土木工程毕业设计（论文）-上海地铁7号线大场镇站-行知路站区间隧道设计与施工.docx

全套图纸加扣3012250582编号：（ ）字 号本科生毕业设计设计题目：上海地铁7号线大场镇站行知路站区间隧道设计与施工专 题：地下盾构对接技术及应用姓 名：学 号：班 级：土木工程城市地下2011-2班 二一一年六月中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名：学 号：学 院：力学与建筑工程学院专 业：土木工程专业（城市地下工程方向）设计题目：上海地铁7号线大场镇站行知路站区间隧道设计与施工专 题：地下盾构对接技术及应用指导教师：职 称：二一五年六月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院力学与建筑工程学院 专业年级 土木工程专业地下2011 学生姓名 任务下达日期： 2015年 1 月 19 日毕业设计日期： 2015年 1 月 19 日至 2015 年 6 月 8 日毕业设计题目：上海地铁7号线大场镇站行知路站区间隧道设计与施工毕业设计专题题目：地下盾构对接技术及应用毕业设计主要内容和要求：设计要求：根据提供的上海地铁7号线大场镇站行知路站区间隧道工程的工程资料，完成隧道衬砌结构设计和施工组织设计。结构设计内容包括隧道施工方案的比选、衬砌方案的选取及内力计算等，并编制设计计算书。施工组织设计内容应包括隧道施工准备、施工方法及辅助施工技术、施工总平面布置、施工进度计划和施工管理等内容。提交是图纸应包括：区间隧道工程施工平面总布置图；区间隧道平面图与剖面图；衬砌管片配筋图。专题要求：目前隧道施工逐渐向着大断面，长距离发展，单独盾构推进长度有时会不满足工程需要，而盾构对接技术会是盾构发展的必然结果。根据查阅的资料，说明地下盾构对接施工的方法、注意事项以及加固、支护的技术，完成论文及图纸一张。其它要求：翻译一篇与设计或专题内容相关的近3年外文文献，其中文字数不少于3千字，并且附英文原文。院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日全套图纸加扣3012250582摘 要本毕业设计主要包括三个部分，第一部分是大场镇站行知路站区间隧道结构设计；第二部分是大场镇站行知路站区间隧道施工组织设计；第三部分是专题部分，地下盾构对接技术及应用。在第一部分区间隧道结构设计中，根据隧道穿越地层的工程地质、水文地质条件和周边环境情况，通过施工方案的比选，确定盾构法施工，隧道衬砌结构平板型钢筋混泥土管片，并对其进行相应的内力强度和抗浮验算。第二部分是区间隧道施工组织设计，根据隧道施工方法和隧道周边的环境情况，对施工前准备工作，施工场地布置，隧道开挖与衬砌结构施工等进行设计，并编制了工程进度计划，编写了相应的质量、安全、环境保护等措施。第三部分是专题部分，根据国内外对盾构对接技术的研究简要阐述了盾构对接技术以及施工重点、难点，并对狮子洋隧道对接工程的施工过程做了比较详细的介绍，最后提出了对盾构对接技术的一些待研究方向。关键词：盾构；隧道；盾构对接；应用ABSTRACTThis graduation design mainly consists of three parts. Part one is about structural design of interval tunnel between Dachangzhen Station and Xingzhi Road Station; part two is about construction design of this tunnel; part three is special paper which introduces the theory and its application of the underground shield docking technology.In the first part about structural design of interval tunnel, shield as construction method is finally settled down after comparison among different construction methods according to the analysis of geological and hydrogeological conditions of the strata that the tunnel will goes through and its surrounding situations. Meanwhile, this project selects the plate reinforced concrete segment for the tunnel lining structure and conducts a calculation of its strength and anti-floating capacity.In the second part about construction design of interval tunnel, the preparations before construction, the layout of construction location, tunnel excavation and lining structure construction are designed according to the construction method and surrounding situations of the tunnel. Moreover, the author develops the schedule plan of the project and draws up the corresponding measures about quality, security and environmental protection.The final part is special paper. This paper describes the theory of shield docking technology under the background of studies on shield docking technology at home and abroad and points out the construction importance and difficulties. Furthermore, it makes a more detailed introduction to the construction process of Shiziyang tunnel docking project. And finally it raises some directions to be studied about shield docking technology.Keywords: shield; tunnel; shield docking; application目 录第一部分 上海地铁7号线大场镇站行知路站区间隧道结构设计1 工程概况11.1 工程位置11.2 工程范围11.3 工程规模12 设计依据12.1 自然条件12.1.1 工程地质和水文地质12.1.2 气象32.2 现场条件42.2.1 沿线建（构）筑物、地下管线及障碍物42.2.2 交通状况43 隧道施工方案与衬砌选型设计43.1 隧道施工方案43.1.1 明挖法43.1.2 盖挖法43.1.3 浅埋暗挖法53.1.4 盾构法53.1.5 沉管法53.1.6 掘进机法（TBM）63.1.7 传统矿山法63.1.8 新奥法63.1.9 施工方案的选择63.2 隧道衬砌73.2.1 钢筋混凝土管片73.2.2 钢管片73.2.3 铸铁管片73.2.4 复合管片73.2.5 衬砌方案选择74 隧道计算74.1 计算原则及采用规范74.1.1 计算原则74.1.2 采用规范74.2 计算断面的选择及计算84.2.1 计算断面的选择84.2.2 荷载计算84.2.3 配筋计算144.3 接缝张开量计174.4 千斤顶作用下局部承压计算174.4.1 局部承压174.4.2 预埋件设计174.5 抗震验算184.6 抗浮验算185 隧道主要技术经济指标195.1 开挖土方量195.2 管片用量195.3 钢筋用量195.4 人工费用等19第二部分 上海地铁7号线大场镇站行知路站区间隧道施工组织设计1 工程概况202 隧道施工准备202.1 技术准备202.1.1 技术管理体系202.1.2 测量管理212.1.3 试验管理212.1.4 施工管理212.2 施工现场准备222.2.1 施工道路222.2.2 施工给水222.2.3 排水222.2.4 施工用电222.3 施工物资准备222.4 劳动力准备232.4.1 大临设施阶段232.4.2 正常推进阶段233 施工现场总平面布置243.1 施工场地布置原则243.2 施工平面总体布置243.2.1 施工场地布置243.2.2 施工场地布置图244 界定关键过程254.1 施工测量控制要点254.2 管片拼装控制要点254.3 衬砌防水控制要点264.4 地面沉降控制要点264.5 关键过程控制人员落实265 施工方案及主要施工工序265.1 施工方案的确定265.1.1 泥水平衡式盾构的原理275.1.2 土压平衡式盾构的原理275.1.3 泥水平衡盾构、土压平衡盾构的对比275.1.4 盾构施工方案确定285.2 盾构掘进的施工准备285.2.1 技术交底285.2.2 地面准备工作295.2.3 井下准备工作295.3 出洞方案295.3.1 出洞土体加固295.3.2 混凝土洞门凿除305.3.3 洞口止水帘布安装305.3.4 出洞掘进305.4 进洞方案305.4.1 进洞土体加固305.4.2 盾构接收井准备工作305.4.3 盾构姿态的复核测量305.4.4 盾构进洞前洞门混凝土的凿除305.4.5 盾构进洞305.5 掘进施工参数315.6 管片拼装315.7 同步注浆及壁后补压浆325.7.1同步注浆325.7.2壁后补压浆325.8 纠偏325.9 洞门施工335.10 隧道内运输335.10.1 垂直运输335.10.2 水平运输335.10.3 运输机具和岔道设置335.11 弃土处理346 施工主要技术措施346.1 穿越地下管线的保护措施346.1.1 与隧道轴线相交的管线346.1.2 与隧道轴线平行的管线346.1.3 市政、公用地下管线等的特殊沉降监测346.2 邻近施工和既有建筑物的保护措施356.3 减少地面变形控制措施356.4 紧急预案措施357 施工进度计划368 质量、安全和环境保护措施管理388.1 质量管理388.1.1质量管理网络图388.1.2工程质量标准388.1.3 质量管理体系要素表398.2 施工质量控制398.2.1 隧道衬砌质量控制398.2.2 隧道轴线控制398.2.3 管片拼装质量控制398.2.4 地表沉降控制408.2.5 测量控制408.3 安全生产施工控制418.4 文明施工措施418.5 防汛、防台风的施工措施428.6 消防安全措施42第三部分 地下盾构对接技术及应用1引言432 研究内容443 地下盾构对接技术443.1机械式对接443.1.1 刀盘缩回式443.1.2 贯入环式463.1.3 DKT工法473.1.4 A-DKT工法473.1.5 机械对接法的比较473.2 土木式对接方法493.2.1 隧道内注浆辅助法493.2.2 隧道内冻结辅助法503.2.3 土木式对接法的比较524 盾构地下对接施工关键技术524.1 盾构对接点的选择534.2 盾构对接精度的控制534.3 盾构对接部分密封技术544.4 盾构洞内对接拆卸544.4.1 特殊结构设计554.4.2 对接拆卸前准备工作554.4.3 注浆加固564.4.4 盾构的拆卸565 应用实例分析575.1 工程概况575.2 地下盾构对接拆卸总体方案575.3 对接施工的技术要点585.3.1 施工工艺流程585.3.2 盾构的特殊设计585.3.3 台盾构地中对接前的准备工作595.4 对接位置选择595.4.1 对接区域地质水文评价595.4.2 对接区域选择595.4.3 对接区域地层稳定性分析595.5 对接测量605.6 地下盾构对接施工605.6.1 对接施工步骤605.6.2 对接位置最终选择605.6.3 后30环掘进施工605.6.4 对接地层加固止水605.6.5 管片加固615.6.6 盾构对接615.7 对接段衬砌施工616 结语61参考文献63翻译部分65致 谢82第一部分上海地铁7号线大场镇站行知路站 区间隧道结构设计全套图纸加扣3012250582 第 19 页1 工程概况上海轨道交通7号线，是上海轨道交通系统中第9条开通运营的线路，起始美兰湖站，穿越上海市中心城区，终至花木路站，途径宝山、普陀、静安、徐汇、浦东新区5区，7号线全长约44.35km，共设有车站33座。本次工程的范围为大场镇站行知路站区间隧道，属于一期工程隧道。同时上海轨道交通7号线是世博会交通配套工程之一，乘客可通过换乘到达世博园区内的任意车站，故本区间将承担交通线网连接以及客流量疏散的重要任务。1.1 工程位置大场镇站行知路站区间隧道地面环境较为简单，大场镇站西侧是龙珠苑住宅区，行知路站西侧为复星花园住宅区，地下管线复杂。整体走势沿沪太路进行布置，途中穿过中国石化上海石油五八五加油站的地下油罐、农行大场营业所、苏明钢材贸易、晨辉防水建筑材料厂等工业民用建筑物。沪太路南起上海市闸北区，北至江苏省太仓市，被称作上海最长的马路，横贯整个宝山区车流量较大。1.2 工程范围大场镇站行知路站区间隧道属于一期工程隧道，盾构的推进里程是CK6+904.10CK7+632.200，隧道单线长为728.1m，在里程CK7+255.250处设至一旁通道和泵站。1.3 工程规模大场镇站行知路站区间的盾构总推进长度为1456.2m，本区间为双面坡，隧道推进线路的最大坡度为28.76，隧道顶部覆土深度在7.2m18.3m范围内。隧道剖面图中间低、两边高，成V型。2 设计依据2.1 自然条件2.1.1 工程地质和水文地质（1）地貌地形本区间隧道内地形较为平坦，地貌类型属于滨海平原。地面的标高在4.255.22m范围内，拟建区间沿沪太路下方布置。（2）地质条件大场镇站行知路站区间地层属于软土地层，隧道的大部分都处于淤泥质土和粘质粉土，此类土层承载力低，含水量较高，土性较为灵敏，渗透系数比较小，地层的土具体分布如下：1人工填土层，土层呈现无序分布，为黄褐色，土质松散且较为湿润，上半部分主要由混凝土地坪、细石等构成，下半部分由粘性土等构成。1为粘质粉土层，是一层一层分布的结构，土层颜色呈灰黄色，具有中等的压缩性，土面比较光滑，韧性比较好，土层内部含有无机质结核，且随着土层深度的增加，土性慢慢变软。为淤泥质粉质粘土层，土层颜色呈灰色，含水量较大，基本处于饱和状态、具有很好的流塑性以及高压缩性；土层内含有云母和一些有机物质，同时有部分粉性土，所以土质分布不均匀。为淤泥质粘性土层，土层颜色呈现灰色，含水量较大，基本处于饱和状态、具有较好的流塑性，以及较高的压缩性，含云母、有机质及少量贝壳碎屑，土质分布较为均匀，压缩性能较好，低渗透性和高灵敏度，具有低的强度特性。1-1为粘土层，土层颜色呈灰色，含钙质结核和有机物质，此土层中含薄薄的粉砂，在整个区间均有分布呈饼状，底部含砂量多且较重。为粉质粘土层，土层颜色由暗绿色渐变到草黄色，土壤表面较光滑，土体整体较湿润，可塑性有好变坏，中等压缩性，干强度中等。1-1为砂质粉土层，表现为黄草颜色，基本处于饱和状态，可压缩，少量的含氧化铁的介质；具有云母的条纹分布的淤泥质土。1-2粉砂层，土层颜色由草黄色渐变到灰色，处于含水饱和状态，土层逐渐变密，压缩性逐渐变低低等；含云母，夹杂粉土。1为粘土层，土层颜色呈灰色，土壤表面较光滑，较为湿润，可塑性良好，具有一定的高压缩性，土层内含有云母和有机质，并夹杂有少量的粉砂。1-2为粉砂夹粉质粘土层，土层颜色灰色，含水饱和，土层逐渐变密，可压缩，土层内含有云母、部分粉性土，土质不是很均匀。（3）各土层的物理力学性质各层土的物理力学特性详见表2.1。表2.1 各土层物理力学特性土层编号土层名称土层厚度（m）含水量W（%）重度（）孔隙比粘聚力（kPa）内摩擦角 （。）1人工回填土1.3-3.018.020.01.101粘质粉土0.8-1.832.018.40.9218.022.0淤泥质粉质粘土2.2-4.538.517.71.0912.020.0淤泥质粘性土2.3-3.150.616.61.4414.011.01-1粘土5.1-6.431.418.71.0515.413.4粉质粘土4.4-5.524.919.40.7315.517.01-1砂质粉土3.6-6.530.618.60.861.2032.01-2粉砂3.8-7.131.518.30.900.40 33.01粘土13.8-15.338.017.71.0923.019.01-2粉砂夹粉质粘土未凿穿27.918.60.810.4033.0本区间隧道盾构开挖穿越的土层为：淤泥质粘土、1-1粘土、粉质粘土。区间土质有差异且不均匀，所受到的阻力不同，地层较软且含水较多，可能会引起地表下沉，容易偏离轴线，所以施工应合理监测，控制盾构推进的各项参数，使工程能顺利进行。（4）水文条件施工过程中的地下水主要是指，埋深较浅的土层中的潜水以及埋深较深的粉性土层中的承压水。根据上海市岩土工程勘察规范（DGJ 08-37-2012）可知，承压水位低于潜水位，而且埋深较浅的土层中的潜水位一般为0.3m1.5m，年平均水位大约在0.5m0.7m范围内。同时潜水和承压水的水位会根据季节及气候等外在因素的变化而高低起伏。根据以往上海市工程经验，本工程取地下水距地表0.5m。根据岩土勘查资料的结果知道，潜水位一般处于1.00m2.00m左右，而且测出第1砂质粉土层的承压水水位埋深在3.86m4.07m范围内。当地下水水位小于4m时，水温受外界气温等因素的影响比较严重，而当地下水水位大于4m时，水温会保持在1618左右，相对稳定一点。根据上海市岩土工程勘察规范（DGJ 08-37-2012）对地下水进行分析，结果说明地下水基本不会对混凝土造成腐蚀，又根据上海地区多年的工程施工经验，可以认为其地基土也不会对混凝土造成腐蚀。另外跟据水质分析报告，并结合以往上海市工程施工经验分析，判定区间内的地下水会腐蚀钢结构。（5）地震液化判别发生地震液化是有条件的；常年干旱的地方不会发生此种现象，地震烈度小于6度的也不会发生此种现象；饱和砂土液化是地震液化的现象，它会如泉水般涌出使大量饱和沙到地面，是地面沉降，促使邻近的建筑物可能发生倾斜或倒塌。在相关规范中指出，抗震烈度6度设防等情况存在时，可以不考虑此种现象对于隧道结构的影响。根据以往施工经验应考虑地震液化作用，但由于本工程未穿过砂土层，故不须考虑地震液化。2.1.2 气象（1）气温上海市春季和秋季的时间较短，但是夏季和冬季的时间很长，根据气象资料表明，一年的气温大约在15.6左右，早中晚的温差较大。（2）降水上海的年降水量在一千一百毫米以上，由于季风的影响，上海市的降水会具有很明显的季节性，主要体现在春雨、梅雨、秋雨，共占全年降水量的50左右，但是由于季风强弱的不稳定性，所以造成降水量具有很大的变动。（3）雾况近年来上海出现雾霾的日数占全年61%，每年出现重度雾霾大约四五天，主要出现在12月份和1月份，集中在白天。（4）风况上海市气候属亚热带季风。春秋是季风的转变期，多东南偏东风；夏季在西太平洋副热带高压笼罩下，多东南风，暖热湿润，上海全年平均风速以4月和8月最大。根据上海港务局统计资料，光在1884年1981年间，大于10级台风就有55次，台风持续时间最长达3天，最大风速能达到43.9 m/s。（5）日照上海的日照比较充足，差不多有2000小时左右，大约占一年的44。（6）湿度上海的空气湿度随季节变化，冬天空气湿度一般在60%，夏季湿度变化大，7月份一般在75%-80%左右。2.2 现场条件2.2.1 沿线建（构）筑物、地下管线及障碍物（1）沿线建（构）筑物大场镇站行知路站区间沿线的构筑物主要有中国石化加油站、科技大厦文胜楼、猫王家具、奇思妙想乐园、渔翁海鲜（山海店）、百安居等。（2）地下管线及障碍物本工程沿途管线较多，隧道区间会穿过电话12孔/1.0缆、12孔/1.5缆和18孔/3.8，雨水/1000/1.9砼，排污水/2000/7.0砼等管线，具体措施采取尽量避免，部分改迁的手段。2.2.2 交通状况沪太路为8车道道路，车流量很大，尤其内环沪太路口，很容易堵车，但是本区间位于中环路附近，道路交通状况良好。不过车站临近龙珠苑住宅区，所以根据招标文件，必须为居民留出一条通往龙珠苑住宅区的道路，而且在工程施工期间，必须确保行人和车辆的进出通过安全，所以设置了宽5m的行人和车辆道路。同时在施工期间，将合理组织交通，保证现有的交通通行能力，坚持“占一还一”原则。3 隧道施工方案与衬砌选型设计3.1 隧道施工方案隧道的施工方案多种多样，选择确定合理的施工方案可以有效减少施工难度，节约施工成本，增加施工的安全可靠性，加快施工进度等，所以一个好的施工方案是工程成功的前提。目前根据隧道穿越地层的不同情况和隧道施工方法的进步，隧道施工方法可分为三类：1.浅埋及软土隧道，可用明挖法、盖挖法、浅埋暗挖法，以及盾构法；2.水（江、海、湖）底隧道，可用沉管法和盾构法；3.山岭隧道，可用掘进机法（TBM）和矿山法以及新奥法。3.1.1 明挖法明挖法，顾名思义就是先将隧道范围内的土体进行明面开挖，然后进行主体结构的修建，最后再实施土体回填的施工方法。明挖法施工操作简单、施工快捷且工程质量高，但其需要地面宽阔，同时土方工程量大，对周围环境影响大，由于本隧道区间内存在密集住宅区，故此法不适用本工程。3.1.2 盖挖法盖挖法是指在地下施工区间地面有构筑物、道路等其他设施时，先自地面开挖至某一设定的深度之后，修筑覆盖板进行封顶并将地面恢复原状，然后继续其他的地下施工；目前根据实际工程需要可具体分为顺作法以及逆作法：（1）盖挖顺作法顺作法是指从地面施工结束挡土结构后，铺设预制的覆盖结构还原地表，并维持路面交通，然后向地面以下开挖至设计标高，同时架设横撑支护基坑，之后自下而上修筑主体结构以及进行防水措施。（2）盖挖逆作法逆作法多用在深沉开挖、松软地层开挖，施工顺序与顺作法相反，在挡土结构施工完成并铺设覆盖结构还原地表后，由上而下依次开挖和构筑主体结构，由主体结构充当支护。逆作法又分为全逆作法和半逆作法。全逆作法就是从地面开始施工，同时向着地面上、下进行施工的方法；而半逆作法是指，按照自上而下的顺序，先进行地下结构的修筑，然后再开始施做地面的结构。3.1.3 浅埋暗挖法浅埋暗挖法是在距离地表较近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的一种方法，主要适用于土质较软、强度较低、无胶结的砂、石等不适合明挖法施工的地层。其施工方法多样，常见的有全断面法、正台阶法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法和中隔墙法等。由于土质软弱，故一般在施工前要进行地质改造，以减少地表沉降和降低施工对周围环境的影响，常用改造工艺有有注浆法、冻结法、长管棚法、降水法和水平旋喷法等。浅埋暗挖法具有灵活多变，不扰民，对环境影响小等优点，但是通常也具有工期长、规模大、技术复杂、地质条件不确定、施工过程中的意外事故和施工造成的环境影响对工程的进展影响大，使得其安全风险管理难度很大，所以结合本工程考虑，不采用此方法。3.1.4 盾构法盾构法是指采用盾构在地下进行隧道掘进的方法，它属于暗挖法的一种。在盾构掘进前，要先建造两个竖井，即始发井和到达井，以方便盾构拼接、拆卸，以及出渣、运料等，在始发井内还要设置临时的支撑结构，给盾构的推进掘进提供必需的反力。盾构从始发井的预留孔洞处出发，沿着隧道推进的轴线，向到达井内预留的孔洞行驶。盾构机每次向前开挖一环衬砌的长度，而后在盾构尾部拼接系统的支撑下拼接一环衬砌，同时进行壁后注浆，避免隧道的变形和地面的沉降。拼接好的管片将同时作为盾构后续推进的支撑结构，提供盾构前进所需的反力。推进过程中开挖的土体，会通过盾构机内部的出土系统以及后配套系统运送至地面进行处理。用盾构法开挖的隧道的断面形状有单圆形的、双圆形的和非圆形的。常见的断面都是圆形的，因为圆形不会出现应力集中，能很好的承受水土压力，且圆形断面拼装衬砌管片简单。盾构机根据开挖和支护方式可以分为敞开式和封闭式。敞开式在上海等地区已经很少再使用了，所以本工程不再进行考虑。封闭式盾构可以说是现在的主流方式，根据其原理可以分为3种：局部气压式、土压平衡式和泥水平衡式盾构，而最常用的是土压平衡式。盾构法有很多优点：对居民日常生活以及出行的影响很小，对周围构筑物和路面造成的变形沉降量少，开挖的土方量少，自动化施工，施工所需人员少，施工所需的工期比较短，施工的速度较快，且施工可以不受外界条件的影响，工程质量高，容易管理，同时也有缺点：盾构机成本高，对小曲率半径隧道施工时，转向沉重，而且施工前要对地质做极为细致的勘探工作。3.1.5 沉管法沉管法是在水底预先挖好沟槽，把在陆地上提前预制的两端用临时密封方法密封的管段用拖轮运到沉放地点，使其在水中漂浮，进行管段下沉位置定位，完成后向管段内注水，使其因重量下沉，然后重复进行，当所有管段下沉完毕后开始管段拼接，最后拆除封墙使其贯通的一种水下作业方法。目前，由于其在水下连接、止水等关键性的技术有了新一步的突破。相比来说，沉管法造价低、工期短、对航运影响小、对地质条件的适应性强，但同时缺点也很明显，当断面较大，水流较急时，对管段的稳定带来很多问题，而且管段沉放时可能会出现沉陷和不均匀沉降，故本工程不适用。3.1.6 掘进机法（TBM）掘进机法简称为TBM法，是用专门的机械切削设备凿碎岩石，然后经过后配套的出渣系统将岩渣运出，它是一种对地层针对性很强的施工方法。根据破岩掘进方式不同，TBM分为臂式掘进机和全断面掘进机两大类。全断面掘进机又分为开敞式和护盾式两类。一般而言，开敞式掘进机适合于硬岩隧道的掘进，护盾式掘进机适合于软岩隧道的掘进。臂式掘进机又称为部分断面掘进机，是一种集切削岩石、自行走动、装载石渣等多种功能为一体的高效联合作业机械，具有效率高、机动性强、对围岩扰动小、超挖量小、安全性高以及费用相对较省等优点。TBM掘进时，掘进的速度较快，使用的劳动力较少，施工的安全性较高，但是机体过于庞大，不方便组装和运输，而且只能针对岩石地层进行施工，直径不可调整，使用的局限性较大，固本工程不考虑此方法。3.1.7 传统矿山法在土层松软时，可先用挖掘机械开挖土体，并同时进行支护，以维持整体稳定；在较硬地层时，先在设计断面上放置炮眼，进行爆破开挖，同时进行支护。其中最具代表性的是上下导坑先拱后墙法和下导坑先拱后墙法。传统矿山法在历史上形成的变化方案很多，但是支护消耗的木材过多，对周围环境的影响很大，还会出现盲炮的现象，危险性高，所以目前我国施工中已经很少采用传统矿山法了。鉴于本工程的周边环境，不会采用矿山法。3.1.8 新奥法新奥法是奥地利学者们总结经验得出的一种隧道设计、施工的新理论，是以控制爆破为开挖方法，以锚杆支护作为主要支护手段，通过监测和控制围岩的变形，充分利用围岩的自承载能力的一种方法，也可以说是传统矿山法的一种改进方法，其摒弃了传统的隧道工程中的厚壁混凝土结构支护松动围岩的理论，而是把岩石看作连续介质，利用弹、塑性理论，充分利用周围地层的自承载能力，使周围地层成为支护主体结构，然后通过对围岩的实时监测，以保证隧道的安全质量。鉴于本工程的周边环境，也不采用此方案。3.1.9 施工方案的选择大场镇站行知路站区间穿过穿过中国石化加油站的地下油罐，且两端皆有住宅区，为了不影响附近居民的日常生活和路面交通，应该选择占地面积、震动和噪声小的施工方法，而上海所处的吴淞地区土质多为淤泥质软土和粘土地层，含水丰富，根据以往的城市隧道工程实例来看，多数为盾构法施工。目前，我国的盾构技术已然成熟，对盾构的核心操作也是得心应手，并且根据多年的施工经验，已经积累了丰富的理论和实践经验，使其成为了一种高信息化、高效率、高质量的施工方法。在以往的工程实例中也可以看出，我们对地表的沉降、对周围构筑物的变形量，以及盾构过程中的偏差都能控制在很小的范围内。故针对本工程的地质情况看，使用盾构法施工是可行的。此法本区段的单程长度为728.1m，满足掘进总长度为5001800m的经济掘进范围，所以根据地质条件，周边环境以及经济的合理性，最终选定采用盾构法进行本隧道工程区间的施工。3.2 隧道衬砌按照材料的划分，衬砌可以分为钢筋混凝土管片、钢管片、铸铁管片以及复合管片。3.2.1 钢筋混凝土管片目前的钢筋混凝土管片具有不同的形式，根据施工条件不同，通常可将其分为平板型结构和箱型结构，主要的优点是建造简单，有一定的强度并且耐腐蚀，造价也比较低。但是在搬运和施工过程当中发生破坏可能性高，而且较为笨重。不过就目前工程实例中来看，钢筋混凝土管片是最为常见的衬砌管片。3.2.2 钢管片钢管片强度高，重量轻、不太好进行修饰，材料刚度比较小，但是需要大量的加工，而且制作需要大量金属，造价昂贵。钢管片的重量比较轻、强度相对较高、易于组装运输；缺点是成本昂贵，耐锈蚀性差，会消耗大量的金属材料。3.2.3 铸铁管片铸铁管片具有很高的强度，质量轻，可以很容易的做成薄壁结构，而且易于运输和安装，制作精度高。但是铸铁管片制作需要大量的金属，而且，价格比较昂贵，此外铸铁管片遇到冲击荷载时容易发生脆性破坏，所以也不能用于制作隧道衬砌管片的材料。3.2.4 复合管片复合管片是结合了钢管片和钢筋混凝土的特点，使用的外壳是钢材，钢壳内部进行配镜和浇灌混凝土。这样的结构虽然相比于钢筋混凝土管片来说要轻很多，而且强度和刚度也更好，但是耐腐蚀性很差，制作起来比较复杂。在隧道与工作竖井交界的地方，连接旁通道的地方，有变形缝等的地方通常可以考虑采用复合管片。3.2.5 衬砌方案选择根据工程的各种相关条件，再结合相似条件下其他工程所采取的措施，最终确定本隧道工程采用钢筋混凝土管片作为衬砌结构，采用单层衬砌，衬砌厚350mm，宽1200 mm，管片外径为6200mm，管片内径为5500mm，进行错缝拼装，每环由六块管片组成，其中标准块三块、拼接块二块、封顶块一块。管片混凝土强度取C55，抗渗强度取P10，钢筋取HRB400。管片环与环之间使用17根纵向M30螺栓相连接，接缝防水选用遇水膨胀型的橡胶止水条。4 隧道计算4.1 计算原则及采用规范4.1.1 计算原则（1）此次工程结构具体设计年限为100年；（2）进行满足施工，正常运营等各个时间段和某些不一般情况下的强度要求的计算；（3）覆土量最大的横截面所在处进行计算；（4）结构内部的裂缝小于0.3mm，外部的裂缝小于0.2mm；（5）满足地面沉降和长期控制标准；（6）隧道埋深最浅的地方必须满足抗浮要求；（7）衬砌结构变形：直径的变形量小于隧道直径的1；4.1.2 采用规范1地铁设计规范（GB50157-2013）；2混凝土结构设计规范（GB50010-2010）；3地下工程防水技术规范（GB50108-2008）（2013版）；4岩土工程勘察规范（DGJ08-37-2012）；5混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-2011）；6道路隧道设计规范（DG/TJ08-2033-2008）；7上海市建筑抗震设计规程（DGJ08-9-2013）。4.2 计算断面的选择及计算4.2.1 计算断面的选择隧道断面选择上有几种情况，隧道区间内埋深最大的断面、具有最高或最深地下水位比较深的断面、上覆载量最大的断面需进行验算，此外，断面表面突变或者偏压较大的断面也需要进行验算。本工程隧道断面的设计外径为6200mm，设计内径为5500mm，盾构单程长度为728.1m，隧道最大埋深处在里程CK7+255.00m的位置，隧道最大埋深处标高为-12.420m，区间内各土层均匀，故本工程计算断面时的选择为隧道最大埋深处。4.2.2 荷载计算隧道的最大覆土厚度是11.370m，地下水埋深在地面以下0.5m，管片厚=0.35 m。计算宽度取b=1 m，计算内力时再乘以管片实际的宽度1.2m，计算时根据有效应力原理，采用水土分算的方法。（一）基本使用阶段的荷载计算（1）管片自重g=h （4.1）式中 h重度，kN/m3，取h =25 kN/m3； 管片厚度，m。代入公式得 g=25kN/m30.35m=8.75kN/m3（2）竖向土压q=i=1nihi （4.2）式中 i管片顶部以上 各个土层的容重，在地下水位以下的土层容重取土的浮重度，kN/m3； hi管片顶部以上各个土层厚度，m。代入公式得 q=0.518+1.58.4+3.87.7+36.6+11.37-0.5-1.5-3.8-38.7=93.019kPa图4.1 盾构埋深最大处土层特性示意图（3）拱背土压 G=21-4RH2=0.43RH2 （4.3）式中 拱背土平均重度，kN/m3；RH管片圆环计算半径，m。代入公式得G=0.432.92528.7=32.01kN/m可近似化为均布荷载q=G2RH=32.0122.925=5.47kN/m2（4）地面超载本工程隧道的埋深较浅，所以取地面超载为20km/m2，将地面超载累加到竖向土压项上。（5）侧向均匀主动土压p1=qtan2(45-2)-2ctan(45-2) （4.4）式中 q竖向荷载 ，c衬砌圆环侧向各个土层的土壤的重度、内摩擦角、粘聚力的加权平均值。=1h1+2h2+nhnh1+h2+hn （4.5） =1h1+2h2+nhnh1+h2+hn （4.6） c=c1h1+c2h2+cnhnh1+h2+hn （4.7） 代入公式得 q=93.019+5.47+20=118.49kN/m2=8.73.255+9.42.5953.255+2.595=9.01kN/m3=13.43.255+17.02.5953.255+2.595=15.00c=15.43.255+15.52.5953.255+2.595=15.44kPap1=118.49tan245-15.002-215.44 tan45-15.002=46.07kPa（6）侧向三角形主动土压p2=2RHtan2(45-2) （4.8）代入公式得 p2=22.9259.01tan245-15.002=31.03kPa（7）静水压力地下水距地表0.5m，故水位H=11.370-0.5=10.87m（8）拱底反力PR=q+g