225龙岗停车场出入场线区间设计说明

目 录1 概述11.1 设计依据11.2 工程概况及设计范围11.3 主要设计原则及标准11.4 初步设计评审专家意见及执行情况32 地质概况32.1 地形地貌32.2 沿线地层特性32.3 地质构造及地震烈度42.4 工程地质与水文地质42.5 工程地质条件评价及注意事项52.6地层物理力学指标73 区间平纵断面设计83.1 周边环境83.2 区间平面设计83.3 区间纵断面设计84 区间施工方法85 区间隧道结构设计85.1 盾构法结构设计85.2 明挖法结构设计116 区间附属结构设计166.1 洞门及盾构进出洞地基加固设计166.2 跟随所及雨水泵房167 区间防水及防迷流设计167.1 防水设计原则及一般规定167.2 防水方案167.3 防迷流措施178 工程材料及结构耐久性178.1 主要工程材料178.2 结构耐久性设计179 地表沉降控制及对周边建筑的保护措施189.1 控制地面沉降的措施189.2 沉降变形控制标准189.3 周边建筑物的保护措施1810 特殊地段施工方法及技术措施2010.1 区间隧道穿越膨胀土地层2110.2 区间隧道平行或穿越较多重要管线、涵洞2111 工程筹划2111.1 施工场地布置2111.2 土建施工计划工期2112 施工监测2112.1 测点布置2112.2 监测量控项目2213 工程风险分析2213.1 工程主要风险2213.2 风险源处理措施2314 提醒承包商注意的事项2315 存在问题及建议2316 主要工程数量表2317 附图目录261 概述1.1 设计依据71）合肥轨道交通2号线工程总体设计（2012年10月），中铁二院工程集团有限责任公司28）合肥轨道交通2号线工程地下障碍物探查成果报告39）合肥轨道交通2号线工程站岩土工程勘察报告（2013年1月），中铁二院工程集团有限责任公司410）合肥市轨道交通2号线工程技术要求（2012年8月），中铁二院工程集团有限责任公司511）合肥市轨道交通2号线工程龙岗停车场出入场线区间初步设计文件（2012年11月），中铁二院工程集团有限责任公司612）合肥市轨道交通2号线工程龙岗停车场出入场线区间初步设计文件审查专家意见（2012年11月），中铁二院工程集团有限责任公司713）开放线路资料（TEY/XLSHF02资2013第001号）（2013年12013年5月3028日），中铁二院工程集团有限责任公司814）沿线建构筑物收集资料915）业主、总体下发的其它工作联系单1.2 工程概况及设计范围龙岗停车场出入场线出大众路站后沿长江东路向东前行，跨过汊涧路后向进入道路红线向东南前行，在三十埠河桥南侧向南拐入龙岗停车场。在汊涧路西侧、长江东路南侧处设置盾构井。周边两侧以2层民房、厂房为主。长江西路为双向八车道，宽度约50m，规划红线宽60m，是合肥市东西走向的主要通道之一，车流量大。DCK0+041.626DRK0+992.413，DRK0+023.297DCK1+013.063。出场线长950.787m，入场线长989.766m。其中盾构段起讫里程：DCK0+041.626DCK0+734.545，DRK0+023.297DRK0+715.000。出入场线不设疏散平台和联络通道。区间工程概况详见表1.2-1。区间工程概况表 表1.2-1区间长度（m）最小线间距（m）最小转弯半径（m)最大纵坡（）隧道埋深（m）地质入835.014出950.78752503010.53上覆人工填筑土、可塑状黏土、硬塑状黏土；隧道主要穿越可塑状黏土、硬塑状黏土。1.3 主要设计原则及标准1.3.1 主要设计原则1）区间隧道设计应满足城市规划、地铁运营、施工工艺的要求，同时应尽可能减小对周边环境、地面交通的影响，减少建筑物的拆迁和管线的改移。2）结构设计应满足城市规划、列车运营、施工、防水、防腐蚀等要求，结构在施工和使用期间应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性，并满足结构100年的使用年限，结构的安全等级为一级，结构重要性系数为1.1。3）根据地质条件、区位环境、周边建筑及管线、道路交通等情况，经对技术经济、工期、环境影响和使用功能等方面的综合比较，选择安全可靠、经济合理的结构型式和施工方案。尽量减少施工中和建成后对环境造成不利的影响，并尽可能考虑城市规划引起周围环境的改变对地下铁道结构的影响。4）区间隧道内净空尺寸应满足地铁建筑限界、设备布置、施工工艺等要求，并应考虑施工误差、结构变形、拼装移位、测量误差及后期沉降等的影响。5）结构设计应以地质勘察资料为依据，根据施工方法、结构或构件类型、使用条件及荷载特性等，选用与其特点相近的结构设计规范和设计方法。结合工程监测逐步采用信息化设计。6）盾构法施工的区间隧道的覆土厚度不宜小于隧道外轮廓直径，盾构法施工的平行隧道间的净距，也应根据工程地质条件、埋置深度、盾构类型等因素确定，且不宜小于隧道外轮廓直径。当因功能需要或其它原因不能满足上述要求时，应在设计和施工中采取必要的措施。7）地下结构设计宜采用信息化设计方法，为此须建立严格的监控量测制度。监控量测的目的、内容和技术要求，应根据施工方法、结构型式、周边环境等综合分析确定。8）两条单线区间隧道之间，当隧道连贯长度大于600m时，应设联络通道，并设置两樘反向开启的甲级防火门。泵房宜结合联络通道设计。9）盾构隧道间联络通道采用矿山法施工时，应根据工程地质、水文地质、埋深等情况选用辅助工法；如采用锚喷临时支护，应根据需要设置钢筋网及格栅钢架。辅助措施可选用冻结法或注浆止水、加固地层、管棚、超前锚杆、小导管法等。10）隧道施工引起的地面沉降和隆起均应控制在环境条件允许的范围以内。依据周围环境、建筑物基础和地下管线对变形的敏感程度，采取稳妥可靠的施工措施。暗挖法隧道施工时，普通地段地面沉降量宜控制在30mm以内，隆起量宜控制在10mm以内；特殊地段地面沉降量视不同情况而定（包括穿越建筑物、重要地下管线等），具体数值应按相应的规范和规程允许值从严确定。11）区间隧道所选择的盾构机，必须对地层有较好的适应性，以满足地层变化大，岩性软硬不均等复杂的地质条件。12）设计防洪水位按100年一遇洪水位设防（施工期按10年内涝最高水位计）。132）结构防水设计中遵循“以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理”以及“防水与结构设计并重和统一考虑”的原则，并满足国家颁发的有关地下工程防水技术规范的规定。1413）处于侵蚀性介质中防水混凝土的耐侵蚀要求应根据介质的性质按有关标准执行。145）应根据现行地铁杂散电流腐蚀防护技术规程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。1.3.2 技术标准1）结构设计保证结构有足够的耐久性，结构的使用年限为100年。结构的安全等级为一级，防水等级为二级，耐火等级为一级。2）区间结构的抗震设防烈度为7度，设防分类为乙类，抗震等级为三级，抗震措施按8度设防。3）按甲类人防工程设计，工程防核武器抗力级别为6级，防常规武器抗力级别为6级，防化等级不低于丁级。4）盾构法圆形区间隧道衬砌结构变形验算：计算直径变形2D（D为隧道外径）。5）混凝土结构允许裂缝开展，预制管片混凝土裂缝宽度0.2mm。正常使用极限状态验算的地下结构最大裂缝宽度允许值0.3mm，处于干湿交替环境的迎土面结构最大计算裂缝宽度允许值0.2mm。6）盾构法区间隧道结构抗浮安全系数：施工阶段1.05、使用阶段1.10（均不考虑侧壁摩阻力）。当结构抗浮不能满足要求时，应采取相应的工程措施。7）泵房集水池有效容积为10m3。8）设计防洪水位按100年一遇洪水位设防（施工期按10年内涝最高水位计）。1.3.3 采用的设计规范1）城市轨道交通工程项目建设标准（建标104-2008）2）城市轨道交通技术规范（GB50490-2009）3）地铁设计规范（GB50157-2003）4）混凝土结构设计规范（GB50010-2010）5）建筑结构荷载规范（GB50009-2012）6）建筑工程抗震设防分类标准（GB50223-2008）7）建筑抗震设计规范（GB50011-2010）8）铁路工程抗震设计规范（GB50111-2006）（2009年版）9）建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）10）建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）11）建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）121）膨胀土地区建筑技术规范（GBJ112-87GB50112-2013）1312）铁路隧道设计规范（TB10003-2005）1413）铁路隧道喷锚构筑法技术规范（TB10108-2002）1514）钢结构设计规范（GB50017-2003）1615）地下工程防水技术规范（GB50108-2008）1716）混凝土结构耐久性设计规范（GB/T 50476-2008）178）铁路混凝土结构耐久性设计规范（TB10005-2010）189）轨道交通工程人民防空设计规范（RFJ02-2009）20）建筑与市政降水工程技术规范（JBJ/T111-98）1921）混凝土结构后锚固技术规程（JGJ145-2004）2022）地铁杂散电流腐蚀防护技术规程（CJJ49-92）2123）地下铁道工程施工及验收规范（GB 50299-1999）（2003年版）2224）混凝土结构工程施工质量验收规范（GB 50204-2002）（2011年版）235）地下防水工程质量验收规范（GB50208-2011）246）盾构法隧道施工与验收规范（GB50446-2008）25）既有建筑地基基础加固技术规范（JGJ 123-2012）1.4 初步设计评审专家意见及执行情况1)建议进一步完善设计输入资料，进一步查明沿线建构筑物资料；回复：执行专家意见，进一步查明沿线建构筑物资料。2)建议小半径曲线（R400）段采用1.2m环宽管片，以减少错台，保证工程质量；回复：根据专家意见，进一步充分研究，并结合合肥1号线情况，拟对R350小半径曲线采用1.2m环宽管片，其他半径采用1.5m环宽。32)建议结合地质情况以及周边环境，联络通道处开洞管片采用铸铁或钢管片（后期封堵）；回复：执行专家意见，根据实际地质情况和周边环境进一步比选，并结合合肥1号线充分考虑。34)建议根据地质及线路埋深实际情况优化管片配筋，穿越建构筑物段需考虑附加荷载；回复：执行专家意见，进一步优化管片配筋，考虑附加荷载。45)对区间隧道穿越的重要管线应在图纸中标明，并明确管线保护标准；回复：执行专家意见，标明重要管线及保护标准。56)建议进一步优化线路平、纵断面设计，使工程更趋合理，进一步降低工程风险。回复：执行专家意见，进一步优化线路平、纵断面设计。2 地质概况2.1 地形地貌拟建停车场场地属台地地貌，地势较平坦，地面高程2428m，现状地面为民房、厂房及长江东路。2.2 沿线地层特性该段范围内地质构造简单，未发现对工程有影响的构造痕迹，下伏基岩地层均为第四系巨厚层状黏土，黏土层厚度均大于35m。每个岩土层描述如下：人工填筑土（Q4ml）灰黄色、褐黄色，主要为素填黏性土，可塑硬塑状，稍经压实。局部见砂及碎石块。表层00.50m为砼路面。广泛分布于路面地表，一般厚0.40m4.80m，属C组填料。粉质粘土（NQ4）灰褐色，软塑至流塑状，夹杂大量植物根系，层厚03.00m，广泛分布于场地鱼塘及水田表层，属D组填料。黏土（XQ3）灰色、褐黄色，可塑状，土质较均匀，含氧化铁质，韧性中等，干强度高，切面光滑，无摇震反应，岩芯呈土柱状，采取率9095%，层厚2.2013.50m，埋深2.1015.30m，具弱至中等膨胀性，属D组填料。天然含水率w=19.8028.4%，天然孔隙比e0=0.6090.777，液性指数IL=0.270.42，压缩系数a0.1-0.2=0.080.28MPa-1，压缩模量Es0.1-0.2=.6.3019.60MPa，直剪指标：凝聚力c=47.564.9kPa，内摩擦角=12.624.0,固结快剪切指标：凝聚力c=70.795.1kPa，内摩擦角=20.430.5,自由膨胀率FS=32.050.0%，极大值为83%。黏土（XQ3）灰褐、褐黄等色，硬塑状。干强度高，质地不均，含铁锰氧化物结核及高岭土，层厚20.0040.40m，具弱至中等膨胀性，属D组填料。天然含水率w=18.4028.0%，天然孔隙比e0=0.5930.816，液性指数IL=0.010.24，压缩系数a0.1-0.2=0.090.17MPa-1，压缩模量Es0.1-0.2=.9.2019.20MPa，直剪指标：凝聚力c=50.396.9kPa，内摩擦角=11.623.5,固结快剪切指标：凝聚力c=58.491.6kPa，内摩擦角=12.920.0,自由膨胀率FS=42.072.0%。粉质黏土（Qel）灰褐、黄褐、褐红、棕红色等，硬塑。大多呈柱状，少量呈散沙状。层状分布，由下伏基岩风化而成，该层埋深一般大于35.00m。2.3 地质构造及地震烈度测区在区域地质构造属于扬子准地台江淮台隆所属的合肥断陷盆地，区域上位于华北地台的南端，燕山期活动强烈，形成平缓开阔的合肥断陷盆地，本区断裂构造主要有近东西向、北西向、北东向三组。该段范围内地质构造简单，未发现对工程有影响的构造痕迹，下伏基岩地层均为第四系巨厚层状黏土，黏土层厚度均大于35m根据中国地震动参数区划图（GB 18306-2001），合肥市地震动峰值加速度为0.10g，抗震设防烈度为7度。2.4 工程地质与水文地质1）不良地质拟建工点场地范围内本次勘察期间未揭示不良地质。2）特殊岩土特殊岩土为人工填土、膨胀土、残积土。（1）人工填土场区围内人工填筑土层状分布于场地道路、塘埂表层，根据勘探揭示，填土主要以素填土为主，局部为杂填土，填土厚度变化较大，对房屋建筑基坑开挖有一定影响。（2）膨胀土拟建场地分布的第四系更新统下蜀组、黏土层具有弱膨胀潜势，根据土工试验，自由膨胀率（FS）=3272%，初步判定为弱中膨胀土。膨胀土具有显著的吸水膨胀和失水收缩的变形性能，在荷重作用下仍能浸水膨胀，产生膨胀压力，同时膨胀土还具有胀缩变形的可逆性，在吸水膨胀、失水收缩后，有再吸水再膨胀、再失水再收缩的特性，在膨胀力及其反复胀缩变形条件下，易造成建筑物结构发生开裂。根据合肥市轨道交通2号线工程地质灾害危险性评估报告，安徽省地质调查院，2010年01月；合肥地区大气大气影响急剧深度为1.44m，大气影响深度为3.2m。岩土层膨胀性指标 表2.4-1地层代号岩性名称膨胀率e50（%）收缩系数s膨胀力Pe（kPa）缩限s（%）可塑状黏土1.560.4050.5016.50硬塑状黏土0.630.3752.1812.84（3）残积土场地内残积土广泛分布，均匀性较差，具遇水软化特点，强风化岩具暴露时间长易开裂、泡水易软化等特点，基坑开挖时，应防止水浸泡或暴露时间过长，及时封闭，根据勘探揭示：该层埋深普遍大于35m，对拟建工程基本无影响。3）建筑场地类别本场地建筑场地类别属类。4）地表水、地下水的赋存及类型段内无地表河流、沟渠。地下水主要为第四系孔隙水。第四系孔隙水主要赋存于黏土层中，以潜水为主，黏土层在区间较广泛分布，厚度大，埋深浅，成层性较好，含水量较小。黏性土透水性和富水性均较弱，勘探期间揭示地下水位埋深0.64.8m，单井涌水量一般小于10m3/d，年水位变化幅度约35m。场址内内地下水总体不发育。5）地下水的补给、径流、排泄及动态特征段内第四系孔隙水主要受大气降水补给。地下水的径流形式主要为孔隙间渗流。黏土层富水性及透水性较差，连通性差因此，地下水途径一般。地下水渗流方向为水头相对较高处流向水头相对较低处，区间地形平坦，地下水位线较平缓，段内地下水径流方向大体为由南向北。6）水化学特征本次初勘阶段共取地下水样2组，地下水类型有：SO42-.HCO3-.Cl-Na+ 、HCO3-Ca2+ 型。2.5 工程地质条件评价及注意事项1）场地的稳定性拟建场地地位于台地区，地形平坦，地形地貌条件简单；无动力地质作用的破坏影响；场地内覆土较厚，经判别属类场地。根据合肥市轨道交通2号线项目工程场地地震安全性评价报告，中国地震局地壳应力研究所，2010年7月；场地内地质构造条件简单，未发现有断裂通过的证据，未发现不良地质现象，特殊岩土为人工填筑土、膨胀土及残积土，地表水不发育，地下水主要为第四系孔隙水潜水，地下水不发育，水质具侵蚀性。总体上讲，场地地基土均匀性较好，自稳性一般，特殊岩土、地下水对工程建设有一定影响，段内工程场地稳定。2）土的侵蚀性评价根据室内易溶盐试验结果，按照岩土工程勘察规范（GB50021-2001）（2009年版），按类环境类型及B类地层渗透性判定，本次勘察场址内地下水位以上土层对混凝土结构具微腐蚀性。在干湿交替环境下，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微至弱腐蚀性，对钢结构具微腐蚀性。3）水文地质条件评价根据岩土工程勘察规范（GB50021-2001）（2009年版），按类环境类型及B类地层渗透性判定，水质对混凝土结构的腐蚀等级为微至弱，建议按弱腐蚀性考虑，对钢筋混凝土结构中的钢筋腐蚀等级为弱。按照混凝土结构耐久性设计规范GB50476-2008，在环境作用类别为化学环境时，其对混凝土结构的环境作用等级为V-D；一般环境时对混凝土结构的环境作用等级为I-C；除冰盐等其他氯化物环境时可不考虑其对混凝土结构的环境作用等级。4）隧道区间掘进条件分析及评价该段范围内上覆人工填土，层厚03m，下伏地层为更新统下蜀组黏土（膨胀土），该层厚度一般大于35m，其下为残积粉质黏土层，本次钻探仅在局部揭示到该层。场地范围内地下水总体以第四系孔隙潜水为主，勘察期间地下水位一般在0.64.8m，地下水总体不发育；场地范围岩土层总体单一，无软弱层发育，该段线路底板埋深约617m，整个地下段结构均位于硬塑状黏土层之中，场地工程地质条件较好。3）“U”型槽段该段范围内上覆人工填土，层厚03m，下伏地层为更新统下蜀组黏土（膨胀土），该层厚度一般大于35m，其下为残积粉质黏土层，本次钻探仅在局部揭示到该层。场地范围内地下水总体以第四系孔隙潜水为主，勘察期间地下水位一般在0.64.8m，地下水总体不发育；场地范围岩土层总体单一，无软弱层发育，该段线路底板埋深约05m，整个地下段结构均位于硬塑状黏土层之中，场地工程地质条件较好。282.6地层物理力学指标各岩、土层物理力学指标参数表 表2.6-1地 层 代 号岩土名称土的状态时代与成因重度比重天然含水 量孔 隙 比无侧限抗压强度抗剪强度 （直接剪切）抗剪强度 （固结剪切） 综合内摩擦角压缩 系数压缩 模量 变形模量泊松比静止侧压力系数基床系数（Mpa/m）渗透系数岩石饱和单轴极限抗压强度承载力特征值钻、冲孔桩侧土极限侧阻力标准值桩端土极限端阻力标准值qpk凝聚力内摩 擦角凝聚力内摩 擦角GswequCCa0.10.2ES0.10.2E0水平 垂直 Kfrfakqsik10l1515l3030l（KN/m3）(%)kPakPakPaMPa-1MPaMPa KhKvm/dMPakPakPakPakPakPa人工填筑土（素填土）Q4ml18.50 2.69 20.90.71150161218130.5630.24 0.32 80 粘土可塑XQ319.60 2.71 22.40.694 12045 16 40 17 0.21 9.1 0.30 0.43 30300.00216065550660760粘土硬塑XQ320.00 2.73 22.40.668 14056 15 50 18 0.12 15.5 0.25 0.33 40400.0052009095010001200粘土(含粉、砂粒)硬塑XQ319.90 2.73 22.60.684 14050 18 45 19 0.13 14.5 0.25 0.33 40400.0052209095010001200粉、细砂XQ319.50 28100.28 0.39 1015218040550700720全风化泥质砂岩硬塑至坚硬E1dn19.80 2.72 22.20.683 16029 17 36 24 0.02 18.3 0.23 0.30 45450.005300100140014001400强风化泥质砂岩E1dn21.20 331401200.3 400180180018001800中等风化泥质砂岩E1dn22.80 352002000.0536003 区间平纵断面设计3.1 周边环境龙岗停车场出入场线出大众路站后沿长江东路向东前行，跨过汊涧路后向进入道路红线向东南前行，在三十埠河桥南侧向南拐入龙岗停车场。合肥轨道交通2号线东延伸段下穿本区间，东延伸段盾构机推进至大众路站东端头后吊出。3.2 区间平面设计龙岗停车场出入场线区间出大众路站后沿长江东路向东前行。区间起讫里程：DCK0+041.626DRK0+992.413，DRK0+023.297DCK1+013.063。出场线长950.787m，入场线长989.766m。其中盾构段起讫里程：DCK0+041.626DCK0+734.545，DRK0+023.297DRK0+715.000。出入场线设4段平面曲线，曲线半径为500m、1200m、250m、255m。线间距从22.5m变化到5m。不设疏散平台和联络通道。3.3 区间纵断面设计龙岗停车场出入场线线路大体呈“一”字坡，出大众路站后向东6.59、30上坡至龙岗停车场。隧道顶部埋深分别310.5m。隧道主要穿越可塑状黏土、硬塑状黏土。4 区间施工方法本段区间隧道全断面行进于黏土（膨胀土）层中，隧道围岩总体稳定性差。膨胀土层在卸荷、干湿交替等外界因素作用下，土体强度会急剧降低，且遇水易软化、崩解，这样就显著增加了地下工程施工的安全风险，推荐采用盾构法施工。5 区间隧道结构设计5.1 盾构法结构设计5.1.1 盾构选型结合本区间实际的地层的特点，本区间推荐采用土压平衡盾构。5.1.2管片选型1）衬砌圆环构造 衬砌圆环构造 表5.1-1项 目构 造说 明管片内径5400mm管片厚度300mm管片宽度1500mm管片分块六块一个小封顶块、两个邻接块、三个标准块管片拼装方式错缝拼装封顶块插入方式径向插入结合纵向插入式先搭接2/3环宽径向推上，再纵向插入管片连接弯螺栓连接环向：12个M27螺栓；纵向：16个M27螺栓榫槽设置环面均未设置凹凸榫槽榫衬砌环类型通用楔形环管片楔形量45mm双面楔形特殊管片采用全混凝土管片2）衬砌制作、拼装、施工精度要求为保证装配式结构良好的受力性能，提供符合计算假定的工作条件，衬砌制作和拼装必须达到下列精度：（1）单块管片制作的允许误差：宽度0.3mm；弧、弦长1.0mm；外半径mm；内半径1mm；螺栓孔径及孔位1.0mm。（2）整环拼装的允许误差：相邻环的环面间隙为0.60.8mm；纵缝相邻块块间间隙为1mm；衬砌对应的环向螺栓孔轴线误差小于1mm。（3）推进时轴线误差50mm。（4）衬砌拼装成环的水平、竖向直径偏差2D。5.1.3结构设计计算1）计算模式取用区间隧道结构设计应按表5.1-3所列荷载，就结构整体或者构件分别就施工阶段、正常运行阶段可能出现的最不利荷载组合进行结构强度、刚度和裂缝宽度验算。荷载分类表 表5.1-3荷 载 分 类荷 载 名 称永久荷载结构自重地层压力结构上部和破坏棱体范围的设施及建筑物压力静水压力及浮力混凝土收缩及徐变设备重量地基下沉影响可变荷载基本可变荷载地面车辆荷载及其动力作用地面车辆荷载引起的侧向土压力地铁车辆荷载及其动力作用人群荷载规划预留荷载其他可变荷载温度变化影响施工荷载（含盾构推进时，管片需承受最不利组合荷载下的千斤顶顶力）偶然荷载地震荷载人防荷载本次衬砌环的内力计算，采用等刚度弹性均质圆环计算法（修正惯用法）进行计算，弹性铰圆环模型计算法进行校核。对错缝拼装的衬砌结构，还必须考虑接头部位抗弯刚度的下降（用小于1的刚度折减系数，本次计算中取=0.8）、环间剪切键等对隧道结构总体刚度的补强作用（用附加弯矩增大系数来表示，本次计算中取=0.2）。错缝拼装的衬砌环由于接头（低刚度部位）的存在，将弯矩传递给相邻的管片本体，从而产生环与环之间的相互作用，见图5.1-2。每一圆环均为多铰圆环，在管片块与块间纵缝内设回转弹簧。而在相邻环与环间设径向剪切弹簧、切向剪切弹簧。图5.1-2 错缝双环弹簧模型计算简图2）计算荷载及组合（1）计算中主要考虑的荷载有（见图5.1-3）。图5.1-3 管片圆环计算简图a）地面超载：一般情况按20kPa计，若上部有建筑物时按实际计算。b）结构自重：（kpa）式中：h为钢筋砼重度，为钢筋砼衬砌厚度。c）地层土压力q1：d）水平土压力e1、e2：可取主动土压力式或经验系数法计算。（kpa）或（kpa）式中：为侧向土压力系数，按经验确定。e）地层抗力：PP=ky（kpa）按文克尔局部变形理论计算。式中：y为水平直径处的变形。k为侧向地层抗力系数。f）外水压力：衬砌外部的水压力qW=（H1H1+2R）。g）结构内部荷载：车辆运行荷载等。h）地层反力q2：按与各垂直荷载相平衡的反力计算。i）施工荷载：盾构千斤顶顶力，不均匀注浆压力等。j）地震荷载：按7度地震考虑。h）膨胀接触压力：由于膨胀效应，在结构横向变形稳定后，作用在结构上的压力值，按膨胀力的70%考虑。（2）荷载组合结构设计时分别就施工阶段，正常运营阶段可能出现的最不利荷载进行组合，但特殊荷载阶段每次仅对一种特殊荷载进行组合，同时考虑材料系数的提高和安全系数的降低。3）计算结果（1）计算工况的选取圆形区间隧道的结构计算，应根据各区段结构所处工程地质和水文条件、埋置深度、结构特点、施工条件、隧道相邻影响等因素，结合已有的试验、测试资料，选用合适的参数计算。根据工程地质水文条件及管片衬砌环的特征，选取可能出现的最不利受力情况进行计算。选取最小埋深断面，其里程为DRK0+640。该断面隧道覆土约为4m，地下水位为-2.7m，从上到下的地层为人工填筑土、黏土、黏土，盾构隧道穿行于、层中。选取最大埋深断面，其里程为DRK0+025。该断面隧道覆土约为17m，地下水位为-2.8m，从上到下的地层为人工填筑土、黏土、黏土，盾构隧道穿行于、层中。对于最大埋深处，采用太沙基松弛土压力理论，取2D（D为隧道外径）覆土厚度进行计算，不足2D按照全部覆土重量计算。两个计算断面的主要土质特征条件汇总于下表：计算断面土质特征条件 表5.1-4计算断面断面一断面二计算目的最小埋深最大埋深断面里程DRK0+640DRK0+025隧道埋深（m）310.5计算地下水位埋深（m）0（暴雨至地面工况）0（暴雨至地面工况）地面超载（kN/m2）汽车荷载，取20汽车荷载，取20地震荷载按50年基准期超越概率10的地震烈度进行设计，按100年超越概率2的地震烈度进行强度校核。天然密度（g/cm3）按岩土工程报告各层推荐值，平均取定为1.99按岩土工程报告各层推荐值，平均取定为2.10侧压系数0.300.30水平基床系数（MPa/m）4040（2）计算结果根据不同的计算断面、拼装方式以及不同的水土压计算方式，进行了管片衬砌结构的内力和变形分析，其计算结果见表5.1-5及图5.1-47所示。表中值均为管片的实际内力值，正弯矩代表管片内侧受拉，负弯矩代表管片外侧受拉。由计算结果可以看出：盾构隧道管片满足结构受力及变形要求。断面计算结果表（标准值，每延米） 表5.1-5计算断面最大正弯矩Mmax（kN.m）最大正弯矩对应轴力N（kN）最大负弯矩Mmin（kN.m）最大负弯矩对应轴力N（kN）DRK0+02560.156324.709-47.935498.528DRK0+640122.837478.652-98.066724.695 图5.1-4 断面一轴力图（kN） 图5.1-5 断面一弯矩图（kNm） 图5.1-6 断面二轴力图（kN） 图5.1-7 断面二弯矩图（kNm）据此，管片实配钢筋：16E16+3E12+4E20+4E18，经验算最大裂缝宽度为,满足要求(此处E表示三级钢筋)。4）抗浮计算区间隧道所采用的管片，按设防水位在地表或地表以上时，满足抗浮的最小覆土深度为2.4m。根据上式，在考虑管片自重的情况下，本区间隧道的管片满足抗浮要求。5.2 明挖法结构设计5.2.1 工程概况明挖段区间起点DRK0+715.000，终点DRK0+992.413，全长277.413m。采用明挖顺筑法施工，底板埋深约为013m，结构净宽9.319.1m，区间于DRK0+802.992设置雨水泵房和跟随所，明挖段内设置两组射流风机，风机挂于中隔墙上。明挖施工范围内，主要管线有：一根南北走向400的PE雨水管，埋深0.95m；一根南北走向150的10kV电缆，埋深1.75m；一根南北走向400的砼给水管，埋深2.53m。明挖段施工范围周边无重要房屋和地下管线。施工前，将雨水管废除，将10kV电缆和400的砼给水管改迁至路基段。5.2.2 围护结构类型比选围护结构方案应遵循“安全、经济、方便施工”的方针，并综合场地工程地质及水文地质条件、环境条件、开挖深度、施工方法、工期、工程造价、地区常用的围护结构型式等因素，在多方案比选的基础上选择最适合本工程的围护结构方案。根据对合肥及周边地区大量深基坑的调查资料，可供选择的基坑围护结构主要有地下连续墙、咬合桩、钻孔灌注桩+止水帷幕及SMW工法（型钢混凝土搅拌墙）等。1）地下连续墙地下连续墙施工工艺施工时振动小，噪声低，能在建筑物、构筑物密集地区施工。对于硬岩要冲、钻孔成槽，对周边建筑物有影响。地下连续墙的刚度较大，能承受较大的水平侧向荷载，基坑开挖时，变形小，周围地面的沉降少，能够较好地控制和减少对邻近建筑物、构筑物和地下管线的影响。埋深较大的明挖段围护墙一般均采用墙厚6001000mm的地下墙，坑底插入深度由基坑变形、稳定计算确定。地下墙与内部结构一起承担使用阶段的荷载作用。2）钻（冲）孔灌注桩灌注桩作为围护结构时，要在桩间设置止水帷幕封堵地下水。对于硬岩需要冲孔成槽，成槽时间长，对砂土层易塌孔。3）咬合桩咬合桩根据成桩机械，主要有钻孔咬合桩及旋挖机咬合桩等，钻孔咬合桩主要适用于软土地层，包括淤泥、流砂、地下水位较高等不良地质。碰到强度高土层或者I序桩初凝后强度增强，则其II序桩成桩较困难。旋挖机咬合桩，由于采用全回转钻机成孔，对于单轴抗压强度小于10MPa土体及岩石，可以顺利咬合。其最大优点在于采用钢套管护壁（穿过填土和砂性土层后可以不用全套管）避免在填土和砂性土中孔壁坍塌，可紧邻建筑物、地下管线成桩，成槽阶段对周边环境影响小。因此，对一些环境保护要求高的明挖区间可选用钻孔咬合桩作为围护结构。4）SMW工法（型钢砼搅拌墙）SMW工法为水泥土搅拌桩插H型钢作围护墙，同时具有挡土、防渗作用。待内部结构施工完成后，可视情况，回收H型钢，故工程造价较低。SMW工法一般可用于开挖深度小于13m的地下工程的基坑围护结构。若采用钻孔桩或SMW工法作围护墙结构时，一般情况下只考虑现浇侧墙与内部结构承受使用阶段荷载。但不能满足抗浮要求。本工程周边建筑物距离明挖区间较远，施工场地条件较好，基坑开挖范围内大部分为粘性土，墙趾插入粘性土层中。对于本明挖区间具体情况，对此各工法比较如下。围护类型工法比较 表5.2-1围护类型成槽稳定性是否需要冲孔围护刚度止水帷幕场地要求对环境影响施工速度经济性地下连续墙需要冲孔，抛石层稳定性差，易塌孔需要大不需要较高小慢一般 钻（冲）孔灌注桩抛石层稳定性差，易塌孔需要中需要小大慢一般咬合桩抛石层稳定性差，易塌孔需要中不需要小大慢一般 SMW工法（型钢砼搅拌墙）需要冲孔，抛石层稳定性差，易塌孔需要小不需要小大快好根据明挖区间结构型式、场地地质及周边环境保护要求不同，结合地方深基坑建设经验，基坑变形保护等级为二级。经计算分析，明挖区间围护结构推荐方案采用800（600）mm钻孔灌注桩。盾构井三道支撑，其余地段两道或一道，支撑均采用609钢管撑第，腰梁采用双拼工字钢或H型钢。5.2.3 计算图示与荷载计算围护结构内力分析考虑沿纵向纵向取单位长度按弹性地基梁计算，按基坑开挖、回筑内部结构的施工过程和完成后的使用阶段等工况进行内力计算。围护结构内力分析考虑沿明挖区间纵向取单位长度按弹性地基梁计算，开挖阶段计算时必须计入结构的先期位移值以及支撑的变形，按“先变形，后支撑”的原则进行结构分析计算。软件用理正F-SPW深基坑4.3版计算。明挖区间位于粘性土，采用水土合算，开挖面以上基坑外侧采用朗金土压力公式，开挖面以下基坑外侧土压力采用矩形分布，基坑内侧由弹簧模拟地层作用。设计假定围护结构外侧黏性土处于塑性状态，对于平面分布荷载和线荷载作用在围护结构上的土压力分别按图5.2-1考虑。图5.2-1 分布荷载土压力5.2.4 计算结果及分析（内力和位移）1）标准段钻孔桩支护基坑开挖深度为8.91m，采用F8001300灌注桩围护结构，桩长为13.91m，桩顶标高为27.219m。计算时考虑地面超载20kPa。图5.2-2 明挖标准断面计算模型图5.2-3 标准段围护结构计算简图及计算结果2）盾构井段钻孔桩支护基坑开挖深度为10.9m，采用F8001300灌注桩围护结构，桩长为17.4m，桩顶标高为27.418m。计算时考虑地面超载20kPa。图5.2-4 明挖盾构井断面计算模型图5.2-5 盾构井段围护结构计算简图及计算结果5.2.5 稳定性验算为了确保基坑工程的安全，基坑施工时应充分考虑土层、支护墙、支撑体系三者的“时空效应”，严格按规范施工。根据坑底土层的力学指标，设计按有关设计规范进行了围护墙底地基承载力及基底土体的抗隆起和抗渗流等验算。当钻孔桩插入基岩中时，其嵌入深度需根据基坑开挖深度、支撑体系、岩石的风化程度，并参照工程类比予以确定。计算结果如表5.2-2所示：1）标准段：（1）整体稳定性验算（2）抗隆起验算 （3）抗倾覆验算1）盾构井：（1）整体稳定性验算（2）抗隆起验算 （3）抗倾覆验算基坑稳定性计算结果 表5.2-2标准段基坑端头井基坑整体稳定性1.331.31.331.3抗 隆 起1.871.31.891.3抗倾覆1.851.151.851.15抗 管 涌2.1221.52.5851.5从上表可以看出，基坑稳定性能满足要求。5.2.6 围护结构入土深度的确定围护结构的入土深度考虑明挖区间所处环境条件、地质条件、围护结构的抗隆起、抗滑移及稳定性等因素，并结合合肥地区软土深基坑的施工经验确定，灌注桩插入比取0.50.6。钻孔灌注桩的墙趾均插入粘土层。5.2.7 主体结构计算结果现对盾构井主体结构进行计算，结果如下：图5.2-6 计算模型图5.2-7 计算弯矩M（N.m）图5.2-8 计算轴力N（N）图5.2-9 计算剪力Q（N）配筋结果如下：明挖主体结构标准段配筋表 表5.2-3位置弯矩标准值KNm）截面厚度（mm）配筋裂缝宽度（mm）顶板260500251500.17底板318600281500.16边墙196500221500.126 区间附属结构设计6.1 洞门及盾构进出洞地基加固设计6.1.1 洞门设计为减少并适应圆隧道与车站工作井间存在的差异沉降，根据国内外类似工程的成功经验，在车站工作井与隧道间进行刚性连接处理：进出洞衬砌环伸入工作井内0.51m，将进出洞衬砌环管片上的预埋钢板与工作井洞门处预埋钢板采用联系钢筋焊接，在工作井内沿衬砌环四周浇筑钢筋混凝土。衬砌环接缝内设置加厚的防水密封垫，以提高接缝防水能力。6.1.2 盾构进、出洞措施盾构始发区端头加固长度6m、到达区端头加固长度9m，端头加固采用深层搅拌桩加固，围护结构与搅拌桩间空隙采用旋喷桩补强加固，旋喷桩、搅拌桩加固深度为从地面到隧道拱底下3m。加固后土体强度需达到以下指标：无侧限抗压强度qu0.8MPa，渗透系数K110-7cm/s。6.2 跟随所及雨水泵房6.2.1 跟随所雨水泵房在U型槽洞口处（DRK0+802.992）设置雨水泵房，收集过渡段敞口雨水，集水坑有效容积为56m3。采用明挖段部分外扩，设置一榀框架结构，雨水泵房尺寸为5000mm7000mm2100mm。6.2.2 跟随所在U型槽洞口处（DRK0+802.992）设置区间跟随式降压变电所，与雨水泵房合建，提供洞口雨水泵及区间射流风机设备用电。采用明挖段部分外扩，设置一榀框架结构，共三跨，区间跟随所的尺寸为9700mm23000mm5200mm。7 区间防水及防迷流设计7.1 防水设计原则及一般规定7.1.1 防水设计原则1）地下结构应遵循“以防为主，刚柔结合，多道防线，因地制宜，综合治理”的原则。2）以高精度管片结构自防水为根本，以管片接缝防水为重点，确保隧道整体防水。3）确立钢筋混凝土结构自防水体系，即以结构自防水为根本，采取措施控制结构混凝土裂缝的开展，增加混凝土的密实性、抗渗性、抗裂性、防蚀性和耐久性等性能；以变形缝、施工缝等接缝防水为重点，同时在结构迎水面设置柔性全包防水层。4）优先选用不易窜水的防水系统，减少窜水对后期堵漏维修构造带来的不利影响。7.1.2 一般规定1）防水设计应技术先进、方案可靠、施工简便、经济合理、使用安全，确保质量要求。 2）防水是一个系统工程，建筑结构与防水必须密切配合，当建筑结构与防水发生矛盾时，在保证建筑结构适用安全的前提下，建筑结构应服从防水。7.2 防水方案7.2.1 混凝土结构自防水1）管片混凝土的抗渗等级为P10。衬砌管片的氯离子扩散系数不宜大于3.010-12m2/s（RCM法，56天龄期）。当隧道处于侵蚀性介质中时，应在管片外表面涂刷水泥浆渗透结晶型防水材料（1.5kg/m2）。2）高炉矿微粉，高效减水剂，具体掺量应根据混凝土的施工环境条件特点、拌和物性能、力学性能等要求根据试验确定。3）防水混凝土的水、砂、石应符合地下工程防水技术规范第 4.1.10条、第4.1.11 条的相关规定。7.2.2 接缝措施1）衬砌管片外弧侧面沿管片四周设置一道封闭的三元乙丙防水弹性密封垫,变形缝处在环缝弹性密封表面加贴一层遇水膨胀橡胶。2）衬砌管片内弧侧在预留的嵌缝槽内进行嵌缝密封；嵌缝材料采用聚合物水泥；嵌缝范围为道床混凝土范围内的环、纵缝。盾构洞口两侧各15环范围内的所有环、纵缝以及环向变形缝内均采用聚硫密封胶嵌缝。3）对每一个螺栓孔、注浆孔设置缓膨胀型遇水膨胀橡胶密封圈。4）及时向盾尾地层和衬砌管片之间的环形空隙适量地均匀注浆。5）盾构进出洞时，应在洞口设置橡胶帘子布临时止水环。6）盾构洞口后浇环梁两侧的施工缝应采取多道防水措施进行重点加强，施工缝均应采用双道缓膨胀型遇水膨胀聚氨酯止水胶并在两道止水胶中间预埋全断面注浆管的方法加强防水。7.2.3 联络通道及泵房防水设计1）盾构区间隧道与联络通道的接口采用设置兜绕成环的遇水膨胀橡胶条与预埋式注浆管做加强防水处理。2）区间隧道的联络通道、泵房为复合衬砌，初支和二衬之间设置塑料防水板。联络通道及泵房的施工缝均设置4mm厚、400mm宽中埋式镀锌钢板止水带和一道可全断面注浆的注浆管。7.3 防迷流措施1）利用整体道床内结构钢筋的电气连接，建立杂散电流主收集网。2）在盾构区间采用隔离法对盾构管片结构钢筋进行防护。8 工程材料及结构耐久性8.1 主要工程材料装配式钢筋砼管片：C50钻孔灌注桩混凝土：C35冠梁、混凝土角撑、挡土墙混凝土：C30挂网喷射混凝土、围檩后细石混凝土、垫层混凝土：C20顶板、底板、侧墙、中隔墙、顶梁、底梁、抗拔桩混凝土：C40柱混凝土：C50钢筋：HPB300、HRB400钢材：Q235B防水材料：EPDM、遇水膨胀橡胶、EVA等连接件：预制钢筋混凝土管片连接螺栓强度等级为6.8级8.2 结构耐久性设计地下铁道主体结构及其相连的重要构件设计使用年限为100年，根据混凝土结构耐久性设计规范（GB/T50476-2008），环境作用等级如下表所示：环境作用等级表 表8.2-1结构部位环境作用等级最小混凝土强度等级及抗渗等级电通量（56天）胶凝材料用量（kg/m2）最大水胶比盾构管片I-CC50、P101000C3604800.36顶板I-CC40、P81200C3204500.45底板、侧墙I-BC35、P81200C3004000.5中隔墙I-AC453404500.401）设计使用年限为100年的结构，其混凝土的原材料和配比、最低强度等级、最大水胶比和单位体积混凝土中最小水泥用量等应符合耐久性要求，满足抗裂、抗渗、抗冻和抗侵蚀的需要。2）大体积浇筑的砼避免采用高水化热水泥，砼优先采用双掺技术（掺高效减水剂加优质粉煤灰或磨细矿渣）。拱顶、拱腰、底拱宜采用高性能补偿收缩防水砼。3）严格控制水泥用量：C40高性能砼配合比的单位水泥用量为320450kg/m3；C50高性能砼配合比的单位水泥用量为360480kg/m3；以上用量适用于最大骨料粒径为20mm，若最大骨料粒径较大宜适当降低胶凝材料用量，骨料粒径较小时，可适当增加。4）限制水胶比：水胶比的最大限值：C40为0.45、C50为0.36。5）混凝土中的最