1、城市地下工程第十一講地下空間結構與構造劉劉 勇勇 教授教授石家莊鐵道大學石家莊鐵道大學 土木工程學院土木工程學院 地下街一1、定義 2、類型3、功能 4、建筑設計 地下空間結構分類一分類方式結構形式及選擇二1、明挖法修建的隧道襯砌結構 2、礦山法修建的隧道襯砌結構 3、盾構法修建的隧道襯砌結構 4、特殊地段隧道襯砌結構 3盾構法修建的隧道襯砌結構 盾構法修建的隧道襯砌有盾構法修建的隧道襯砌有預制裝配式襯砌預制裝配式襯砌、雙雙層襯砌層襯砌以及以及擠壓混凝土整體式襯砌擠壓混凝土整體式襯砌三大類。三大類。預制裝配式襯砌預制裝配式襯砌 預制裝配式襯砌是用工廠預制的構件預制裝配式襯砌是用工廠預制的構件(

2、 (稱為管稱為管片片) )，在盾構尾部拼裝而成的。，在盾構尾部拼裝而成的。 武漢地鐵武漢地鐵管片外徑為管片外徑為6.0m，環寬，環寬1.5m，厚度為厚度為300mm。襯砌環縱、環。襯砌環縱、環縫均采用彎螺栓連接。縫均采用彎螺栓連接。 管片模具管片模具未脫模的管片未脫模的管片三環拼裝試驗臺三環拼裝試驗臺模具清理模具清理 管片生產過程管片生產過程混凝土澆筑混凝土澆筑 管片從模具內吊出管片從模具內吊出 抗壓檢測抗壓檢測 拼裝試驗拼裝試驗 管片存放管片存放 養護池內養護養護池內養護 鋼管片：鋼管片：焊接性好，便于加工和維修，重量輕，焊接性好，便于加工和維修，重量輕，便于施工；其缺點是剛度小、易變形，抗

3、銹性便于施工；其缺點是剛度小、易變形，抗銹性差，價格較貴。差，價格較貴。 鑄鐵管片：鑄鐵管片：強度高，防水和防銹蝕性能好，易強度高，防水和防銹蝕性能好，易加工，剛度大；其缺點是價格較貴。加工，剛度大；其缺點是價格較貴。 按管片按材料可分為按管片按材料可分為: : 鋼筋混凝土管片：鋼筋混凝土管片：耐久性和耐壓性都比較好，耐久性和耐壓性都比較好，剛度大剛度大 ，防水性能有保證；其缺點是重量大，防水性能有保證；其缺點是重量大，抗拉強度較低，在脫模、運輸、拼裝過程中，抗拉強度較低，在脫模、運輸、拼裝過程中，容易將其角部碰壞。容易將其角部碰壞。按管片螺栓手孔成型大小可分為按管片螺栓手孔成型大小可分為:

4、: 箱形管片：箱形管片：因手孔較大而呈肋板形結構。接頭因手孔較大而呈肋板形結構。接頭螺栓的穿入和擰緊比較方便，節省了材料，單螺栓的穿入和擰緊比較方便，節省了材料，單塊管片重量減輕，便于運輸和拼裝。但因截面塊管片重量減輕，便于運輸和拼裝。但因截面削弱較多，在盾構千斤頂推力作用下容易開裂。削弱較多，在盾構千斤頂推力作用下容易開裂。 平板型管片：平板型管片：因螺栓手孔較小或無手孔而呈曲因螺栓手孔較小或無手孔而呈曲板型結構的管片。截面削弱較少或無削弱，故板型結構的管片。截面削弱較少或無削弱，故對千斤頂推力具有較大的抵抗力，對通風的阻對千斤頂推力具有較大的抵抗力，對通風的阻力也較小。力也較小。 箱形管片

5、的縱向接縫箱形管片的縱向接縫( (徑向接縫徑向接縫) )和橫向接縫和橫向接縫( (環環向接縫向接縫) )一般都是平面狀的。一般都是平面狀的。 平板形管片的接縫除了可采用平面狀外，也有平板形管片的接縫除了可采用平面狀外，也有采用榫槽式接縫的采用榫槽式接縫的。 內貼防水鋼板 襯砌環內管片之間以及各襯砌環之間的連襯砌環內管片之間以及各襯砌環之間的連接方式，可分為：接方式，可分為： 柔性連接：柔性連接：允許相鄰管片間產生微小的轉動和允許相鄰管片間產生微小的轉動和壓縮，使襯砌環能按內力分布狀態產生相應的壓縮，使襯砌環能按內力分布狀態產生相應的變形，以改善襯砌的受力狀態。變形，以改善襯砌的受力狀態。 剛性

6、連接：剛性連接：通過增加連接螺栓的排數，力圖在通過增加連接螺栓的排數，力圖在構造上使接縫處的剛度與管片本身相同。構造上使接縫處的剛度與管片本身相同。 目前較為通用的是柔性連接，常用的有以下目前較為通用的是柔性連接，常用的有以下幾種形式：幾種形式： 單排螺栓連接：單排螺栓連接：按螺栓形狀又可分為彎螺栓連按螺栓形狀又可分為彎螺栓連接、直螺栓連接和斜螺栓連接三種。接、直螺栓連接和斜螺栓連接三種。(a)直螺栓聯結端肋(b)彎螺栓聯結(c)斜螺栓聯結 銷釘連接：銷釘連接：用銷釘連接的管用銷釘連接的管片形狀簡單，截面無削弱，片形狀簡單，截面無削弱，建成的隧道內壁光滑平整。建成的隧道內壁光滑平整。和螺栓連接

7、相比既省力、省和螺栓連接相比既省力、省時，價格又低廉，連接效果時，價格又低廉，連接效果也相當好。銷釘是埋在襯砌也相當好。銷釘是埋在襯砌內的，不能回收，故通常都內的，不能回收，故通常都是用塑料制成。是用塑料制成。無連接件無連接件：在穩定的不透水地層中，圓形襯砌在穩定的不透水地層中，圓形襯砌的徑向接縫也可不用任何連接件連接。因管片沿的徑向接縫也可不用任何連接件連接。因管片沿隧道徑向呈一楔形體，外緣寬內緣窄，在外部壓隧道徑向呈一楔形體，外緣寬內緣窄，在外部壓力作用下，管片將相互擠緊，而形成一個穩定的力作用下，管片將相互擠緊，而形成一個穩定的結構。結構。(2)(2)雙層襯砌雙層襯砌 為防止隧道滲水和襯

8、砌為防止隧道滲水和襯砌腐蝕，修正隧道施工誤腐蝕，修正隧道施工誤差，減少噪音和振動以差，減少噪音和振動以及作為內部裝飾，可以及作為內部裝飾，可以在裝配式襯砌內部再做在裝配式襯砌內部再做一層整體式混凝土或鋼一層整體式混凝土或鋼筋混凝土內襯。筋混凝土內襯。(3)(3)擠壓混凝土整體式襯砌擠壓混凝土整體式襯砌 擠壓混凝土襯砌擠壓混凝土襯砌(Extrude Concrete Lining，簡，簡稱稱ECL)就是隨著盾構向前推進，用一套襯砌施就是隨著盾構向前推進，用一套襯砌施工設備在盾尾同步灌注的混凝土或鋼筋混凝土工設備在盾尾同步灌注的混凝土或鋼筋混凝土整體式襯砌。整體式襯砌。 襯砌一次成型，內表面光滑，

9、襯砌背后無空隙，襯砌一次成型，內表面光滑，襯砌背后無空隙，無需注漿，對控制地層移動特別有效。但因需要無需注漿，對控制地層移動特別有效。但因需要較多的施工設備，而且混凝土制備、配送、鋼筋較多的施工設備，而且混凝土制備、配送、鋼筋骨架等工藝較為復雜，在滲漏性較大的土層中要骨架等工藝較為復雜，在滲漏性較大的土層中要達到防水要求尚有困難。達到防水要求尚有困難。(4)(4)盾構法施工時特殊地段的襯砌盾構法施工時特殊地段的襯砌 曲線段的襯砌曲線段的襯砌 在豎曲線和水平曲線地段上，需要在標準襯砌環在豎曲線和水平曲線地段上，需要在標準襯砌環之間插入一些楔形襯砌環，以保證隧道向所需的之間插入一些楔形襯砌環，以保

10、證隧道向所需的方向逐漸轉折。方向逐漸轉折。 R標準環楔形環/2/2區間聯絡通道和中間區間聯絡通道和中間泵站襯砌泵站襯砌渡線和折返線襯砌結渡線和折返線襯砌結構構圖4-1-18 區間聯絡通道和泵站（mm）128001530064007650入孔聯絡通道區間隧道排水管150泵站64007650區間隧道4 4特殊地段隧道襯砌結構特殊地段隧道襯砌結構 沉埋結構沉埋結構 沉埋結構橫斷面有圓形和矩形兩大類，斷面形沉埋結構橫斷面有圓形和矩形兩大類，斷面形狀要從空間的充分利用和結構受力合理兩方面狀要從空間的充分利用和結構受力合理兩方面綜合考慮。綜合考慮。 每節沉管的長度依據所在水域的地形、地質、航每節沉管的長度

11、依據所在水域的地形、地質、航運、航道、施工方法等方面的要求確定，一般為運、航道、施工方法等方面的要求確定，一般為60140m，多數在，多數在100m左右，最長的已達到左右，最長的已達到268m。 斷面尺寸根據使用要求、與其它交通結構合建要求、斷面尺寸根據使用要求、與其它交通結構合建要求、埋深、地質條件、施工方法等確定。埋深、地質條件、施工方法等確定。 管段結構構造除受力要求外，還應考慮管段浮運、管段結構構造除受力要求外，還應考慮管段浮運、沉放、波浪力、基礎形式及地基性質的影響。沉放、波浪力、基礎形式及地基性質的影響。 頂進法施工的區間隧道結構頂進法施工的區間隧道結構二、構造要求二、構造要求 1

12、 1明挖法修建的隧道襯砌構造明挖法修建的隧道襯砌構造 截面幾何尺寸的擬訂截面幾何尺寸的擬訂 區間隧道截面幾何尺寸包括區間隧道截面幾何尺寸包括內部凈空尺寸內部凈空尺寸和和結結構斷面厚度構斷面厚度兩部分，它是根據結構使用要求、兩部分，它是根據結構使用要求、限界尺寸、施工方法及工程地質水文地質條件限界尺寸、施工方法及工程地質水文地質條件而確定的。而確定的。內部凈空尺寸的確定內部凈空尺寸的確定 A線路中線結構中線線路中線軌頂面CDHBA=建筑接近限界寬度建筑接近限界寬度/2 + (至側墻間的富裕量至側墻間的富裕量)+ aB=建筑接近限界寬度建筑接近限界寬度/2 +(至中間柱或墻間的富裕量至中間柱或墻間

13、的富裕量)+b C=建筑接近限界寬度建筑接近限界寬度/2 +(至中間柱或墻間的富裕量至中間柱或墻間的富裕量)+a D=建筑接近限界寬度建筑接近限界寬度/2 +(至側墻間的富裕量至側墻間的富裕量)+b H=建筑接近限界高度建筑接近限界高度 +(至頂板下表面間的富裕量至頂板下表面間的富裕量)+h 式中式中 a曲線內側總加寬量；曲線內側總加寬量； b曲線外側總加寬量；曲線外側總加寬量； h由曲線引起的超高量。由曲線引起的超高量。 隧道結構斷面厚度尺寸的擬訂隧道結構斷面厚度尺寸的擬訂 根據內力分析或用類比法確定。根據內力分析或用類比法確定。 整體式鋼筋混凝土框架結構配筋要求整體式鋼筋混凝土框架結構配筋

14、要求最小配筋率：墻、板中受拉鋼筋的最小配筋率為最小配筋率：墻、板中受拉鋼筋的最小配筋率為0.15%；受壓鋼筋的配筋率不少于受壓鋼筋的配筋率不少于0.2%。鋼筋直徑鋼筋直徑 ：受力鋼筋直徑一般不宜大于：受力鋼筋直徑一般不宜大于32mm，受彎構件，受彎構件中不宜小于中不宜小于14mm，受壓構件中不宜小于，受壓構件中不宜小于16mm，一般構，一般構造鋼筋直徑不小于造鋼筋直徑不小于12mm，箍筋直徑不小于，箍筋直徑不小于8mm。鋼筋間距：受力鋼筋間距應不大于鋼筋間距：受力鋼筋間距應不大于250mm，受力鋼筋的水，受力鋼筋的水平凈距亦不得小于鋼筋直徑或平凈距亦不得小于鋼筋直徑或30mm。 圍巖類別 單線

15、隧道 雙線隧道 35 57 57 710 特殊設計 特殊設計 2 2礦山法修建的隧道襯砌構造礦山法修建的隧道襯砌構造 區間隧道襯砌橫截面形狀和尺寸擬訂區間隧道襯砌橫截面形狀和尺寸擬訂 用礦山法修建的區間隧道襯砌內輪廓線尺寸應用礦山法修建的區間隧道襯砌內輪廓線尺寸應符合地下鐵道建筑限界要求，還要考慮施工和測符合地下鐵道建筑限界要求，還要考慮施工和測量誤差，以及結構固有的變形量。量誤差，以及結構固有的變形量。 結構變形量可根據圍巖類別和隧道寬度按工程結構變形量可根據圍巖類別和隧道寬度按工程類比法確定，當無類比資料時可按表選用類比法確定，當無類比資料時可按表選用。 襯砌內輪廓線形狀應使結構軸線盡可能

16、符合在襯砌內輪廓線形狀應使結構軸線盡可能符合在外荷載作用下所產生的壓力線。外荷載作用下所產生的壓力線。 襯砌截面尺寸擬訂襯砌截面尺寸擬訂 初期支護設計參數的確定可按以下順序進行：初期支護設計參數的確定可按以下順序進行： 采用工程類比法初步選定尺寸。采用工程類比法初步選定尺寸。 根據地鐵區間隧道具體情況，綜合研究，對根據地鐵區間隧道具體情況，綜合研究，對初步選定的設計參數進行修正。初步選定的設計參數進行修正。 用工程類比法有困難時，則可采用解析法或用工程類比法有困難時，則可采用解析法或數值法進行內力分析和截面設計。數值法進行內力分析和截面設計。 由于圍巖特性復雜而多變，在隧道開挖前一由于圍巖特性

17、復雜而多變，在隧道開挖前一般很難準確搞清楚，故需要在施工中根據圍巖般很難準確搞清楚，故需要在施工中根據圍巖的變化情況和監測到的圍巖動態信息，對初步的變化情況和監測到的圍巖動態信息，對初步選定的設計參數進行修正。選定的設計參數進行修正。 關于二次襯砌的強度及厚度則應根據其所在地關于二次襯砌的強度及厚度則應根據其所在地層及在隧道結構體系中的作用而定。層及在隧道結構體系中的作用而定。 在確定襯砌截面尺寸時，一般要將圍巖較差地在確定襯砌截面尺寸時，一般要將圍巖較差地段的襯砌向圍巖較好地段延伸段的襯砌向圍巖較好地段延伸510m。 3 3盾構法修建的隧道構造盾構法修建的隧道構造 橫截面內輪廓和結構尺寸擬訂

18、橫截面內輪廓和結構尺寸擬訂 橫截面內輪廓尺寸：采用盾構法修建地下鐵道橫截面內輪廓尺寸：采用盾構法修建地下鐵道區間隧道，其橫截面的內輪廓尺寸全線是同一區間隧道，其橫截面的內輪廓尺寸全線是同一的，按線路的最小曲線半徑進行確定。的，按線路的最小曲線半徑進行確定。管片厚度：管片厚度：襯砌管片厚度應根據地層條件、隧襯砌管片厚度應根據地層條件、隧道外徑道外徑D的大小、埋置深度、管片材料、隧道的大小、埋置深度、管片材料、隧道用途、施工工藝、受荷載情況以及襯砌所受的用途、施工工藝、受荷載情況以及襯砌所受的施工荷載施工荷載(主要為盾構千斤頂頂力主要為盾構千斤頂頂力)等因素計算確等因素計算確定，一般取定，一般取(0.050.06)D。 管片寬度：管片