[南昌地铁1号线双港大道站北一环路路站区间隧道设计毕业设计]

南昌地铁1号线双港大道站～北一环路路站区间隧道设计 专 业：
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摘要 本设计内容包括线路总平面设计、线路纵断面设计、盾构隧道结构形式设计、盾构隧道结构各工况内力组合计算、管片结构截面检算及配筋设计和盾构隧道施工方案设计。

地铁选线设计应符合城市的总体规划，应符合城市轨道交通网的规划，应节约城市的土地资源，应减少城市的拆迁工程。线路平面设计涉及地下线平面位置、线路与地面建筑物之间的安全距离、线路位置方案比选、线路平面设计标准及有关规定、缓和曲线设置规定、线间距等多方面的知识。

线路纵断面设计要保证列车运行的安全、平稳及乘客舒适；
要结合不同的地形、地质、水文条件，地上、地下建筑物及基础情况等，进行合理设计，力求方便乘客使用和降低工程造价；
要在有条件时尽可能设计符合列车运行规律的节能坡。线路纵断面设计涉及地下线覆土厚度、地下管线及构筑物、地质条件、排水站位置等多方面的因素。通过对这些因素的综合考虑，本设计分别对左线及右线进行了纵断面设计。区间盾构圆形隧道建筑限界为Φ6000mm的圆，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。

设计采用水土分算法对结构所受荷载进行计算，采用了惯用计算解析法对结构的内力进行了分析。按照偏心受压构件对管片结构截面主筋进行设计。根据相关规范和标准要求以及目前国内常用盾构管片的形式，对盾构管片的形状、组合方式、接缝方式、封顶块的插入方法、楔形量、管片接头等进行了设计。

关键词：选线设计，结构设计，施工方案设计 Abstract The subway route selection design should conform to overall plan of a city, should conform to track communications network plan, should save land resource of the city, should reduce the relocation project. This design involves planimetric positions of the route, the safe distance between the line and the ground, the comparasion and selection of the line position, the standard and related stipulation of line plane design, the establishment stipulation of transition curve, the line spacing and so on. The line longitudinal section design must guarantee the train movement secure and the passenger comfortable; must adapte to different terrain, geology, hydrology and ground conditions, underground buildings and foundation situations and so on, carries on the reasonable design, makes every effort to facilitate the passenger to use and to reduce the project construction cost; Must conform to the train operating and design law energy conservation slope as far as possible when the condition is right. With these factors, this design has separately carried on the longitudinal section design of the left line and the right line. The sector of the shield tunnel construction limit is a circle with a diameter of 6000mm, with the full consideration of this limit, has carried on the design to the shield tunnel cross section. The design separate the hydraulic pressure and earth pressure to compute the load of the structure, has used analytic method to resolve the internal force of the structure. According to some requirements and relevant technical regulations, make a design of the segments.Shield method has such lots of merits that it is gaining in popularity, to this booming technology, finally discussed in detail of it’s construction method. Key words：
line design, structural design, costruction scheme 目录 南昌地铁1号线双港大道站～北一环路路站区间隧道设计 I 摘要 I Abstract II 绪论 1 1.1工程概况 1 1.2 区段工程地质条件 1 1.2.1主要地层工程特性 1 1.2.2.水文地质情况 2 1.2.3周边环境 3 1.3 设计任务 3 1.4 设计依据 3 1.5 设计原则及要求 4 1.5.1设计原则 4 1.5.2 主要技术标准 4 1.5.3结构计算 4 1.6 施工监控量测 8 1.6.1监测项目 8 1.6.2监测的标准 8 1.7 防水设计原则 8 1.7.1设计原则 8 1.7.2防水等级和标准 9 第二章 区间隧道线路设计 9 2.1线路选线概述 9 2.1.1隧道结构拟定 9 2.1.2衬砌结构形式选型及有关参数说明 9 2.2 区间线路平面设计 10 2.2.1线路基本形式 10 2.2.2圆曲线 10 2.2.3缓和曲线 12 第三章 隧道衬砌结构设计 28 3.1隧道内净空设计 28 3.1.1概述 28 3.1.2地铁限界的概念与规定 28 3.1.3隧道内净空计算 28 3.2 施工方法选择 31 3.2.1现场条件 31 3.2.2隧道施工方法选择 32 3.3 隧道衬砌管片结构设计 34 3.3.1管片的分块 34 3.3.2管片的拼装 34 绪论 1.1工程概况 双港大道站～北一环站区间(CK0+321.277~CK1+365.178) 双港大道站～北一环站区间场地自然地面有一定的起伏，地面标高19～40m，西侧多为3层居住区，东侧建筑物较少，其余地段多为草地、农田。属构造剥蚀岗地地貌。区间线路有半径为400m，380m的两组曲线，线间距约12.0～14.3m。线路纵坡设计为双坡，最大坡度为26‰。

双港大道站～北一环站区间设一座联络通道,位于里程CK0+902.568，联络通道与区间泵站合建。联络通道洞门采用局部钢管片即混凝土管片和钢管片相结合的复合式衬砌环结构。联络通道的内径尺寸为：净宽2.0m；
洞口处净宽1.4m，净高2.1m。在联络通道中部设集水井，其平面尺寸为3.5×2.0m，深度3.25m。

双港大道站~北一环站区间隧道联络通道及泵站主要位于⑥3-1中风化上段千枚岩层中及⑥3-2中风化下段千枚岩层中，泵站底板距地表22m左右。该岩层遇水易软化，容易造成坍塌，联络通道及泵站施工时需对该区域地层进行加固，以达到隔水及稳固地层的目的。

区间主体采用钢筋混凝土通用管片，内径5400mm，外径6000mm，厚度300mm，环宽1200mm。

列车采用A型车，列车最高运行时速为80km/h，采用接触网馈电方式供电，牵引供电电压为直流1500V。

1.2 区段工程地质条件 1.2.1主要地层工程特性 ①1杂填土：杂色，主要由碎块石、建筑垃圾、生活垃圾和全风化千枚岩组成，成分较杂，性能不均一。场地仅在MA3-SGZ-13孔揭露，层顶面高程为31.98m，层厚为1.50m。

①2素填土：红褐色、黄褐色、褐黄色，可塑，主要由粘性土组成，含少量碎石。未经碾压处理，均一性差。全场地均有分布，层顶面高程为29.26～37.71m，层厚为0.30～5.10m。

④1粉质粘土：灰黄、褐黄色、红褐色，可塑～硬塑，含铁锰质斑点，全场地多有分布，层顶面高程为27.44～35.95m，层厚为0.6～5.5m。

⑥1全风化千枚岩：灰黄、灰绿色、紫红色，可塑～硬塑，风化呈粘土状，原岩结构已破坏，含大量高岭土，自由膨胀率约为20～33%，膨胀潜势小。全场地多有分布，层顶面高程为25.37～37.21m，层厚为0.2～6.6m。

⑥2强风化千枚岩：褐黄夹灰黄色、紫红色，千枚状构造，岩芯呈碎块状～短柱状，原岩结构基本破坏，岩质极软，手可捏碎，浸水后可捏成团，局部见有强风化千枚板岩。局部夹有中风化岩块。自由膨胀率约为18.5～26.5%，膨胀潜势小。全场地均有分布，层顶面高程为7.55～34.12m，层厚为0.45～19.25m。

⑥3-1中风化上段千枚岩：灰黄色、褐黄色，千枚状构造，岩芯呈碎块状～短柱状，原岩结构较清晰，岩质极软，锤击声哑，遇水易软化，陡倾角裂隙发育，沿裂隙面铁锰质渲染，局部分布有强风化薄夹层。全场地多有分布，层顶高程为9.16～31.55m，层底标高为2.76~23.54m，层厚为1.20～20.10m，层顶埋深为5.10~22.80m。

⑥3-2中风化下段千枚岩：灰黄、灰绿色、青灰色，千枚状构造，岩芯呈碎块状～短柱状，局部呈柱状，原岩结构清晰，岩质极软，锤击声哑，遇水易软化，陡倾角裂隙较发育，沿裂隙面铁锰质渲染。岩石单轴饱和抗压强度标准值1.2MPa，岩石基本质量等级为Ⅴ级。全场地分布，层顶高程为0.13～22.39m，层底标高为-6.49~13.83m，层厚为1.7～20.77m，层顶埋深为10~29.4m。

1.2.2.水文地质情况 （1）地表水 勘察场地东侧约3800米处是江西省第一大河流赣江，据上游约5公里外洲水文站资料，赣江最高洪水位25.13m（1968年，黄海高程，下同），最低水位13.50m（2007年），最大洪峰流量21200 m3/s（1982年6月20日），最枯流量172m3/s，最大流速2.53m/s。

（2）地下水 根据地下水含水空间介质和水理、水动力特征及赋存条件，拟建工程场地按地下水类型可分为孔隙性潜水、裂隙性潜水两种类型。

1）孔隙性潜水 主要赋存于第四系中更新统坡残积的粉质粘土及全风化岩层中，为潜水，地下水位埋深较浅。水位埋深0.50～6.20m，标高25.26~31.84m。场地距离孔目湖约2.70km，距离赣江约3.8km，故场地受孔目湖和赣江水位影响较小。地下水主要接受大气降水径流补给，潜水水量微弱，受人为开采影响较小。另根据类似工程经验及场地环境，拟建场地地下水流速较小。由于本标段未另行进行过1个水文年以上的地下水位长期观测，而抗浮设防水位为本车站100年使用期间可能遇到的最高水位，需长期观测后取得。故抗浮水位按规范要求进行专题研究。

2）裂隙性潜水 裂隙性潜水主要赋存于场地前震旦系双桥山群岩层的裂隙中，主要受上部大气降水渗透补给为主。富水性主要由裂隙孔发育程度，裂隙性质等条件影响。场地内基岩裂隙发育，裂隙性质多呈张开状，勘察场地内的千枚岩内裂隙性潜水有一定水量。钻孔MA3-SGZ-04在31.2m处出现严重漏浆。

1.2.3周边环境 双港大道站为南昌轨道交通1号线一期工程起点站，位于蛟桥经济技术开发区，设在双港东大街、铁路老昌北支线下，车站西侧为下罗新村、江西传感器厂、国营九三一九厂、江西财经大学等，东侧为铁路老昌北支线、国营南昌制革二厂、宜春地区物资仓库、太子庙新村等。车站各出入口沿交叉口四角设置。

北一环站周边交通状况 南昌轨道交通1号线北一环站位于规划孔目湖路南端、北一环路以北、江西交通职业技术学校西侧，车站西北侧有江西机电职业技术学院，东北侧有江西交通职业技术学院等。车站各出入口及风井沿孔目湖路（规划路）东西两侧布置。由于车站现状位置为一空地，旁边道路均为规划路，站点施工时除稍微阻碍了交通学院的一个出入口外，对现有道路交通基本没有影响。北一环站的施工区域位于孔目湖路（规划路）上。

1.3 设计任务 本区间采用盾构法施工，请根据所给工程条件和地质条件进行如下设计。

（1）区间隧道线路平面和纵断面设计。

（2）隧道结构设计（包括断面尺寸，衬砌结构型式及有关参数，管片类型、尺寸、配筋，连接件设计，曲线段管片尺寸设计，楔形块设计，稳定性验算等） （3）隧道结构防水设计。

（4）施工监控量测设计。

1.4 设计依据 （1）混凝土结构设计规范（GB50010—2002） （2）《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-99） （3）《地下工程防水技术规范》(GB50108-2001) （4）《深圳地区建筑深基坑支护技术规范》（SJG05-96） （5）《建筑基坑支护技术规程》 （6）《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2001） （7）《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2001） （8）《地下铁道设计规范》（GB50157-2003） （9）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001） （10）《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999） （11）南昌地铁1号线一期工程秋水广场站～中山西路站岩土工程勘察报告 1.5 设计原则及要求 1.5.1设计原则 （1）工程结构的安全等级为二级。

（2）结构设计按7度地震验算并设防 （3）结构设计按六级人防验算并设防 （4）结构防水等级为二级 （5）本工程的设计应满足工程施工、地铁运营、防排水，以及场地、环境、规划的要求 （6）隧道管片的净空尺寸除满足标称隧道限界规定外，还考虑盾构推进、管片安装、管片环椭变或进一步的位移等导致的各种偏差 （7）管片直径变形控制在4‰D（D 为管片外径）；
环缝张开不大于2mm（变形缝处不大于3mm）, 纵缝张开不大于2mm （8）为便于管片制作、安装的系列化、定型化和规范化，通过规模效益达到节省投资的目的，管片设计根据各区段隧道的埋置深度、工程地质和水文地质条件，采用分段设计、综合分析、分类统一的原则 （9）在不考虑表面摩擦力时，结构抗浮安全系数不小于1.05；
在考虑表面摩擦力时，结构抗浮安全系数不小于1.15 （11）地铁区间隧道应满足防火要求 1.5.2 主要技术标准 （1）最小平面曲线半径：450m （2）曲线间水平夹直线最小长度：25.12m （3）最小竖曲线半径：3000m （4）最大坡度：为30‰ （5）除非在一些特定情况下需要考虑更为严格的控制值，地面沉降应控制在-30mm以内。在任何情况下最大允许隆起量为+10mm。建筑物的不均匀沉降应小于有关规范的规定值 （6）所有结构物的设计年限为100年 （7）管片混凝土的强度等级最小应为C50，抗渗等级为S10 （8）洞门混凝土等级不应低于C30，抗渗等级为S8 （9）联络通道初期支护C20早强混凝土 （10）结构钢筋为HPB235、HRB335级钢筋 （11）结构防水等级为二级 1.5.3结构计算 （1）计算原则 1)结构计算采用以概率理论为基础的极限状态设计法，以可靠指标度量结构构件的可靠度。采用以分项系数的设计表达进行结构计算分析。

2)结构构件应根据承载力极限状态及正常使用极限状态的要求，分别按下列规定进行计算和验算。

①承载力及稳定：所有结构构件均应进行承载力（包括压曲失稳）计算；
需考虑地震、施工等特殊荷载的作用，尚应进行结构构件抗震承载力计算。

②变形：对使用上需控制变形值的结构构件，进行变形验算。

③抗裂及裂缝宽度：对使用上要求不出现裂缝的构件，应进行混凝土拉应力验算；
对使用上允许出现裂缝的构件，应按荷载的短期效应组合并考虑长期效应组合的影响求出最大裂缝宽度进行裂缝宽度验算。地震力等偶然荷载作用时，不验算结构的裂缝宽度。

3)结构计算简化模型的确定，根据结构的实际工作条件，并反映结构与周围地层的相互作用。

4)只进行横断面方向的受力计算。

5)浅埋结构在地下水位以下，整体结构还要考虑水浮力，按最不利情况进行整体抗浮稳定性验算。

不考虑侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数不得小于1.05；
当计及侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数不得小于1.15，否则应采取抗浮措施。

（2）计算假定 (1) 采用荷载结构模型有限杆单元法进行计算, 车站结构按底板支撑在弹性地基上的平面框架进行内力分析。

(2)用布置于节点上的弹簧单元来模拟地基与底板的相互约束；
假定弹簧不承受拉力，即不计地基与底板间的粘结力；
弹簧受压时的反力即为地基对底板的弹性抗力。

（3）主体结构主要尺寸拟定 1）结构主要构件的拟定原则 a结构主要尺寸的拟定应根据承载力极限状态及正常使用极限状态的要求，对构件分别进行承载力的计算和稳定、变形及裂缝宽度验算。

b结构构件的设计应按承载力极限状态及正常使用极限状态分别进行荷载效应组合，并取各自最不利组合进行结构构件的设计。

c结构尺寸的拟定应考虑基坑支护结构的作用。

d结构尺寸应满足施工工艺的要求。

2）结构主要尺寸的拟定 结构尺寸根据计算结果结合工程类比拟定。计算参数按提供的资料采用，不足部分参照有关规范、规程结合相关工程经验取用。

（4）计算模式 1) 采用荷载结构模型有限杆单元法进行计算, 车站结构按底板支撑在弹性地基上的平面框架进行内力分析。

2）用布置于节点上的弹簧单元来模拟地基与底板的相互约束；
假定弹簧不承受拉力，即不计地基与底板间的粘结力；
弹簧受压时的反力即为地基对底板的弹性抗力。

3)计算断面的选取 在结构上可能同时出现的作用应按承载力极限状态及正常使用极限状态分别进行作用效应组合，选取区间典型断面进行计算，并取其最不利组合进行设计。

取纵向1m的标准段为一个计算单元计算图式见图1。

图1 隧道标准断面计算模型 （5）荷载计算 1）计算荷载：
①永久荷载 结构自重：钢筋混凝土容重γ=25kN/m3。

覆土重：覆土容重取γ=20kN/m3。

侧向水土压力：施工阶段采用朗金主动土压力，使用阶段采用静止土压力。

设备荷载：设备区一般按8kN/m2考虑，并考虑设备吊装及运输路径的影响。

静水压力和浮力：水容重为10kN/m3。

②可变荷载 路面活载：按q=20kN/m2取用。

施工活载：考虑施工时可能情况的组合。

④地震作用 车站按地震烈度7度设防，采用地震系数法进行抗震分析。

⑤主要荷载组合：
根据《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2001）、《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2001）、和《地下铁道设计规范》（GB50157-2003）的规定，按结构在施工阶段和使用阶段可能出现的最不利情况进行荷载组合。各种荷载组合及分项系数见表3。

表2 结构荷载分类表　　　　　 荷载类型 荷载名称 永久荷载 结构自重 地层压力 车站上部和破坏棱体范围内的设施及建筑物压力 静水压力及浮力 混凝土收缩及徐变作用 预加应力 设备重量 地基下沉作用 可变荷载 基本可变荷载 地面车辆荷载及其冲击力 地面车辆荷载引起的侧向土压力 地下铁道车辆荷载及其冲击力 人群荷载 其它可变荷载 温度作用（力） 施工荷载 偶然荷载 人防荷载 地震荷载 表3 荷载组合表 荷载种类 组 合 永久荷载 可变荷载 人防荷载 地震荷载 1 1.35 1.4 0 0 2 1.0 1.0 0 0 3 1.2 1.2 1.0 0 4 1.2 1.2 0 1.0 1.6 施工监控量测 施工监控量测应确保基坑稳定、周围建筑物和各类地下管线的安全。同时，通过监测掌握围护结构、地表及建筑物的动态，及时预测和反馈，用其成果修正设计，指导施工，并为以后工程作技术储备。

1.6.1监测项目 1)地表沉降；

2)地表水平位移；

3)地表建筑物沉降、倾斜；

4)衬砌受力；

5)隧道内部变形（两帮收敛、顶板沉降）；

1.6.2监测的标准 周边建筑物应满足《建筑地基基础设计规范》（GB  50007-2002）中表5.3.4的规定允许沉降值：
1）砖混结构、条形基础：基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值：0.004。

2）框架结构、桩基础 ：0.002l l—相邻桩基的中心距离（mm）。

1.7 防水设计原则 1.7.1设计原则 1)地下结构防水遵循“以混凝土自防水为主、多道设防、因地制宜、综合治理”的原则，根据环境条件、结构形式、施工方法，选择有效、可靠、操作方便的防水方案。

2）地下结构应以混凝土结构自防水为主，确保混凝土、钢筋混凝土结构的抗渗性、抗裂性和耐久性。

3）应加强变形缝、施工缝、预留孔洞等细部构造防水措施。

4）针对深圳地铁沿线地下水位高、补给来源丰富、地层渗透系数较大、地下水对混凝土和钢筋具有不同程度腐蚀性的特点，应优先考虑采用混凝土结构自防水与柔性全包防水层相结合的防水方案。

5）防水材料的选择应适应深圳地区的环境和地下水条件，以方便施工、可靠、耐久、经济、安全、环保为原则。

6）地下结构的排水措施应以排除混凝土结构内渗漏水为原则。

1.7.2防水等级和标准 1）防水等级为二级（具体见《地下工程防水技术规范》 GB 50108-2001）。

2）地下结构的防水，应采用钢筋混凝土结构自防水，抗渗等级≥S8，并根据需要铺设附加防水层或其他防水措施。对有侵蚀性介质地下水的地段，防水混凝土的耐侵蚀性系数不应小于0.8。

第二章 区间隧道线路设计 2.1线路选线概述 双港大道站～北一环站区间场地自然地面有一定的起伏，地面标高19～40m，西侧多为3层居住区，东侧建筑物较少，其余地段多为草地、农田。属构造剥蚀岗地地貌。区间线路有半径为350m的两组曲线，线间距约15m。线路纵坡设计为双坡，最大坡度为20‰。

2.1.1隧道结构拟定 由《地铁设计规范》易得：当最小转弯半径Rmin=300m时对于采用A型车圆形隧道的建筑限界直径不小于5200mm。本例中最小转弯半径为350m，计入按以往设计施工经验，综合考虑隧道轴线的施工误差100mm（其中包括线路拟合误差，测量误差在内），隧道后期不均匀沉降50mm，把以上数据相加则隧道内径定为5400mm。隧道衬砌采用300mm厚C55防水钢筋混凝土预制单层版式管片。隧道外径为6000mm，两线之间净间距为9m。轨道中线间距15m。

2.1.2衬砌结构形式选型及有关参数说明 （1）预制装配式衬砌 钢筋混凝土管片的耐压性和耐久性都比较好，目前已可生产抗压强度达60Mpa 渗透系数小于10-11m/d的管片，而且这种管片刚度大，尤其组成的衬砌防水性能能有保证，所以，在用盾构法修建的各种隧道中都得到了广泛的应用。

（2）平板型管片 平板型管片截面削弱少或无削弱，故对盾构千斤顶推力具有较大的抵抗力，对通风的阻力也较小。所以现代钢筋混凝土管片多采用平板型结构。

（3）管片厚度 根据日本经验单层钢筋混凝土衬砌管片厚度一般为衬砌环外径的5%左右。6000*5%=300mm 取管片厚度为300mm。（管片宽度按铰接施工标准采用1200mm） （4）螺栓和注浆孔的配置 组装管片用的螺栓为纵向连接螺栓和环向连接螺栓两种。在柔性连接中纵环向的连接螺栓通常都布置一排，螺栓孔的设置不得降低管片的强度，并方便螺栓紧固作业 本次设计选用：
螺栓直径/mm 30 螺栓孔直径/mm 35 (5)区间联络通道和中间泵站衬砌 采用盾构法修建区间隧道时，地下铁道的线路纵断面常采用高站位低区间的布置形式。因此，两条区间隧道之间的联络通道可设在线路最低点（接近区间的中点）并和排水泵站合并建造。

旁洞由电锯直接在钢筋混凝土管环上切割形成（联络通道和中间泵站都是采用矿山法施工，为加强防水性能可采用拱形封闭的复合衬砌）。

2.2 区间线路平面设计 2.2.1线路基本形式 直线——缓和曲线——圆曲线——缓和曲线——直线 2.2.2圆曲线 一、曲线超高 1．曲线超高的作用及设置方法 曲线超高是曲线外轨顶面与内轨顶面的水平高度之差。

列车在曲线上行驶时，由于离心力的作用，将列车推向外股钢轨。为抵消离心力将曲线外轨适当抬高，使列车自身重力产生的水平分力抵消离心力，使内外两股钢轨受力均匀和垂直磨耗均等，满足旅客舒适感，提高线路的稳定性和安全性。

2．曲线超高值的计算 曲线超高的大小由列车通过时离心力的大小确定。

离心力：C = m v2 / R 由两相似三角形有：
将v用V 代替：V=3.6v，S为两股钢轨中心距，S=1435mm，g=9.81m/s2，代入上式得：
对于任一半径的曲线，其外轨超高值的大小与列车运行速度的平方成正比。

我国《线规》规定：最大超高为150mm；
在单线铁路上，上、下行列车速度相差悬殊的地段，最大超高为125mm。

未被平衡超高允许值 未被平衡的超高使内外轨产生偏载，引起内外轨不均匀磨耗，并影响旅客的舒适度。因此必须对未被平衡的超高加以限制。《线规》采用值为：hgy一般取70mm，困难时取90mm，既有线提速改造时可取110 mm；

hgy一般取30mm，困难时取50mm。《修规》采用值为：
hqy一般应不大于75mm，困难情况应不大于90mm， hgy一般取30mm，困难时取50mm 。

二、最小曲线半径的计算 客货列车共线运行铁路的最小曲线半径的计算，主要满足旅客舒适度和轮轨磨耗均匀两个条件。其数值应采用其中的较大者，并取为50m的整倍数。

1.旅客列车最高行车速度要求 以最高速度通过时，最大欠超高不超过允许值。

式中：Vmax —— 旅客列车最高行车速度(km/h)；
取80km/h；

hmax——最大超高，取150mm；

hqy——允许欠超高，一般取70mm；
困难取90mm。

2.旅客舒适度与内外轨均磨条件要求 满足舒适与均磨的曲线半径应符合不等式：
式中：Vh ——列车设计速度(km/h)；
取80 hgy——允许过超高，一般取30mm；
困难取50mm。

根据《地下铁道设计规范》规定圆曲线标准半径，本区间段中设置最小半径350m。

2.2.3缓和曲线 缓和曲线是设置在直线与圆曲线或不同半径的同向圆曲线之间的曲率连续变化的曲线。

一、缓和曲线的线形 我国城市轨道线路中，一般行车速度不高，一直采用直线形超高顺坡的三次抛物线缓和曲线线形。我国目前设计的地铁，仍采用这种线形。

三次抛物线形缓和曲线的参数方程、直角坐标方程和外轨超高顺坡坡度的计算式分别为 参数方程：
直角坐标方程：
超高顺坡坡度：
式中x、y——缓和曲线上任意曲线点M的横、纵坐标；

——缓和曲线上任意曲线点M距ZH点的长度（m）；

——缓和曲线全长（m）；

R ——圆曲线半径（m）；

——缓和曲线上外轨超高(mm) 二、 缓和曲线长度计算 缓和曲线长度影响行车安全和旅客舒适，拟定标准时，应根据下列条件计算并取其较长者。

(1) 超高顺坡不致使车轮脱轨 (2)．超离时变率不致使旅客不适 (3)．欠超高时变率不致影响旅客舒适 综和以上三式，缓和曲线长度l0 的计算公式为：
且根据《地下铁道设计规范》规定缓和曲线长度的计算结果应进整为10m的整倍数。

(4). 缓和曲线长度的选用 根据以上计算和相关规定，本区间段中选用最小缓和曲线长度为80m。

三、缓和曲线间圆曲线的最小长度 在线路平面设计时，为保证圆曲线有足够的长度，曲线偏角α、曲线半径R 和缓和曲线长度 三者间应满足：
根据《地下铁道设计规范》规定：A型车缓和曲线和圆曲线间夹直线不应小于25m，该线路中采用30m。

四、 缓和曲线常数计算：
式中：——圆曲线延长部分所对应圆心角；

——缓和曲线的总偏角；

m——切垂距；

P——圆曲线内移量；

曲线综合要素计算：
切线长：；

曲线长：
外矢距：
切曲差：
曲线要素计算：
（一）、左线CK0+588.485的曲线，计算曲线要素。其中ɑ=62°，缓和曲线常数计算：
缓和曲线的切线角：
切垂距：
圆曲线内移量：
综合曲线要素计算：
切线长：
曲线长：
切曲差：
（二）、左线CK1+155.754的曲线，计算曲线要素。其中ɑ=38°，缓和曲线常数计算：
缓和曲线的切线角：
切垂距：
圆曲线内移量：
综合曲线要素计算：
切线长：
曲线长：
切曲差：
左线各控制点里程桩号：
表2-1左线各控制点里程桩号 点号 里程桩号 双港大道站 CK0+321.277 ZH CK0+442.380 HY CK0+502.380 YH CK0+674.590 HZ CK0+734.590 ZH CK0+936.329 HY CK0+996.329 YH CK1+315.179 HZ CK1+375.179 中山西路 CK1+375.179 右线各控制点里程桩号：
表2-1左线各控制点里程桩号 点号 里程桩号 双港大道站 CK0+321.277 ZH CK0+442.380 HY CK0+502.380 YH CK0+674.590 HZ CK0+734.590 ZH CK0+936.329 HY CK0+996.329 YH CK1+315.179 HZ CK1+375.179 中山西路 CK1+375.179 表2-3左线各控制点坐标 序号 控制点里程 隧道中心 X Y 圆心高程 1 盾构起点 DK10+983.818 54335.287 34736.303 4.7 2 ZY CK10+983.82 54180.368 34850.855 -0.3 3 HY CK11+223.82 54117.812 34894.547 -0.3 4 YH CK11+303.82 54057.563 34960.605 -0.3 5 YZ CK11+412.31 54009.537 34998.452 -0.3 6 ZY CK11+492.31 53649.537 35642.043 -0.3 7 HY CK12+182.193 53589.862 35772.336 -0.3 8 YH CK12+262.19 53550.432 35945.342 -0.3 9 HZ CK12+512.06 53489.049 36005.634 -0.3 10 盾构终点 DK12+855.727 53489.049 36226.644 4.7 表2-4右线各控制点坐标 序号 控制点里程 隧道中心 X Y 圆心高程 1 盾构起点 DK10+983.818 54344.41 34741.729 4.7 2 ZY CK10+983.82 54189.491 34856.281 -0.3 3 HY CK11+223.82 54126.935 34899.973 -0.3 4 YH CK11+303.82 54066.686 34966.031 -0.3 5 YZ CK11+412.31 54018.660 35003.878 -0.3 6 ZY CK11+492.31 53658.660 35647.469 -0.3 7 HY CK12+182.193 53598.985 35777.762 -0.3 8 YH CK12+262.19 53559.555 35950.768 -0.3 9 HZ CK12+512.06 53498.172 36011.060 -0.3 10 盾构终点 DK12+855.727 53498.172 36232.07 4.7 表2-5曲线要素汇总 转角 （） 半径曲线（m） 缓和曲线长度（m） 切线长（m） 曲线长（m） 1 18 600 80 135.1 268.495 2 42 450 80 212.96 409.86 2.3 区间线路纵断面设计 2.3.1线路纵断面设计的一般原则 (1)地铁线路纵断面设计要求保证列车运行的安全，平稳及乘客舒适，高架线路更要注意城市景观，坡段应尽量长。

(2)线路纵断面要结合不同的地形、地质及水文条件，并结合线路敷设方式与埋深，隧道施工方法、地面地下建筑物与基础情况以及线路平面条件等进行合理设计，力求方便乘客和降低工程造价。必要时，可以建议变更线路平面及施工方法。

(3)线路应尽量设计成符合列车运行规律的节奏型坡道。车站一般位于纵断面的高处，区间位于纵断面低处。除车站两端的节能坡道外，区间一般宜用缓坡，避免列车交替使用制动而增大牵引荷载。

2.3.2纵断面坡度 《地铁设计规范》 （GB 50157-2003）中关于线路纵断面坡度的规定；

（1）正线的最大坡度不大于30‰，困难地段可采用35‰，联络线、出入线的最大坡度不宜大于40‰（进不考虑各种折减值）。

（2）隧道内和路堑地段的正线最小坡度不宜小于3‰，困难地段在确保排水的条件下，可采用小于3‰的坡度；
地面和高架上正线最小坡度在采取了排水后不受限制。

（3）地下着站站台计算长度线路坡度宜采用2‰，在困难条件下，可设在不大于3‰的坡道上。

（4）竖曲线临界半径：坡道与坡道、坡道与平面的交点处发生变坡。列车通过变坡点时会产生附加加速度，车钩应力将发生变化，为保证列车平顺与安全，当两相邻坡段的坡度代数差大于或等于2‰时，应设置圆曲线型的竖曲线连接。

一、坡段特征表示 坡段特征主要由坡段长度和坡度值表示。

坡段长度Li为坡段两端变坡点间的水平距离(m)。坡度值i为该坡段两端变坡点的高差Hi(m)与坡段长度Li(m)的比值，以千分数表示，即：
i= (Hi/Li)×1000（‰） 坡度值i上坡取正值，下坡取负值。如坡度为10‰，即表示每千米上升10m。

二、坡段长度 两个坡段的连接点，即坡度的变化点，称为变坡点。坡段两端变坡点之间的水平距离称为坡段长度。

城市轨道交通线路坡段长度不宜小于远期列车长度。按每节车厢19.11m计算，当列车编组为6节车厢时，约为115m。

城市轨道交通线路不要求坡段长度取50m的整数倍。

三、坡段连接 相邻坡段坡度差的计算：
以代数差的绝对值表示，即 Δi=|i1-i2| (‰) 由于在城市轨道交通线路中，列车质量远小于货物列车，所以城市轨道交通相关规范均未对坡度数差加以限制。

2.3.3竖曲线 一、竖曲线定义 在线路纵断面变坡点处设置的与坡段线相切的曲线。

二、竖曲线半径取值 《地铁设计规范》 （GB 50157-2003）中规定的竖曲线半径的取值见下表 表2-6 竖曲线取值 线路 一般情况（m） 困难情况（m） 正线 区间 5000 3000 车站端部 3000 2000 联络线 2000 出入线 2000 该线路中取最小竖曲线半径为3000m，正线最大坡度不应大于30‰。

2.3.4节能纵坡的设置 一、节能纵坡的概念 所谓节能坡就是符合列车运行规律的节能坡道。即遵循“高站位、低区间”的设计原则。车站一般位于纵坡面的高处，区间位于纵坡面的底处。列车从车站起动后，借助下坡的动力将势能转化为列车动能，以缩短列车牵引时间快速起步，从而达到节约牵引能耗的目的。

二、能量转换分析 一切运动的物体都具有动能。物体的运动速度、质量越大，动能也就越大；
被举高的物体具有势能，物体的位置越高、质量越大，势能也就越大。而动能和势能之间又是可以相互转换的。

如图 1 所示。设进站前的坡长为 L，站台高度为 h，重力加速度为 g，列车的质量为 m，进站列车到达坡下 A 处时的速度为 V1，假设此时切断牵引电机的电源。则车辆在上坡过程中，若只受重力和轨道的支持力，车辆借助惯性，“冲”到站台上 B处的速度 V2。

图2-5节能纵坡示意图 根据能量守恒定律，在只有重力做功的条件下，物体的动能和重力势能相互转化，但机械能的总量保持不变。可以得出以下等式：
mv12/2=mv22/2+mgh 式中：v———速度，m/s；

h———高度，m；

g———重力加速度，9.8 m/s2；

m———为列车质量，kg。

从该式，可以看出与质量无关。

即：v12/2=v22/2+gh进站列车到达坡下 A 处时的速度为 V1，根据牵引计算图，进站制动初速一般为 40km/s，即 40km/h=11.11m/s。

车辆“冲”到站台上 B 处的速度 V2，一般可设定为 7 km/h，即 7 km/h=1.94 m/s。得出站台高度 h 为 6.11 m。

实际上列车上坡时，还受到其它阻力作用，所以站台高度一般可以设置为 5 m 较为合适。

三、节能坡的坡段长度 通过比较，在节能坡坡度相同条件下，250 m长的节能坡方案比其他方案多节能 3%~5%[2]，故推荐 80 km/h 的列车采用 200 m 长的节能坡坡段长度。

从上述的节能坡的坡度 22‰~26‰和节能坡坡段长度 200 m，也基本吻合能量转换分析得出的站台高度 5 m 的数值。

表2-7区间坡道汇总 起点里程 坡长 坡度 1 CK10+993.818 200 -25.008 % 2 CK11+523.313 300 -19.003 % 3 CK11+853.193 329.88 17.282 % 4 CK12+652.941 200 25.008 % 具体数据见纵断面图 图2-5区间线路纵断面概图（右线） 根据以上标准并结合实际情况，在CK11+193.82处设置一变坡点A，下坡坡度25‰;在CK11+822.31处设置一变坡点B,下坡坡度19‰;同理在CK12+885.73设置变坡点C,上坡坡度25‰。取B点图示：
图2-6变坡点B图示 第三章 隧道衬砌结构设计 3.1隧道内净空设计 3.1.1概述 地铁限界不仅制约着地铁车辆的外形尺寸,还直接影响到地铁工程土建部分的投资规模,对地铁造价有重要影响。确定一个既能保证车辆运行安全,又不增大隧道空间的经济、合理的断面是限界设计的任务和目的。

3.1.2地铁限界的概念与规定 限界是保障地铁安全运行、限制车辆断面尺寸、限制沿线设备安装尺寸、确定建筑结构有效尺寸的图形。根据不同的功能要求,地铁限界分为车辆限界、设备限界、建筑限界。

车辆限界是指车辆在直线地段正常运行状态下的最大动态包络线。所谓正常运行状态是指一系悬挂和二系悬挂在正常弹性范围内、易损件磨耗不过限等。高架或地面线车辆限界易受风荷载的影响,在计算时需要考虑,而这一点与隧道内是不同的。

设备限界是车辆在运行途中一系悬挂或二系悬挂发生故障状态时的动态包络线,用以限制安装设备不得侵入的一条控制线。

建筑限界是在设备限界基础上,考虑了设备和管线安装尺寸后的最小有效断面。建筑限界中不包括测量误差、施工误差、结构沉降、位移变形等因素。

本设计中采用整体式道床，曲线地段超高设置方法采用第一种设置方法，即内轨降低半超过，外轨抬高半超高。根据客流量预计，编组等因素确定车型。由于无客流量预计资料，本设计中车型选用A型车，最小曲线半径采用450m。

3.1.3隧道内净空计算 1.相关建筑尺寸 南昌地铁设计采用A型车，即车体长度22100mm，宽3000mm，高3800mm，车辆定距15700mm，转向架固定轴距2500mm，地板面距走行轨面高度1130mm 2.建筑限界加高 《地铁设计规范》（GB50157-2003），本区间圆形隧道应接全线盾构施工地段的最小半径确定隧道建筑限界加高，即采用R=450m进行建筑限界加高的计算。

凹形竖曲线：
凸形竖曲线：
式中：.——凹、凸形竖曲线半径（mm） ——车辆定距（mm） ——车辆固定轴距（mm） ——车辆长度（mm） 有公式可得 3. 曲线地段隧道净空 圆形隧道在曲线超高地段，应采用隧道中心线向线路基准线内侧偏移的方法解决轨道超高造成的内外侧不均匀位移量。位移量按以下公式计算。

式中——隧道中心线对线路基准线内侧的水平位移量（mm）：
——隧道中心线竖向位移量（mm）：
——隧道中心至轨顶面的垂向距离（mm）：
s——轨道标准轨距（mm）：
H——外轨超高（mm）。

本设计中，取h=120mm。

由公式可得：
：
其中 4. 隧道内净空确定 根据前述规定及计算，建筑限界采用直径为5200mm，考虑施工误差、测量误差、设计拟合误差、不均匀沉降等诸多因素确定的，根据技术要求，只要在施工过程中的控制措施得当，建筑限界5200mm的基础上再留有100mm的富余量，基本上均能满足要求，故本设计的隧道内径选用5500mm。

表3-1秋水广场～中山西路区间隧道主要工程规模 隧道内尺寸 5500mm 隧道外尺寸 6200mm 管片厚度 350mm 管片宽度 1200mm 单线全长 1889.5m 图3-1 隧道横断面图 3.2 施工方法选择 3.2.1现场条件 南昌市轨道交通1号线是轨道交通线网中一条L形的骨干线，在昌北新区线路呈S型，为南北走向，至红谷滩中心区世贸路附近折为东西向行走，下穿赣江，并在南昌老城区内形成东西向轨道交通主干线。规划一期工程起讫点为昌北至瑶湖的奥体中心，线路全长约28.27km。

本次在岩土工程勘察过程中，线路做了一次较大调整。秋水广场站始定于赣江中大道与会展路交汇处，经过线路变更后，定于赣江中大道与世贸路交汇处西侧。变更后起点秋水广场站至滨江大道站终点里程为ZK10+912.5～ZK12+767.5m，区间长度为1855米，其中过赣江河床的长度为1245米，隧道整体剖面上呈中部低，两侧高的倒人字形坡，隧道底标高为-9.10～1.60m。隧道顶板埋深为5.02～21.50米，拟采用盾构法施工方案，盾构直径约6.0m。本工程建设单位为南昌轨道交通有限公司，设计总体单位为上海市隧道工程轨道交通设计研究院，勘察监理单位为广州地铁设计研究院有限公司。

由于工期较紧，现场施工涉及的单位多、协调工作繁杂，建设单位在对各家勘察单位进行综合考察与比选后，最终决定将本工程段初、详勘工作委托我院承担。并决定初、详勘察工作一次性实施。

本工程为大型市政轨道交通工程，根据其工程的规模和特征，按《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB50307-1999）和《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）的规定，该工程为重要工程，破坏后果很严重，本工程的重要性等级为一级；
本工程建（构）筑物基础位于地下水位以下，地下水对本工程具不利影响，工程场地复杂；
工程沿线岩土种类较多，岩性不均匀，性质变化较大，据此确定本工程地基的复杂程度等级为中等复杂场地。综合确定本次勘察等级为甲级。

3.2.2隧道施工方法选择 1明挖施工法 通常在地面条件允许的情况下，地铁区间隧道宜采用明挖法，但对社会环境影响很大，仅适合在无人、无交通、管线较少之地应用，该方法现较少采用。

明挖法是指挖开地面，由上向下开挖土石方至设计标高后，自基底由下向上顺作施工，完成隧道主体结构，最后回填基坑或恢复地面的施工方法。根据本区间隧道的工程环境，交通繁忙，明挖法不适用。

2盖挖施工法 埋深较浅、场地狭窄及地面交通不允许长期占道施工情况下采用盖挖法施工。依据主体结构施工顺序分为盖挖顺作法、盖挖逆作法、盖挖半逆作法。该法是在既有道路上先完成周边围护挡土结构及设置在挡土结构上代替原地表路面的纵横梁和路面板，在此遮盖下由上而下分层开挖基坑至设计标高，再依序由下而上施工结构物，最后覆土恢复为盖挖顺作法；
反之先行构筑顶板并恢复交通、再由上而下施工结构物为盖挖逆作法。

此法可用于车站施工，对于区间隧道而言，工程造价过高，不宜采用。

3暗挖施工法 暗挖法是在特定条件下，不挖开地面，全部在地下进行开挖和修筑衬砌结构的隧道施工办法。暗挖法主要包括:钻爆法、盾构法、掘进机法、浅埋暗挖法、顶管法、新奥法等。其中尤以浅埋暗挖法和盾构法应用较为广泛，目前北京地区的隧道施工当中亦以该两种方法居多。

（1）钻爆法 我国地域广大、地质类型多样，重庆、青岛等城市处于坚硬岩石地层中，广州地铁也有部分区段处于坚硬岩石地层中，这种地质条件下修建地铁通常采用钻爆法开挖、喷锚支护（与通常的山岭隧道相当）。

钻爆法施工的全过程可以概括为：钻爆、装运出碴，喷锚支护，灌注衬砌，再辅以通风、排水、供电等措施。在通过不良地质地段时，常采用注浆、钢架、管棚等一系列初期支护手段。根据隧道工程地质水文条件和断面尺寸，钻爆法隧道开挖可采用各种不同的开挖方法，例如：上导坑先拱后墙法、下导坑先墙后拱法、正台阶法、反台阶法、全断面开挖法、半断面开挖法、侧壁导坑法、CD法、CRD法等。对于爆破，有光面爆破、预裂爆破等技术。对于隧道初期支护，有锚杆、喷混凝土、挂网、钢拱架、管棚等支护方法。及时的测量和信息反馈常用来监测施工安全并验证岩石支护措施是否合理。防水基本采用截、堵、排等几种方法，其中在喷射混凝土内表面张挂聚乙烯或聚氯乙烯板，然后再灌注二次混凝土衬砌被认为是一种效果良好的防渗漏措施。

（2）盾构法 盾构法施工是以盾构这种施工机械在地面以下暗挖隧道的一种施工方法。盾构(shield )是一个既可以支承地层压力又可以在地层中推进的活动钢筒结构。钢筒的前端设置有支撑和开挖土体的装置，钢筒的中段安装有顶进所需的千斤顶；
钢筒的尾部可以拼装预制或现浇隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装(或现浇)一环衬砌，并向衬砌环外围的空隙中压注水泥砂浆，以防止隧道及地面下沉。盾构推进的反力由衬砌环承担。盾构施工前应先修建一井，在竖井内安装盾构，盾构开挖出的土体由竖井通道送出地面。

盾构法的主要优点:除竖井施工外，施工作业均在地下进行，既不影响地面交通，又可减少对附近居民的噪声和振动影响；
盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施易于管理，施工人员也比较少；
土方量少；
穿越河道时不影响航运；
施工不受风雨等气候条件的影响；
在地质条件差、地下水位高的地方建设埋深较大的隧道，盾构法有较高的技术经济优越性，适宜采用。

（3）掘进机法 在埋深较浅、但场地狭窄和地面交通环境不允许爆破震动扰动，又不适合盾构法的松软破碎岩层情况下采用。该法主要采用臂式掘进机开挖，受地质条件影响大。可以采用，但不够经济，且工期较长。

（4）浅埋暗挖法 浅埋暗挖法又称矿山法，起源于1986年北京地铁复兴门折返线工程，是中国人自己创造的适合中国国情的一种隧道修建方法。该法是在借鉴新奥法的某些理论基础上，针对中国的具体工程条件开发出来的一整套完善的地铁隧道修建理论和操作方法。与新奥法的不同之处在于，它是适合于城市地区松散土介质围岩条件下，隧道埋深小于或等于隧道直径，以很小的地表沉降修筑隧道的技术方法。它的突出优势在于不影响城市交通，无污染、无噪声，而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。

（5）顶管法 顶管法是直接在松软土层或富水松软地层中敷设中小型管道的一种施工方法。适用于富水松软地层等特殊地层和地表环境中中小型管道工程的施工。主要由顶进设备、工具管、中继环、工程管、吸泥设备等组成。

4混合法 可以根据地铁隧道的实际情况，在地铁隧道的施工过程中采用以上2种或2种以上的方法同时使用，称其为混合法。本区间隧道工程地质情况相似，不宜采用混合法。

5施工方法确定 通过以上论述，对各个施工方法进行比较，结合工程的现实条件，区间隧道地处闹市，交通繁忙，根据线路布置情况，隧道穿越地段地表主要为现状路面及高层建筑，穿越地层主要为粘土层，从各施工方案的工程材料、机械设备、施工顺序、施工方法、施工人员，环境影响因素及施工条件的变化等方面考虑，结合经验，综合以上工程地质和水文地质条件以及环境条件，各种施工方法的特点，采用盾构法施工最为合适。

3.3 隧道衬砌管片结构设计 隧道衬砌是承受隧道周围水、土等荷载，以确保隧道结构的净空和安全的地下结构，属于永久构造物。随着社会不断地向工业化和机械化发展，隧道施工也提出向工业化和机械化改进，于是随着隧道施工机械化的发展，出现了装配式隧道衬砌。这种衬砌是将若干在工厂或现场预制的构件运入坑道内，用机械拼装而成，一经装配，即可承受围岩压力。这种衬砌具备下列优点：
(1) 经装配成环，不需养生时间，即可承受围岩压力；

(2) 大量构件可以在工厂成批生产，在洞内进行机械化拼装，从而改善了劳动条件，节省了劳动力；

(3) 拼装时，不需要临时支护如拱架、模板等，从而节省了大量的支撑材料及劳动力；

(4) 拼装因采用了机械化而提高，缩短了工期，还可能降低造价。

当然，这种衬砌也存在一些缺点，例如在坑道内需要足够的拼装空间，制备构件的尺寸要求有一定的精度，接缝多，防水较困难等。

3.3.1管片的分块 盾构隧道的衬砌有多块预制管片在盾尾内拼装而成，管片环的分块主要由管片制作、运输、安装等方面的实践经验确定，但应满足受力要求。从过去的经验及实际运用情况来看。地铁隧道分块为6~8块较多。该设计中采用6块式的。三片A型管片、两块B型管片和一块封顶的K型管片组成，K型管片有从隧道内侧插入的（半径方向插入型），也有从隧道轴方向插入的（轴方向插入型）。该区间中采用轴方向插入型。

3.3.2管片的拼装 盾构隧道的拼装方式有两种，通缝拼装和错缝拼装。通缝拼装时，管片衬砌结构的 整 体 刚 度 较 小 ，导 致 变 形 较 大 、内 力 较 小 。而 采 用 错 缝 拼 装 时，管 片 衬 砌 结 构的 整 体 刚度 较 大，导 致 变 形 较 小 、内 力 较 大 。同 时 错 缝 拼 装 时 ，要 求 纵 向 螺 栓的布置能够进行一定角度的错缝拼装，因此，对于管片的分块设计要求比通缝拼装条件下要高。错缝拼装的偏转角度根据纵向螺栓的布置而定，可以两环一组错 缝 拼 装 ，也 可 以 三 环 一 组 错 缝 拼 装，通常K型管片放在隧道拱顶范围以内。该区间断采用错缝式拼接。

图3-2管片安装位置展开图 3.3.3管片的尺寸拟定 根据盾构隧道覆土深度，周围环境，工程地质条件，本工程盾构隧道衬砌方案初步选为：衬砌厚度为350mm，外径为Φ6200mm，环宽1200mm。由于此工程接缝刚度要求易满足，为使管片安装方便快捷，施工进度快，此隧道采用单层衬砌，衬砌采用预制平板型钢筋混凝土管片。混凝土强度为C55。衬砌环全环由封顶块（K）邻接块（B1）、（B2）各一块、标准块（A1）、（A2）、（A3）构成，共计6块，接缝分别设置在内力较小的8°、73°、138°处。

最外侧圆周长18840mm；

内侧圆周长16956mm（如图所示） 图3-3衬砌管片横断面 3.4 衬砌管片在平、竖曲线上的设计与排版 以沈阳地铁一号线为例，由于曲线的存在就要用标准环与转弯环配合使用。主要通过楔形环的设计，确定城市地铁盾构隧道在曲线上掘进时楔形环与标准环的配比，以适应线路的走势，从而实现在各种曲线上管片环手动排版。

3.4.1楔形量(δ)及楔形角(β)的计算 假设最大宽度为a，最小宽度为b，有 （a+b）/2=1200 根据日本学者调查发现，在考虑曲线半径、衬砌外径、管片宽度和在曲线段使用楔形衬砌环所占的百分比之后得出：
当管片内经为5.5m的时候楔形量为30-60mm；

第一段曲线线路楔形量及楔形角的计算 式中：——圆心角；

——楔形环楔入量；

U——m标准环及楔形环n比值；

——分别为楔形环的内外侧宽；

、、 ——分别为管片的中心弧长、外弧长和内弧长；

图3-4楔形环纵断面图 计算可得：
n=3 =48mm 由计算可得，该段圆曲线中由三块标准环加一块楔形环混合使用。

3.4.2楔形环各管片尺寸拟定 下面为三种管片单独设计得出的结果如图示：
图3-5 A1楔形块尺寸图 图3-6 A2楔形块尺寸图 图3-7 A3楔形块尺寸图 图3-8 B1楔形块尺寸图 图3-9 B2楔形块尺寸图 图3-10 K块楔形尺寸图 详细配筋图见CAD图纸。

3.5缓和曲线上转弯环的排版 在缓和曲线段内，缓和曲线切线角β与一环转弯环的偏转角θ的比值即为曲线上所需管片的数量。

区间管片技术参数如下：
管片长度：1200ｍｍ；
　　　　　　 管片厚度：350ｍｍ；

管片内径：5500ｍｍ；

管片外径：6200ｍｍ；

转弯环楔形量：48ｍｍ；

右线JD1的曲线要素如下：
表3-2 右线JD1的曲线要素 ay ZH CK11+223.82 R 600 I 80 HY CK11+303.82 T 135.1 QZ CK11+369.97 L 268.495 YH CK11+436.49 E 7.92 HZ CK11+501.27 由相关数据计算可得：
N=β/θ=9.15(环) N——单条缓和曲线需加设的弯环管片用量 由此可以看出在该条单条缓和曲线上需放9.15环转弯环管片，但是管片都要成环拼装，0.15环就要和圆曲线组合综合考虑了，整条曲线的弯环数按取整数进行取舍，如果有不足一环的管片存在，就可以多拼出一个转弯环，而不能少拼，即拼41环。

缓和曲线上转弯环管片位置确定 考虑切线角β累计超过转弯环偏转角θ的一半时即应该放置一个转弯环管片，可以计算出当β＝θ、2θ、3θ、4θ……时所对应曲线长，即将每一个弯环所对应的曲线长度逐个计算出来。再通过曲线位置计算出转弯环在线路上的具体里程。从表中可以清楚的看出每个转弯环管片准确的位置。

表3-3 右线JD1缓和曲线中转弯环位置 曲线要素 JD8 备注 R--600 LS-80 转弯环数 β ｌ（ｍ） 里程 　 第1环 θ 13.077 CK11+239.897 　 第2环 2θ 24.650 CK11+252.47 　 第3环 3θ 34.241 CK11+262.061 　 第4环 4θ 44.599 CK11+271.419 　 第5环 5θ 53.232 CK11+279.052 　 第6环 6θ 61.372 CK11+286.192 　 第7环 7θ 68.150 CK11+291.97 　 第8环 8θ 74.648 CK11+298.468 　 第9环 9θ 79.919 CK11+303.739 需综合圆曲线一同考虑　 得出上表后，曲线的整体情况及始发里程、联络通道位置等具体情况将转弯环管片放置在相应的里程即可。

用同样的方法可以算出第二段曲线线路楔形量及楔形角 n=2 =49.6mm 由计算可得，该段圆曲线中由两块标准环加一块楔形环混合使用。

该段缓和曲线上转弯环的排版 在缓和曲线段内，缓和曲线切线角β与一环转弯环的偏转角θ的比值即为曲线上所需管片的数量。

区间管片技术参数如下：
管片长度：1200ｍｍ；
　 管片内径：5500ｍｍ；
　　　　　　 管片厚度：350ｍｍ；

管片外径：6200ｍｍ；

转弯环楔形量：49.6ｍｍ；

右线JD8的曲线要素如下：
表3-4 右线JD2的曲线要素 ay ZH CK12+182.193 R 450 I 80 HY CK12+262.193 T 212.96 QZ CK12+369.97 L 409.868 YH CK12+469.49 E 13.63 HZ CK12+506.35 由相关数据计算可得：
N=β/θ=11.14(环) N——单条缓和曲线需加设的弯环管片用量 各个转弯环管片准确的位置为：
表3-5 右线JD1缓和曲线中转弯环位置 曲线要素 JD8 备注 R--450 LS-80 转弯环数 β ｌ（ｍ） 里程 　 第1环 θ 15.077 CK12+197.277 第2环 2θ 26.156 CK12+208.349 第3环 3θ 35.578 CK12+217.771 第4环 4θ 44.650 CK12+226.843 第5环 5θ 50.241 CK12+232.434 第6环 6θ 56.599 CK12+238.792 第7环 7θ 61.232 CK12+243.425 第8环 8θ 66.372 CK12+248.565 第9环 9θ 72.150 CK12+254.343 第10环 10θ 76.648 CK12+258.841 第11环 11θ 79.968 CK12+262.161 需综合圆曲线一同考虑　 3.6 竖曲线上盾构环的排版 考虑到竖曲线用圆曲线拟合时,一般其半径都比较大,以沈阳地铁一号线为例,竖曲线半径采用3000m和5000m两种,R=3000m的竖曲线为例,通过计算可以得出曲线上所需标准环与楔形环的比例为u=19∶1,可见比例悬殊,因此在有竖曲线或平、竖曲线交叉段管片排版时,就不考虑竖曲线的影响,只考虑平曲线的影响,至于因竖曲线而导致的累计误差,则用石棉橡胶板等作嵌缝材料来调整和纠偏,如图所示：
图3-11 因竖曲线引起的管片纠偏图 3.7 盾构结构内力计算 惯用法为当前工程设计中普遍采用的方法，由结构力学公式推导，惯用法所采用的计算荷载如图所示; 图3-11（修正）惯用法的荷载系统 3.7.1 地基土的构成与特征 （1）区间内土层特性表 秋水广场-中山西路区间沿线地层由上至下土层主要见表3-6。

表3-6 区间内土层特性表 地层 代号 土层名称 顶板埋深（m） 顶板标高（m） 土层描述 ①2 素填土 0.00 16.16~25.99 均有分布，以杂填土为主，含少量碎石等，局部以素填土为主，含植物根茎等。

②2 淤泥 0.00~ 5.80 4.32~ 19.82 内含有机质、少量石子、垃圾等。

②3 细砂 0.00~ 12.00 6.71~ 18.27 均有分布，可塑，均匀，含少量铁锰质结核，及氧化铁锈斑，由上而下土质变软，中～高压缩性。

②5 粗砂 0.00~ 18.5 6.40~ 14.45 均有分布，流塑，均匀，夹少量极薄层粉砂，见零星贝壳碎屑，局部呈淤泥质粉质粘土，中压缩性。

②6 砾砂 0.00~ 17.90 3.91~ 13.83 流塑，欠均匀，夹薄层粉土、粉砂，局部为淤泥质，高压缩性。

②7 圆砾 0.00~ 21.00 1.68~ 14.36 软塑，均匀，含少量泥钙质结核及半腐植物根茎，部分孔下部呈粉质粘土，高压缩性。

②8 卵石 4.00~ 18.60 4.14~ 6.15 很湿，稍密～中密，尚均匀，含云母，夹少量粘性土，局部呈粉砂，中压缩性。

⑤1-2 中风化泥质粉砂岩 6.10~ 24.20 3.23~ -2.09 场区局部缺失，可塑，均匀，含少量铁锰质结核及氧化铁斑点，中压缩性。

（2）地基土物理力学性质 各地层地基土物理力学特性详见表3-7。

表3-7 地基土物理力学性质 地层 代号 地层 名称 天然重度KN/m3 内摩擦角 Φ（0） 内聚力 C(kPa) 围岩 类别 ①2 素填土 17.8 Ⅰ ②2 淤泥 18.0 19.3 28 Ⅰ ②3 细砂 19.0 28.6 25 Ⅰ ②5 粗砂 19,0 33.5 23 Ⅰ ②6 砾砂 19.5 23.5 26 Ⅰ ②7 圆砾 21 23.5 26 Ⅰ ②8 卵石 18.0 19.3 28 Ⅰ ⑤1-2 中风化泥质粉砂岩 23.2 40.08 26.2 Ⅰ 3.7.2 工况选择 一、最大荷载断面 选取隧道埋深最深的工况进行分析，根据秋水广场站～滨江大道站区间隧道剖面图，竖向荷载最大处盾构隧道顶标高4.5m、地面标高26m。

结构设计时，考虑了基本使用阶段+特殊荷载组合阶段可能出现的最不利荷载组合进行结构强度、刚度和裂缝张开量等验算。

二、 土层情况 根据工程地质剖面图，可得工况的土层地质的分布情况，见下图工况隧道断面土层分布图。

图3-12 隧道荷载最大处断面土层分布图 3.7.3 荷载计算及组合 区间隧道外径为F6200mm，内径为F5500mm。衬砌采用预制钢筋混凝土管片，混凝土强度为C55。荷载计算取b=1m的单位宽度进行计算，同时根据管片所处地层多为粉砂或粉土，且其中多夹杂含砂土，在计算水土压力时用水土分算的方法。

一、基本使用阶段的荷载计算 1.衬砌自重 式中 ——衬砌自重，；

——钢筋混凝土容重，取为25；

——管片厚度，m。

将已知数值带入计算可得：
g =250.35=8.75。

2.衬砌顶部竖向地层压力 式中 ——衬砌拱顶竖向地层压力，；

——衬砌顶部以上各个土层的容重，在地下水位以下的土层容重取其浮重度，；

——衬砌顶部以上各个土层的厚度，m。

3.拱背部的土压力 式中 ——衬砌拱背竖向地层压力，；

——拱背均布荷载，；

——衬砌拱背覆土的加权平均容重，；

——衬砌圆环计算半径，m。

将已知数值带入计算可得：
4.地面超载 由于本隧道埋深不是很深，故须考虑到地面超载的影响，取地面超载为20 kPa，并将它叠加到竖向土压上去，再加上的自重，故总的竖向土压力为：
5.侧向水平均匀土压力：
式中 ——侧向水平均匀土压力，；

——衬砌环直径高度内各土层内摩擦角加权平均值，（º）；

c——衬砌环直径高度内各土层内聚力加权平均值，；

隧道主要穿过土层⑥2，故φ取39.26°，c取26.1。

将已知数值带入计算可得：
6.侧向三角形水平土压力：
式中 ——侧向三角形水平土压力，；

——衬砌环直径高度内各土层重度的加权平均值，kN/m3。

由于隧道主要穿过土层8，故γ0为13.4 ；

将已知数值带入计算可得：
7.静水压力 水位距离隧道顶部的高度为15.5m。

8.衬砌拱底反力 式中 ——水的容重，取为10 kN/m3。

将已知数值带入计算可得：
(2)考虑特殊荷载作用 本设计中特殊荷载指人防、地震荷载等。竖向特殊荷载取Pv1=100，侧向特殊荷载取Ph1=40。

对基本使用阶段和特殊荷载阶段两种情况下进行计算。由于结构对称，取左半衬砌圆环进行分析，将其均分为九个部分，各部分分别为0º、22.5º、45º、67.5º、90º、112.5º、135º、157.5º、180º，其中0º表示衬砌圆环垂直直径处，22.5º为0º处逆时针22.5º处，以此类推。

计算中弯矩用表示，轴力用表示，终值由结构在各种荷载作用下得到的内力经过叠加得到，各断面内力系数表如下表3-8。

根据表3-8中内力计算公式进行计算，结果见表3-9。

由于本工程所采用的管片设计宽度为b=1.2m，而荷载计算是按管片宽度b=1m计算所得，所以最终荷载应在b=1m计算基础上乘以1.2的系数。将内力组合汇总如下表 表3-8 断面内力系数表 荷载 截面 位置 截面内力 荷载 自重 0～π 上部 荷载 0～π/2 π/2～π 底部 反力 0～π/2 π/2～π 水压 0～π 均布 测压 0～π △测压 0～π 表3-9 管片内力计算一览表 截面位置 基本使用阶段 特殊荷载阶段 M（kN·m） N（kN） M（kN·m） N（kN） 0° 453.954 812.562 189.433 96.294 22.5° 213.119 871.638 47.303 120.801 45° -38.072 1132.507 -24.438 195.772 67.5° -215.625 1321.996 -66.285 263.757 90° -379.121 1408.204 -148.091 301.712 112.5° -249.718 1386.976 -71.287 286.887 135° 41.838 1094.209 12.894 254.673 157.5° 217.909 935.492 74.821 193.673 180° 467.238 852.581 202.329 152.806 由于本工程所采用的管片设计宽度为b=1.2m，而荷载计算是按管片宽度b=1m计算所得，所以最终荷载应在b=1m计算基础上乘以1.2的系数。将内力组合汇总如表 表3-10 管片内力组合一览表 截面位置 内力组合 1.2m管片内力组合 M（kN·m） N（kN） M（kN·m） N（kN） 0° 643.388 908.857 772.065 1090.628 22.5° 260.423 992.438 312.507 1190.926 45° -62.510 1328.277 -75.012 1593.933 67.5° -281.911 1585.754 -338.293 1902.905 90° -527.213 1709.917 -632.655 2051.900 112.5° -321.006 1673.863 -385.207 2008.636 135° 54.732 1348.882 65.679 1618.659 157.5° 292.730 1129.165 351.276 1354.998 180° 669.568 1005.387 803.481 1206.465 根据计算所得的内力图绘出衬砌的内力组合图如下：
图3-13 衬砌内力组合图 由内力组合值可知，弯矩在拱底处=180°取得正的最大值（管片内侧受拉，M=803.48kN·m），在=90°的时候取得负的最大值（管片外侧受拉，M=-632.66kN·m）；
轴力在=90°时取得最大值N=2051.9kN。

3.7.4衬砌配筋计算 管片配筋取衬砌结构承受弯矩最大值作为设计依据，在内力组合中得出的结果，在=180°时截面内侧受拉弯矩最大，=90°时截面外侧受拉弯矩最大。故按=180°时的截面进行内排钢筋设计，按=90°时的截面进行外排钢筋设计。根据《混凝土结构设计规范》，并参考文献《盾构法隧道施工技术及应用》，按偏心受压构件进行截面配筋设计。

（1）对衬砌管片进行内排配筋 =180°时：
弯矩M=803.48 kN·m；

轴力N=1206.46 kN。

管片钢筋选定为HRB335（20MnSi）型热轧钢筋，选用混凝土等级为C55混凝土。h=350mm，h0= h – as=h-50=300mm。

mm ea=20mm（ea取20和11.7 mm较大者） ei=e0+ea=666+20=686mm>0.3×300=90mm 式中 e0——截面的初始偏心距，mm；

ea——轴向力在偏心方向上的附加偏心距，mm；

ei——修正截面初始偏心距，mm；

——混凝土的保护层厚度，mm；

h——管片的厚度，mm。

所以，初判属大偏心受压情况。

将已知数值带入计算可得：
mm 式中 e——轴向力到受拉钢筋合力点的距离，mm；

——截面的偏心距增大系数，取为1.0；

对受压面配筋：
式中 ——矩形应力图强度与受压区混凝土最大应力的比值；

——混凝土的抗压强度设计值，N/mm2；

——管片宽度，mm；

——界限相对受压区高度；

——钢筋屈服强度设计值，N/mm2；

——截面的有效高度，mm。

根据选定的Ⅲ级HRB335钢筋和C55混凝土，查表可得：
=1.0；

=25.3N/mm2；

=1.2m；

=0.508；
=300 N/mm2；

=300mm。

将已知数值带入计算可得：
= –1521.87mm2<0。

为负说明混凝土受压强度已经足够，按最小配筋率计算。

最小配筋率ρmin：
查表得：
=1.96 N/mm2；
==300 N/mm2；

0.294% 式中 ——最小配筋率；

——混凝土的抗拉强度设计值，N/mm2；

——钢筋的屈服强度设计值，N/mm2。

式中 b——管片宽度，mm；

——截面的有效高度，mm。

将已知数值带入计算可得：
mm2。

由于受压区采用最小配筋，则要重新计算受压区高度：
式中 ——等效矩形应力图强度与受压区混凝土最大应力fc的比值；

——混凝土的抗压强度设计值，N/mm2；

——管片宽度，mm；

——轴向力到受拉钢筋合力点的距离，mm；

——钢筋屈服强度设计值，N/mm2；

——截面的有效高度，mm；

——截面承受的最大轴力，kN。

将已知数值带入计算可得：=103.1 mm>2as 对受拉面配筋：
式中 α1——矩形应力图强度与受压区混凝土最大应力的比值；

——混凝土的抗压强度设计值，N/mm2；

——管片宽度，mm；

——钢筋屈服强度设计值，N/mm2；

——截面承受的最大轴力，kN。

其余各符号的解释与前面一致。

将已知数值带入计算可得：
mm2 ；

故=6015.01 mm2。

（2）对衬砌管片进行外排配筋 θ=90°时（与内排配筋步骤相同）：
弯矩M=-632.66kN·m ；

轴力N=2051.9kN；

=308mm，ea=20 mm（ea取20和=11.7 mm较大者）；

ei= e0+ ea =308+20=328mm>0.3h0=0.3×300=90 mm；

mm。

对受压面配筋：
式中各符号的解释与前面一致。

将已知数值带入计算可得：
= -1832.49mm2<0 为负说明混凝土受压强度已经足够，按最小配筋率计算。

最小配筋率ρmin：
=mm2。

由于受压区采用最小配筋，则要重新计算受压区高度：
式中 ——等效矩形应力图强度与受压区混凝土最大应力fc的比值；

——混凝土的抗压强度设计值，N/mm2；

——管片宽度，mm；

——轴向力到受拉钢筋合力点的距离，mm；

——钢筋屈服强度设计值，N/mm2；

——截面的有效高度，mm；

——截面承受的最大轴力，kN。

将已知数值带入计算可得：=106.1 mm>2as =100 mm。

对受拉面配筋：
式中 各符号的解释与前面一致。

将已知数值带入计算可得：
故As=4687.65mm2。

综合1、2所计算的数据，同时考虑到结构的重要性系数为1.1，对于管片的配筋如下：
内筋为7Φ36@183，面积为7125mm2；
外筋为7Φ32@813，面积为5630 mm2。

验算总的配筋率 =3.5%>ρmin=0.294% 式中 ——内部配筋的计算面积，mm2；

As ——外部配筋的计算面积，mm2。

式中 ——内部配筋的计算面积，mm2；

As ——外部配筋的计算面积，mm2。

故有：<<，满足配筋要求。所设计的主筋满足要求。

标准环管片配筋为：
经上述各项验算，设计的成果为：衬砌管片厚度为350，每环宽为1200mm，管片混凝土强度等级为C55。管片配筋时， 主筋种类采用HRB335。

管片的配筋如下：
内筋为7Φ36@183，面积为7125mm2；

外筋为7Φ32@183，面积为5630 mm2。

架立筋选用Ф10@200钢筋 图3-14标准环向配筋示意图 3.7.5管片螺栓接头设计 管片通过环向接头与纵向接头连接在一起，基本的接头形式有直螺栓接头和弯螺栓接头两种。通常环向接头需要做设计计算，纵向接头省略计算，只做构造处理。

图3-15螺栓接头计算 螺栓强度条件：
式中T——螺栓实际承载的拉力；

——螺栓钢筋的设计抗拉强度；

——螺栓钢筋截面面积；

取两管片内缘接触点的和力矩为0的静力平衡条件，即,有 式中 e——轴力偏心距；

b——螺栓至管片轴线的距离。

由,得 代入数据可得：
根据管片结构需要，横向螺栓钢筋配置为2根HRB400（20MnSiV） 热轧钢筋，2Φ30。

3.7.6预埋件设计 起吊管片预埋件设置在管片内弧面轴心处，为保证搬运拼装安全，以最重管片标封底块（180º）为例，对预埋件进行抗拔计算：
式中 γh——衬砌管片重度，25 kN/mm3；

——管片的体积，m3。

将已知数值带入计算可得：
kN。

根据管片重量，预埋件的锚筋配置为3根HRB400（20MnSiV） 热轧钢筋，3Φ16，=603。安全系数为：
将已知数值带入计算可得：
满足要求。

3.8相关验算 3.8.1接缝张开量计算 因为弹性密封垫采用遇水膨胀橡胶与氯丁橡胶复合垫，其弹性模量E很小，故用假定环向螺栓达到允许应力时衬砌外侧的张开量作为验算标准。此时，N/mm2。

内侧螺栓伸长：
mm 衬砌外侧张开量：
<3 式中 ——弹性密封垫的宽度，mm；

——螺栓钢筋弹性模量，E=（HRB235）。

所以满足弹性密封条的防水适应能力。

图3-16接缝张开量计算简图 3.8.2千斤顶作用下局部承压计算 圆形衬砌外径Φ6200mm，内径Φ5500mm。暂选盾构盾尾厚度为40mm，盾尾间隙一般为25~40mm，取30mm，那么盾构外径为6340mm，盾构千斤顶中心线直径5815mm，盾构千斤顶共24台，每台最大顶力F为1500，顶块受力面积尺寸为695mm×300mm。由混凝土结构设计规范：
式中 ——衬砌管片重度，kN/m3；

——管片的体积，m3；

——衬砌管片的外半径，m；

——衬砌管片的内半径，m。

将已知数值带入计算可得：
=1.5×0.9×27.5×104250=3869 >=1500 满足局部承压要求。

3.8.3抗浮验算 根据隧道断面土层分布情况，取本隧道覆土最浅处进行抗浮验算，正如图4.1所示的④-④截面，隧道顶覆土为8.8m。

浮力：
式中 ——隧道衬砌圆环体积，；

——隧道外径，6.2m；

将已知数值带入计算可得：
=301.9。

（2）结构自重：
将已知数值带入计算可得：
（3）隧道覆土重：
式中 ——覆土深度，m；

——第i层土的重度，地下水位之上取浮容重，。

将已知数值带入计算可得：
0kN。

（4）抗浮系数：
将已知数值带入计算可得：
（1.1为最小抗浮安全系数），满足要求。

第四章 隧道结构防水设计 4.1 管片防水 管片防水包括管片本体防水和管片外防水涂层。

根据隧道所处的水文地质条件，应对管片本体的抗渗性能做出明确规定，并不得小于S8。对于钢筋混凝土管片来说，制作质量。工艺和外加剂的使用对提高管片本体的抗渗效果明显。

对钢筋混凝土管片而言涂料有以下要求：
（1）涂层应能在盾尾密封钢丝刷与钢板挤压下不损伤抗渗水能力。

（2）当管片弧面的混凝土裂缝宽度达到0.3mm时，仍能抗0.8Mpa的水压，长期不渗漏。

（3）涂层应具有良好的抗化学腐蚀性能、抗微生物侵蚀性能和耐久性。

（4）涂层应具有防迷流功能，其体积电阻率、表面电阻率要高。

（5）涂层要有良好的施工季节适应性，施工简便，成本低廉。

图4-1盾构管片接缝防水 4.2 管片接缝防水（1）——弹性密封垫防水 管片接缝防水包括管片间的弹性密封垫防水、隧道内侧相邻管片砌缝间的防水。其中弹性密封垫是接缝的首道防线，也是接缝的主要防线。当然，管片制作精度对接缝防水的影响不可忽视，一般要求接缝宽度不应大于1.5mm。

关于弹性密封垫的要求如下：
（1）弹性密封垫在管片张开量为6mm时仍能承受0.6Mpa的水压。

（2）弹性密封垫的功能要求。一般情况下，要求弹性密封垫能承受实际最大水压的3倍。衬砌环缝的密封垫还应在衬砌产生纵向变形时，保持在规定的水压力作用下不透水，即密封垫在设计水压的允许张开值应大于衬砌在产生纵向绕曲时环缝的张开值， （3）密封垫要能长时间保持接触面不松弛。

（4）建议选用现在工程中使用较多的水膨胀密封材料。

4.3 管片接缝防水（2）——嵌缝密封防水 接缝防水的另一种措施就是在衬砌管片内弧侧预留嵌缝槽，管管片拼装完毕后在预留凹槽内采用密封胶进行嵌缝密封（如下图所示）。

图4-2环、纵缝密封嵌缝做法 4.4 接缝注浆 接缝注浆是近年来开发的一门新技术，对于重要的盾构隧道工程，可以在接缝面设置供注入密封剂的浅沟槽。即在管片四边端面上设置灌注槽，管管片拼装成环之后，由隧道向管片的灌注槽内注入密封剂。要求压注的材料密封性好，具有膨胀性，固结后无收缩，如弹性聚氨酯类浆液。

4.5 螺栓孔和压浆孔防水 螺栓与螺栓孔或压浆孔之间的装配间隙是渗水的重要通道，所采取的防水措施就是用塑性（合成树脂类、石棉沥青）或弹性（合成橡胶放在螺口之间，在拧紧螺栓时，密封圈受挤压变形充填在螺栓与孔壁之间，达到止水效果，如图）对每一个螺栓孔、注浆孔均设置密封垫圈。密封圈应具有良好的伸缩性、水密性耐螺栓拧紧力、耐老化等。

图4-3 螺栓孔和压浆孔防水构造 4.6 防水材料的技术指标及施工要求 1、衬砌外防水涂料 表4-1涂料成分指标 项目 指标 涂料成分 聚氨酯 与混凝土粘接强度 ≧≥0.6 抗冲击（50kg·cm） 无明显痕迹 不透水性（0.8Mpa·两小时） 不透水 基层2mm开展时 涂层不破 耐腐蚀遇低强度酸碱 涂层无变化 2、弹性密封材料 （1）材料：三元乙丙橡胶硫化而成。

（2）尺寸精度：成品尺寸允许误差为。

纵向差：（+3mm，-5mm）；

环向差：（+5mm，-10mm） 高度差：±0.5mm 宽度差±：1.0mm 接头差：±0.5mm （3）弹性密封垫用胶粘剂 材料：单组成分氯丁——酸醛胶粘剂 技术指标 表4-2弹性密封材料具体指标 项目 指标 氯指数 37 粘接面剪切强度（Mpa） 橡胶与不锈钢板 ≧≥4 橡胶与水泥 ≧≥0.27 橡胶与橡胶 ≧≥0.3 4.7 防水材料的具体施工要求 1、三元乙丙橡胶密封前须在工厂进行硫化复合，并形成橡胶圈。

2、封顶快两侧的橡胶在拼装前需在表面涂抹润滑剂，封顶块邻接块纵缝弹性密封垫内需设置尼龙绳以限制插入式橡胶条的拉伸。尼龙绳在生产封顶块密封垫时已嵌入密封垫中部。

第五章 地铁隧道施工监控测量设计 5.1概述 施工监控测量主要是在施工中各种数据相互印证，确保监测结果的可靠性，为确保周围建筑物的安全，合理确定施工参数提供依据，达到反馈指导施工的目的。

监控测量的主要对象是地层，支持结构和周围环境。监测的主要项目是地表和深层土体的沉降、水平位移，地下水压力和水位，建筑物沉降量与倾斜，地下管线沉降，支持结构内力、变形等。

测量的信息能够做到以下几点：
①准确的预估破坏和变形等未来动态，对设计参数和施工过程加以监控，以便及时掌握围岩动态而采取适当的措施（如预估最终位移值，根据监控基准调整修改盾构施工参数等）。

②满足作为设计变更的重要信息和各项要求，提供设计，施工所需要的重要参数（初始位移速度，作用荷载）。

5.2 监测项目 表5-1 监测项目明细 监测项目 仪器 目的 监测频率 地表沉降 NA2002精密水准仪、钢尺 掌握隧道施工过程中对周围土体，地下管线和周围建筑物的影响程度及影响范围 开挖面距量测面前后<2B时1-2次/天; 开挖面距量测面前后<5B时1次/2天; 开挖面距量测面前后>5B时1次/周; 地下管线沉降 建筑物沉降 建筑物倾斜 Leica1800全站仪、反射片 隧道顶拱下沉 收敛仪、NA2002精密水准仪 了解隧道施工过程中初期支护结构变位规律及大小 开挖面距量测面前后<2B时1-2次/天; 开挖面距量测面前后<5B时1次/2天; 开挖面距量测面前后>5B时1次/周; 隧道净空收敛 地表、建筑物、支护结构裂缝 观测为主，必要时用裂缝仪 掌握裂缝发生，发展过程，分析施工的影响程度 （注：B为隧道开挖跨度） 5.3 测点的布置 表面变形测点的位置既要考虑反映监测对象的变形特征，又要便于应用仪器观测，还要有利于测点的保护，埋测点不能影响和妨碍结构的正常受力，不能削弱结构的刚度和强度。在实施多项内容测试时，各类测点的布置在时间和空间上应有机结合，力求使一个监测部位能同时反映不同的物理变化量，找出内在的联系和变化规律。

盾构区隧道以洞内，地表，管线和房屋监测为主要布点。

5.4监测方法。

5.4.1地表沉降监测 盾构施工所引起的地表沉降是在较短时间内作用于建筑物上，对建筑物的危害是致命的，因此控制地面沉降对于盾构施工来说是非常重要的。地面沉降控制主要包括盾构前方沉降、盾构通过时沉降和后续沉降控制，盾构切口前方的沉降，主要是由切口泥水压力和推进速度控制，为使切口泥水能更好地支护正面土体，必须同时严格控制泥水标准等施工参数；
盾构通过时的沉降主要由同步注浆控制，固结沉降主要由同步注浆和壁后二次注浆进行控制。

①、监测仪器：NA2002全自动电子水准仪，玻璃钢瓦尺等。

②、监测方法：在地表埋设测点，观测点要做在原状土上。在隧道沿线，地表影响范围外布设监测基准点，采用精密水准仪，基准点和地面水准点进行联测取得高程。

图5-1基点埋设方法示意图 ③、观测点布置原则：测点布置在地面上，依据规范和设计要求沿隧道中线方向每隔10m布设一个测点，垂直隧道方向每30m布设一个观测断面，在联络通道上必须各布设一组观测断面，每观测断面布设约11个点，根据沉降槽范围，中线布设一个，左右线路外各布设5点，点间距为2m、3m、5m。施工时，根据具体的地面建筑物情况进行调整。

图5-2 地面沉降及管片变形监测示意图 ④、沉降值计算：在条件许可的情况下，尽可能布设导线网，以便进行平差处理，提高观测精确度，然后按照测站进行平差，求的各点高程。施工前，由基点通过水准测量测出隆陷观测点的初始高程，在施工过程中测出高程。高差即为沉降值。

⑤、数据分析与处理：地表沉降量测随着施工进度进行，根据开挖部位，步骤及时监测，并将各沉降测点沉降值绘制成沉降变化曲线图、沉降变化速度、加速度曲线图。当地表沉降速度过大，加快监测频率，必要时停工检查原因。

5.4.2建筑物沉降监测 本隧道主要由赣江西岸秋水广场起，经赣江中大道后，穿越赣江、沿江中大道，经中山西路后与东端的滨江大道站相连接。赣江两侧道路均为城市主干道，附近还有少量建筑物，所以对影响区的建筑物进行监测。

①、监测仪器：NA2002全自动电子水准仪，玻璃钢瓦尺等。

②、监测方法：主要监测建筑物的不均匀沉降，水平位移。用精密水准仪和电子经纬仪进行量测，在施工过程中注意观测房屋的裂缝情况，根据测量结果来判断建筑物的变形和沉降情况。

③、布点原则：在地表下沉纵向和横向范围内的建筑物应进行有无下沉及倾斜监测，基点的埋设同地表沉降观测相同。沉降测点埋设，用冲击钻在建筑物基础或墙上钻孔，然后放入长直径200-300mm，20-30mm的半圆玩头弯曲钢筋，四周用水泥砂浆填实，测点的埋设高度应方便观测，对测点应采取保护措施，避免在施工过程中受到破坏，每幢建筑物上一般布置4个观测点，特别重要的建筑物布置6个测点。测点的布置图：
图5-3 建筑物沉降测点示意 ④、沉降计算与地表沉降观测同 ⑤、数据分析与处理：绘制位移—时间曲线散点图，具体分析同地表沉降监测。当位移—时间曲线趋于平缓时，可选取合适的函数进行回归分析。预测最大沉降量。根据所测建筑物倾斜与下沉值，判断建筑物是否安全。

5.4.3地下管线沉降监测 本隧道所在区域地下管线较多，为防止地下重要管线破坏，有必要对影响区范围内的管线进行观测和保护。

①、监测仪器：NA2002全自动电子水准仪，玻璃钢瓦尺等。

②、监测方法：与地表沉降类似。

③、布点原则：在管线的覆土正上方沿着管线走向方向每隔5m挖一孔，在被测管线上布置测点。在所挖的孔中埋设mm的钢管加盖保护，不宜开挖的地方可用钢管直接打入地下，其深度与管顶平齐，作为观测标记。

④沉降计算与地表沉降观测同 ⑤、数据分析与处理：根据施工进度，将各测变形值绘制成管线变形曲线图。即：绘制位移—时间曲线散点图，据以判定施工措施的有效性；
位移—时间曲线趋于平缓时，可选取合适的回归曲线分析，预测管线的最大沉降量；
沿管线沉降曲线槽曲线，判断施工影响范围、最大沉降坡度，最小曲率半径等。

5.4.4隧道拱顶沉降及水平收敛监测 主要是监测盾构隧道的成型环片的收敛和拱顶下沉的情况。盾构隧道采用管片拼装式衬砌，采用错缝拼装，各块间纵环向采用直螺栓连接，管片接缝防水采用两道复合式橡胶止水条。管片是盾壳的保护下在盾尾拼装成环形隧道的。它是盾构法施工的关键工序，管片拼装的质量好坏直接影响到隧道结构的安全和使用功能。

①、监测仪器：收敛仪，精密水准仪 ③、测点布置原则：隧道收敛和拱顶下沉测点在同一断面，沿隧道方向每10m布置一个断面，隧道收敛和拱顶下沉测点布置如图。

图5-4拱顶下沉点与周边收敛量测观测点布置示意图 5.4.5建筑物倾斜监测 ①、监测仪器：
Leica1800全站仪、反射片 ②、监测实施方法 在待测建筑物不同高度（应大于2/3建筑物高度）贴上反射膜片，建立上、下两观测点，并在大于两倍上、下观测点距离的位置建立观测站，采用Leica 1800型（1＇＇2mm+2ppmm）自动全站仪按国家二级位移观测要求测定待测建筑物上、下观测点的坐标值，两次观测坐标差值即可计算出该建筑物的倾斜变化量。其观测频率同地表沉沉降观测。

裂缝监测 ①地表：地表裂缝开展情况的监测通常作为地铁施工影响程度的重要依据之一。采用直接观测的方法，将裂缝进行编号并划出测度位置，必要时可用钢尺测读。监测数量和位置根据现场情况确定。

②、建筑物裂缝观测：建筑物的沉降和倾斜必然导致结构构件的应力调整而产生裂缝，裂缝开展情况监测通常作为施工影响程度的重要依据之一。通常采用直接观 测的方法，将裂缝进行编号，并划出测读位置，观测裂缝的发生发展过程。必要时通过裂缝观测仪进行裂缝宽度测读。数量和位置根据现场确定。

③管片的裂缝情况与前两种相同。

5.5 监控控制标准 根据规范、规程、计算资料以及类似的工程经验确定的。对于不同的监测对象和不同的监测内容有不同的监测标准，分别采用如下标准：
1.地表沉降控制标准：一般地段地表沉降允许值30mm，重点地段地表沉降允许值15mm。

2.建筑物控制标准：桩基础建筑物最大沉降值不应大于10mm，天然地基建筑物最大允许值不应大于30mm，对于重要建筑物，应提高观测标准。

3.建筑物倾斜控制标准 建筑物允许沉降差控制标准如下，多层和高层建筑物的地基倾斜变形允许值如下 表5-2 变形允许值 变形特征 地基变形允许值 中、低压缩性土 高压缩性土 砌体沉重结构基础的局部倾斜 0.002 0.003 工民建柱间沉降差 框架结构 砖石墙填充的边排柱 0.002L 0.007L 0.003L 0.01L （注：表中L为柱中心距，单位：米） （1）地下管线及地面控制标准：
煤气管线的沉降和水平位移不得超过10mm，每天发展不得超过2mm，自来水管线的沉降或水平位移不得超过30mm，每天发展不得超过5mm。相应的道路沉降按上述相应管线的标准进行控制。

（2）隧道拱顶位移及收敛控制标准：
隧道拱顶沉降控制值为50mm。隧道施工中出现下列情况之一时候，应立即停止施工，并才去采取措施进行处理Ⅰ测量数据有不断增大的趋势；
Ⅱ支护结构变形过大或出现明显的受力裂缝且不断发展；
Ⅲ时态曲线长时间没有变缓趋势。

②、检测方法：用收敛仪和精密水准仪直接测量。收敛仪是用于测量和监控隧道变相的主要仪器。由连接、测力、测距三部分组成。适用于量测隧道工程围岩周边任意方向两点间距的微小变化，达到评定工程稳定性，研究工程围岩及支护变形的发展规律，确定合理的支护参数的目的。

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