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城市轨道交通地下区间隧道结构设计计算书1 工程概况 (1)1.1工程场地地层特征 (1)2.2 工程水文特征 (1)2 结构设计 (2)2.1城市轨道交通地下工程类型 (2)2.2 选定施工方法 (2)2.3 隧道断面设计 (3)3 结构计算 (3)3.1荷载计算模式 (3)3.2 荷载计算方法 (4)3.3 围岩压力的计算 (6)3.4 衬砌内力计算 (7)3.5 衬砌强度检算及配筋 (9)3.5.1 强度检算原理 (9)3.5.2 强度检算及配筋 (11)3.5.3 配筋结果 (13)3.6 区间隧道复合式衬砌设计参数 (13)4 小结 (14)1 工程概况1.1工程场地地层特征场地的地层上而下划分为6层，各层特征及描述如表1-1，强度参数如表1-2。
2.2 工程水文特征地下水主要赋存于卵石层中，属兰州断陷盆地松散岩类孔隙性潜水，是兰州市的主要水源地。
水位埋深10.0m，水位具有由北西向南东缓慢降低的趋势，水位变化幅度一般2.0m-3.0m。
表1-1 地层特征表表1-2 岩土抗剪强度指标建议值表2 结构设计2.1城市轨道交通地下工程类型根据设计任务书要求，本次设计城市轨道交通地下工程的结构类型选取地下区间隧道。
2.2 选定施工方法在隧道施工中，开挖方法是影响围岩稳定的重要因素。
因此，在选择开挖方法时，应对隧道断面大小及形状、围岩的工程地质条件、支护条件、工期要求、机械配备能力、经济性等相关因素进行综合分析，在保证围岩稳定或减少对围岩扰动的前提下，采用恰当的开挖方法。
在本地下区间隧道的施工方法选取过程中，按照“安全、可靠、经济、适用”的原则，根据本工程的实际地质情况确定使用暗挖法施工。
由于地层中主要是黄土，细砂、中砂、卵石，而且地下水较发育，岩体松散，透水，工程地质条件较差，确定该工程所处地质条件为V级围岩，故开挖时架立临时支撑，设置临时仰拱，采用暗挖法中较为安全的交叉中隔壁法(CRD法)。
交叉中隔壁法(CRD法)水平方向分两部，上下分三部开挖。
地铁区间隧道结构设计一、设计任务对某区间隧道进行结构检算，求出力，并进行配筋计算。
具体设计基本资料如下：1.1工程地质条件线路垂直丁永定河冲、洪积扇的轴部，第四纪地层沉积韵律明显，地层由上到下依次为：杂填土、粉土、细砂、圆砾土、粉质粘土、卵石土。
其主要物理力学指标如表1,本地区地震烈度为7度。
表各层土的物理力学指标地下水位在地面以下4.2处；隧道顶板埋深10.7m；采用暗挖法施工，隧道断面型式为5心圆马蹄形结构。
二、设计过程2.1根据给定的隧道或车站埋深判断结构深、浅埋；可以采用《铁路隧道设计规》推荐的方法，即有上式中s为围岩的级另U; B为洞室的跨度；i为B每增加1m时的围岩压力增减率。
由丁隧道拱顶埋深10.7m,位丁粉土层、细砂层和圆砾土中，根据《地铁设计规》10.1.2可知“暗挖结构的围岩分级按现行《铁路隧道设计规》确定”。
围岩为VI级围岩。
则有因为埋深，可知该隧道为极浅埋。
2.2计算作用在结构上的荷载；1永久荷载A顶板上永久荷载a. 顶板自重（可只考虑二衬）b. 地层竖向土压力由丁拱顶埋深10.7m,则顶上土层有杂填土、粉土、细砂，且地下水埋深4.2m,应考虑土层压力和地下水压力的影响。
=4.2 XL6 +（5.9 一4.2）X（24 一10} + 3.2 X（26 一10）+ 1.6 X（27 一10）c. 地层竖向水压力tj 尸I F = = 10.7 X (10.7 — 4.2} = 6SKPaB底板上永久荷载a. 底板自重b. 水压力(向上)：q 代怎| =y w.h = 10K (107-42 + 6.63} = 1313KPaC 侧墙上永久荷载地层侧向压力按主动土压力的方法计算， 由丁埋深在地下水位以下，需 考虑地下水的影响。
（为简化计算，按水土分算）侧墙自重对丁隧道侧墙上部土压力：用朗肯主动土压力方法计算=142 X 16 4 1JX (24 - 10)+ 3.2(26 - 10)+ 1.6 X f27 - 10)]Kac. 对丁隧道侧墙图层分界处土压力J 42 X 16-1- L7X (24- 10) + 3.2(26-10) = +4.9 X (27 一 10)[42X16+ 1.7 X (24 - 10)- 3.2(26 - 10)1” 〜 ……L+4.9 X (27 - 10)J4.2 X 16+ 1.7 X (24- 10)+ 3.2(26-10)+(4月一 (L7S )X (27 - 10)e.对丁隧道侧墙底部土压力4.2 X 16 + 1.7 X (24 - 10) + 3.2(26 一 10) +]a. b. Ka = tan气御一易=3印一刍=OKKa ± = W2SKPad. 对丁隧道圆心高度土压力K H = tan aST=tan 3(45。
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 %°。
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。
地铁区间隧道结构设计前言一. 地下铁道的基本功能及特点地下铁道（metro subway）是指，在大城市下的地下修筑隧道、铺设轨道，以电动快速列车运送大量乘客的公共交通体系，简称地铁。
在城市郊区，地铁线路可延伸至地面或高架桥上。
地铁运输几乎不占街道面积，不干扰地面交通，有些国家称它为“街外运输”，或称为“有轨公共交通线”（mass transit railway）。
它是解决城市交通拥挤问题，并能大量快速、安全运送旅客的一种现代化交通工具。
随着国民经济的发展，城市人口的大量增加，机动车和非机动车数量迅速增长，市区的客运交通流量猛增，城市规模随之不断扩大，这样就使城市中空气污染、噪音、交通拥挤等影响城市居民生活的因素逐渐突出，于是居民区就需要向城市郊区扩展。
在上下班时和节假日，城市交通更显得拥挤混乱。
原有的城市道路面积和城市面积的比例（道路率）是受城市发展历史制约等，一般不容易改变，想通过拆迁改造城市交通状况是极其困难的，甚至是不可实现的。
如上海市人均道路面积仅为2.2m²，要增加道路面积非常困难。
因此，许多干道的交通堵塞状况日益严重。
目前很多城市道路交通的平均车速已下降至10km/h以下，很多路口交通负荷度已经很饱和。
根据国内、外的经验，建设大容量快速轨道交通包括地铁和轻轨运输是缓解交通紧张状况的有效途径。
尤其是在市内，建设地铁，向地下发展是今后城市发展的一种趋势。
地下铁道在城市客运交通中的主要作用有以下几个方面：1.能满足大客运量的需要。
一条低铁道单方向每小时的运送能力可达4～6万人次，为公共汽车的6倍至8倍，为轻轨交通的2倍多。
完善的地下铁道系统会成为城市公共交通系统的骨干，可担负起城市客客运量的一般左右（实例见下表）表0—1 地下铁道与公共电、汽车客运量比较表实例2.地铁列车以平均每小时35～40km的速度运行，且一般不存在堵车问题，所以省时、快速、方便，减少了乘客出行时间和体力消耗。
一、地铁车站的建筑设计1地铁车站的分类1.1 按照车站埋深分：浅埋车站、深埋车站1.2 按照车站运营性质分：中间站、区域站、换乘站、枢纽站、联运站、终点站1.3 按照车站结构断面形式分：矩形断面、拱形断面、圆形断面、其他1.4 按车站站台形式分：岛式、侧式、岛侧混合式2 地铁车站建筑及平面布局2.1 地铁车站的组成地铁车站由车站主体（站台、站厅、生产、生活用房）、出入口及通道、通风道及地面通风厅等三大部分组成。
车站建筑又可概括为以下部分组成：乘客使用空间、运营管理用房、技术设备用房、辅助用房。
2.2车站总体平面布置按照以下流程确定：前期工作（设计资料的收集、现场调查、构思），确定车站中心位置及方向，选定车站类型，合理布置车站出入口、通道、通风道与地面通风厅。
3 车站建筑设计3.1 车站设计3.1.1 设计原则（1）根据车站规模、类型及平面布置，合理组织人流路线，划分功能分区。
（2）车站一般宜设在直线上。
（3）车站公用区间划分为付费区和非付费区。
（4）隔、吸声措施。
（5）无障碍通行。
3.1.2 平剖面设计（1）车站规模确定。
确定车站外形尺寸大小、层数和站房面积，确定车站规模大小。
（2）车站功能分析。
确定车站乘客流线、工作人员流线、设备工艺流线等，以便于合理进行车站平剖面布置。
（3）站厅设计。
主要解决客流出入的通道口、售票、进出站检票、付费区与非付费区的分隔、站厅与站台的上下楼梯与自动楼梯的位置等。
（4）站台设计。
确定站台形式、站台层的有效长度、宽度和站台高度，然后进行站台层公共区（上、下车与候车区及疏散通路）的设计。
（5）主要房间布置。
包括变电所、环控用房、主副值班室、车站控制室、站长室等，一般设置在站厅和站台层的两端。
（6）车站主要设施布置。
包括楼梯、自动扶梯、电梯、售检票设施等的布置和各部位通过能力的设计，按照有关规范执行。
3.1.3 消防、安全与疏散主要考虑建筑防火与防水淹问题。
3.2 车站出入口及出入口通道3.2.1 普通出入口的设计（1）出入口数量的确定。
地铁区间隧道常见结构的设计
【摘要】结合深圳地铁2号线工程实例,介绍地铁区间隧道常见结构型式的设计,以用于指导建设实践。
【关键词】地铁;区间隧道;结构设计
地铁区间隧道目前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。
每种型式各有优缺点,在设计中需根据不同的地质条件、线路埋深和周边环境加以选择。
1、设计结构型式的选择
1.1 明挖矩形结构经过多年的发展,明挖法施工工艺成熟,方法简单、可靠,施工风险小,容易控制;工程进度快,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。
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
1.2.1矿山法优缺点分析地铁区间隧道采用矿山法施工,是为适应城市浅埋隧道的需要而发展起来的施工方法,也称浅埋暗挖法。
在我国地铁区间隧道建设中已广泛采用。
它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特点。
矿山法施工除在施工竖井或洞口位置需占有一定的施工场地外,对地面交通、管线等干扰较少,对周边环境影响较小;废弃土石方量少;对不同的地质情况及周边环境采用不同的工程措施及施工方法,针对性强;对软硬不均地层,可以采用不同的开挖方式进行处理,处理方便容易。
矿山法也有自身的弱点:在施工中容易引起地下水流失,从而引起地面沉降或隆起,在重要管线和房屋周边需采取切实可行的保护措施;在施工中处理不当,容易引起地面坍塌,从而造成对周边环境的影响和引发事故。
在施工过程中需严格按施工工艺和要求进行施工,并加强施工中的监控量测工作。
跨度大时,需分多步进行开挖施工,工序之间干扰大,施工组织麻烦,施工中存在一定的风险。
在设计及施工过程中,需要充分论证和考虑隧道周边的环境和工程及水文地质条件,采用合理的工程措施和施工工艺之后,以上弱点才可以弱化并避免的。
因此采用矿山法设计和施工时,必须从隧道施工方法、施工程序、辅助工法的采用等方面进行认真研究。
1.2.2计算简图采用荷载-结构模型平面杆系有限单元法。
选取地质条件最差、最不利典型横断面进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的计算。
计算简图和计算结果见图1~图3。
1.3盾构法圆形结构
1.3.1盾构法优缺点盾构法施工不仅施工进度快,而且无噪音,无振动,对地面交通及沿线建筑物、地下管线和居民生活等影响较少。
由于管片采用高精度预制构件,机械化拼装,因而质量易于控制。
地铁工程建设经验表明,由于采用高精度管片及复合防水封垫,单层钢筋混凝土管片组成的隧道衬砌可取得良好的防水效果,不需要修筑内衬结构。
盾构技术的发展,尤其是泥水式、复合式土压平衡式盾构的开发,使之在含水砂层以及砂质黏性土层等地层中进行开挖成为可能,所以当工程地质和水文地质条件以及周围环境情况等难以用矿山法和明挖法施工时,盾构法是较好的选择。
而且采用盾构法施工下穿房屋筏板基础时,能较有效控制地面沉降,减少对房屋的破坏。
因此,地铁区间隧道采用盾构技术已成为发展的必然趋势。
采用盾构法较矿山法施工有施工风险相对较小、对环境的影响较小、工程投资较省等优点。
盾构法施工也有一定的弱点。
盾构机在匀质地层中施工是顺利的,但是地层软硬不均,尤其是在软
地层中夹有坚硬的岩层、岩体、球状风化体、桩基托换后的旧桩时,给盾构机的掘进带来较大的困难,造成盾构机偏转、刀具甚至刀盘严重磨耗,不仅影响掘进速度,甚至造成施工停顿的情况发生。
特别是孤立体,由于其分布的随机性,且大多数体积相对较小,在事前的地质钻探过程中难以精确地全部勘察清楚。
因此,在盾构施工过程中,往往在较松软的介质,如残积的砂质粘土中,会突然碰到小体积的非常坚硬的球状体,其单轴抗压强度达100MPa以上,不仅极易损坏盾构机,且会造成隧道管片破损,隧道中心线偏移等许多难以预料的问题。
1.3.2计算简图计算模型采用修正惯用设计法。
考虑管片接头影响,进行刚度折减后按均质圆环进行计算,水平地层抗力按三角形抗力考虑,计算结果考虑管片环间错缝拼装的影响进行内力调整。
计算简图和计算结果见图4~图6。
1.4三种类型比较综合以上三种不同结构型式隧道的优缺点见表1。
各种断面型式详见图7~图9
2、案例分析
深圳市地铁2号线东延线地下区段地层主要为:上部为人工填土、第四系残积层;下伏基岩为花岗岩及花岗片麻岩的全、强、中、微风化层。
全线区间主要施工工法为盾构施工,部分采用矿山法施工。
结合全线工程地质情况、单台盾构机掘进长度,标段划分方便、工程实施难易程度及减少工程造价、保证工期要求,设置单独矿山法竖井4座,轨排基地两处,单独盾构始发井一座,盾构始发井兼轨排基地一处,共拟采用16台盾构进行施工。
2.1 东延线起点~侨城北站区间该段主要由全新统人工填土、残积层组成,下伏基岩为燕山三期侵入岩。
区间隧道穿越地层多为花岗岩残积层及全、强风化岩。
本区间地面为欢乐谷景区及潮州街、香山中街、人工湖,欢乐谷内景点众多,周边环境复杂,地表沉降控制严格。
本段区间在进入侨香路前,隧道穿越地层较差,地表为道路和欢乐谷景区及人工湖,不具备明挖法施工条件;矿山法施工风险也较大,经综合比较,该段区间隧道推荐采用盾构法施工。
该段工程筹划拟采用一台盾机构施工,在侨城北站进站端结合车站端头明挖设置盾构始发井,盾构由该始发井始发掘进左线,掘进至起点(AK15+500)吊出,再次由该始发井始发掘进右线,至起点吊出,完成该段盾构施工。
2.2 侨城北站~深康站区间该段主要由全新统人工填土、残积层组成,下伏基岩为燕山三期侵入岩。
因安托山石场露天深挖,后又弃渣堆填,形成隐埋型矿坑。
矿坑形状复杂,坑内充水,泥石混杂,性状极差。
区间隧道穿越地层主要为人工填土、残积层、强风化岩、中~微风化岩,地质构造较发育,断裂控水,岩体完整性受地质构造影响较重,围岩稳定性一般。
该段线路埋深变化较大,地面大部份处于空旷地段及道路下方,在侨香路下穿6500 mm×2000 mm箱涵,在AK17+830~+880段下穿广深高速公路。
该段区间工法选择上,如采用盾构施工,大部分地段为微风化岩层,在穿越微风化花岗岩地段对盾构刀盘损伤较大,且影响掘进速度,盾构施工有较大的难度;在埋深较小、地质条件较差的地段,地面为道路及城市绿地,在做好交通疏解的前提下,采用明(盖)挖法施工有较大的优势,但管线中6500mm×2000mm箱涵改移难度较大;在埋深较大、地质条件较好的地段及下穿广深高速公路段,明挖法施工难以实施,故采用矿山法施工是较好的选择。
经综合比较,本段区间隧道推荐采用矿山法施工,在AK17+400处设一矿山法施工竖井(兼后期轨排井),进行区间隧道施工。
在线路穿越人工填土地段,结合深康站采用明挖法施工。
3、结束语在区间隧道设计中,以上三种结构型式应根据不同的地质条件、线路埋深和周边环境加以选择。
在区间埋置深度浅、双线并行的条件下,应优先采用单箱双孔箱型结构;在线路埋深较大、线间距较大、结构断面单一、地质条件为均匀的松散层优先采用盾构法施工;在线路埋深大、地质条件较好的地层可考虑采用矿山法施工。
参考文献[1] GB 50157-2003地铁设计规范[S] [2] 施仲衡.地下铁道设计与施工[M].西安:陕西科学技术出版社, 1997 [3] 张庆贺.地铁与轻轨[M].北京:人民交通出版社, 2002。
