地铁隧道毕业设计

编号：（）字号本科生毕业设计设计题目：北京地铁苏州街站～黄庄站区间隧道设计与施工专题：隧道施工中注浆压力设计研究姓名：张邦芾学号：02070686班级：土木工程地下2007-2班二○一一年六月中国矿业大学本科生毕业设计姓名：张邦芾学号：02070686学院：力学与建筑工程学院专业：土木工程专业（地下工程方向）设计题目：北京地铁苏州街站～黄庄站区间隧道设计与施工专题：隧道施工中注浆压力设计研究指导教师：梁恒昌职称：讲师二○一一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地下2007学生姓名张邦芾任务下达日期：2011年1月10日毕业设计日期：2011年1月10日至2011年6月20日毕业设计题目：北京地铁苏州街站～黄庄站区间隧道设计与施工毕业设计专题题目：隧道施工中注浆压力设计研究毕业设计主要内容和要求：设计要求：根据提供的北京地铁苏州街站～黄庄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。提交的图纸应包括：①区间隧道平面图，②区间隧道纵断面与地质关系图，③隧道施工总平面布置图，=4\*GB3④隧道横断面图。专题要求：根据隧道壁后注浆施工技术的现状，针对隧道注浆过程中理想的隧道管片受力状况进行计算，分析注浆所能施加的在管片上的最大压力。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（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧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（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；④工作量的大小；⑤取得的主要成果及创新点；⑥写作的规范程度；⑦总体评价及建议成绩；⑧存在问题；⑨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（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；④工作量的大小；⑤取得的主要成果及创新点；⑥写作的规范程度；⑦总体评价及建议成绩；⑧存在问题；⑨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：年月日摘要本毕业设计主要包括三个部分，第一部分是苏州街~黄庄站区间隧道结构设计；第二部分是苏州街~黄庄站区间隧道施工组织设计；第三部分是专题部分，隧道施工中注浆压力设计研究。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，确定采用盾构法施工及平板型钢筋混泥土的衬砌结构，确定了计算断面及断面所受的载荷，并进行了断面管片内力计算和接缝张开量计算，然后对其进行相应的抗浮验算和裂缝宽度计算。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，内容是隧道壁后注浆施工技术调研，隧道注浆施工存在问题分析及解决方案，并进行了壁后注浆对管片的受力计算。关键词：盾构；结构计算；施工组织；地表沉降；隧道壁后注浆ABSTRACTThedesignmainlyincludesthreeparts.ThefirstpartisthetunneldesignofthesectionfromSuzhouStreetStationtoHuangzhuangStationinBeijing;Thesecondpartisitsconstructionarrangementdesign;Thethirdpartisthedesignofgroutingpressureintunnelling.Inthedesignofthefirstpart,flatconcreteliningandshieldconstructionhasbeendecidedthroughtheschemecomparisonandselection,accordingtotheengineeringgeology,hydrogeologicalconditionsandenvironmentconditions,andthendeterminetheloadsectionandthesectionsuffered,calculatetheinternalforceofthesegmentandsplayingamountofjoints.Afterthat,theanti-floatingcheckingandcrackwidthcheckingismade.Thesecondpartisthetunnelsectionconstructionarrangementdesign.Accordingtothetunnelconstructionmethodsandtheenvironmentaround,thepreparationbeforetheconstruction,constructionsitelayout,tunnelexcavationandliningconstructionisdesigned.Theprojectschedule,thequality,thesafetyandtheenvironmentprotectionaremade.Thethirdpartistheresearchofgroutingpressureinthetunnelconstruction,includingtheanalysisoftheproblemsandsolutionsduringthebackfillinggroutingandthecalculationofthesegmentduetothepressureofbackfillinggrouting.Keywords:shieldtunnelling;structurecalculation;construstionarrangement;surfacesubsidence;tunnelbackfillinggrouting 目录TOC\o"1-2"\h\u22708第一部分1088北京地铁苏州街站～黄庄站区间隧道结构设计148531工程概况 总的注浆量为（）即单位长度内注浆量为（）4壁后注浆设备盾尾壁后注浆设备，主要由材料贮存设备、计量设备、浆液(砂浆)搅拌机、贮液槽(料斗)、浆液泵、注浆管路、注浆装置、控制和记录装置组成，但是根据注浆方式，其种类有多种多样。壁后注浆方式，因盾构掘削诸条件的不同而有差异，尤其要根据盾构直径、隧道施工长度、注浆材料及注浆时期等而定。壁后注浆方式可分为下列几种：①直接压送式从竖井外的拌浆设备直接把浆液压送到管片等注浆口注浆的方式。直接压送式多数用于盾构直径小、掘进长度较短的场合。②中继泵式由竖井外的拌浆设备将浆液压送到竖井内的后续车架上的中继设备处，用配置在那里的注浆泵进行压送的方式。主要用于掘进长度长和盾构直径较大的场合。目前这种方式用得很多。③井内搬运式从竖井外的拌浆设备把浆液装入台车上的液罐中再运入井内，用井内注浆泵进行注浆的方式。这样没有管路阻塞和清洗之忧，易定量注浆。④竖井内设备式将各种材料运到井下后续台车上的井下拌浆设备处，并在该设备上进行拌浆后注浆的方式。对于大直径盾构也能使用，但由于易影响材料的搬入以及各种设备的拥挤而不适合，实际使用较少。注浆设备组成：①材料贮存设备筒仓形式大致可分为立式筒仓和卧式筒仓两种，根据施工现场的设备布置情况分别采用。立式筒仓是应用于让材料自然落入的场合。与卧式筒仓相比，它占地面积小，即使是20吨位的筒仓，其高度从地面算起仅约10m。卧式筒仓特点是筒仓占地面积大，但可以利用筒仓货箱下空间，分散荷重，与立式筒仓相比因设置筒单而广泛应用。②计量设备材料的计量是根据重量或体积进行计算的。一般粉状体是按重量计算，液体是按体积来计量的。但粉状体也有按容积测量的系统。计量器的精度要重视，应经常检验，确认其计量精度。③拌浆机拌和水泥、砂、膨润土、水等材料的拌浆机，在结构上有搅拌式、喷射式、卡尼夫式等种类。但目前都以搅拌式为主。搅拌式拌浆机，由圆筒形的容器和旋转翼片组成。有单槽型、横双槽型和上下双槽型等，一般使用横双槽型。搅拌容量为200～600l，旋转数为250～500rpm左右的拌浆机适应于壁后注浆浆液的混合拌和。用于自动拌和装置上的拌浆机，是采用喷射混合式的超高速旋转进行强制混合。④贮液槽(料斗，搅拌机)在拌浆机中搅拌的浆液在压送到井内以前，或在运送以前，一旦需要贮存浆液，则使用料斗或贮液槽。由于浆液的使用时间可能(可以使用时间)延长，常用带有搅拌机的贮液槽，一般槽的容量为～4m3，搅拌机以低速为好，转数为20～30rpm。⑤泥浆泵(压送泵、注浆泵)泥浆泵有适用于压送浆液和适用于注浆的两类泵，并且根据浆液材料不同，使用泥浆泵的条件也发生变化。此外，泵的安装地点不同对注浆工作也将带来不同的效果。泵安装地点不同时的优缺点比较见表4-1。表4-1泵送装地点不同时的优缺点比较设置场所优点缺点竖井·省去注浆材料的搬送工程·不重复开挖面处的作业·适用于小直径断面·注浆泵和材料受到限制·注浆管理困难·管路堵塞等故障多坑内1.后方台车·注浆管理方便·管路的意外故障小，清扫简单·对注浆材料、泵的适应范围大·影响其它作业(掘削、管片拼装)·增加注浆材料的搬运作业坑内2.注浆专用列车·不用台车·壁后注浆是最短路径线路·开挖面和注浆系统难以联络压送泵，使用泥浆泵(PA-15，PA-30)形式的活塞泵和使用单轴偏心莫诺泵(4NH-50、U4R-630)、双缸双向活塞泵(TGN-100)的实例很多。泥浆泵适合长距离压送，但有脉动，流量控制难。莫诺泵虽然无脉动且易控制流量，但是难以进行长距离压送。此外，将砂用于骨料时，转子和定子的磨损大。双向作用式活塞泵既能控制流量，也可以长距离压送，但是略有些脉动，不适合稠浆液压送。⑥注浆管路和注浆装置用于壁后注浆材料在从制浆设备向井内输送时，一般A液使用2英寸煤气管；B液使用3/4～英寸铁管或塑料管。管路的直径不同，引起管路阻力不同，并且也影响到泵的输送能力。因此，在设计阶段要认真考虑。确定壁后注浆输浆管路阻力方法，通常是根据实际经验，或是按清水压送时阻力，再乘以浆液通过管路时的阻力系数(数倍于清水的阻力)。5结论本文首先对盾构隧道周围地层以及注浆浆液与地层中土的相互作用进行假设，获得以下结论：当浆液劈裂土体达到极限状态，获得注浆过程中所消耗的能量，通过注浆能量守恒获得注浆设备的输出功率，从而得出注浆压力的限值；分析衬砌内力，假设注浆压力的大小，当衬砌抗力达到极限时得到注浆压力的限值；通过计算，分析得到注浆压力的影响因素：土的力学性质、隧道的半径、注浆扩散范围、隧道埋深、盾构掘进的速度等。由于笔者能力所限，对计算中的简化，使得结论会与实际情况存在偏差。本文未考虑浆液与土的摩擦力，会使得结果与实际情况有偏差；土层并非均质，假设与实际存在误差；假设的注浆影响范围达到地面，比实际情况偏大；注浆量的计算中，浆液劈裂的范围假设至地面，比实际情况偏大，从而使得计算比实际所需浆液量要大。参考文献[1]宋天田，周顺华，徐润泽.盾构隧道同步注浆机理与注浆参数的确定[J].地下空间与工程学报，2008，4(1)，:130-133.[2]张云，殷宗泽.埋管隧道竖向地层压力的研究[J].岩土力学，2001，22（2），:184-18.[3]张云，殷宗泽，徐永福.盾构隧道引起的地表变形分析[J].岩土力学，1999，20（2），:32-36.[4]张海波，殷宗泽，朱俊高等.盾构法隧道施工的精细模拟[J].岩土力学，2004,25（s2）：280-284.[5]张海波，殷宗泽，朱俊高.盾构法隧道衬砌施工阶段受力特性的三维有限元模拟[J].岩土力学，2005（6）：990-994.[6]梁精华.盾尾隧道衬砌壁后注浆材料配比优化及浆体变形特性研究[硕士学位论文][D].南京：河海大学，2006.[7]季亚平.考虑施工过程的盾构隧道地层位移与土压力研究[硕士学位论文][D].南京：河海大学，2004.[8]王晖，李大勇，夏广红.盾构机盾尾注浆施工中存在的问题及其对策分析[J].苏州科技学院学报（工程技术版），2004，17（1），:40-45.[9]朱合华主编.地下建筑结构[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.[10]森.下の裹噫め注入および切羽泥水压よわ粘性土地盘の劈裂现象[J].と地下,土木工学会，1991:30-34.(inJapanese)[11]S.A.Mazek，K.T.Law，D.T.Lau.Useofgroutingtoredusedeformationso