..1.第一章工程概况越—三区间属于广州地铁二号线工程的的北段,由越秀公园站—火车站、火车站—三元里站两个双孔区间隧道和两个联络通道及泵房组成。

工程起于越秀区的地铁越秀公园站,向北下穿人民北路、环市西路到达地铁广州火车站;然后,线路从地下穿过广州火车站南站房等建筑群向西北延伸,最后下穿广花路到达地铁三元里站。

区间全长3926 单线延米,曲线半径为600m 和400m 两种。

区间纵坡均为“ V”形坡，最大坡度为30 %。

，最小竖曲线半径为3000m。

线路沿线地形起伏较大隧道最小覆土厚度为9m ,最大覆土厚度为26m。

第二章工程地质和水文地质区间的地层岩性在上部为:人工填土层，流塑—软塑状淤积层，海陆交互淤积层，冲、洪积砂层，冲、洪积土层，残积土层。

下部为:全风化、强风化、中等风化和微风化带的泥质粉砂岩。

区间隧道穿越地层大部分是岩层，少部分为残积土层和断裂破碎带。

隧道所处的地层为上软下硬，软硬岩互层现象特征明显。

本段地下水主要为第四系孔隙水和基岩裂隙水两种。

第四系孔隙水主要赋存在淤泥质砂层和冲积—洪积砂层内。

基岩裂隙水多属承压水,但富水性较小,透水性多较弱。

第三章隧道设计第1节主要设计标准(1) 结构的安全等级为一级。

(2) 区间隧道的抗震按7 度设计,人防按6 级考虑。

(3) 防水标准:隧道整体为二级;隧道上半部A 级;隧道下半部、洞门及联络通道 B 级。

(4) 结构最大裂缝允许宽度: 管片内侧0. 3 mm , 外侧0. 2 mm。

(5) 地表沉隆控制标准：-30/+ 10mm;建筑物倾斜控制标准：框架结构2 %。

,砖混结构1.5 %°。

结构设计知识：隧道衬砌结构的设计与应用隧道作为一种重要的交通设施，在现代的建设中得到了广泛的应用。

然而，在隧道的建设过程中，隧道衬砌结构的设计和应用也是至关重要的，它不仅直接关系到隧道的使用寿命和安全性能，也会对整个隧道的建设工期和成本产生重要影响。

本文将从隧道衬砌结构的设计原则、常见材料及其应用、施工技术等多个方面进行分析和说明，以期对隧道衬砌结构的设计和应用有更深入的认识和理解。

1.隧道衬砌结构的设计原则隧道衬砌结构的设计应遵循以下基本原则：(1)安全性原则：衬砌结构应具有足够的强度和稳定性，能够承受来自地下水、内部土压、交通荷载等作用力；(2)耐久性原则：衬砌结构应有较长的使用寿命，能够承受时间的考验和环境的影响；(3)经济性原则：衬砌结构的设计应该在满足安全和耐久性的前提下，尽可能降低建设成本；(4)施工可行性原则：衬砌结构的设计应考虑到施工过程中可能遇到的问题和困难，尽可能降低施工难度和成本。

2.隧道衬砌结构的常见材料及其应用(1)混凝土衬砌：是目前隧道工程中使用最普遍的一种衬砌材料，具有强度高、构造简单、施工方便等优点。

它主要应用于地下水渗透少、土层稳定的隧道工程。

(2)钢筋混凝土衬砌：相对于混凝土衬砌，钢筋混凝土衬砌更加坚固和耐久，具有较好的抗震性能和抗冲击性能。

因此，在地质条件复杂、地下水渗透和土层不稳定的隧道工程中，钢筋混凝土衬砌是一种很好的选择。

(3)钢质衬砌：通常应用于洞穴支护或特殊施工条件下的隧道工程，如滑坡、危岩等。

(4)砖石衬砌：是传统的隧道衬砌材料，主要应用于较小的隧道或较浅的地下结构中。

3.隧道衬砌施工技术衬砌施工技术是衬砌工程的重要组成部分，它直接关系到隧道的质量和耐久性。

(1)预制和现浇施工技术预制施工技术适用于较小、较短的隧道工程，其优点是可以在工厂中对构件进行生产和质量控制，同时能够降低现场施工难度和时间。

而现浇施工技术则适用于较大、较深的隧道工程。

相对于预制技术，现浇施工技术需要现场施工，但其优点是可以更好地适应地质环境的变化和隧道的变形。

隧道衬砌结构设计模式及基本思想
隧道衬砌结构是指在隧道施工中,为了保证洞壁安全稳定而设置的钢筋混凝土或灰铁铸造构件。

隧道衬砌结构的设计模式主要有以下两种：
1. 型式衬砌：型式衬砌是按照隧道洞壁的内部轮廓设计制作的构件,一般由多个局部形状构成。

型式衬砌的制作需要根据隧道洞壁的实际情况进行测量设计,并在施工过程中精确安装。

2. 环缝衬砌：环缝衬砌是将钢筋混凝土或纤维增强复合材料进行一定长度的锥形加工,使其呈环形状衬在洞壁上,从而形成完整的环状结构。

环缝衬砌的制造、运输和安装过程相对较简单,适用于规模较大的隧道施工。

以上两种设计模式的基本思想在于根据隧道洞壁的形状和尺寸,选用合适的材料、制作技术和安装方式,以保证隧道施工的稳定安全性。

第三章区间隧道衬砌结构设计第3章区间隧道衬砌结构设计地下铁道线路上部建筑钢轨、联接零件、道床、轨枕、防爬设备及道岔共同组成地下铁道线路上部建筑。

地铁的特点有运量较大、快速迅捷、安全、准时、不污染环境，同时地铁可以修建在建筑物较多而且不便于发展地面交通的地方。

钢轨选定钢轨类型的主要因素是年通过量、速度、选定的轴负载、延长检修周期、检修工作量和振动噪声。

（1）钢轨类型综合国内外地铁钢轨类型和南昌轨道交通的实际情况，宜选用60kg/m的钢轨。

（2）钢轨铺设中山西路站至子固路站区间为直线段，在地下铁道内由于阳光不受影响，温度变化相对较小，铺设无缝线路。

对于无缝线路，采用换铺法进行施工，对于长轨条的焊接，采用基地焊接与工地焊接相结合的施工方式。

基地焊选用接触焊，工地焊可以选用铝热焊或移动式气压焊。

扣件地下铁道的钢轨扣件有刚性扣件及弹性扣件两种，考虑到中子区间地段线路采用整体式道床，因此扣件采用全弹性分开式扣件。

因为全弹性分开式扣件在垂直和横向均具有良好地弹性，相比而言更加适合整体式道床。

道床一般情况下有碎石道床和整体道床两种道床。

整体道床的类型较多，随着轨枕方式的不同，有短轨枕式整体道床、长枕式整体道床、纵向浮置板式整体道床等。

结合南昌铁路交通的实际情况，利用短轨枕整体道床设计区间，道床稳定、耐久性强、结构简单、造价低、施工简单。

钢筋混凝土短轨枕的预制混凝土采用C50，嵌入在混凝土道床，采用C30混凝土道床，布设中心沟，在单层钢筋网的内，钢筋网作为一个杂散电流排水加固。

道岔道岔有单开道岔和双开道岔等形式。

中山西路站至子固路站区间采用9号单开道岔。

地下铁道区间隧道限界与净空本设计线路采用2B 型接触网带电车辆通过这条线，每列车编排6辆，最高时速是80公里/小时。

2B 型车车辆长度为19m ，最大宽度为28m ，车辆定距为，车辆限界及设备限界详细参数参照《地铁设计规范》附录。

由于区间是一个圆形盾构隧道施工，无论是在直线或曲线段，只能使用相同直径的盾构，要在直线上或不同曲线半径地段采用不同半径的盾构来施工是不可能的。

区间盾构隧道结构设计1）主要设计原则①盾构隧道衬砌结构应满足运营功能要求以及建筑限界、施工工艺、结构防水和城市规划等方面的要求。

结构安全等级为一级，按地震烈度为7度进行结构抗震设计，采取相应的构造处理措施，以提高结构的整体抗震能力。

结构抗力应满足人防部门的要求，抗力级别为6级。

②结构类型和施工方法，应根据工程地质、水文地质和周围的环境条件，通过技术经济比选确定，并应按相关规范的规定进行结构设计计算。

③结构设计应符合强度、刚度、稳定性、抗浮和裂缝宽度验算的要求，并满足施工工艺的要求。

④对于钢筋混凝土结构应就其施工和正常使用阶段进行结构强度计算，必要时也应进行刚度和稳定性验算。

钢筋混凝土结构应进行裂缝宽度验算，其最大裂缝允许值为：明挖法和矿山法施工的结构为0.2～0.3mm；盾构法施工的结构为0.15～0.20mm。

结构进行抗浮验算时，其抗浮安全系数不得小于1.05，否则应采取抗浮处理措施。

⑤采用暗挖法施工时，区间隧道为平行的双洞单线隧道，两隧道的净距一般不宜小于1.0倍隧道洞径。

⑥所选择的盾构机型，必须对地层有较好的适应性，并同时依据盾构推进速度、周围环境状况、工期、造价等各方面进行技术经济比较后确定。

⑦严格控制工程施工引起的地面沉降量，其允许数值应根据地铁沿线的地面建筑及地下构筑物等实际情况确定，并因地制宜地采取措施。

⑧结构防水设计应根据工程地质、水文地质、地震烈度、环境条件、结构形式、施工工艺及材料来源等因素进行，并应遵循“以防为主、多道设防、刚柔结合、因地制宜、综合防治”的原则。

车站及出入口通道防水等级为一级；车站风道及区间隧道防水等级为二级。

2）盾构机类型的选择3）钢筋混凝土管片和特殊管片的设计（1）盾构隧道断面尺寸的拟定xx圆形区间隧道内径的确定是在建筑限界Φ5200mm的基础上考虑施工误差、测量误差、设计拟合误差、不均匀沉降等诸多因素确定的。

并根据《关于明确成都地铁一期工程试验段工程有关问题的会议纪要》（[2003]第一期）的精神，本次设计内径为5400mm（见图5.3.1）。

试述地铁区间隧道常见结构的设计摘要：随着我国社会主义现代化建设事业的不断进步和城市化进程的加快，城市交通事业的建设也在不断的进步发展，为了缓解交通压力，方便出行，其中尤以城市轨道交通的快速发展引人注目，此后将会有越来越多的建设线路将投入运营，越来越多的城市将建设地下交通铁路系统。

本文将具体结合沈阳地铁10号线工程实例,介绍地铁区间隧道常见结构型式的设计,以用于指导后续地铁建设实践。

关键词：地铁; 区间隧道; 结构设计前言随着我国社会主义现代化建设事业的不断进步和城市化进程的加快，城市交通事业的建设也在不断的进步发展，为了缓解交通压力，方便出行，其中尤以城市轨道交通的快速发展引人注目，此后将会有越来越多的建设线路将投入运营，越来越多的城市将建设地下交通铁路系统。

地铁从开始发展到现在，其结构设计越来越成熟。

目前，地铁区间隧道主要的设计方案有暗挖马蹄形断面隧道、圆形盾构断面隧道、明挖矩形断面隧道。

上述各种型式都各有优缺点,需要设计者和设计部门需根据不同的地质条件、线路埋深和周边环境加以选择。

1 设计结构型式1．1明挖矩形结构明挖矩形结构应用非常广泛，其经过多年的应用和发展实践，施工工艺愈来愈成熟。

明挖矩形结构具有方法简单、可靠,施工风险小,容易控制;工程进度快,可以根据需要可以分段同时作业;浅埋时造价及运营费用低;对地质条件要求不高;防水处理容易等典型特点。

但施工对城市地面交通和居民的正常生活也有一定影响,在施工期间对周边环境有一定的破坏;在明挖影响范围的地下管线需拆迁;需较大的施工场地。

对于跨度大、埋深浅、地质条件差且地面环境允许,有施工场地的区间段,应优先考虑使用,以减少施工的风险和减少工程造价。

1.2矿山法马蹄形结构矿山法施工，也被称为浅埋暗挖法。

是为了适应城市浅埋隧道的需要，在地铁区间隧道的建设中采用的矿山法施工逐渐发展起来的施工方法。

矿山法施工是采用信息化设计和施工,可以根据施工监测的信息反馈来验证或修改设计和施工工艺,具有适应城市地下工程周围环境复杂、地质条件较差、埋深浅、地面沉降控制严格及结构防水要求高等优点。