区间隧道及矿山法隧道1

区间隧道及矿山法隧道1第一页，共80页。地铁区间隧道一、区间隧道概述二、矿山法区间隧道

三、盾构法区间隧道四、区间隧道抗震分析

五、近接隧道工程实例分析内容提要第二页，共80页。区间隧道概述southwestjIaotongunIversIty第三页，共80页。区间隧道概述第一节区间隧道构成

区间隧道构成：包括行车隧道、渡线（折返线）、地下存车线、联络线（渡线、不同地铁线路之间的连接线）、以及其他附属建筑（风道、排水泵房、联络通道）①行车隧道第四页，共80页。第一节区间隧道构成②区间喇叭口隧道喇叭口衬砌通常都采用整体式钢筋混凝土结构。第一段第二段第三段aabb区间隧道概述a—a4170~525053002400210020002200b—b5480~683024002100200022005300第五页，共80页。第一节区间隧道构成③渡线隧道、折返线隧道区间隧道概述第六页，共80页。第一节区间隧道构成区间隧道概述第七页，共80页。第一节区间隧道构成④联络通道区间隧道概述第八页，共80页。⑤水泵房和风井、风道区间隧道概述第一节区间隧道构成第九页，共80页。车辆轮廓线车辆限界设备限界建筑限界第二节建筑限界和净空断面

地铁列车是沿固定轨道，在特定的空间中运行，根据各种参数和特性，经计算确定的空间尺寸，称为限界。限界定义地下铁道限界区间隧道概述第十页，共80页。建筑限界分为矩形、圆形、马蹄形三种。线路中心线车辆轮廓线车辆限界设备限界建筑限界OXY39605404100X区间隧道概述第二节建筑限界和净空断面

矩形第十一页，共80页。（2）圆形隧道建筑限界。如线路最小平面曲线半径R=300m，圆形隧道建筑限界的直径宜为φ=5200mm。目前国内拟定隧道管片的内径尺寸，主要有5400mm和5500mm两种单线地铁尺寸。车辆轮廓线8504350Φ=5200车辆限界设备限界建筑限界区间隧道概述第二节建筑限界和净空断面

第十二页，共80页。(3)马蹄形隧道建筑限界。矿山法施工的浅埋暗挖隧道，多采用马蹄形断面，其建筑限界最大宽度为4820mm，最大高度为5160mm。第二节建筑限界和净空断面

区间隧道概述R5=5390R151602604255634670048203230795200200O2O2O1O3YR2=2610795XOXY车辆轮廓线车辆限界设备限界线路中心线隧道中心线R1=2210R4=6840R4O1建筑限界第十三页，共80页。区间隧道概述第二节建筑限界和净空断面

隧道横断面设计在建筑限界的基础上再考虑适当的富裕量（一般为100mm），以满足施工误差、测量误差、地层变形、结构变形的需要。双（多）线隧、岔道隧道限界

第十四页，共80页。暗挖法明挖法掘进机(盾构)混合法沉管法人工开挖钻爆法矿山法顶进法第三节隧道施工方法分类

第十五页，共80页。埋深与施工方法的关系调查路段最大最小平均东京40.41.58.6大阪19.51.16.3其他41.01.67.5总平均41.01.17.7日本地铁埋深第三节隧道施工方法分类

第十六页，共80页。第三节隧道施工方法分类

适用条件：场地开阔、建筑物稀少、交通及环境允许的地区，在这种情况下，应优先采用施工速度快、造价较低的明挖法施工。结构型式：矩形断面，整体浇注或装配式结构。优点：其内轮廓与地铁建筑接近，内部净空可以得到充分利用，顶板便于敷设管线和设施。明挖法第十七页，共80页。第三节隧道施工方法分类

（1）矿山法的优点：理论上适用于各种地层和地下水条件；采用各种辅助措施（如灌浆、冻结、管棚等）比较方便；具有适合于各种线型、断面形式、断面变化的灵活性；与盾构法相比，在较短的开挖地段使用也很经济。设备投入低，适合我国当前劳动力低廉的状况。暗挖法第十八页，共80页。第三节隧道施工方法分类

（2）盾构法的优点：特别适合软土、含水地层，安全、经济；振动小、噪声低，对沿线居民生活影响小；施工速度快、安全可靠；对地层扰动小，控制地表沉降好，对建筑物和城市地下管线密布地段，采用盾构法更能显示其优越性；第十九页，共80页。第三节隧道施工方法分类

盾构施工法以其良好的防渗漏水性、施工安全快速、对周围环境的影响极小等优点，在地下铁道的建设中已成为重要的可选施工方法之一，在许多场合已成为首选方法。特别是在地层条件差、地质情况复杂、地下水位高等情况下盾构法已具明显技术经济优越性。根据日本1991年对东京、大阪等主要城市的统计，在总延长75224米的城市隧道工程中，矿山法的比例占6.1%、盾构法占60.9%、明挖法占33%。第二十页，共80页。第四节左右线关系a.左右线等高并列平行xxxx3.6~5.0m(1)左右线的几种常见关系第二十一页，共80页。第四节左右线关系b.左右线上下重叠，明、暗挖法施工均可采用，适用于狭窄的街道下方布置线路。xxxx第二十二页，共80页。第四节左右线关系c.左右线分开，线间距离宜大于2D(D为隧道开挖直径)，困难情况下，采取措施后可以采用小净距隧道的型式。xxxx2DD第二十三页，共80页。第四节左右线关系d.左右线分开，左线对右线在平面、高度之间均保持一定距离的并列，采用暗挖法施工，适用于较窄的街道下方布置线路，或避开构筑物时。xxxxD2Dα第二十四页，共80页。矿山法区间隧道southwestjIaotongunIversIty第二十五页，共80页。隧道衬砌结构类型与选择拱形结构：单拱、双拱和多跨连拱；单拱结构多用于单线或双线区间隧道或联络通道；双拱和多跨连拱多用在停车线、折线或喇叭口岔线上；第一节矿山法隧道的支护与衬砌结构第二十六页，共80页。图28矿山法修建的衬砌结构型式第一节矿山法施工的隧道衬砌结构第二十七页，共80页。单层衬砌（锚喷支护）整体式衬砌复合式衬砌超前支护衬砌类型第一节矿山法隧道的支护与衬砌结构支护组成第二十八页，共80页。图29复合式衬砌构造(北京单线区间隧道)第一节矿山法施工的隧道衬砌结构第二十九页，共80页。图30整体式衬砌构造第一节矿山法施工的隧道衬砌结构第三十页，共80页。图31北京建国门岔线复合式衬砌构造第一节矿山法施工的隧道衬砌结构第三十一页，共80页。第二节新奥法施工一、概述新奥法（NATM)的基本思想是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护的量测监控来指导地下工程的设计与施工。新奥法是一种“概念”或“原则”，而不是一种固定不变的具体施工方法或技术。“什么是新奥法概念的内涵？有人归结为22条，有人归结为7条。其实，核心只有一条，那就是保护围岩，调动和发挥围岩的自承能力。”第三十二页，共80页。第二节新奥法施工新奥法的与传统矿山法相比，不仅仅是支护手段上的革新，更重要的是工程概念的不同。传统矿山法的依据是“松弛理论”，认为围岩可能由于扰动产生坍塌，支护需要支承围岩在一定范围内由于松弛可能坍塌的岩体重量。新奥法的理论依据是“承岩理论”，其核心内容是：稳定围岩自身有承载能力；不稳定围岩丧失稳定有一个时间过程，如果在这个过程中提供必要的帮助和限制，则围岩仍然能够进入稳定状态。第三十三页，共80页。第二节新奥法施工二、施工方法分类(1)全断面法

(2)台阶法

1212第三十四页，共80页。第二节新奥法施工(3)分部开挖法①台阶分部开挖法(环形开挖留核心法)③①②③①②第三十五页，共80页。第二节新奥法施工②单侧壁导坑法①②③①②③第三十六页，共80页。第二节新奥法施工③双侧壁导坑法①①①②②③③第三十七页，共80页。第二节新奥法施工三、岩石地层的新奥法施工1．光面爆破与预裂爆破2．爆破振动速度要求若采用光面爆破，爆破振动速度应小于下列数值：硬岩15cm/s、中硬岩10cm/s、软岩5cm/s。隧道上方有建筑物或其他构筑物时，为防止爆破振动对建筑物的破坏，需要采取减震措施。

第三十八页，共80页。第三节浅埋暗挖法施工浅埋暗挖法—松散地层的新奥法施工城市浅埋地下工程的特点主要是：覆土浅、地质条件差(多数是未固结的土砂、粘性土、粉细砂等)自稳能力差、承载力小、变形快，特别是初期增长快，稍有不慎极易产生坍塌或过大的下沉，而且在隧道附近往往有重要的地面建筑物或地下管网，给施工带来严格的要求等。第三十九页，共80页。第三节新奥法施工浅埋暗挖法是以超前加固、处理软弱地层为前提、采用足够刚性的复合衬砌（由初期支护和二次衬砌及中间防水层所组成）为基本支护结构的一种用于软土地层近地表隧道的暗挖施工方法。它以施工监测为手段，指导设计与施工，保证施工安全，控制地表沉降。第四十页，共80页。第二节新奥法施工①管超前：指采用超前管棚或小导管注浆防护，实际上就是采用超前支护的各种手段，提高掌子面的稳定性，防止围岩松弛和坍塌；②严注浆：指在导管超前支护后，立即进行压注水泥浆或其它化学浆液，填充围岩空隙，使隧道周围形成一个具有一定强度的壳体，以增强围岩的自稳能力；③短开挖：指一次注浆，多次开挖，即限制一次进尺的长度，减少对围岩的松弛；1．施工的基本原则第四十一页，共80页。第二节新奥法施工④强支护：指在浅埋的松软地层中施工，初期支护必须十分牢固，具有较大的刚度，以控制开挖初期的变形；⑤快封闭：指在分部开挖施工中，必须采用临时仰拱封闭，开挖一环，封闭一环，提高初期支护的承载能力；⑥勤量测：指对隧道施工过程进行经常性的量测，掌握施工动态，及时反馈，是浅埋暗挖法施工成败的关键。第四十二页，共80页。第二节浅埋暗挖法施工(1)小导管超前注浆(2)开挖面深孔注浆(3)管棚超前支护2．地层预加固和预支护技术3．区间隧道土方开挖总原则：预支护一段，开挖一段；开挖一段，支护一段；支护一段，封闭成环一段，步步为营。4．浅埋暗挖法的初期支护5．浅埋暗挖法的二次衬砌6．浅埋暗挖法的施工监控量测第四十三页，共80页。第二节浅埋暗挖法施工7．浅埋暗挖技术的发展(1)压气浅埋暗挖法地铁施工技术(2)隧道预切槽法(3)水平冻结法(4)水平旋喷技术

第四十四页，共80页。隧道掘进围岩反应围岩内形成”拱部效应”“自然”产生在距开挖轮廓线一段距离处”自然”产生B类无”拱部效应”C类A类围岩处在弹性范围开挖四周围岩产生增塑现象隧道塌方第三节新意大利法施工第四十五页，共80页。全断面开挖；运用超前支护和加固措施确保掌子面稳定，减小或避免围岩变形；在离掌子面较短的距离支护封闭以减小隧道变形。设计理念第三节新意大利法施工第四十六页，共80页。第四十七页，共80页。Pianoro隧道–C4R断面类型第四十八页，共80页。第四十九页，共80页。

玻璃纤维管这些新型高强合成结构单元由加劲纤维玻璃加固单元以及注浆单元构成,利用其对开挖掌子面前方围岩进行加固，以此抵抗由于开挖引起的围岩过度变形而产生失稳，垮塌.此结构单元可以是管状或平条状,带有单独注浆管和垫块.第五十页，共80页。

土体固定—玻璃纤维管第五十一页，共80页。另外,纤维玻璃加固单元可以不采取任何特殊措施就能轻松移除;事实上,利用普通隧道开挖机械就能将他们破坏并移除.利用这种方法,能使土体很好地维持隧道结构的稳定,减少终期衬砌/二次衬砌工作,并且通过减小衬砌厚度大大节省混凝土用量.

土体固定—玻璃纤维管第五十二页，共80页。主要用于粘结性差的土质开挖(砂或细颗粒土),通过安装在隧道拱顶以及掌子面上的超前注浆管进行土壤改良,最后通过钢管或纤维玻璃结构单元进行加固;如果需要,安装排水管.注浆

纤维玻璃

排水管C1R断面第五十三页，共80页。Pianoro隧道–掌子面加固阶段第五十四页，共80页。第五十五页，共80页。Raticosa隧道:仰拱浇筑前总览第五十六页，共80页。核对敏感参数

挤压变形量测第五十七页，共80页。核对敏感参数－收敛变形量测第五十八页，共80页。第五十九页，共80页。第五节结构的设计方法目前在进行地下结构设计时，广泛采用结构计算、经验判断和实地测量相结合的所谓“信息化设计”方法。1、隧道结构计算方法荷载—结构模型地层—结构连续介质模型以工程类比为依据的经验法约束—收敛法

第六十页，共80页。第六十一页，共80页。2、初支与二衬的处理方法指定荷载分担比例进行刚度叠加，按单层梁计算，再按刚度进行内力分配初衬和二衬共享节点或者节点平动自由度耦合。初衬与二衬间采用只受压链杆连接采用接触单元第五节矿山法隧道的计算第六十二页，共80页。第一节区间隧道结构设计3、作用在隧道结构上的荷载

按荷载作用情况可分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载三大类。①永久荷载即长期作用的恒载，如地层压力、结构自重、隧道上部或破坏棱体内的设施及建设物基底附加应力、静水压力(含浮力)、混凝土收缩和徐变影响力、预加应力以及设备重量等。第六十三页，共80页。第一节区间隧道结构设计②可变荷载又可分为基本可变荷载和其他可变荷载两类。基本可变荷载，既长期的经常作用的变化荷载，如地面车辆荷载(包括冲击力)和它所引起的侧向土压力、地下铁道车辆荷载(包括冲击力、摇摆力、离心力)以及人群荷载等。其他可变荷载，即非经常作用的变化荷载，如温度变化、施工荷载等。③偶然荷载即偶然的、非经常作用的载荷如地震力、爆炸力等。第六十四页，共80页。第一节区间隧道结构设计第六十五页，共80页。第一节区间隧道结构设计⑴地层压力①深埋石质隧道：围岩的松动压力可按《铁路隧道设计规范》所建议的公式进行计算。②土质隧道：a．竖向压力：浅埋暗挖隧道，因其上方无法形成承载拱，一般应按计算截面以上全部土柱重量计算。深埋暗挖隧道或覆盖厚度大于(1D~2D)的砂性土层中的暗挖隧道，其竖向匀布土压力可按泰沙基公式或普氏公式计算。第六十六页，共80页。b．侧向压力：在地下铁道结构计算中，主动土压力习惯上采用朗金土压力理论。对于粘性土尚需考虑粘结力的影响，即式中、——计算截面i处的主动、被动土压力；、——朗金主动、被动侧压力系数；——计算截面i处的竖向土压力；

c——土的粘结力。第一节区间隧道结构设计第六十七页，共80页。在计算总压力时可不计临界深度=以上的负压力。⑵静水压力计算静水压力时，两种方法可供选择，一种是水土分算；另一种是水土合算。一般说来，粘土地层(含粉质粘土)中施工阶段按水土合算，使用阶段按水土分算；砂土地层(含粘质粉土)中施工阶段和使用阶段均按水土分算考虑。第一节区间隧道结构设计第六十八页，共80页。式中—水的重度，一般10kN/m3；—土的饱和重度。水土合算时，地下水位以上的土与前者相同，水位以下的土采用饱和重度γs计算土压力，不计算静水压力。水土分算时，地下水位以上的土采用天然重度γ，水位以下的土采用有效重度γ′计算土压力。另外再计算静水压力的作用。第一节区间隧道结构设计第六十九页，共80页。⑶地面车辆荷载及其冲击力计算方法①竖向压力一般情况下，地面车辆荷载可按下述方法简化为匀布荷载：单个轮压传递的竖向压力如图。第一节区间隧道结构设计0.7Z1111ZZbaPoz地面地面p0p0Poz0.7Z0.7Z0.7Z第七十页，共80页。0.7ZbZp0aPoz0.7Z0.7Z0.7ZPozp0p0p0Zbd1d2b两个以上轮压传递的竖向压力如图。第一节区间隧道结构设计第七十一页，共80页。式中——地面车辆传递到计算深度Z处的竖向压力；——车辆单个轮压，按通行的汽车等级采用；

a,b——地面单个轮压力的分布长和宽度；

di——地面相邻两个轮压的净距；

n——轮压的数量；——车辆荷载的动力系数。第一节区间隧道结构设计第七十二页，共80页。在道路下方的浅埋暗挖隧道，地面荷载可按10kPa的匀布荷载取值，并不计冲击力的影响。当无覆盖层时，地面车辆荷载则应按集中力考虑，并用影响线加载的方法求出最不