土木工程毕业设计-盾构隧道设计

1、UM1920亠%本科毕业设计沈阳地铁一号线怀远门站至中街站区间盾构隧道设计本科毕业设计XX盾构隧道设计燕山大学毕业设计任务书学院：建筑工程与力学学院系级教学单位：土木工程系学号学生姓名专业班级土木工程（岩土）题题目名称XX盾构隧道设计目题目性质理工类：工程设计（Q）；工程技术实验研究型（）；理论研究型（）；计算机软件型（）;综合型（）管理类（）；3.外语类（）；4.艺术类（）题目类型1.毕业设计（7）2.论文（）题目来源科研课题（）生产实际（）自选题目（7）主要内容1盾构隧道的平面设计2.纵断面设计3.横断面设计4.荷载作用及内力计算5管片的配筋设计及强度检算、裂缝验算6.对结构进行裂缝验算及

2、抗浮验算7.盾构竖井的设计基本要求设计部分：1施工图内容及比例：包括隧道总平面图、纵断面图、管片结构图、管片配筋图、详图若干；图纸数量：3号图不少于4张。2.设计说明书内容：平纵断面设计、围岩压力的计算、结构内力的计算、配筋计算、强度检算、裂缝检算及抗浮验算、盾构竖井设计说明。计算书数量：6080页。参考资料建筑结构荷载规范（GB50009-2010）；地铁设计规范（GB50157-2003）；混凝土结构设计规范（GB50010-2010）；地下结构设计原理与方法，李志业编；地铁与轻轨，张庆贺编。周次第1-2周第3-5周第6-8周第9-11周第12-13周第14周第15-18周应完成的内容准备

3、相关毕业设计资料，方案设计，根据已有资料，绘出盾构隧道平纵断面草图。完成盾构机选型，管片选型、进行横断面结构初步设计。管片基本尺寸拟定计算围岩压力，计算结构内力。对盾构管片进行配筋设计及强度检算、螺栓检算，裂缝验算。完成管片结构设计，及盾构竖井结构设计，完成设计说明书及图纸输出文整。毕业设计工程概预算。计算书与施工图修改、打印、装订，准备答辩。指导教师：职称：年月日系级教学单位审批：年月日摘要摘要 # I摘要中国城市化的发展必然带动城市地铁的发展。地铁产业作为中国的朝阳产业，是中国城市基础交通设施中最有前景、最有市场的产业，发展轨道交通势在必行。目前，修建地铁的施工方法主要有明挖法、矿山法以及

4、盾构法。针对沈阳的地质情况以及隧道施工对地面交通的影响等方面考虑，本设计采用盾构法修建沈阳地铁一号线怀远门中街区间隧道方案。因为盾构法有着良好的防渗性、施工安全快速、与埋深无关和对环境影响小等明挖法和矿山法无法比拟的优点。本设计为沈阳地铁一号线怀远门站中街站区间盾构隧道设计。区间盾构隧道左线全长1172.248m,右线全长1165.8671110在充分考虑隧道建筑限界的基础上，对盾构隧道的横断面进行了设计。设计选取最不利断面，采用日本惯用法进行结构内力计算，分析出结构的弯矩、轴力、剪力。再根据分析出的结构内力进行配筋计算，并利用所配的钢筋进行相关的管片结构强度检算、管片结构允许裂缝宽度检算、螺

5、栓强度检算、结构抗浮检算。关键词盾构隧道；内力计算；配筋；检算燕山大学本科生毕业设计ininiiAbstractCliinacitydevelopmentwillpromotethedevelopmentofMetrocity.SubwayindustiyasasuiuiseindustiyinCliina,itisChinesecitytrafficinfiastmctiiremthefiitiire,mostofthemarketoftheindustiy,thedevelopmentofrailtranspoitationbeimperative.Atpresent,theconstmc

6、tionofthesubwayconstmctionmethodaremainlyopen-cutmethod,millingmethodandshield.AccordingtothegeologicalsituationofShenyangandtheinfluenceoftmrnelconstmctionongroundtransportationintoconsideration,thedesignoftheshieldconstmctionofShenyangMetroLinelHuaiytianGateStreettunnelscheme.Becausetheshieldmetho

7、dhasagoodbarrier,constmctionsafetyfast,andburieddepthandlittleinfluenceonenvironment,independentofthecut-andcoveimethodandminemethodincomparableadvantages.ThedesignofShenyangMetroLinelHuaiyuanGateStationstreetnnmiiigdesignofshieldtiniiielhiteivalshieldtumielleftlinefiill-length1172.248m,lengthl165.8

8、67mofrightlineof.Infiillconsiderationofthetmrnelconstmctionclearanceonthebasisoftheshieldtiniiiel,crosssectiondesignfor.Designofselectingthemostadversesection,usingtheJapaneseusageofstmctureinternalforcecalculation,analysisofstmctureofthebendingmoment,axialforce,shearforceAccordingtotheanalysisofint

9、ernalforcecalculationofreinforcingbars,andtheuseofthereinforcedrelatedsegmentstmcturestrengthcalculation,segmentstmctureallowsthecrackwidthcalculation,boltstrengthcalculation,structuralantioyancycalculationKeywordsShieldtmrnel;calculationofinternalforce;reinforcementbar;checkcalculationTOC o 1-5 h z

10、摘要IAbstractII第1章绪论1 HYPERLINK l bookmark4 1.1设计概况1 HYPERLINK l bookmark6 1.1.1设计依据1 HYPERLINK l bookmark8 1.1.2设计范围1 HYPERLINK l bookmark10 1.1.3主要设计原则及标准2 HYPERLINK l bookmark12 1.2沈阳地铁工程地质及水文地质4第2章施工方案选择6 HYPERLINK l bookmark14 2.1明挖法6 HYPERLINK l bookmark16 2.2矿山法6 HYPERLINK l bookmark18 2.3盾构法7第

11、3章盾构机类型的选择8 HYPERLINK l bookmark20 3.1工程对盾构机的要求8 HYPERLINK l bookmark22 3.2泥水加压式盾构与土压平衡式盾构的特点8 HYPERLINK l bookmark24 3.3盾构机选型结论11第4章管片选型与几何设计12 HYPERLINK l bookmark26 4.1盾构隧道断面尺寸的拟定12 HYPERLINK l bookmark28 4.2管片衬砌选择12 HYPERLINK l bookmark30 43管片参数14 HYPERLINK l bookmark32 4.3.1管片厚度14 HYPERLINK l b

12、ookmark34 4.3.2管片幅宽14 HYPERLINK l bookmark36 4.3.3衬砌环组成14 HYPERLINK l bookmark38 4.3.4管片拼装方式14 HYPERLINK l bookmark40 4.3.5管片连接15第5章管片内力计算16 VI V HYPERLINK l bookmark42 5.1围岩压力计算16 HYPERLINK l bookmark44 5.1.1选取最小埋深断面计算16 HYPERLINK l bookmark46 5.1.2选取怀远门站附近断面计算19 HYPERLINK l bookmark48 5.1.3选取最大埋深断

13、面计算21 HYPERLINK l bookmark50 5.1.4选取中街站附近埋深断面计算22 HYPERLINK l bookmark52 5.1.5选取终点中街站埋深断面计算24 HYPERLINK l bookmark54 5.2惯用法进行管片内力计算26 HYPERLINK l bookmark56 5.2.1选取始发站附近断面计算27 HYPERLINK l bookmark58 5.2.2选取最小埋深断面计算31 HYPERLINK l bookmark60 523选取终点附近断面计算34 HYPERLINK l bookmark62 5.2.4选取最大埋深断面计算38 HYP

14、ERLINK l bookmark64 525选取终点站断面计算42第6章管片配筋及验算46 HYPERLINK l bookmark66 6.1埋深最浅截面46 HYPERLINK l bookmark68 6.1.1正截面配筋计算46 HYPERLINK l bookmark70 6.1.2斜截面配筋计算50 HYPERLINK l bookmark72 6.1.3截面复合及强度验算51 HYPERLINK l bookmark74 6.1.4裂缝宽度验算52 HYPERLINK l bookmark76 6.1.5环向连接螺栓检算54 HYPERLINK l bookmark78 6.2

15、怀远门站附近埋深截面55 HYPERLINK l bookmark80 6.2.1正截面配筋计算55 HYPERLINK l bookmark82 6.2.2斜截面配筋计算59 HYPERLINK l bookmark84 6.2.3截面复合及强度验算59 HYPERLINK l bookmark86 6.2.4裂缝宽度验算60 HYPERLINK l bookmark90 6.2.5环向连接螺栓检算62 HYPERLINK l bookmark92 63中街站附近埋深截面62 HYPERLINK l bookmark94 6.3.1正截面配筋计算63 HYPERLINK l bookmark

16、88 6.3.2斜截面配筋计算67 HYPERLINK l bookmark96 6.3.3截面复合及强度验算67 HYPERLINK l bookmark98 6.3.4裂缝宽度验算69 HYPERLINK l bookmark100 6.3.5环向连接螺栓检算70 HYPERLINK l bookmark102 6.4最大埋深截面71 HYPERLINK l bookmark104 6.4.1正截面配筋计算71 HYPERLINK l bookmark106 6.4.2斜截面配筋计算75 HYPERLINK l bookmark108 6.4.3截面复合及强度验算75 HYPERLINK

17、l bookmark110 6.4.4裂缝宽度验算77 HYPERLINK l bookmark112 6.4.5环向连接螺栓检算78 HYPERLINK l bookmark114 6.5终点中街站埋深截面79 HYPERLINK l bookmark116 6.5.1正截面配筋计算79 HYPERLINK l bookmark118 6.5.2斜截面配筋计算83 HYPERLINK l bookmark120 6.5.3截面复合及强度验算83 HYPERLINK l bookmark122 6.5.4裂缝宽度验算84 HYPERLINK l bookmark124 6.5.5环向连接螺栓检

18、算86 HYPERLINK l bookmark126 6.6其它检算86 HYPERLINK l bookmark128 6.6.1结构抗浮检算86第7章竖井结构及联络通道设计88 HYPERLINK l bookmark130 7.1盾构竖井结构设计88 HYPERLINK l bookmark132 7.2联络通道及泵房设计88 HYPERLINK l bookmark134 7.2.1开挖方式89 HYPERLINK l bookmark136 7.2.2支护方式89 HYPERLINK l bookmark138 7.3防水施工90 HYPERLINK l bookmark140 7

19、.3.1隧道防水处理90 HYPERLINK l bookmark142 7.3.2洞门防水处理92第8章工程概预算94 HYPERLINK l bookmark144 8.1单位工程费汇总表948.2清单综合单价分析表9583措施项目费分析表96 HYPERLINK l bookmark146 8.4工程费用计算97 HYPERLINK l bookmark148 8.4.1预制混凝土管片费用计算97 HYPERLINK l bookmark150 8.4.2衬砌压浆费用计算97 HYPERLINK l bookmark152 8.4.3钢筋材料费用计算97 HYPERLINK l book

20、mark154 8.4.4钢筋制作安装费用计算99 HYPERLINK l bookmark156 8.4.5隧道盾构掘进费用计算99结论100参考文献101致谢102燕山大学本科生毕业设计第1章绪论 第1章绪论1.1设计概况1.1.1设计依据1沈阳市地铁一号线一期工程TJ6标段初步设计和施工图设计合同2沈阳市快速轨道交通建设规划及批复意见3沈阳市快速轨道交通线网规划4沈阳市地铁一号线工程怀远门站中街站区间岩土工程勘察报告（详细勘察阶段）编号：勘K2003-159里程：CK16+386.9CK17+52&0中国冶金建设集团沈阳勘察研究总院2003年12月5铁道第三勘察设计院地铁一号线总体组沈阳

21、地铁一号线一期工程（张士黎明文化宫）施工设计技术要求（试行稿）6铁道第三勘察设计院地铁一号线总体组沈阳地铁一号线一期工程（张士黎明文化宫）施工设计文件组成与内容7铁道第三勘察设计院地铁一号线总体组沈阳地铁一号线一期工程施工设计文件编制统一规定8沈阳地铁一号线一期工程初步设计一怀远门站中街站区间9沈阳市地铁一号线一期工程沿线1:500电子地形图10沈阳市地铁一号线一期工程沿线1:500地下管线图11沈阳地铁一号线一期工程环境影响评估报告（张士黎明文化宫）12沈阳市地铁一号线沿线主要建（构）筑物调查报告图纸部分（一、二）13铁道第三勘察设计院地铁一号线总体组“线路平、纵断面图（电子文件含管线图）1

22、.1.2设计范围1怀远门站中街站区间（起讫里程为DK16+715.700DK17+881.567）土建工程。2区间隧道范围的联络通道，废水泵房土建工程。1.1.3主要设计原则及标准1主要设计原则结构设计应满足城市规划、运营、施工、防水、防腐蚀的要求，保证结构在施工及使用期间具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。隧道结构设计应根据所在地段的工程地质和水文地质条件，线路埋置深度，地面建筑及地下结构物的现状，道路交通情况，结合城市整体规划的要求，进行技术、经济、工期、环境影响等方面的综合比较，选择合适的施工方法和结构型式。区间隧道的净空尺寸应满足地下铁道的建筑限界、使用功能、施工工艺等要求，并考虑施

23、工误差、测量误差、结构变形和后期沉降的影响。结构设计应尽量减少施工中和建成后对环境造成的不利影响，并应考虑城市规划引起周围环境的改变时对地下结构的影响。结构设计应根据结构类型，使用条件及荷载特点等，选用与其特点相适应的结构设计规范和设计方法。结构的计算模式应符合结构的实际工作条件，并反映结构和周围地层的相互作用关系，避免对周围环境产生过大的影响。结构设计应采取防止杂散电流腐蚀的措施，钢结构及钢连接件应进行防锈处理。隧道施工时引起的地面变形和沉降应控制在设计范围以内；设计中必须依周圈环境、建筑物基础情况、地下管线对变形的敏感程度，采取稳妥可靠的措施和设计。暗挖法施工的地面变形沉降量一般控制在30

24、nun以内，隆起量控制在lOniin以内；穿越主要建筑物或地下管线时，应按实际情况确定；在空旷地区可适当放宽。结构防水应满足国家颁发的有关地下工程防水技术规范的规定，并充分考虑沈阳地下水位埋藏较浅、地层渗透性强、结构施工方法多的特点。结构设计中应遵照防水与结构设计并重和统一考虑的原则。两条单线隧道之间宜设联络通道，通道应设双向开启的防火门。区间隧道内排水泵站宜结合通道设计。区间隧道衬砌宜采用具有一定刚度的柔性结构，应限制其变形和接头张开量，满足结构受力和防水要求。区间隧道在结构、地基、基础或荷载发生显著变化的部位，或因抗震要求必须设置变形缝时，应采取可靠的工程技术措施，确保变形缝两边的结构不产

25、生影响正常行车的差异和轨道的曲率变化。变形缝的形式、宽度和间距应根据允许纵向沉降曲率、沉降差、防水和抗震要求等确定。2设计标准结构设计保证结构有足够的耐久性，结构的使用寿命为100年，结构的安全等级为一级。区间隧道结构防水等级为二级。盾构圆形隧道限界为5200miiio隧道混凝土结构允许裂缝开展,最大计算裂缝宽度允许值为0.3111111,迎土(水)面为0.211U11；钢筋混凝土管片最大计算裂缝宽度允许值为0.2nuiio地震基本烈度为VII度，本工程结构按8度采取抗震措施，主体结构抗震等级为三级。结构按6级抗力人防荷载进行结构强度验算。3参考规范地铁设计规范(GB501572003)地下铁

26、道工程施工及验收规范(2003年版)建筑结构荷载规范(GB500092010)混凝土结构设计规范(GB500102010)地下工程防水技术规范(GB501082008)建筑抗震设计规范(GB50011-2010)钢筋机械连接通用技术规程(JGJ107-2010)钢结构工程施工质量验收规范(GB502052001)建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)混凝土结构工程施工质量验收规范(GB50204-2010)人民防空工程设计规范(GB501082005)盾构法隧道工程施工及验收规范(GB504462008)地下防水工程施工及验收规范(GB502082002)1.2沈阳地铁工程地质及水文

27、地质本区间范围内为浑河冲积扇，地形变化平缓，地面标高介于49.6451.72m之间，最大地面高差2.08nio地基稳定性较好，地震基本烈度为VII度，属于非液化场地，建筑场地类别为II类，标准冻结深度为1.2m。区间场地范围内地层分布起伏不大，各地层物理力学参数见表31.隧道结构范围内的地层杂填土为近期填土，组成成分及密实度不均，应力历史复杂，不宜直接作为地基土，其他各层土均可作为天然地基，其中钻探过程中圆砾、砾砂所见最大粒径110mm。本车站范围内场地地下水丰富，地下水类型为孔隙潜水，稳定水位埋深在7.409.90m,相当于绝对标高42.0342.84m。抗浮水位取地下3米，本区间无承压水。

28、地下水常年水位变幅约2m。该地下水对混凝土结构无腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。场地地下水位以上的对混凝土结构无腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。各层土的渗透系数及渗透性详见表3-2.表3-1岩土物理力学指标设计参数建议值表成因年代地层编号岩土名称天然含水量3/%重力密度丫/kNnr3直剪承载力特征值fak/kPa侧压力系数泊松比基床系数粘聚力Cq/kPa（快剪）内摩擦角pq/（快剪）g垂直Kv/MPa/m水平Kx/MPa/mQ41111杂填土191015Q严pl-1粉质粘土2&418.9142.922.91800.430.3020.020.0-3中、粗砂16.018.5417.530.32500.39

29、0.2825.025.0-4砾砂12.216.5825.531.34600.350.2635.035.0-4-3中、粗砂13.021.583&032.64000.390.2825.025.0-4-3圆砾21.0035.95800.270.2150.050.0燕山大学本科生毕业设计燕山大学本科生毕业设计第1章绪论 # 续表31成因年代地层编号岩土名称天然含水量3/%重力密度丫/kNnr3直剪承载力特征值fak/kPa侧压力系数泊松比基床系数粘聚力Cq/kPa（快剪）内摩擦角pq/。（快剪）g垂直Kv/MPa/m水平Kx/MPa/mQjal-pl-4-圆砾21.0035.95800.270.215

30、0.050.0-5圆砾21.0035.45400.270.2150.050.0-5-3中、粗砂19.0033.04600.390.2830.030.0-1粉质粘27.519.2333.521.02000.430.3020.020.0Q32aRpl-3中、粗砂1&820.3130.035.04000.390.2825.025.0-4砾砂17.020.219.030.34800.350.2635.035.043圆砾21.0035.95800.300.2350.050.0表3-2地基土渗透性表层位岩性渗透系数k透水性类别/cm/s/m/d-1粉质粘土7.6x10-68.7x10-3微透水-3中、粗砂

31、2.1x10-21&5强透水-4砾砂3.7x10-232.0强透水43中、粗砂20.0强透水45圆砾100.0强透水-5圆砾100.0强透水-5-3中、粗砂5.0中等透水-1粉质粘土&0 x10-56.9x10-2弱透水-3中、粗砂3.7x10-33.2中等透水-4砾砂100.0强透水第2章施工方案选择施工方法对结构型式的确定和地铁土建工程造价有决定性影响。施工方法的选定，受沿线工程地质条件、水文地质条件和环境条件（地面建筑物和地下构筑物的现状、道路宽度、交通状况）等多种因素的制约，同时也会对工程的难易程度、工期、造价，运营效果等产生直接的影响。常见的施工方法有明挖法、矿山法和盾构法。2.1明

32、挖法明挖法施工的特点适用于各种不同的地质情况，减少线路埋深，降低运营成本，施工工艺简单，技术成熟。但由于沈阳地铁一号线怀远门站到中街站处于房屋集中、地面交通繁忙的闹市区，若采用明挖法施工势必对城市主干道的交通、商业的正常运营造成巨大的影响。因此，本区间段范围内隧道不宜采用明挖法施工。2.2矿山法地铁区间隧道采用矿山法施工，是近年来为适应城市浅埋隧道的需要而发展起来的一种施工方法，也称浅埋暗挖法。日前在我国地铁区间隧道建设中已被广泛采用。浅埋暗挖法施工工艺简单、灵活，并可根据施工监控量测的信息反馈来验证或修改设计和施工工艺，以达到安全与经济的目的。采用矿山法施工必须在整个施工过程中实施降水，降水

33、影响范围很大，虽然降水时注意井管缠丝间距、井管周围的填砾厚度、填砾滤料的级配，可减少或消除因潜蚀或管涌而产生的地面变形。但由于在粘性土之下或卵石土层中存在饱和状的稍密松散状态的砂、粉细砂土，因此施工降水引起的上覆土层的固结沉降对两侧浅基础房屋和地下管线将会带来一定的影响。由于一号线上覆地层第四系全新统冲洪积层为松散、胶结及自稳能力较差的地层，因此暗挖法施工通过建筑下方吋，除要保建筑物基础与隧道顶部之间有一定的距离外，最主要的是采取有效措施减少围岩变形，将其沉降量控制在不影响地面建筑物的安全和正常使用范围内。由此可见，地铁一号线怀远门站中街站区间段隧道不宜采用矿山法施工。第2章施工方案选择第2章

34、施工方案选择 #2.3盾构法1盾构法基本概念盾构法是在地面下暗挖隧道的一种施工方法。当代城市建筑、公用设施和各种交通日益繁杂，市区明挖隧道施工，对城市生活的干扰问题日趋严重,特别在市区中心遇到隧道埋深较大，地质复杂的情况，若用明挖法建造隧道则很难实现。在这种条件下采用盾构法对城市地下铁道、上下水道、电力通讯、市政公用设施等各种隧道建设具有明显优点。此外，在建造穿越水域、沼泽地和山地的公路和铁路隧道或水工隧道中，盾构法也往往因它在特定条件下的经济合理性及技术方面的优势而得到采用。2盾构法的主要优点盾构法施工目前只要在软弱地层中采用，其最大的特点是不影响或较小影响地面建筑物和环境。在现阶段，特别是

35、在闹市区软弱地层中是修建地下工程最好的施工方法，加之近年来盾构机械设备和施工工艺的不断发展，适应大范围的工程地质和水文地质条件的能力大为提高，尤其是泥水式、土压平衡式盾构的开发，使之在松散的含水砂层、高水压地层等所有地层中进行开挖成为可能，所以当工程地质条件差、周围环境复杂难以采用矿山法和明挖法施工吋，盾构法吋较好的选择。综上所述，纵观沈阳地铁一号线怀远门站至中街站区间的地质情况、周围环境条件，区间隧道应主要采用盾构法施工，联络通道可采用矿山法施工,盾构工作井段采用明挖法施工。燕山大学本科生毕业设计第3章盾构机类型的选择 第3章盾构机类型的选择3.1工程对盾构机的要求针对工程条件及工程地质特点

36、，难点，盾构机应具备以下功能：1基本功能要求盾构具有开挖系统，出渣系统，渣土改良系统，管片安装系统，注浆系统，动力系统，控制系统，测量导向系统等基本功能。2适应长距离在沙砾石地层中掘进3具备处理大砾石和漂石的能力盾构机破碎砾石时可能会出现刀具严重磨损，掘进困难，甚至损坏刀盘等现象。因此盾构设计时既要充分考虑盾构对大粒径漂石破碎的能力，同时又要考虑在掘进过程中对刀盘，刀具的保护功能。土压平衡盾构机对于大粒径漂石破碎问题主要的处理措施有：工作面破碎+螺旋输送机排土，常规挖掘方式，人工开仓排石。处理大砾石和漂石对于泥水平衡盾构机来说难度偏大。对于大块漂石，可采用在密封仓中配置的破碎机进行破碎至排泥管

37、可通过的粒径大小后，通过排泥管排出或靠工作面的滚刀进行破碎。由于排泥管通过粒径较小，因此处理砾石和漂石的量较大，效率较低。4具备高精确控制方向的能力5满足环境保护的要求6掘进速度满足计划工期要求7设备可靠性，技术先进性与经济性的统一3.2泥水加压式盾构与土压平衡式盾构的特点1泥水加压式盾构。泥水加压式盾构是在盾构正面与支承环前面装置隔板的密封舱中，注入适当压力的泥浆来支撑开挖面，并以安装在正面的大刀盘切削土体，进土与泥水混合后，用排泥泵及管道输送至地面处理。具体地讲，泥水加压盾构就是在机械式盾构大刀盘的后方设置一道隔板，隔板与大刀盘之间作为泥水室，在开挖面和泥水室中充满加压的泥水，通过加压作用

38、和压力保持机构，保证开挖面土体的稳定。盾构推进时开挖下來的土就进入泥水室。由搅拌装置进行搅拌，搅拌后的高浓度泥水用流体输送法送出地面，把送出的泥水进行水土分离，然后再把分离后的泥水送入泥水室，不断地循环泥水加压盾构在其内部不能直接观察到开挖面，因此要求盾构从推进、排泥到泥水处理全部按系统化作业。通过泥水压力、泥水流量、泥水浓度等的测定，算岀开挖土量,全部作业过程均由中央控制台综合管理。泥水加压盾构是利用了泥水的特性对开挖面起稳定作用的，泥水同时具有下列三个作用。泥水的压力和开挖面水土压力的平衡。泥水作用到地层上后，形成一层不透水的泥膜，使泥水产生有效的压力。加压泥水可渗透到地层的某一区域，使得

39、该区域内的开挖面稳定。就泥水的特性而言，浓度和密度越高，开挖面的稳定性越好，而浓度和密度越低泥水输送时效率越高，因此考虑了以上条件，目前被广泛作为泥水管理标准的数值如下：容重:1.051.25(g/cm3)粘土、膨润土等。粘度：2040，漏斗粘度500/5001111o脱水量：Q200ml,(APL过滤试验3kg/cm230min)o泥水盾构适用地层：泥水加压盾构最初是在冲积粘土和洪积砂土交错出现的特殊地层中使用，由于泥水对开挖面的作用明显，因此软弱的淤泥质土层、松动的砂土层、砂砾层、卵石砂砾层、砂砾和坚硬土的互层等均运用。泥水加压盾构对地层的适用范围很广。但是在松动的卵石层和坚硬土层中采用泥

40、水加压盾构施工，会产生逸水现象，因此在泥水中应加入一些胶合剂来堵塞漏缝。在非常松散的卵石层中开挖时，也有可能失败。还有在坚硬的土层中开挖时，不仅土的微粒会使泥水质量降低，而且粘土还常会粘附在刀盘和槽口上，给开挖带来困难，因此应该予以注意。泥水加压盾构的适用性：细粒土(粒径0.074niin以下)含有率在粒径累积曲线的10%以上。砾石(粒径2mm以上)含有率在粒径加积曲线的60%以上。自然含水量18%以上。无20030011U11的粗砾石。渗透系数K10_2cni/so2土压平衡式盾构。土压盾构又称削土密闭式或泥土加压式盾构。它的前端有一个全断面切削刀盘，切削刀盘的后面有一个贮留切削土体的密封舱

41、，在密封舱中心线下部装置长筒形螺旋输送机，输送机一头设有出入口。所谓土压平衡就是密封舱中切削下来的土体和泥水充满密封舱，并可具有适当压力与开挖面土压平衡，以减少对土体的扰动，控制地表沉降。这种盾构可节省泥水盾构中所必须的泥水平衡及泥水处理装置的大量费用，主要适用于粘性土或有一定粘性的粉砂土。现已有加水或加泥水的新型土压平衡盾构，可适用于多种土层。土压平衡式盾构的基本原理，由刀盘切削土层，切削后的泥土进入土腔(工作室)，土腔内的泥土与开挖面压力取得平衡的同时由土腔内的螺旋输送机出土，装于排土口的排土装置在出土量与推进量取得平衡的状态下，进行连续出土。土压平衡式盾构的产品名称是各不相同的，即使是相

42、类似的盾构，其名称也因开挖面稳定的方法和各公司对排土机构开发过程的不同而各异。在使开挖面稳定条件不同的盾构中，把这种从土腔内用螺旋输送机出土的盾构与泥水加压盾构相区别。土压平衡式盾构又分为：削土加压式，土压平衡加水式，高浓度泥水加压式，加泥式等4类。土压平衡盾构较适应于在软弱的冲积土层中推进，但在砾石层中或砂土层推进时，加进适当的泥土后，也能发挥土压平衡盾构的特点。因此1983年后，一般认为土压平衡盾构的适应性是强的，土压平衡盾构施工后的地表沉降量可控制在30mm以内。但其要求施工人员具有相当丰富的施工经验,能根据地层和施工条件的变化采用一系列的施工管理方法。土压平衡盾构(含加泥式盾构)适用性

43、：细粒(粒径0.07411U11以下)含有率在粒径加积曲线的7%以上。砾石(粒径2mm以上)含有率在粒径加积曲线的70%以下。粘性土(粘土、粉砂土含有率4%以上)的N值在15以下。自然含水量，砂:18%以上，粘性土：25%以上。渗透系数K5xlO-2cnVso3.3盾构机选型结论在选定盾构时，不仅要考虑到地质条件，还要考虑到盾构的外径、隧道的长度、工程的施工程序、劳动力情况等，而且还要综合研究工程的施工环境、基地面积、施工引起对环境的影响程度等。选择盾构的种类一般要求掌握不同盾构的特征，综合沈阳地铁一号线的地质条件以及施工中的各种因素，考虑选用土压平衡式盾构机这种盾构设备。燕山大学本科生毕业设

44、计第4章管片选型与儿何设计 第4章管片选型与几何设计4.1盾构隧道断面尺寸的拟定本区间段双圆区间隧道内径的确定式是由地铁限界标准在圆形建筑界限5200nun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、设备安装等诸多因素确定的，根据技术要求，只要在施工过程中的控制措施得当，在圆形建筑限界5200111111的基础上再留有lOOiimi的富余量,就能满足要求,4.2管片衬砌选择管片制造费用在盾构隧道工程总投资中所占比重较大，在地铁工程中约为45%,因此合理地选择管片的形式是十分必要的。盾构隧道中，管片衬砌的作用可以总结为：足够安全地承受作用于隧道上的荷载；具有适应于隧道使用目的的功能

45、；具有适合于隧道施工条件的结构形式。为满足上述管片衬砌的作用，使得隧道能很好地满足其功能要求。必须合理、科学地选择管片衬砌。管片衬砌的选择包括材料选择和形式选择两方面内容。衬砌材料盾构隧道管片衬砌按其制作材料主要可分为铸铁管片、钢管片、钢筋混凝土管片、钢一混凝土复合管片等儿类。铸铁管片强度高，耐蚀性、延性和防水性能比较好，但耗费金属，机械加工量大，造价高，铸铁本身具有脆性破坏的特性，承受冲击荷载的性能差,目前应用较少。钢管片强度高、延性好，运输和安装都比较方便制作精度容易保证，但其刚度很难保证，耐锈蚀性差，成本非常高。目前一般仅作为局部加强的衬砌使用。与其它管片相比，钢筋混凝土管片具有能满足结

46、构受力的要求，加工制作比较容易，耐腐蚀，造价低、刚度大，由其组成的衬砌防水性能有保证等一系列优点，故本隧道采用钢筋混凝土管片。衬砌形式盾构法隧道衬砌主要有：预制装配式衬砌、模注钢筋混凝土整体衬砌相结合的双层衬砌、挤压混凝土整体式衬砌三大类。预制装配式衬砌与其它两种衬砌相比较具有以下优点：管片在工厂预制，质量易于保证；安装后能立刻承受地层荷载；施工易于机械化。且随着防水、截水材料质量和施工工艺的提高，采用单层衬砌即可满足强度、刚度及功能的需要。依据国外一些超大断面盾构隧道及国内盾构隧道的成功经验，本隧道采用预制装配式衬砌。按管片的截面形状钢筋混凝土管片又可分为箱形和板形两类。箱形钢筋混凝土管片存

47、在以下的缺点：在千斤顶推力的作用下易开裂，通风阻力大,不利于隧道通风，浪费了本已构筑好的地下空间。而板形管片则能很好地满足千斤顶顶推力的要求，同时对已构筑的地下空间无浪费。综合以上分析，本铁路隧道采用单层装配式板形钢筋混凝土管片衬砌的结构形式。4.3管片参数4.3.1管片厚度管片的厚度与隧道断面大小的比，取决于地层条件和隧道埋深等，最主要式取决于荷载条件。一般情况下，管片厚度为管片外径的4%左右，我国的地铁单线圆形区间隧道多采用350nmi和30011U11两种。根据沈阳地区的工程地质条件及地下水埋深情况，并参照类似的地铁盾构隧道工程，参照其工程并结合后续的结构计算分析，确定管片厚度为300n

48、mi,则得管片外径为5400+600=6000nmio4.3.2管片幅宽目前，我国地铁盾构隧道设计中多采用幅宽1200mm和1500mm两种。依据类似的地铁盾构工程，同时从考虑运输、吊装、装配等方面进行综合分析比较，且线路曲线半径较小，施工控制不易于保证，最终确定管片的幅宽为120011U11o4.3.3衬砌环组成本次设计，采用不对称双圆衬砌结构。衬砌环宽幅120011U11,由6块管片组成，其中3个为标准块，2个相邻块，1个封顶块。单块管片间由环向螺栓连接，环间则由纵向螺栓连接。4.3.4管片拼装方式拼装方式对结构的受力影响很大。管片的拼装方式有错缝拼装和通缝拼装两种。所有衬砌的纵缝成一直线

49、的情况称之为通缝拼装；相邻两环间纵缝互相错开的情况称之为错缝拼装。错缝拼装有如下优点：能够使圆环接缝刚度分布均匀，提高了管片衬砌的纵向刚度，减小接缝以及整个结构的变形；同时在接缝防水方面，错缝拼装方式纵、环缝相交处有三缝相交，相比通缝拼装时纵、环缝成十字形相交较容易处理。同吋错缝拼装下接缝变形也较小，也有利于结构的防水。因此,本设计采用错缝拼装。4.3.5管片连接环向螺栓和纵向螺栓均采用短直螺栓，另外，在管片的环、纵缝侧面上设置凹凸樺槽，除了能保证在管片拼装过程中起到正确定位的作用外，更重要的是，在环缝中设置樺槽可以为软土地层中的地铁区间隧道可能出现的不对称沉降提供更大的抗剪能力。图4.2衬砌

50、环拼装示意图线AALKB=ALAB,KB,AALAAB=KB=ALAb3KBAAAAKR.A8图4.3衬砌圆环如置展开图第5章管片内力计算5.1围岩压力计算5.1.1选取最小埋深断面计算该断面的顶板埋深为9.6m,地下水位7.2m。地层结构和参数见图5.1和表51。图5.1埋深最小处隧道所处地层埋深示意图表5-1最小埋深断面地层参数表地层天然重度/kN.m-3饱和重度/kNm3侧压力系数杂填土1920.100-1粉质粘18.9120.150.43-3中、粗砂18.5419.510.39-4砾砂16.5818.450.35计算条件：管片外径：D=6000nun管片幅宽：B=1200nun管片厚度

51、:h=300nun覆盖土厚度：H=9600mm1土压力计算：竖向压力：沪工也+q附（51）式中人一每层土的土体重度，在有地下水范围内，按其饱和重度进行计算。燕山大学本科生毕业设计第5章管片内力计算 hj每层地层的厚度；g附一地面附加荷载，取25kPaoq=了”：+q附=19x3.2+18.91x3.4+18.54x0.6+19.51x2.4+25=208.04kPa地基反力：Pr=Q+P,（5-2）式中Pr_地基竖向反力；q附地面上的附加荷载；Pg由结构自重产生的地基反力，对于圆形结构代=o式中d平板形管片衬砌的厚度；九一衬砌材料的重度。Pr=q+Pg=208.04+x0.3x25=231.6

52、kPa水平侧压力：对于砂性土可采用水压力与土压力分开计算，再叠加的方法：5=工兀恥+人H人（53）式中计算点处的侧压力；2计算点处的侧压力系数；0计算点处地下水位的高度；人一水的侧压力系数，一般取为1;人一水的重度，一般取10kN/m3o式中的人为各层土层的重度，地下水位以上的土体采用天然重度了及对应的侧压力系数久，水位以下的土体采用有效重度了及对应的侧压力系数久计算土压力。土体的有效重度/为：y=ys-yw式中人一饱和重度。对粘性土，则将其视为土压力的一部分和土压力一起算。因为在粘性土中的水大多是非重力水（结合水），不对土粒起静水压力作用。此时q二工也2（54）式中各符号的含义同前。=0+0

53、.43x1&91x3.4+0.39xl8.54x0.6+0.39x(19.5110)x2.4+lxl0 x2.4=64.89kPae2=0+0.43x18.91x3.4+0.39x18.54x0.6+0.39x(19.51-10)x(0.6+2.4)+1x10 x(0.6+2.4)+0.35x(18.45-10)x5.4+1x10 x5.4-64.89=78.19kPa2弹性反力计算：土壤弹性反力图形分布在水平直径上下各45。范围内，其分布规律如下pk=Kby(l-y/2cos|)(5-5)式中。一所讨论截面与竖直轴夹角，当卩=45。时，以=0,0=90时，最大弹性抗力值为：Pk=Khy；y水

54、平直径处在主动和弹性反力作用下的变位，计算公式如下(2q-2勺7+恋)佇(5.6)24(7/+0.045/?/)其中一圆环刚度有效系数，=0.250.8；仇一衬砌的计算半径；E混凝土弹性模量；/惯性矩，圆环计算式为64Khffiij向地层弹性反力系数，Kh=(0.670.90)K；心一竖向地层弹性反力系数，其值可参看表5-2,此处选取130MPa/mo表5-2竖向弹性反力系数K,与土壤类别的关系土体种类粘土砂粘土细砂砂粗砂Kr(MPa/m)203050506080100110130水平直径处在主动和弹性反力作用下的变位_(2x20&04-2x64.89-79.19+23.56)x2.7424x

55、(0.5x34.5x106x21.88+0.0454x0.8x130 x103x2.74)=1.36x10-6m弹性抗力最大值：人=K/j=0.8xl30 xl0L36xl0=0.14kPaPK=0.14kPaq=208.04kPaet=64.89kPa图5.2作用在衬砌结构上的围岩压力示意图5.1.2选取怀远门站附近断面计算该断面的顶板埋深为12.2m,地下水位9.0m地层结构和参数见图5.3和表53。表5-3最小埋深断面地层参数表地层天然重度/kN.m-3饱和重度/kNnr3侧压力系数杂填土1920.100-1粉质粘18.9120.150.43-3中、粗砂1&5419.510.39-4砾砂

56、16.5818.450.35计算条件:管片外径：D=6000nmi管片幅宽：B=1200nmi管片厚度：h=300nmi覆盖土厚度：H=9600mm1土压力计算：竖向压力：q=+q附=19x3.5+18.91x1.7+18.54x2.9+16.58x0.9+18.45x3.2+25=252.66kPa地基反力：Pr=q+Pg252.66+7Tx0.3x25=276.22kPa水平侧压力：q=0+0.43x1&91x1.7+0.39x18.54x2.9+0.35x16.58x0.9+035x(1&4510)x3.2+lxl0 x3.2=81.48kPa=0+0.43x18.91x1.7+0.39

57、x18.54x2.9+0.35x16.58x0.9+0.35x(18.45-10)x(3.2+6)-+1x10 x9.2=70.43kPa2弹性反力计算：水平直径处在主动和弹性反力作用下的变位_(2x220.66-2x81.48-70.43+23.56)x2.7424x(0.5x34.5xl06x21.88+0.0454x0.8x130 x103x2.74)=1.36xl0_6m弹性抗力最大值：/=/r/jy=0.8xl30 xl03xl.36xl0-6=0.14kPaq=252.66kPa勺=81.48kPaPr=276.22kPa图5.4作用在衬砌结构上的围岩压力示意图5.1.3选取最大埋

58、深断面计算该断面埋深20.8111,地下水-8.2nio地层结构和参数见图5.5和表5-5o杂填土粉质粘土中粗砂4-4砾砂4-4-5圆砾L2图5.5埋深最大处隧道所处地层埋深示意图表5-5最大埋深断面地层参数表地层天然重度/kNm-3饱和重度/kNin3侧压力系数杂填土1920.100-1粉质粘18.9120.150.43-3中、粗砂1&5419.510.39-4砾砂16.5818.450.35-4-5圆砾21.0021.000.21-4砾砂16.5818.4?0.35管片外径：D=6000nmi管片幅宽：B=1200nmi管片厚度：h=300nun覆盖土厚度：H=9600mm1土压力计算：竖

59、向压力：q=，兀/?.+%时=19x5.1+1&91x2.3+18.54x0.8+19.51x3.2+18.45x5.6+21x3.8+25=425.78kPa地基反力：PR=q+P=425.78+-x0.3x25=449.34kPa水平侧压力：9=0+0.43x18.91x2.3+0.39x1&34x0.8+0.39x(19.5110)x3.2+10 x3.2+0.35x(18.45-10)x5.6+10 x5.6+0.21x(21-10)x3.8+lxl0 x3.8=187.69kPae2=0.21x(21-10)x2.3+1x10 x2.3+0.35x(18.45-10)x3.7+lxl

60、0 x3.7=76.26kPa2弹性反力计算：_(2x425.782x187.6976.26+23.56)x2.7V24x(0.5x34.5x106x21.88+0.0454x0.8x130 x103x2.74)=2.48xl0_6mq=425.78kPay7626kPaP，=44934Kpae=187.69kPa作用在衬砌结构上的围岩压力示意图图5.65.1.4选取中街站附近埋深断面计算该断面埋深18.9m,地下水位8.6m。地层结构和参数见图5.7和表57。图5.7中街站附近隧道所处地层埋深示意图表5-7中街站附近断面地层参数表地层天然重度/kNm-3饱和重度/kNm3侧压力系数杂填土19