地鐵隧道畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、xx地質(zhì)大學(xué)（北京）學(xué)士學(xué)位論文摘要隨著建筑事業(yè)的發(fā)展，各種用途的地下空間利用與開發(fā)以及城市地鐵的建設(shè)，地下建筑施工方法正在我國迅速的發(fā)展，其防水技術(shù)在地下工程中顯得日益重要。地下建筑的防水效果，已經(jīng)成為工程質(zhì)量的主要指標(biāo)，因而本設(shè)計(jì)是對盾構(gòu)法施工隧道進(jìn)行防水設(shè)計(jì)，根據(jù)地質(zhì)條件、水文條件和設(shè)計(jì)要求結(jié)合施工條件和施工工藝，分別對單層管片襯砌、管片和普通混凝土襯砌和管片加鋼筋混凝土襯砌三種方案，進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性等方面的論證后，本工程適用管片和普通混凝土襯砌方案。通過用簡化的慣用計(jì)算法和修正慣用計(jì)算法計(jì)算管片截面內(nèi)力，然后對管片的細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：管片；防水襯砌；盾構(gòu)法；背后注漿xxx地質(zhì)大

2、學(xué)（北京）學(xué)士學(xué)位論文xxx地質(zhì)大學(xué)（北京）學(xué)士學(xué)位論文ABSTRACTWiththedevelopmentoftheconstructionindustry,kindsofundergroundspacesutilizationanddevelopment,methodofundergroundconstructionisrapidimprovinginChina,andthewaterprooftechnologyinundergroundworkshaveaccordinglybecomeimportant.Waterproofeffectofundergroundconstructio

3、nhasbecomethemaintargetofqualityoftheproject.Thispaperistodesignthewaterproofmethodoftunnelshieldconstruction.Afterthecomparisonofthreeprogramsthatcontainthesingle-layersegment,segmentwithordinaryconcretelining,andsegmentwithincreasereinforcedconcrete,andanalysisthefeasibilityineconomyandtechnology.

4、Segmentwithordinaryconcreteliningissuitableforthepaper.Atlastdesignthedetails,aftercalculatinginternalforcesinsegmentwiththeusualmethodandtheimprovedusualmethod.Keywords:Segment;Waterprooflining;Shield;GroutingbehindshieldXXX地質(zhì)大學(xué)（北京）學(xué)士學(xué)位論文目錄TOC o 1-5 h z前言1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document

5、1設(shè)計(jì)任務(wù)2 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 1.1工程概況2 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 工程地質(zhì)條件2 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 工程水文條件3 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 設(shè)計(jì)目標(biāo)3 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 2設(shè)計(jì)依據(jù)和方法5 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document

6、2.1設(shè)計(jì)依據(jù)52.1.1設(shè)計(jì)規(guī)范52.1.2設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)5 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 3區(qū)間隧道防水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 3.1管片的設(shè)計(jì)63.1.1襯砌方式73.1.2楔形量和楔形角73.1.3管片荷載的計(jì)算83.1.3.1設(shè)計(jì)條件83.1.3.2管片上外荷載的計(jì)算8 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 3.1.3.3管環(huán)截面力的計(jì)算103.1.3.4混凝土主體應(yīng)力13地震和人防荷載143.1.4防水密封墊15管片外

7、防水153.1.6嵌縫防水163.1.7管片螺孔和注漿孔的防水163.2二次襯砌163.3背后注漿183.3.1漿液的選擇183.3.2注入壓力183.3.3注入量193.3.4注漿速度203.3.5注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)203.3.6二次注漿204施工工藝與流程214.1管片襯砌的施工21管片外觀質(zhì)量21管片安裝214.1.3管片安裝方法214.2同步注漿方法、工藝與設(shè)備224.2.1同步注漿方法與工藝225結(jié)論25xx地質(zhì)大學(xué)（北京）學(xué)士學(xué)位論文xx地質(zhì)大學(xué)（北京）學(xué)士學(xué)位論文5.1管片255.1.1拼裝方式255.1.2管片厚度、分塊及寬度255.1.3襯砌方式255.1.4防水密封墊255.1.

8、5嵌縫材料255.1.6管片外防水265.1.7螺孔防水和注漿孔的防水265.2背后注漿26致謝27參考文獻(xiàn)28附圖一附圖二xx地質(zhì)大學(xué)（北京）學(xué)士學(xué)位論文xx地質(zhì)大學(xué)（北京）學(xué)士學(xué)位論文 -LX.1前言目前，國內(nèi)外已建成大量地鐵、隧道，并逐步形成了較成熟的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論與工程實(shí)踐體系，但是在隧道及地下工程防水方面認(rèn)識則相對滯后。地鐵不可避免地要經(jīng)過含水量較高的地層（如上海地鐵所處地層大多為飽和含水軟粘土層），所以必將受到地下水的侵害作用。如果沒有可靠的防水、堵漏措施，地下水就會(huì)侵入隧道，影響其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與附屬管線，甚至危害到地鐵的運(yùn)營和降低隧道使用壽命，所以地鐵防水處理在地鐵施工過程中是至關(guān)

9、重要的。現(xiàn)在，地鐵開挖施工方法主要采用盾構(gòu)法施工。盾構(gòu)隧道滲漏水的位置有管片的接縫、管片自身小裂縫、注漿孔和螺栓孔等。其中以管片接縫處為防水重點(diǎn)。通常接縫防水對策是使用密封材料。德國PHOENIX公司生產(chǎn)的隧道襯砌合成橡膠墊就是其中較典型的材料。而日本則采用水膨脹橡膠，靠其遇水膨脹后的膨脹壓止水。它的特點(diǎn)是可使密封材料變薄、施工方便，但耐久性尚待驗(yàn)證。國內(nèi)主要采用水膨脹橡膠，并已開始研究開發(fā)水膨脹類材料與密封墊兩者的復(fù)合型材料。20世紀(jì)90年代隨著鋼筋混凝土管片襯砌的大量使用，管片的制作工藝和制作精度有了劃時(shí)代的革新和提高。盾構(gòu)法隧道防水技術(shù)經(jīng)歷了質(zhì)的飛躍。管片的防水設(shè)計(jì)與施工已形成了專門的學(xué)

10、科，包括防水構(gòu)造設(shè)計(jì)、防水材料系列和特殊的施工方法，組成了一個(gè)獨(dú)立的體系。盾構(gòu)隧道的防水設(shè)計(jì)在不同的部位有著不同的方法，在管片部位的設(shè)計(jì)有：壁后注漿防水、管片外涂層、管片混凝土自防水等三道設(shè)防；在管片接縫部位設(shè)計(jì)有：壁后注漿防水、彈性防水密封墊、嵌縫防水等三道設(shè)防。此外，管片注漿孔防水、螺栓孔防水墊圈、螺栓孔內(nèi)注漿防水等三項(xiàng)技術(shù)措施，是上述兩個(gè)三道設(shè)防的保障性輔助設(shè)施。設(shè)計(jì)任務(wù)隧道工程的防水設(shè)計(jì)要根據(jù)具體工程而定，本章根據(jù)宋家莊站劉家窯站區(qū)間的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及周邊環(huán)境條件進(jìn)行認(rèn)真的分析研究。通過防水方案對比，闡明采用本方案防水是經(jīng)濟(jì)合理的，技術(shù)上也是可行的。1.1工程概況北京地鐵五號線宋家

11、莊站劉家窯站區(qū)間（YK0+508.600YK1+981.400）,右線全長1472.8m，左線長1509.271m。本區(qū)間按施工方法分，由兩區(qū)段組成：宋家莊站西側(cè)YK0+508.600盾構(gòu)井YK0+661.400為明挖區(qū)段，盾構(gòu)井YK0+661.400劉家窯站南側(cè)YK1+981.400為該區(qū)間的盾構(gòu)區(qū)段。所以，盾構(gòu)井YK0+661.400劉家窯站南側(cè)YK1+981.400是設(shè)計(jì)范圍以內(nèi)的，設(shè)計(jì)用的防水處理措施就用于本段隧道。本設(shè)計(jì)為宋家莊站劉家窯站區(qū)間的盾構(gòu)區(qū)段。隧道上方為規(guī)劃中的蒲黃榆路，目前為大面積民房。地面高程在40m左右，隧道穿越的主要地層為粉質(zhì)砂巖，地層條件較好，地下水位較低。該區(qū)段

12、起點(diǎn)里程YK0+661.400，終點(diǎn)YK1+981.400，右線全長為1320m，左線為1356.471m。YK0+661.400至YK0+676.600為本區(qū)段的盾構(gòu)工作井。線路為雙線，基本由東向北走向。軌面距地表在12m18m之間，設(shè)計(jì)起點(diǎn)位于線路的彎道上。本段線路曲線最大半徑2000m，最小半徑為400m。設(shè)計(jì)起點(diǎn)以20%。下坡出盾構(gòu)工作井，經(jīng)5%。的下坡到達(dá)本區(qū)間的最低處YK1+350.000，而后以7%。的上坡進(jìn)入劉家窯站。線路呈V字型節(jié)能縱坡。1.2工程地質(zhì)條件本區(qū)段線路位于永定河沖洪積扇的南部地帶。本段勘察揭露地層最深為45m，地層由上至下依次為：1）人工堆積層：粉土填土層：局部

13、為雜填土1層，厚度為0.606.25m，層底標(biāo)高為34.6540.12m。2）第四紀(jì)全新世沖洪積層：粉土層：夾粉質(zhì)粘土、粘土1層，粉細(xì)砂2層，厚度為2.408.50m，層底標(biāo)高為30.7033.48m。粉質(zhì)粘土、粘土層：夾粉土1層，粉細(xì)砂2層，厚度為4.1012.0m，層底標(biāo)高為21.9027.78m。3）第四紀(jì)晚更新世沖洪積層：卵石圓礫層：厚度為01.30m，層底標(biāo)高為25.83m。粉質(zhì)粘土、粘土層：夾粉土1層，細(xì)中砂2層，厚度為2.506.50m，層底標(biāo)高為13.9920.19m。卵石圓礫層：夾細(xì)中砂1層，厚度為4.4012.60m，層底標(biāo)高為5.2418.39m。粉質(zhì)粘土、粘土層：厚度為

14、0.406.65m，層底標(biāo)高為18.60-2.61m。卵石圓礫層：夾細(xì)中砂1層，厚度為2.0011.00m,層底標(biāo)高為10.90-6.81m。粉質(zhì)粘土、粘土層：細(xì)中砂2層，厚度為2.0011.00m，層底標(biāo)高為4.38-3.15m。本標(biāo)段線路均在第四紀(jì)地層中穿過，隧道洞身主要通過地層為：粉土層、夾粉質(zhì)粘土、粘土1層，粉細(xì)砂2層、粉質(zhì)粘土、粘土層、夾粉土1層、粉細(xì)砂2層。由勘查報(bào)告提供的各土層的具體物理力學(xué)參數(shù)見下表1-1。表1-1地層物理力學(xué)參數(shù)層號巖土層名稱土的物理性質(zhì)基地承載力固結(jié)直剪壓縮模量含水量密度孔隙比b0(kPa)凝聚力摩擦角Es(MPa)w(%)p(g/cn?)ec申2粉土17.

15、91.960.644180-200252813.31粉質(zhì)粘土、粘土:23.41.930.704170-190442210.7粉質(zhì)粘土、粘土:25.81.980.711180-220371910.11粉土21.62.050.606200-240292514.0粉質(zhì)粘土、粘土:31.51.910.955200-250251213.2粉土20.32.060.5772302-8020.91.3工程水文條件本工程盾構(gòu)施工段的水文條件相對復(fù)雜，大致可以分類如下：1）上層滯水：水位標(biāo)高為：31.7236.22m，水位埋深為4.607.80m，觀測時(shí)間為2000年12月3日至12月7日。含水層為粉土層及粉土1

16、層，主要接受大氣降水和灌溉水垂直滲透補(bǔ)給和管溝滲漏補(bǔ)給。2）潛水：水位標(biāo)高為31.3032.89m，水位埋深為7.509.60m，觀測時(shí)間為：2000年12月3日至12月23日。含水層為粉細(xì)砂2層，地下水徑流方向?yàn)樽晕飨驏|，與地鐵五號線方向近于直交。3）承壓水：水頭標(biāo)高為21.3225.60m，水頭埋深為15.1018.20m，觀測時(shí)間為2000年12月3日至2000年12月23日。含水層為細(xì)中砂層及卵石圓礫層，地下水徑流方向?yàn)樽晕飨驏|，與地鐵五號線方向近于直交。根據(jù)地下水的腐蝕性測試結(jié)果：本段沿線上層滯水及潛水對混凝土結(jié)構(gòu)無腐蝕性，對鋼筋混凝土中的鋼筋無腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性。承壓水對

17、混凝土結(jié)構(gòu)無腐蝕性，對鋼筋混凝土中的鋼筋無腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性。1.4設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)目標(biāo)主要是通過不同的施工方法，從而選出最佳的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)勘查報(bào)告提供的區(qū)間隧道要穿越的地層地質(zhì)條件和水文條件，以及隧道周圍的地下管線分布和施工機(jī)械來確定區(qū)間隧道防水的襯砌設(shè)計(jì)。選擇隧道襯砌方案時(shí)要充分考慮到隧道在外荷載下的穩(wěn)定性和防水性等方面，同時(shí)還要兼顧到經(jīng)濟(jì)和施工高效性的原則。基于對擬建盾構(gòu)隧道的詳細(xì)考察和上述各種因素的綜合考慮，我們可以選擇防水設(shè)計(jì)方案有以下三種比較常用的設(shè)計(jì)方案：方案一：單層管片裝配式襯砌這種方案施工相對簡單，成本較低，因?yàn)閱我坏墓芷r砌又承重又防水，一舉兩得。但是它作為單獨(dú)一道

18、防水防線，它對于水壓較低的地區(qū)是很適用的，但它對于水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜的地區(qū)的防水顯然是不夠的，并且單層襯砌對于防水要求比較高的建筑也是不適合的。方案二：管片裝配式襯砌鋼筋混凝土內(nèi)襯的雙層襯砌這種方案襯砌的隧道，鋼筋混凝土內(nèi)襯能顯著地提高隧道的結(jié)構(gòu)剛度，防水性和抗震性也都較好。但是這種襯砌的施工工藝比較復(fù)雜，工程的造價(jià)較大。方案三：管片裝配式襯砌素混凝土內(nèi)襯雙層襯砌這種方案襯砌的隧道既具有方案一單層管片襯砌的造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，還具有方案二雙層襯砌強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。也就是說，這種施工方法管片襯砌作用主要是用來支承來自地層的土壓力、水壓力，承受施工的外荷載，內(nèi)襯能進(jìn)一步加強(qiáng)一次襯砌作用，還具有良好的防滲、

19、防震、修正軸線和裝飾的作用，它具有其它襯砌方式不具有的許多優(yōu)點(diǎn)，并且施工步驟相對簡單，工程的成本也較低。內(nèi)襯的施工工藝相對于方案二中的內(nèi)襯，工藝較簡單便捷，工期也能顯著地縮短1/4。xx地質(zhì)大學(xué)（北京）學(xué)士學(xué)位論文xx地質(zhì)大學(xué)（北京）學(xué)士學(xué)位論文xx地質(zhì)大學(xué)(北京)學(xué)士學(xué)位論文 設(shè)計(jì)依據(jù)和方法2.1設(shè)計(jì)依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范地下鐵道設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50157-92)地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范(GB50299-1999)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009-2001)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50010-2002)地下工程防水技術(shù)規(guī)范(GB50108-2001)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ17-88)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(

20、GB50011-2001)8)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50007-2002)9)人民防空工程設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50225-95)鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范(TB10003-2001、J117-2001)鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ111-87)建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范(YB9258-97)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范(JGJ120-99)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)范(CECS28:90)北京地鐵五號線宋家莊站劉家窯站區(qū)間的地層勘查報(bào)告。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)地下鐵道結(jié)構(gòu)中車站與區(qū)間主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)使用年限為100年。在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，結(jié)構(gòu)和構(gòu)件在正常維護(hù)條件下應(yīng)能保證其使用功能，而不需進(jìn)行大修加固。應(yīng)用結(jié)構(gòu)可靠度理論的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期可采

21、用50年。地下鐵道結(jié)構(gòu)中主要構(gòu)件的安全等級為一級。按荷載效應(yīng)基本組合進(jìn)行承載能力計(jì)算時(shí)重要性系數(shù)取Y0=1.1。地下鐵道結(jié)構(gòu)的地震作用應(yīng)符合8度抗震設(shè)防烈度的要求，設(shè)計(jì)基本地震加速度值取0.2g。地下鐵道主體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防分類均為乙級，混凝土結(jié)構(gòu)抗震等級一般為二級。地下區(qū)間及風(fēng)道結(jié)構(gòu)允許仍按8度抗震設(shè)防烈度的要求采取抗震措施。地下鐵道結(jié)構(gòu)中露天或迎土面混凝土構(gòu)件的環(huán)境類別為二類，內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別為一類，均視為一般環(huán)境條件。非預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)件(不包括臨時(shí)、支護(hù)構(gòu)件正截面的裂縫控制等級一般為三級，即允許出現(xiàn)裂縫。防水混凝土構(gòu)件的裂縫寬度均應(yīng)不大于0.2mm,內(nèi)部非防水混凝土構(gòu)件的裂縫寬

22、度均應(yīng)不大于0.3mm。地下鐵道結(jié)構(gòu)中主要構(gòu)件的耐火等級為一級。區(qū)間隧道防水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1管片的設(shè)計(jì)盾構(gòu)法隧道的防水與滲漏水治理是至關(guān)重要的，它關(guān)系到隧道功能的正常發(fā)揮、使用年限的長短、隧道及鄰近建筑的不均勻沉降，因此必須根據(jù)隧道的使用要求和技術(shù)狀況，對襯砌形式、盾構(gòu)法掘進(jìn)特點(diǎn)、周邊環(huán)境及掘進(jìn)對其他地下結(jié)構(gòu)的影響等因素作認(rèn)真調(diào)查，確定相應(yīng)的防水等級。只有對隧道正確的定級了，我們才能選擇合適的襯砌措施進(jìn)行防水。定級時(shí)，對整個(gè)隧道工程、單元工程（區(qū)段）和重要部位的防水等級可區(qū)別對待，采取不同的防水等級，然后根據(jù)不同的防水等級采取相應(yīng)的防水措施。等級要準(zhǔn)確，不然會(huì)勢必造成防水措施超過標(biāo)準(zhǔn)或者低于標(biāo)準(zhǔn)

23、，從而帶來造價(jià)過高或者質(zhì)量下降的嚴(yán)重后果。所以，在防水設(shè)計(jì)過程中要遵守防水設(shè)計(jì)基本原理進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。地下防水的設(shè)計(jì)，總體要求是“防排結(jié)合，防為基礎(chǔ)；多道防線，剛?cè)岵⑴e；因地制宜，綜合治理”的原則。在總體應(yīng)用上，宜按實(shí)際情況進(jìn)行分解和細(xì)化。如防排結(jié)合，包括截、堵、導(dǎo)等措施。而多道防線、剛?cè)岵⑴e，則包括材料防水和構(gòu)造防水并舉，結(jié)構(gòu)自防水與柔性防水材料并舉，以及與接縫密封材料、止水或者堵漏材料互補(bǔ)并用等措施。所以，盾構(gòu)防水設(shè)計(jì)當(dāng)中也是必須遵守這些原則的。盾構(gòu)法隧道通常采用的是組裝式襯砌，本工程也不例外，但是這樣的襯砌方式有著接縫數(shù)量眾多，防水難度大的缺點(diǎn)。所以，襯砌接縫防水成為盾構(gòu)隧道工程的防水重

24、點(diǎn)，其關(guān)鍵是接縫面的防水密封材料的選取及其設(shè)置方法。本設(shè)計(jì)段隧道按其使用要求、用途、工程性質(zhì)及水文地質(zhì)條件，并根據(jù)地下工程防水技術(shù)規(guī)范（GB50108-2001）,確定其防水等級為二級，即其防水要求為：不允許漏水，管片有少量、偶見濕漬。根據(jù)盾構(gòu)法隧道工程的不同防水等級、襯砌形式及其他技術(shù)要求，可以根據(jù)下表3-1設(shè)計(jì)要求采用不同的防水措施。表3-1按工程防水等級選用的防水措施表防水等級防水措施措施選擇高精度管片接縫防水*外防水涂層金屬埋露件防腐*陰極保護(hù)*混凝土內(nèi)襯或其它內(nèi)襯彈性密封墊嵌縫注入密封劑螺孔密圭寸圈一級OOO二級OOOOO三級OOOO四級OOO注：表中表示為必選項(xiàng)目；O為可選項(xiàng)目；*

25、表示可在局部區(qū)段或者在局部位置采用，*主要對金屬管片而言。P=20kPa襯砌方式根據(jù)設(shè)計(jì)要求盾構(gòu)隧道內(nèi)徑為6m,不屬于大直徑盾構(gòu)斷面，因而不采用箱型管片。平板型管片的抗彎剛度和強(qiáng)度相對較大，且管片混凝土截面削弱小，對盾構(gòu)推進(jìn)裝置的頂力具有較大的抵抗能力。故決定采用C50鋼筋混凝土平板型管片，并且要求混凝土的抗?jié)B等級不小于S10，以便使管片能達(dá)到在0.8MPa水壓下經(jīng)6小時(shí)滲入混凝土的深度小于5cm的設(shè)計(jì)要求。管片厚度與管環(huán)外徑比的選擇，取決于土質(zhì)條件、覆蓋涂層的厚度、施工荷載狀況、隧道的使用目的及管片施工條件等多種因素。從目前的使用狀況來看，管片的厚度一般為管片外徑的4%左右，對大口徑的管片，

26、多為5.5%左右。本工程的隧道外徑已知為6000mm，所以本工程的管片厚度選擇為300mm，管片的內(nèi)徑為5400mm，管片每環(huán)的長度為1200mm。但是對于管片是否能承受荷載，還需要進(jìn)行管片內(nèi)力的計(jì)算。根據(jù)國內(nèi)外采用盾構(gòu)法修建地鐵區(qū)間隧道的成功經(jīng)驗(yàn)，區(qū)間隧道采用有一定剛度的單層襯砌。其襯砌圓環(huán)的變形、管片接縫的張開量及混凝土裂縫的開展和防水性能，均能控制在預(yù)期的要求內(nèi)，可完全滿足地鐵隧道設(shè)計(jì)要求，且采用單層襯砌，施工工藝單一、工程實(shí)施周期短、投資省，可保證施工進(jìn)度。因此，設(shè)計(jì)采用單層裝配式襯砌是比較經(jīng)濟(jì)合理的。但是為了防水的可靠性，以及多管片內(nèi)部的修飾作用，確定采用成本比較小的一種二次襯砌作為

27、加強(qiáng)防水層。由于錯(cuò)縫拼裝可使接縫均勻分布，提高管片的整體剛度，減少接縫及襯砌圓環(huán)的變形。另外錯(cuò)縫拼裝時(shí)，管片接縫呈丁字形交叉，防水上容易處理，國內(nèi)外多數(shù)盾構(gòu)隧道均采用錯(cuò)縫拼裝?？紤]本工程盾構(gòu)區(qū)段對地面沉降要求較高及其它工程條件，故決定采用錯(cuò)縫拼接方式。楔形量和楔形角根據(jù)國內(nèi)外的盾構(gòu)法隧道施工經(jīng)驗(yàn)，由于隧道的內(nèi)徑為6m，所以管片的塊數(shù)選擇為六塊，寬度選擇為1.2m。管片分為三種，每環(huán)由三塊標(biāo)準(zhǔn)的管片、兩個(gè)鄰接塊和一小封頂塊。封頂塊是具有一定錐度的楔形管片，所以需要根據(jù)相關(guān)的規(guī)定求出楔形塊的楔形量和楔形角。楔形量和楔形角可以根據(jù)下表3-2而確定：表3-2楔形量和楔形角管片環(huán)外徑州楔形量D4mD01

28、5754mWdW6m26806mWdW8mD026908mWDW10m0409010mWD4070楔形角201152070155015351025本次設(shè)計(jì)按通用環(huán)封頂塊中心線在水平位置進(jìn)行設(shè)計(jì)，楔形量是按在R=257m的曲線半徑上進(jìn)行計(jì)算，楔形量為=28.00mm，楔形角0=0.43。，楔形量平分為兩部分，對稱設(shè)置于楔形環(huán)的兩側(cè)環(huán)面。管片荷載的計(jì)算設(shè)計(jì)條件管片的外徑D=6000mm，管片的寬度B=1200mm，管片的厚度h=300mm，隧道頂0部覆蓋土厚度H=12m，土層的反力系數(shù)k=20kN/m3,側(cè)向土壓力系數(shù)九=0.5，上部荷載P=20kPa，千斤頂推力T=1MNx16，鋼筋混凝土構(gòu)件容

29、重Y=25kN/m3,混凝土構(gòu)件容01重Y=23kN/m3。土體和水文資料如工程概況的表1-1中。2管片上外荷載的計(jì)算因?yàn)楣芷厦娴耐翆訛檎惩?，粘土土層上部存在著潛水層，所以管片上的壓力可以作為可以水土合算。但是在管片的上部的土壓不?huì)都作用在管片上，而是有一定的范圍的。作用的管片上土的高度范圍要根據(jù)公式3-1計(jì)算而得。但是如果計(jì)算的結(jié)果小于2倍的隧道內(nèi)徑，就取2倍隧道半徑作為土的松弛高度，然后進(jìn)行計(jì)算。豎直土壓得計(jì)算應(yīng)采取Terzaghi公式中松弛土壓，（1）土的松弛高度計(jì)算：cPeK0tanpH/B10-Y13-1)3-2)B(1寸)Ktanp0B=Rcot10(np、+/；142J(1-e

30、-K0tan9H/B“+1BY在上式中，K0為水平土壓和豎直土壓之比，（一般取K=1）；p=230。00c=22kPa；P=2.01t/m3；H=12m；P=20kPa；R=3m00將上述數(shù)據(jù)代入以上兩式中，得出h0=6.836mP=30kPa1e1w1w2水平荷載土壓q=Ch+R-Rcos0)九Ye00c水壓q=(H+R-Rcos0)Yww0cw式中，R0隧道外半徑；R管片壁厚中心半徑；CY，丫分別為土和水的容重;w頂部q（0=Oo）：1q=q+q=132.25+0=132.25kPa1e1w1底部q20=18OO)：q=q+q=148.55+3O=178.55kPa2e2w2所以qO=q2

31、-q1=178.55-132.25=46.3kPa（3）地層反力由于管片受到上部的壓力而產(chǎn)生變形，變形會(huì)引起土層產(chǎn)生反力。反力的大小要根據(jù)公式3-3進(jìn)行計(jì)算。盾構(gòu)隧道施工手冊的計(jì)算地層反力的公式可知，水平直徑點(diǎn)的地層反力與管環(huán)向地層方向水平位移成正比。5=5+5123-3)式中：耳土、水壓力引起的B點(diǎn)位移;52土反力引起的與上述方向相反的B點(diǎn)位移。5=(2p!-q!-q2)R424(nEI+0.0454kR4丿3-4)=4.753811mm式中：E彈性模量，E=3.6xlO10Pa；I截面慣性矩，I=0.0027m4/mR管片形心半徑，R=2.85mcc故地層反力的大小為：k5=4X4.753

32、811=19.02kPa（4）荷載分布計(jì)算出來的荷載結(jié)果如下表3-3所示：表3-3荷載計(jì)算結(jié)果荷載名稱荷載強(qiáng)度豎向荷載壓力P（kPa）P1Pw10264.1pe1264.1P2pw230285.77pe2234.1Pg21.67水平荷載強(qiáng)度q（kPa）q1qw10132.25qe1132.25q2qw230178.55qe2148.55自重（kPa）7.35地層反力k5（kPa）19.023.1.3.3管環(huán)截面力的計(jì)算由于管片的基座為防水結(jié)構(gòu)，又作為承重結(jié)構(gòu)，所以需要對其所受到的內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算。管片的內(nèi)力是由于土層的壓力、土的側(cè)向壓力和土層的反力引起的，所以在計(jì)算過程中要對其進(jìn)行綜合考慮。計(jì)算管

33、環(huán)截面力時(shí)，管片的受力的各種參數(shù)如下：混凝土彈性模量為E=3.6x1O10Pa；彈性模量比n=15；抗彎剛度的有效率耳=1.0；彎矩增大率E=0.0；管片的截面積A=3600cm2；管片截面的慣性矩I=0.0027m4/m。xx地質(zhì)大學(xué)（北京）學(xué)士學(xué)位論文xx地質(zhì)大學(xué)(北京)學(xué)士學(xué)位論文 外荷載在管片上產(chǎn)生的截面力，采用慣用法計(jì)算。慣用法是在1960年前后提出的，現(xiàn)在國內(nèi)外廣泛采用的計(jì)算方法。慣用計(jì)算法所用使用的荷載系統(tǒng)，豎向的地層反力假定為等分部荷載，水平向的地層反力則假定為自環(huán)頂部向左右45135區(qū)間的等分布荷載(三角形)。慣用計(jì)算法和修正慣用計(jì)算法的公式如表3-4所示。水平直徑位置的變位

34、量因是否考慮襯砌自重所產(chǎn)生的地層反力而異。在管片四周不同的方向，它們所受到的彎矩、軸力和剪力大小是有很大差別的，所以要對四周不同角度的內(nèi)力分別代入計(jì)算，然后找出最大的彎矩、軸力和剪力點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)是否符合強(qiáng)度要求。由于管片隧道的剖面是一個(gè)軸對稱結(jié)構(gòu)，所以在一般計(jì)算過程中，我們對0到180的一些角度進(jìn)行計(jì)算。表3-4慣用計(jì)算法和修正慣用計(jì)算法的管片截面內(nèi)力計(jì)算式荷載垂直荷載(Pe1+Pw1)水平荷載Swl)水平三角荷載(qe2+qw2qe1qw1)地基抗力(q=k)自重%=兀g1)彎矩M=l(1-2sin20)4(Pe1+Pw1)Rc2M=1(12cos0)4(qe1+qwi)Rc2M=(63cos

35、012cos2048+4COS0)(qe2+qwzqe1qw1)Rc200n時(shí)4M=(0.23460.3536cos0)kRc2n0n時(shí)2M=(0.3487+0.5sin0+0.2357cos0)kR2c00n時(shí)23M=(n0sin08“一一cos0)gR2cn0n時(shí)21M=兀+(兀0)sin08cos0兀sin20gR262c軸力N=(p+p)Rsin0e1w1cN=(q+q)Rcos20elwlcN=丄(cos0+8cos20164cos30)(qe2+qwzqe1qw1)Rc00n時(shí)4N=0.3536cos0kRcn0n時(shí)4_2N=(0.7071cos0+cos20+0.7071sin2

36、0cos0)kR剪力Q=(Pe1+Pw1)sin0cos0RcQ=-(qe1+qwi)sin0cos0RcQ=丄(sin0+16sin0cos04sin0cos20)(q“+qe2wz乞廠qw1)Rc00n時(shí)4Q=0.3536sin0kRc-0n時(shí)4_2Q=(sin0cos00.7071cos0)kRc00n時(shí)2N=(0sin0cos0)gR26cn0n時(shí)2-N=|兀sin0+0sin0+兀sin20+cos0|gRc00n時(shí)2Q=(cos0+sin0)gRcn0n時(shí)2-Q=|(兀0)cos0sin0cos01sin0|6gRc例如：當(dāng)0=0時(shí)，彎矩的計(jì)算如下：M1=4(1-2sin20)億如

37、)Rc21=4(12x0)(0+264.1)0.92=53.35kN/mM2=4(12cos0Xqjqwi)Rc21=4(12)(148.55+0)x2.852=30.01kN/mM3=48(63COs912cos20+4cos9)(qe2+qw2Qe1Qw1)Rc21=(6312+4)(148.55+30132.250)=4.8kN/m48M4=(0.23460.3536cos0)k5R2=(0.23460.3536)x4x4.753811x0.92=1.83kN/m35M5=(8n-0sin9-gCosO)g1R235=(二n0)x7.35x0.92=2.07kN/m86M=M+M+M+M

38、+M總12345=53.530.014.81.83+2.07=18.93kN/m軸力的計(jì)算如下：N=(p+p)Rsin01e1w1c=(234.1+0)x2.85x0=0kN/mN2=(qe1+qw1)Rccos20=(148.55+0)x2.85x1=423.37kN/mN3=(COS0+8cos204COS30)(qe2+qwzQe1Qw1)R1=(1+84)(148.55+30132.250)x2.85=41.24kN/m16N4=0.3536cos0k5Rc=0.3536x1x4x4.753811x0.9=6.05kN/mN5=(0sin0cos0)g1R2561c1=(0)x9.8x0.92=1.32kN/m6N=N+N+N+N+N總12345=0+423.37+41.24+6.051.32=469.34kN/m剪力的計(jì)算如下：Q1=(pe1+pw1)sin0cos0Rc=(264.1+0)x0 x1x2.85=0kN/mQ2=41+qwi)sin0co