北京地铁四号线圆明园站～颐和园站区间隧道设计与施工.docx

《北京地铁四号线圆明园站～颐和园站区间隧道设计与施工.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北京地铁四号线圆明园站～颐和园站区间隧道设计与施工.docx（60页珍藏版）》请在沃文网上搜索。

1、编号：（ ）字 号本科生毕业设计设计题目：北京地铁四号线圆明园站颐和园站区间隧道设计与施工专 题：临近施工对运营地铁的长期沉降变形的影响姓 名：学 号：班 级：城市地下2008-1班二一二年六月中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名：学 号：学 院：力学与建筑工程学院专 业：土木工程专业（城市地下方向）设计题目：北京地铁四号线圆明园站颐和园站区间隧道设计与施工专 题：临近施工对运营地铁的长期沉降变形指导教师：崔振东职 称：副 教 授二一二年六月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 力建学院 专业年级 土木工程专业地下2007 学生姓名任务下达日期： 2012年 1 月 10 日毕业设计日期

2、： 2012年 1 月 10 日至 2012 年 6 月 10 日毕业设计题目：北京地铁四号线圆明园站颐和园站区间隧道设计与施工毕业设计专题题目：临近施工对运营地铁的长期沉降变形毕业设计主要内容和要求：设计要求：设计要求：根据北京地铁四号线圆明园站颐和园站区间隧道工程的实际资料，进行该区间隧道的结构设计和施工组织设计。结构设计内容应包括隧道正线施工方案、隧道衬砌结构设计，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。绘制图纸：圆明园站颐和园站区间隧道平面图，圆明园站颐和园站区间隧道纵断面与地质关系图，隧道施工总平面布

3、置图。专题要求：通过阅读国内外文献对临近基坑施工，隧道穿越，桩基施工对邻近已建隧道影响进行分析总结，从而为今后施工控制和环境保护提供建设性指导建议。绘制图纸：1张。其它要求：绘制的图纸中，要求手工绘制1张。翻译一篇与设计或专题内容相关的外文参考文献，其中文字数不少于3千字，并且附原文。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（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；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

4、评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；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（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；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 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误

5、没有回答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，第一部分是圆明园站到颐和园站区间隧道结构设计；第二部分是圆明园站到颐和园站区间隧道施工组织设计；第三部分是专题部分，题目是：临近施工对运营地铁的长期沉降变形的影响。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，隧道衬砌结构采用预制管片衬砌。通过计算对其进行配筋，并对其进行相应的强度和抗浮验算。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

6、，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，临近施工对运营地铁的长期沉降变形的影响。主要分析了隧道穿越、基坑开挖、桩基施工对运营隧道的长期沉降变形的影响。 关键词：隧道；管片；施工组织；隧道沉降变形ABSTRACTThis graduation design mainly includes three part. The first part is the structure design of subway tunnel, which is a part of Beijing Metr

7、o Line 4 between the Old Summer Palace Station and the Summer Palace Station. The second part is the design of tunnel constructional organization. The third part is the special subject part which is the research of the effects of construction on adjacent tunnels settlement.In the first part, given t

8、he engineering geology, the hydrology geology conditions and environment circumstances of the tunnel located, shield method is selected by comparing the construction schemes as the construction method and prefabricated linings as support structure. Steel percentage and its location are determined by

9、 calculating analysis. Some other calculations are also carried out to check the strength of the tunnel and its anti-floating ability.The second part is the tunnel construction organization design. According to the excavation method and the tunnel surrounding circumstances, pre-construction arrangem

10、ents and the layout of the construction place are made, as well as the design of tunneling and tunnel linings construction. At the end of this part are given the construction schedule and some measures to guarantee the quality and safety of this project and its working environment. The third part is

11、 the special subject part which is the research of the effects of construction on adjacent tunnels settlement, highlighting the effects of the tunneling, excavation of foundation and construction pile on adjacent tunnels settlement. Keywords: tunnel; segment; construction organization; tunnel settle

12、ment目 录第一部分 圆明园颐和园区间隧道结构设计1 工程概况11.1隧道的工程位置11.2工程范围11.3地形、地貌11.4地基土的构成与特征11.5水文地质条件22 设计依据42.1计算原则42.2采用规范43 隧道施工方案与衬砌选型设计53.1现场条件53.2隧道施工方案53.3隧道衬砌结构选型74 隧道计算94.1工况选择94.2 荷载计算94.3荷载计算及内力组合104.4衬砌配筋设计154.5简要验算195 隧道主要技术经济指标225.1 开挖土方量225.2 管片用量225.3 钢筋用量22第二部分 圆明园颐和园区间隧道施工组织设计1 工程概况242 隧道施工准备242.1 技

13、术准备242.2 施工现场准252.3 施工物资的准备252.4劳动力准备253 施工现场总平面布置283.1 施工总平面布置原则283.2 施工平面总体布置284 施工难点284.1盾构过万泉河高架桥284.2盾构在卵石圆砾层掘进284.3地下管线保护295 施工方案及主要施工工序295.1 施工方案比较295.2 施工方案确定295.3 盾构掘进施工准备305.4 出洞方案315.5 盾构进洞325.6 掘进施工参数335.7 管片拼装345.8 同步注浆345.9 纠偏355.10隧道内运输及弃土处理355.11工况监测366 施工主要技术措施366.1 工程主要特点366.2施工难点对

14、策367 施工进度计划398 质量、安全和环境保护措施管理418.1 质量管理418.2 施工质量控制428.3 安全生产施工控制428.4 文明施工措施438.5 防汛、防风施工措施448.6 消防安全措施448.7 环境保护措施44第三部分 临近施工对运营地铁的长期沉降变形引 言461 隧道对临近地铁隧道长期沉降变形的影响471.1 隧道开挖技术与地层位移机理471.2隧道施工引起的地层位移研究现状481.3隧道施工引起隧道变形532 基坑开挖对地铁隧道长期沉降变形的影响562.1基坑开挖对隧道影响的研究现状562.2基坑开挖卸荷引起下方隧道隆起量的理论计算572.3不同因素对基坑开挖引起

15、隧道变形的影响603 桩基对临近地铁隧道的沉降变形影响623.1桩基对隧道影响的研究现状623.2 不同因素对桩基引起隧道沉降变形的影响633.3桩基长期沉降对临近运营隧道的影响644 结论与展望68参考文献69第四部分 外文翻译翻译原文71中文翻译80致 谢89第一部分圆明园颐和园区间隧道结构设计中国矿业大学2011届本科生毕业设计第 22 页1 工程概况1.1隧道的工程位置圆明园颐和园站区间隧道，起位于起于圆明园站，沿清华西路、颐和园路，与万泉河路、西路相交后到达颐和园站。1.2工程范围圆明园颐和园区间隧道，左线起终点设计里程为K23+655.150K25+173.149，设长链10.40

16、7m，左线长1528.406m；右线起终点设计里程为K23+655.150K25+173.150，右线长1517.999m，区间全长3046.405m。包含区间隧道主体部分、联络通道（兼做区间泵房）、隧道近距离施工加固、车站端头井两端地基加固等工程。圆明园颐和园区间线路以直线出颐和园站后，通过半径为350m的左转曲线穿过万泉河高架桥进入颐和园路，以直线下穿一段颐和园路后以半径为800m的左转曲线进入圆明园园区，再以半径为800m的右转曲线进入圆明园站。曲线占本区间线路总长的49。左右线间距为1316m。线路在纵断面上呈“V”字形，最大坡度为20，最小坡度为3。区间隧道最大覆土厚度为15.4m，

17、最小覆土厚度6m。1.3地形、地貌本工程区间位于永定河冲洪积扇中上部北侧边沿地带，占清河故道由东南向北穿越本区，地形整体西高东低。地面高程在46.41m43.98m左右。1.4地基土的构成与特征根据钻探揭露的地层资料，按照沉积年代、成因类型及岩性名称，勘察深度范围内自上而下为人工堆积层、新近沉积层和一般第四纪沉积层，全线按地层岩性及其物理力学性质进一步分为10个大层，从地铁四号线沿线地层分布总体情况来看，本区间缺失、大层。根据文件，勘察揭露地层最大深度为50.0m，地层层序自上而下依次为：（1）人工堆积层：粉质粘土填土、杂填土1。（2）新近沉积层：粉土、粉质粘土1层、粉细纱3层、中粗砂4层、圆

18、砾、砾砂5层。（3）一般第四纪沉积层：粉土层、粉质粘土1层 、粘土2层、粉细砂3层、粉质粘土层、粘土1层、粉土2层、细中纱3层、卵石圆砾层、中粗砂1、粉细砂2层、粉质粘土层、粘土1层、粉土1层、细中砂3层、卵石圆砾层、粉细砂2层、粉土3层。圆明园颐和园区间沿线地层由上至下土层主要有：1 填土层，主要为第四系全新统人工填筑的杂填土。呈褐灰色、棕红、褐黄等色，多呈松散状，部分稍压实，主要由砂性土组成。该层位于地表，分布广泛。1 粉质粘土层，流塑状，略具腐臭味，土质细腻粘滑，局部含少量砂土。位于人工填土层之下，分布广泛。4 中粗沙层，呈灰深灰色、灰白等，饱和，呈松散状，局部稍密。零星分布。5 圆砾沙

19、层，呈灰黑色，可塑状，局部含少量粉细砂。位于人工填土层之下，零星分布。1 粉质粘土层，稍密中密，成层结构，含大量云母碎屑，局部夹贝壳层，粘性土。2 粉土，可塑，上部局部区段土性较纯，为灰色粘土，中下部区段砂性渐重，夹薄层粉性土，呈灰红色粘土。3 粉质砂层，硬塑可塑，含少量锈斑，底部夹粉性土，砂性较重。2 粉土，中密密实，成层结构，上部以粘质粉土为主，随深度增加砂性逐渐加重、状态渐呈密实状，局部砂粒较粗呈粉砂状。3 粉质粘土层，稍密中密，成层结构，粘性土。夹少量粘性土薄层。地基土物理力学性质各地层物理力学指标见表2.1。表2.1 地层物理力学指标地层代号地层名称天然重度KN/m3内摩擦角（0）内

20、聚力 C(kPa)围岩类别粉质粘土填土18.01 填土层18.01 粉质粘土层18.019.3283粉细砂17.828.6254 中粗沙层17.933.5235 圆砾沙层17.623.526粉土17.623.5261 粉质粘土层18.019.3282 粉土17.623.5263 粉质砂层18.019.328粉质粘土18.019.3282粉土17.623.5263 粉质粘土层18.019.3281.5水文地质条件本区间于K23+655K23+994附近横穿圆明园内水塘，勘察时水塘内水位标42.30m，最深处水深约2m，区间南侧约30m为万泉河，线路沿线圆明园、北京大学、颐和园颁布有大量湖泊。上世

21、纪80年代以来圆明园水系已恢复，园内湖泊众多，相互间联系密切，由于未做防水处理，对地下水补给较充足。（1）地下水分类在沿线勘察范围内，实际量测到4层地下水，分别为潜水、第一层承压水、第二层承压水及第三层承压水。第一层地下水为潜水含水层，主要为圆砾、砾砂层、粉细砂层。透水性好，水位标高为39.2142.31m(水位埋深2.206.80m)。补给源主要为大气降水、地表水渗漏、侧向迳流补给，主要以蒸发、向下越流及天窗补给下层水、同时以侧向迳流向下游方向排泄。此层地下水与圆明园内水系相通，受其渗漏影响，地表水对本层地下水充分补给。万泉河现已基本无水，河床已做防水，但万泉河与圆明园内水系有地下通道相连，

22、一旦万泉河有水就有可能对圆明园水系进行补给。第二层地下水为承压水，含水层主要为粉土层、粉细砂层及粉土层。此层透水性一般，水位标高为36.7841.91m(水位埋深3.008.50m)，水头高度4-8m左右。第二层地下水补给源主要为侧向迳流、越流及“天窗”补给，以侧向迳流和向下越流方式排泄。第二层地下水与地表水及第一层地下水联系极密切，主要是第一层地下水“天窗”补给及地表水渗漏补给。由于水头损失，本层地下水静止水位自东向西逐渐降低。第三层地下水为承压水，含水层主要为卵石、圆砾层及中粗砂层、粉细砂层，渗透系数大，为强透水层，水位标高29.3334.60m(水位埋深11.5016.40m)，水头高度

23、7m左右。本层水主要接受侧向迳流补给及越流补给，以侧向迳流方式排泄，承压水头自东向西逐渐降低。第四层地下水为承压水，含水层主要为卵石、圆砾层、粉细砂层，为强透水层，水位标高25.1025.33m(水位埋深19.5020.50m)，本层地下水主要接受侧向迳流及越流补给，以迳流方式排泄，对本工程影响较小。（2）基础设防水位根据岩土工程勘察报告确定防渗水位按不低于44.0m计算，抗浮验算设防水位按不低于44.00m计算。（3）地下水的腐蚀性潜水、第二层承压水对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋均无腐蚀，第一层承压水对混凝土结构无腐蚀性，但在干湿交替环境下对钢筋混凝土中的钢筋具弱腐蚀性，在长期浸水的环

24、境下对钢筋混凝土结构中的钢筋均无腐蚀性；各层地下水对钢结构均具有弱腐蚀性。浅部土层对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋均无腐蚀性。2 设计依据2.1计算原则计算原则如下：（1）设计服务年限100年； （2）工程结构的安全等级按一级考虑； （3）取上覆土层厚度最大的横断面计算； （4）满足施工阶段，正常运营阶段和特殊情况下强度计算要求；（5）接缝变形在接缝防水措施所能适应的范围内；（6）成型管片裂缝宽度不大于0.2mm；（7）隧道最小埋深处需满足抗浮要求，结构抗浮安全系数不小于1.1；（8）人防设计按6级抗力等级人防荷载进行结构强度验算。2.2采用规范所用规范如下：（1）混凝土结构设计规范（GB

25、50010-2007）（2）地下工程防水技术规范（GB50108-2005）（3）地铁设计规范 （GB50157-2006）（4）建筑结构荷载规范（2006年版）（GB50009-2005）3 隧道施工方案与衬砌选型设计3.1现场条件圆明园颐和园区间隧道线路从颐和园东侧向东南方向斜穿海淀路后，从青龙桥区娱乐园下穿过，其上有四间房层；顺着颐和园路下穿万泉河高架桥，区间隧道外轮廓线距桥基础最小距离为5m，往东道路南侧多为低矮的陈旧房屋，自路往东后沿颐和园路进入圆明园园区，线路在圆明园区内地面的建筑物较少，主要为绿化带。地表的建筑物大部分是陈旧的民房，同时下穿的机动车路面车流量大、交通非常频繁，同时

26、下埋各种地下管线，对施工沉降控制要求高。圆明园颐和园区间在里程K24+200.0K24+400.0段洞身通过卵石圆砾层，上覆地层为粉土2层和粉质粘土层。详勘报告显示，该层卵石圆砾层最大直径为100mm，一般为2080mm。3.2隧道施工方案3.2.1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。明挖法是各国地下铁道施工的首选方法，在地面交通和环境允许的地方通常采用明挖法施

27、工。浅埋地铁车站和区间隧道经常采用明挖法，明挖法施工属于深基坑工程技术。由于地铁工程一般位于建筑物密集的城区，因此深基坑工程的主要技术难点在于对基坑周围原状土的保护，防止地表沉降，减少对既有建筑物的影响。明挖法的优点是施工技术简单、快速、经济，常被用为首选方案。但其缺点也是明显的，如阻断交通时间较长，噪声与震动等对环境的影响。根据本区间隧道的工程环境，交通繁忙，明挖法不适用。3.2.2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

28、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。3.2.3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

29、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

30、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。本区间隧道地处北京市区，地层多为粉质砂土和粉质粘土，不采用钻爆法。（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

31、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

32、。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。顾名思义，浅埋暗挖法是一项边开挖边浇注的施工技术。其原理是：利用土层在开挖过程中短时间的自稳能力，采取适当的支

33、护措施，使围岩或土层表面形成密贴型薄壁支护结构的不开槽施工方法，主要适用于粘性土层、砂层、砂卵层等地质。由于浅埋暗挖法省去了许多报批、拆迁、掘路等程序，现被施工单位普遍采纳。浅埋暗挖法的核心技术被概括为18字方针：管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测。其主要的技术特点为：动态设计、动态施工的信息化施工方法，建立了一整套变位、应力监测系统；强调小导管超前支护在稳定工作面中的作用；研究、创新了劈裂注浆方法加固地层；发展了复合式衬砌技术，并开创性地设计应用了钢筋网构拱架支护。（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

34、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。3.2.4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。3.2.5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

35、方法的特点，采用盾构法施工最为合适。3.3隧道衬砌结构选型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。衬砌分为两层，一次衬砌和二次衬砌，外层称为一次衬砌，内层称为二次衬砌。3.2.1一次衬砌一次衬砌的主要作用是支承来自地层的土压力、水压力，承受盾构推进力及各种施工荷载。盾构法隧道的一次衬砌一般有拼装式衬砌、现浇混凝土支护法等。（1）拼装式衬砌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

36、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。（2）现浇混凝土支护法现浇混凝土支护法（也称ELC工法）即以现浇混凝土代替传统管片衬砌。这种工法是在盾尾安装可现浇混凝土的装置形成挤压混凝土衬砌，类似于地面高层建筑物现场浇筑混凝土的滑

37、升模板结构，随着盾构的推进，现浇的混凝土通过自动混凝土供应管送到盾构尾部作业面，直接在盾尾浇捣成随需要的衬砌结构。这种施工方法自动化程度高，衬砌结构为现浇混凝土，可达到理想的受力、防水要求，但是这种工法必须严格掌握盾构推进速度和盾尾内现浇混凝土的施工速度以及混凝土衬砌凝固快慢的关系，对于现场的复杂情况其混凝土的养护较为复杂，盾构区间隧道较少使用。此外盾构推进过程中要结合同步注浆控制地面沉降，加强防水等，在隧道施工完成时，尚应进行二次注浆。3.3.2衬砌方案选择通过上述讨论比较，拼装式衬砌速度快、机械化程度高、工人的劳动条件好、工程造价低，结合工程环境和经济型考虑，选择拼装式管片衬砌结构。大量工

38、程实例表明，在隧道外径为6m左右的情况下，如采用普通钢筋混凝土管片，其管片厚度均在300mm之内；当直径小于8m时，只有极个别情况管片厚度达到350mm，这一统计分析结果是在埋深在30m以内，地质情况从软弱的冲积层到较密实的洪积层等各种情况得出的结果。这些隧道普遍采用了错缝拼装的形式。而国内地铁盾构隧道中，根据不同地区的地质条件，主要采用了300mm和350mm两种厚度平板形管片，拼装方式有通缝式和错缝式两种。错缝拼装的优点在于能加强圆环接缝刚度，约束接缝变形，圆环近似地可按均质刚度考虑。但当管片制作精度不够好时，采用错缝拼装形式容易使管片在盾构推进过程中顶碎。通缝拼装的优点是管片拼装简单，施

39、工速度快。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6200mm，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，采用通缝拼装的形式。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C50。衬砌环全环由封顶块（XF）邻接块（XL1）、（XL2）各一块、标准块（XB1）、（XB2）、（XB3）构成，共计6块，接缝分别设置在内力较小的8、73、138处。4 隧道计算4.1工况选择工况一：圆明园颐和园区间隧道盾构终点K 25+173.149；工况二：T23B联络通道，此处覆土最深；工况

40、三：万泉河高架K24+874.234，此处桥梁可当做地面超载考虑；工况四：圆明园颐和园区间隧道盾构始发点K 23+655.150。如图1所示。图4.1计算工况选择4.2 荷载计算工况一和工况四覆土较浅，通过计算发现它们的荷载均小于工况三，因此主要计算比较工况二和工况三。工况二取最大覆土深度15.5m处的土层计算，其竖向荷载为：工况三的竖向荷载：桥梁的自重等效到隧道上方，并考虑桥面铺装等荷载，取桥梁的等效荷载为30kPa，则工况二的竖向荷载为：由此可以看出工况三的竖向荷载大于工况二，于是取工况三作为控制截面进行管片设计，下图为工况三的地质剖面图。图4.2工况3地质剖面图4.3荷载计算及内力组合区

41、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C50。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。（1）基本使用阶段的荷载计算衬砌自重(4.1)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。1）衬砌顶部竖向地层压力(4.2)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。.2）拱背部的土压力(4.3)(4.4)式中 衬砌拱

42、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：3）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：(4.5)4）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，（）；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2，故取23.5，c取26。将已知数值带入计算可得：5）侧向三角形水平土压力：(4.6)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2，故0为7.6 ；将已知数值带入计算可得：6）静水压力水位距离隧道顶部的高度为12.7m。7）衬砌拱底反力(4.7) 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