地铁盾构隧道毕设论文

地铁盾构隧道毕设论文 ———————————————————————————————— 作者： ———————————————————————————————— 日期： 石家庄地铁一号线北宋站~谈固站区间隧道土层的物理力学参数 表１ 土层的物理力学参数 地层编号 岩土名称 厚度 重度γ(kＮ/ｍ3) 粘聚力ｃ（kPa) 内摩擦角φ 杂填土 1.８ １9．1 19 ２２ ②1 粉质粘土 2.7 19．2 18 ２3 ③１ 粉土 2．4 １9.４ 27 26 ④1 黏土 3.０ １９.4 ２3 30 ④2 粉砂加细砂 4.１ １９.６ 0 31 ⑥2 中粗砂 5．8 1９.9 0 35

计算原则: (1）设计服务年限10０年; （2)工程结构的安全等级按一级考虑; (３)取上覆土层厚度最大的横断面计算; （４）满足施工阶段,正常运营阶段和特殊情况下强度计算要求; (5）接缝变形在接缝防水措施所能适应的范围内； （6)成型管片裂缝宽度不大于0.2mm； （7)隧道最小埋深处需满足抗浮要求; 采用规范: （1）《混凝土结构设计规范》（GB5０0１0-20０2）； （2）《地下工程防水技术规范》（ＧB５0１0８-2001)； (3）《地下铁道工程施工及验收规范》（GB５029９-1999)； （4）《建筑工程施工质量验收统一标准》(GB５0300－2001); （5）《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》(GB５030８－1９９9)； (6）《盾构法隧道施工与验收规范》(GB５04４6－2０08)； （7）《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GＢ50204-2002）。

方案确定 明挖法施工对城市地面交通和居民的正常生活有较大影响，易造成噪音、粉尘及废弃泥浆等的污染，且工期较长。由于本工程位处地区附近有很多居民居住，地面交通复杂,故不适合选择明挖法施工。 矿山法适用于硬、软岩层中各类地下工程,特别是对于中硬岩中。本工程要求工期较短，且地下水丰富，矿山法堵水较为繁琐且占用较长工期；隧道穿过地层为砂土和砾石层，矿山法对围岩的破坏较严重。因此不选用矿山法施工。 本工程设计隧道内径为5.5m，内径较大,顶管法适宜中小尺寸管道,管道顶进困难,考虑到场地以及经济效益的影响不选用顶管法施工。 区间工程地质条件较为复杂，地下水丰富,工程的工期要求较紧,附近也有大量居民走动，地面交通复杂。采用盾构法施工可以很好的发挥它的优点,充分满足工程的要求,最终确定本隧道区间采用盾构法进行施工。 衬砌选型 盾构隧道衬砌用管片按材料可分为钢筋混凝土管片和铸铁管片、钢管片，复合管片。 钢筋混凝土管片有一定的强度，加工制作比较容易,耐腐蚀，造价低,是最为常用的管片形式,但是较为笨重，在运输、安装施工过程中易损坏。 铸铁管片强度高,易铸成薄壁结构,管片质量轻，搬运安装方便，管片精度高,外形准确，防水性能好。但是管片金属消耗量大,机械加工量也大，价格昂贵。由于铸铁管片具有脆性破坏的特性，不宜用作承受冲击荷载的隧道衬砌结构。 钢管片的优点是重量轻,强度高。缺点是刚度小，耐修饰性差,需要进行机械加工已满足防水要求。成本昂贵，金属消耗大。 复合管片外壳采用钢板制成，在壳内设钢筋,浇注混凝土，组成一个复合结构，这样其重量比钢筋混凝土管片轻，刚度比钢管片大,金属消耗量比钢管片小,缺点是钢板耐腐蚀性差，加工复杂冗繁。 钢筋混凝土管片型式中,有箱型管片和平板型管片。箱型管片常用于大直径的隧道。在等量材料的条件下，与平板型管片相比,箱型管片能做到抗弯刚度大、管片之间便于连接等。因而,可有效地降低造价。当然,当管片的背板厚度较小、腔格偏大时,在盾构千斤项作用下混凝土将会发生剥落、压碎等情况。平板管片是目前最常用的管片型式,常用于中小直径的隧道，在相等厚度条件下,其抗弯刚度及强度均大于箱型管片。 本次隧道穿过地层主要是中粗砂和砾石,地下水丰富，施工期间以及使用阶段对防水的要求比较高，铸铁管片、钢管片满足防水要求,但是价格昂贵,不宜选取;复合管片耐腐蚀性差，不适宜在地下水丰富的地层使用;钢筋混凝土管片中，箱型管片由于背板厚度较小,在施工期间容易损坏,而相同厚度的平板管片抗弯刚度和强度均大于箱型管片。通过比较，本区间采用平板型钢筋混凝土管片。

管片初步设计 圆环的拼装形式有通缝、错缝两种。错缝拼装的优点在于能加强圆环接缝刚度，约束接缝变形,圆环近似地可按均质刚度考虑。但当管片制作精度不够好时,采用错缝拼装形式容易使管片在盾构推进过程中顶碎。通缝拼装的优点是管片拼装简单,施工速度快。由于此工程接缝刚度要求易满足，为使管片安装方便快捷，施工进度快，采用通缝拼装的形式。 根据盾构隧道覆土深度,周围环境，工程地质条件，综合北京地铁工程成熟的设计、施工经验，本工程盾构隧道衬砌的选择为:初步确定衬砌厚度为３50mm,外径为Φ6200mm，环宽1200mｍ。参考北京盾构法隧道的衬砌施工的实践经验，此隧道采用单层衬砌，衬砌采用预制平板型钢筋混凝土管片。混凝土强度为C55。隧道衬砌由六块预制钢筋混凝土管片拼装而成,成环形式为小封顶纵向全插入式。每环管片由一块封顶块,两块邻接块，两块标准块,一块封底块组成。接缝分别设置在内力较小的8°、73°、138°处。

土层情况 根据工程地质剖面图,可得工况的土层地质的分布情况，见图１工况隧道断面土层分布图。

图 1隧道计算断面土层分布图 荷载计算及组合

图 2隧道计算断面荷载计算分布图 区间隧道外径为Φ６200mm，内径为Φ5５０0mｍ。衬砌采用预制钢筋混凝土管片。混凝土强度为Ｃ５5。荷载计算取b＝1m的单位宽度进行计算，同时根据管片所处地层的特征及地基土的物理力学性质，在计算水土压力时用水土分算的方法。 (一）基本使用阶段的荷载计算 （1)衬砌自重： hg (１) 式中 g—衬砌自重,ｋPａ； γh—钢筋混凝土容重，取为25kN/ｍ3

—管片厚度，m。

将已知数值带入上式计算可得：g =250.35＝8.7５kN／m3。

(2）衬砌拱顶竖向地层压力： (２） 式中 Pv1 —衬砌拱顶竖向地层压力，kＰa; γi —衬砌顶部以上各个土层的容重,在地下水位以下的土层容重取其浮重

度，kＮ/ｍ3; hi—衬砌顶部以上各个土层的厚度，ｍ。

1VP＝1.81９．1+2．7１9.２＋２.41９.４＋3．019.4+4．1１９．６＋（4.

１－3．1)1９．6 =2９０．9４kPa

(3)拱背土压： Hv22/RQP (３)

式中 Ｐv2—衬砌拱背竖向地层压力，ｋPa; Q—拱背均布荷载，kN／m； Q2H)4/1(2R （4）

γ—衬砌拱背覆土的加权平均容重,kN/ｍ3；

RH—衬砌圆环计算半径，m。 将已知数值带入式３及式4计算可得: =09.11925.2/)2.15.10725.15.11(ｋN/m3

2vP=（1-3.14／4）2.925１1.09=6.9７４ｋPａ

。

（4)地面超载：由于本隧道埋深不是很深，故须考虑到地面超载的影响,取地面超载为２0kＰa,并将它叠加到竖向土压上去，故总的竖向土压力为310.94kPa。

（5）侧向水平均匀土压力:

n1iiiv1hP 1hP=1vPtａn2(４5°-2/)-２ctａn(4５°－2/) (５) 式中 Pｈ1—侧向水平均匀土压力，kＰa; φ—衬砌环直径高度内各土层内摩擦角加权平均值,(º); c—衬砌环直径高度内各土层内聚力加权平均值,kPa;

其中,=)925.02.3725.1/(925.0402.330725.140）（＝３４.53º c=0ｋPa 将已知数值带入上式计算可得： 14.490)2/53.3445(tan69.1772h1PkPa。

（6)侧向三角形水平土压力： )2/45(tan2020Hh2RP （6） 式中 Ｐh２—侧向三角形水平土压力，ｋPa;

ＲH—衬砌圆环计算半径，ｍ;

γ0—衬砌环直径高度内各土层重度的加权平均值，ｋN／m3；

095.10925.02.3725.1/)5.11925.05.102.35.11725.1(）（kＮ/m3

将已知数值带入式4.6计算可得: h2P276.095.10925.22

=1７．71ｋPa。

(7）衬砌拱底反力: wH2v1vR)2/(RgPPP （７） 式中 PＲ—衬砌拱底反力，kPa； Pv１—衬砌拱顶竖向地层压力，kＰa； Pｖ2—衬砌拱背部荷载,ｋＰa; g—衬砌自重，kPａ； γw—水的容重，取为１0kN/m3。

将已知数值带入式4．7计算可得:

22.16610925.214.35.075.814.3974.669.177R＝PｋＰ

ﻩ (８)地层侧向弹性抗力 ﻩ 衬砌结构由于外荷作用，在水平方向产生向外的横向变形的同时,衬砌外围土体也相应会对衬砌结构产生一抵抗压力,以阻止衬砌结构进一步变形。目前,在