本科生畢業設計姓名：學號：學院：專業：土木工程專業（城市地下工程方向）設計題目：上海地鐵汶水路站～新滬路站區間隧道設計與施工專題：盾構施工對周圍建筑物的影響及保護措施指導教師：職稱：ZZ礦業大學畢業設計任務書學院力學與建筑工程專業年級土木工程專業地下20XX學生姓名XX任務下達日期：2010年1月10日畢業設計日期：2010年1月10日至2010年6月20日畢業設計題目：上海地鐵汶水路站～新滬路站區間隧道設計與施工畢業設計專題題目：盾構施工對周圍建筑物的影響及保護措施畢業設計主要內容和要求：設計要求：根據提供的上海地鐵汶水路～新滬路站區間隧道工程的工程資料，完成隧道襯砌結構設計和施工組織設計。結構設計內容包括隧道施工方案的比選、襯砌方案的選取及內力計算等，并編制設計計算書。施工組織設計內容應包括隧道施工準備、施工方法及輔助施工技術、施工總平面布置、施工進度計劃和施工管理等內容。提交是圖紙應包括：①區間隧道工程施工平面總布置圖；②區間隧道平面圖與剖面圖；③襯砌管片配筋圖。專題要求：隧道施工常采用盾構法施工，而盾構施工時會對周圍建筑物產生影響，根據查閱的資料，分析盾構施工對土體應力狀態及地表變形的影響，并說明盾構法施工時應對對周圍建筑物采取的保護措施。完成論文及手繪圖一張。其它要求：翻譯一篇與設計或專題內容相關的近3年外文文獻，其中文字數不少于3千字，并且附英文原文。院長簽字：指導教師簽字：ZZ礦業大學畢業設計指導教師評閱書指導教師評語（①基礎理論及基本技能的掌握；②獨立解決實際問題的能力；③研究內容的理論依據和技術方法；④取得的主要成果及創新點；⑤工作態度及工作量；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）：成績：指導教師簽字：年月日ZZ礦業大學畢業設計評閱教師評閱書評閱教師評語（①選題的意義；②基礎理論及基本技能的掌握；③綜合運用所學知識解決實際問題的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及創新點；⑤寫作的規范程度；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）：成績：評閱教師簽字：年月日ZZ礦業大學畢業設計評閱教師評閱書評閱教師評語（①選題的意義；②基礎理論及基本技能的掌握；③綜合運用所學知識解決實際問題的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及創新點；⑤寫作的規范程度；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）：成績：評閱教師簽字：年月日ZZ礦業大學畢業設計答辯及綜合成績答辯情況提出問題回答問題答辯委員會評語及建議成績：答辯委員會主任簽字：年月日學院領導小組綜合評定成績：學院領導小組負責人：年月日摘要本畢業設計主要包括三個部分，第一部分是汶水路~新滬路站區間隧道結構設計；第二部分是汶水路~新滬路站區間隧道施工組織設計；第三部分是專題部分，盾構施工對周圍建筑物的影響及保護措施。在第一部分區間隧道結構設計中，根據隧道穿越地層的工程地質、水文地質條件和周邊環境情況，通過施工方案的比選，確定盾構法施工，隧道襯砌結構平板型鋼筋混泥土管片，并對其進行相應的強度和抗浮驗算。第二部分是區間隧道施工組織設計，根據隧道施工方法和隧道周邊的環境情況，對施工前準備工作，施工場地布置，隧道開挖與襯砌結構施工等進行設計，并編制了工程進度計劃，編寫了相應的質量、安全、環境保護等措施。第三部分是專題部分，內容是盾構施工對周圍建筑物的影響及保護措施。結合工程實例和相關的參考資料，總結出盾構隧道對建筑物常見的破壞形式。關鍵詞：盾構；地表沉降；鄰近建筑物；破壞；保護措施ABSTRACTThedesignmainlyincludesthreeparts.ThefirstpartisthetunneldesignofthesectionfromWenshuiStationtoXinhuStationinShanghai;Thesecondpartisitsconstructionarrangementdesign;ThethirdpartistheSpecialsubjectwhosetopicisshieldconstructionimpactonthesurroundingbuildingsandthe.Inthedesignofthefirstpart,accordingtotheengineeringgeology,hydrogeologicalconditionsandenvironmentaround,FlatConcreteLiningandShieldConstructionhasbeendecidedthroughtheschemecomparisonandselection.Afterthat,thestrengthandanti-floatingcheckingismade.Thesecondpartisthetunnelsectionconstructionarrangementdesign.Accordingtothetunnelconstructionmethodsandtheenvironmentaround,thepreparationbeforetheconstruction,constructionsitelayout,tunnelexcavationandliningconstructionisdesigned.Theprojectschedule,thequality,thesafetyandtheenvironmentprotectionaremade.ThethirdpartistheSpecialsubjectwhosetopicisshieldconstructionimpactonthesurroundingbuildingsandtheprotectionmeasures.WiththeProjectexamplesandrelatedreferencematerials,tunneldamagecommonformsofthebuildingareSummarized.Keywords:shieldtunnelling;surfacesubsidence;surroundingbuildings;damage;protectionmeasures目錄第一部分上海地鐵汶水路站~新滬路站區間隧道結構設計1工程概況 11.1工程位置 11.2工程規模 12設計依據 12.1自然條件 12.1.1工程地質 12.1.2氣象 32.2現場條件 32.2.1沿線建（構）筑物、地下管線及障礙物 32.2.2交通狀況 33隧道施工方案與襯砌選型設計 33.1隧道施工方案 33.1.1明挖法 33.1.2礦山法 43.1.3頂管法 43.1.4盾構法 43.1.5方案確定 43.2襯砌選型 43.3管片初步設計 54隧道計算 64.1計算原則及采用規范 64.2斷面的選擇及內力計算 64.2.1土層情況 64.2.2荷載計算及組合 64.3斷面設計 114.3.1管片斷面 114.3.2接縫張開量計算 154.4千斤頂作用下局部承壓計算 164.4.1局部承壓 164.4.2預埋件設計 164.5抗浮驗算 175隧道主要技術經濟指標 185.1開挖土方量 185.2管片用量 185.3鋼筋用量 18第二部分上海地鐵汶水路站~新滬路站區間隧道施工組織設計1工程概況 192隧道施工準備 192.1技術準備 192.1.1技術管理體系 192.1.2測量管理 192.1.3試驗管理 202.1.4施工管理 202.2施工現場準備 202.2.1施工道路 202.2.2施工給水 202.2.3排水 202.2.4施工用電 202.3施工物資的準備 202.4勞動力準備 212.4.1大臨設施階段 212.4.2正常推進階段 213施工現場總平面布置 223.1施工總平面布置原則 223.2施工平面總體布置 233.2.1施工場地布置 233.2.2施工場地布置圖 234界定關鍵過程 244.1施工測量控制要點 244.2管片拼裝控制要點 244.3襯砌防水控制要點 254.4地表沉降控制要點 254.5關鍵過程控制人員落實 255施工方案及主要施工工序 255.1施工方案的確定 255.1.1泥水平衡盾構的原理 255.1.2土壓平衡盾構的原理 265.1.3泥水平衡、土壓平衡盾構的對比 265.1.4盾構施工方案確定 265.2盾構掘進的施工準備 275.2.1技術交底 275.2.2地面準備工作 275.2.3井下準備工作 275.3出洞方案 275.3.1出洞土體加固 275.3.2混凝土洞門鑿除 285.3.3洞口止水簾布安裝 285.3.4出洞掘進 285.4進洞方案 285.4.1進洞土體加固 285.4.2盾構接收井準備 295.4.3盾構姿態的復核測量 295.4.4盾構靠上槽壁前的推進 295.4.5盾構進洞前洞門混凝土的鑿除 295.4.6盾構進洞 295.5掘進施工參數 295.6管片拼裝 305.7同步注漿及壁后補壓漿 305.8糾偏 325.9洞門施工 325.10隧道內運輸 325.11棄土處理 336施工主要技術措施 336.1砂性土層施工技術措施 336.2穿越地下管線的保護措施 336.3鄰近施工和既有建筑物的保護措施 356.4減少地面變形控制措施 356.5緊急預案措施 367施工進度計劃 368質量、安全和環境保護措施管理 378.1質量管理 378.1.1工程質量標準 378.1.2質量管理體系要素詳表 378.2施工質量控制 388.2.1隧道襯砌質量控制 388.2.2隧道軸線控制 388.2.3管片拼裝質量控制 398.2.4地表沉降控制 398.2.5測量控制 398.3安全生產施工控制 398.4文明施工措施 408.5防汛、防臺風施工措施 408.5.1防汛防臺的要求 408.5.2防汛防臺的發現和組織撲救順序 408.6消防安全措施 41第三部分盾構施工對周圍建筑物的影響及保護措施1緒論 421.1引言 421.2盾構法施工原理 421.3盾構法施工對鄰近建筑物影響研究現狀 432盾構施工對地層的影響 442.1盾構施工對土體應力狀態的影響 442.2盾構施工對土體變形狀態的影響 442.3地表沉降的表現形式 462.3.1橫向地表沉降 462.3.2縱向地表沉降 473隧道施工對地面建筑物的影響 473.1盾構隧道開挖引起的地表損害形式 473.2盾構施工對建筑物的影響 503.2.1盾構施工對淺基礎建筑物的影響 503.2.2盾構施工對深基礎建筑物的影響 513.3建筑物的損害形式 513.4建筑物抵抗破壞的性能 513.5已建建筑物的變形控制標準 523.5.1鄰近建筑物保護的標準 523.5.2鄰近建筑物的允許變形 523.6盾構通過建筑物時的施工組織方法 533.7盾構施工影響范圍的確定 543.8盾構掘進對近鄰建筑物影響程度的分析預測 543.8.1隔離法 543.8.2整體分析法 554.盾構施工對建筑物影響的控制措施 554.1主動控制措施 564.2被動控制措施 575總結 58參考文獻 60翻譯部分 61致謝 71第一部分上海地鐵汶水路站～新滬路站區間隧道結構設計ZZ礦業大學20XX屆本科生畢業設計第18頁1工程概況1.1工程位置上海軌道交通七號線工程從市區的西北部穿越中心城區，至浦東的西南地區（龍陽路），途徑寶山、普陀、靜安、徐匯和浦東新區等五個主要城區，線路全長約34km，共設28座車站。本次隧道工程的設計范圍是汶水路站~新滬路站區間隧道，它屬于上海軌道交通七號線的一部分。盾構從汶水路站南端頭井下井，沿滬太路往南推進，到達新滬路站北端頭井。隧道總體位于滬太路下方。新滬路站站址沿滬太路布置，位于滬太路西側的道路及綠化帶下，北起行知路北側230m1.2工程規模隧道設計為圓形隧道，隧道外徑為6200mm，內徑5500mm。該區間圓形隧道共有上行右線，下行左線兩條平行隧道。上、下行線相距13.2m。隧道采用高站位低區間的駝峰狀。汶水路站～新滬路站區間隧道推進里程為：CK6+904.110－CK7+632.200，單線長728.09m。在CK7+255.250設旁通道及泵站一處。工程最大坡度28.76‰，最小曲率半徑R＝399.851m，隧道頂覆土7.3～18.4m左右2設計依據2.1自然條件2.1.1工程地質（1）地形、地貌汶水路~新滬路所處位置地形較平坦，地面標高一般在4.25～5.22m之間。擬建場地地貌形態單一，地貌類型屬濱海平原。（2）地基土的構成與特征汶水路~新滬路區間沿線地層由上至下土層主要有：①1填土層，呈雜～黃褐色，很濕，松散，上部主要為混凝土地坪、碎石、煤渣等，下部由粘性土等組成。該層位于地表，分布廣泛。②1粉質粘土層，呈褐黃～灰黃色，濕～很濕，可塑～軟塑，中等壓縮性，含氧化鐵斑點及鐵錳質結核，隨深度增加土性漸變軟。無搖震反應，土面較光滑，韌性中等～高等，干強度中等～高等。③淤泥質粉質粘土層，呈灰色，飽和、流塑，高壓縮性。含云母、有機質，在4～6m夾較多量薄層粉性土，土質不均勻。搖震反應很慢，土面較粗糙，韌性中等，干強度中等。④淤泥質粘土，呈灰色，飽和、流塑，高壓縮性。含云母、有機質及少量貝殼碎屑，夾少量薄層粉砂，土質均勻。無搖震反應，土面光滑有油脂光澤，韌性高，干強度高等。⑤1粘土，呈褐灰色，很濕，軟塑，高等壓縮性，含云母、有機質，夾少量泥鈣質結核、半腐蘆葦根莖，在汶水路車站南側分布。無搖震反應，土面光滑，韌性高等，干強度高等。⑥粉質粘土層，呈暗綠～草黃，濕～稍濕，可塑～硬塑，壓縮性中等。含氧化鐵斑點及鐵錳質結核，夾少量灰白色高嶺土，下部夾粘質粉土。無搖震反應，土面較光滑，韌性中等～高等，干強度中等～高等。⑦1-1砂質粉土，呈草黃，飽和，中密，壓縮性中等。含云母、少量氧化鐵條紋，夾粉砂。搖震反應快，無光澤反應，土面粗糙，韌性低等，無干強度。⑦1-2粉砂，呈草黃～灰，飽和，中密～密實，壓縮性中等～低等。含云母，夾粉性土。⑧1粘土，呈灰色，很濕，可塑～軟塑，壓縮性中等。含云母、有機質，夾少量薄層粉砂。一般上部夾較多量薄層粉性土。無無搖震反應，土面光滑有油脂光澤，韌性高，干強度高等。（3）地基土物理力學性質表2.1地基土物理力學性質土層編號土層名稱層底標高（m）含水量W（％）重度（KN/m3）孔隙比ｅ粘聚力C（Kpa）內摩擦角φ（0）①1填土18②1粉質粘土2.72~0.8632.018.40.921822③淤泥質粉質粘土-0.94~-3.1538.817.61.101221.5④淤泥質粘土-10.24~13.2650.516.61.441411.0⑤1粘土-10.94~12.2540.617.41.171714.0⑥粉質粘土-14.18~17.2624.519.30.724716.5⑦1-1砂質粉土-18.03~27.9730.418.50.87132⑦1-2粉砂-25.18~27.9231.418.30.90032.5⑧1粘土-40.70~42.0437.817.71.092219.5（4）地下水施工場地地下水主要有淺部土層中的潛水和深部粉性土層中的（微）承壓水。據區域資料，承壓水位，一般低于潛水位，淺部土層中的潛水位埋深，一般離地表面0.3～1.5m，年平均地下水位離地表面0.5～0.7m，低水位埋深為1.50m；第⑦據有關資料，地下水的溫度，埋深在4m范圍內受氣溫變化影響，4m以下水溫較穩定，一般為16°～18°。根據市標《巖土工程勘察規范》（DGJ08-37-2002）判定，地下水對混凝土無腐蝕性。由于擬建場地地下水水位較高，根據上海地區經驗，當地下水（潛水）對混凝土無腐蝕性性時，其土對混凝土亦無腐蝕性，故判定擬建場地地下水和土對混凝土無腐蝕性。另據水質分析報告和類同工程經驗判定，場地地下水對鋼結構有弱腐蝕性2.1.2氣象（1）氣溫上海市年平均氣溫18.4℃，最高為39℃，最低（2）降水全年無霜期約230天，年平均降雨量在1200毫米左右，但一年中60％的雨量集中在5至9月的汛期，汛期有春雨、梅雨、秋雨三個雨期。（3）日照全年日照時數平均為1638.2小時。2.2現場條件2.2.1沿線建（構）筑物、地下管線及障礙物（1）沿線建（構）筑物本段區間隧道工程沿線將穿越如下一些建構筑物：盾構從汶水路站出洞不久，就將穿越ZZ石化上海石油五八五加油站的地下油罐；穿越農行大場營業所、蘇明鋼材貿易、晨輝防水建筑材料廠等工業民用建筑物（2）地下管線穿越電話12孔/1.0纜、雨水/φ1000/1.9砼、電話12孔/1.5纜、電話18孔/3.8、污水/φ2000/7.0砼等一系列重要管線。2.2.2交通狀況本標段工程主要沿滬太路布置，在隧道掘進至該范圍內，要加強監控，做好防范措施，確保安全、順利的通過。在汶水路車站的中部，有一通往龍珠苑小區的通道，根據招標文件要求，工程施工期間，須為該小區留設5m寬的行人和車輛通道，并確保行人和車輛的安全。3隧道施工方案與襯砌選型設計3.1隧道施工方案隧道施工方法的選擇主要依據工程地質和水文地質條件，并結合隧道斷面尺寸、長度、襯砌類型、隧道的使用功能和施工技術水平等因素綜合考慮研究確定。所選擇的施工方法也應體現出技術先進、經濟合理及安全適用。在現有的施工條件下，根據地下工程的施工方法，本工程可選用的施工方案有：明挖法、礦山法、頂管法、盾構法。以下對四種施工法進行優劣比較，并確定施工方案。3.1.1明挖法明挖法是指挖開地面，由上向下開挖土石方至設計標高后，自基底由下向上順作施工，完成隧道主體結構，最后回境基坑或恢復地面的施工方法。地下工程施工時，在埋深較淺的情況下，廣泛采用明挖法，放坡開挖是明挖法的首選方案。明挖法的優點有：施工方法簡單，技術成熟；工程進度快，根據需要可以分段同時作業；淺埋時工程造價和運營費用均較低，且能耗較少。缺點有：外界氣象條件對施工影響較大；施工對城市地面交通和居民的正常生活有較大影響，且易造成噪音、粉塵及廢棄泥漿等的污染；需要拆除工程影響范圍內的建筑物和地下管線；在飽和的軟土地層中，深基坑開挖引起的地面沉降較難控制，且境內邊坡穩定常常會成為威脅工程安全的重大問題。3.1.2礦山法礦山法是城市深部地下工程常用的暗挖施工方法，具有不影響地面正常交通與生產，地表下沉量小，適用于硬、軟巖層中各類地下工程，特別是對于中硬巖中。然而礦山法隧道施工的工作環境惡劣，超挖、欠挖量大，無用功多，對圍巖的破壞性大，而且施工進度慢。3.1.3頂管法頂管法是直接在松散土層或富水松軟地層中敷設中、小型管道的一種施工方法。頂管法一般用于修建排水管、敷設煤氣罐、輸油管、動力電纜和通訊電纜的管道、地下交通隧道及橋梁的墩臺等，這些管道的內徑一般都在2～3m。內徑太大和太小的管道頂進都較困難，口徑超過3m的較長距離頂管綜合經濟效益不如盾構法施工。3.1.4盾構法盾構法盾構法是在地表以下土層或松軟巖層中暗挖隧道的一種施工方法。盾構推進主要依靠盾構內部設置的千斤頂，如此不斷開挖，不斷拼裝，并不斷推進，借助盾構這種施工機械可用較快的速度完成隧道施工基本作業循環，直至隧道建成。盾構法施工隧道的優點表現在施工作業可在盾構設備的掩護下，安全的進行地下開挖與襯砌支護工作；施工時振動和噪聲小，對周圍居民幾乎沒有干擾；施工時不影響地面交通；不受氣候條件影響；施工機械化程度高，施工管理容易。在土質差、水位高、埋深大的隧道施工中、有較高的技術優越性。該施工技術目前存在的主要問題是當覆土較淺時，開挖面穩定較為困難；曲率半徑小的曲線段施工比較困難；在飽和含水層中，防水技術要求高。自1818年法國工程師布魯諾爾發明盾構法以來，經過一百多年的應用與發展，盾構機已經能適用于任何水文地質條件下的施工，無論是松軟的，堅硬的，有地下水的，無地下水的暗挖隧道工程都可用盾構法。3.1.5方案確定明挖法施工對城市地面交通和居民的正常生活有較大影響，易造成噪音、粉塵及廢棄泥漿等的污染，且工期較長。由于本工程位處地區附近有很多居民居住，地面交通復雜且隧道埋深較深，故不適合選擇明挖法施工。礦山法適用于硬、軟巖層中各類地下工程，特別是對于中硬巖中。本工程工期要求工期較短，且地下水豐富，土層較軟，因此不選用礦山法施工。本工程設計隧道內徑為5.5m，內徑較大，管道頂進困難，盾構法施工施工時振動和噪聲小，對周圍居民幾乎沒有干擾；施工時不影響地面交通；不受氣候條件影響；施工機械化程度高，施工管理容易，施工過程安全性高。在土質差、水位高、埋深大的隧道施工中、有較高的技術優越性。本區間工程地質條件較為復雜，地下水豐富，工程的工期要求較緊，附近也有大量居民走動，地面交通復雜。采用盾構法施工可以很好的發揮它的優點，充分滿足工程的要求，考慮到上海地鐵隧道施工的一般方法，最終確定本隧道區間采用盾構法進行施工。3.2襯砌選型盾構隧道襯砌用管片按材料可分為鋼筋混凝土管片和鑄鐵管片、鋼管片，復合管片。鋼筋混凝土管片有一定的強度，加工制作比較容易，耐腐蝕，造價低，是最為常用的管片形式，但是較為笨重，在運輸、安裝施工過程中易損壞。鑄鐵管片強度高，易鑄成薄壁結構，管片質量輕，搬運安裝方便，管片精度高，外形準確，防水性能好。但是管片金屬消耗量大，機械加工量也大，價格昂貴。由于鑄鐵管片具有脆性破壞的特性，不宜用作承受沖擊荷載的隧道襯砌結構。鋼管片的優點是重量輕，強度高。缺點是剛度小，耐修飾性差，需要進行機械加工已滿足防水要求。成本昂貴，金屬消耗大，國外在使用鋼管片的同時，再在其內澆注混凝土或鋼筋混凝土內襯。復合管片外殼采用鋼板制成，在殼內設鋼筋，澆注混凝土，組成一個復合結構，這樣其重量比鋼筋混凝土管片輕，剛度比鋼管片大，金屬消耗量比鋼管片小，缺點是鋼板耐腐蝕性差，加工復雜冗繁。由于隧道直徑較小，埋深淺，并考慮到經濟性以及國內目前的使用情況，本區間采用鋼筋混凝土管片。鋼筋混凝土管片一般有箱型管片和平板型管片兩種形式。鋼筋混凝土管片型式中，有箱型管片（或稱中子型）和平板型管片。箱型管片常用于大直徑的隧道。在等量材料的條件下，與平板型管片相比，箱型管片能做到抗彎剛度大、管片之間便于連接等。因而，可有效地降低造價。當然，當管片的背板厚度較小、腔格偏大時，在盾構千斤項作用下混凝土將會發生剝落、壓碎等情況。平板管片是目前最常用的管片型式，常用于中小直徑的隧道，在相等厚度條件下，其抗彎剛度及強度均大于箱型管片，單塊管片重量較重，對盾構頂力具有較大抵抗能力，正常運營時對隧道通風阻力較小。有時，在大直徑隧道內也采用該型式的管片，但主要用于地面荷載大，或者穿越地面建筑群時的隧道區段，用來抵抗較大的外荷載。通過比較，平板管片安全性較高，所以，本區間采用平板型鋼筋混凝土管片。3.3管片初步設計圓環的拼裝形式有通縫、錯縫兩種。錯縫拼裝的優點在于能加強圓環接縫剛度，約束接縫變形，圓環近似地可按均質剛度考慮。但當管片制作精度不夠好時，采用錯縫拼裝形式容易使管片在盾構推進過程中頂碎。通縫拼裝的優點是管片拼裝簡單，施工速度快。由于此工程接縫剛度要求易滿足，為使管片安裝方便快捷，施工進度快，采用通縫拼裝的形式。根據盾構隧道覆土深度，周圍環境，工程地質條件，綜合上海地鐵工程成熟的設計、施工經驗，本工程盾構隧道襯砌的選擇為：初步確定襯砌厚度為350mm，外徑為?6200mm，環寬1200mm。參考上海盾構法隧道的襯砌施工的實踐經驗，此隧道采用單層襯砌，襯砌采用預制平板型鋼筋混凝土管片。混凝土強度為C55。隧道襯砌由六塊預制鋼筋混凝土管片拼裝而成，成環形式為小封頂縱向全插入式。每環管片由一塊封頂塊，兩塊鄰接塊，兩塊標準塊，一塊封底塊組成。接縫分別設置在內力較小的8°、73°4隧道計算4.1計算原則及采用規范計算原則：（1）設計服務年限100年；（2）工程結構的安全等級按一級考慮；（3）取上覆土層厚度最大的橫斷面計算；（4）滿足施工階段，正常運營階段和特殊情況下強度計算要求；（5）接縫變形在接縫防水措施所能適應的范圍內；（6）成型管片裂縫寬度不大于0.2mm；（7）隧道最小埋深處需滿足抗浮要求；采用規范：（1）《混凝土結構》（GB50010-2002）；（2）《地下工程防水技術規范》（GB50108-2001）；（3）《地下鐵道工程施工及驗收規范》（GB50299-1999）；（4）《建筑工程施工質量驗收統一標準》（GB50300-2001）；（5）《地下鐵道、輕軌交通工程測量規范》（GB50308-1999）；（6）《盾構法隧道施工與驗收規范》（GB50446-2008）；（7）《混凝土結構工程施工質量驗收規范》（GB50204-2002）。4.2斷面的選擇及內力計算根據設計規范，盾構隧道襯砌的結構計算采用自由變形的彈性均質圓環法。選取隧道埋深最深的工況進行分析，根據汶水路站~新滬路站區間隧道剖面圖，工況里程為CK7+255.000，盾構隧道中心標高-12.418m、地面標高4.642m。結構設計時，考慮了基本使用階段+特殊荷載組合階段可能出現的最不利荷載組合進行結構強度、剛度和裂縫張開量等驗算。4.2.1土層情況根據工程地質剖面圖，可得工況的土層地質的分布情況，見下圖工況隧道斷面土層分布圖。4.2.2荷載計算及組合區間隧道外徑為?6200mm，內徑為?5500mm。襯砌采用預制圖4-1隧道斷面土層分布圖（一）基本使用階段的荷載計算（1）襯砌自重：（4.1）式中g——襯砌自重，KPa；γh——鋼筋混凝土容重，取為25；——管片厚度，m。將已知數值帶入計算可得：g=250.35=8.75。（2）襯砌拱頂豎向地層壓力：拱頂部：（4.2）式中Pv1——襯砌拱頂豎向地層壓力，KPa；γi——襯砌頂部以上各個土層的容重，在地下水位以下的土層容重取其浮重度，；hi——襯砌頂部以上各個土層的厚度，m。==107.427kPa拱背部：（4.3）式中Pv2——襯砌拱背豎向地層壓力，KPa；Q——拱背均布荷載，KN/m；（4.4）γ——襯砌拱背覆土的加權平均容重，；RH——襯砌圓環計算半徑，m。將已知數值帶入計算可得：=KN/mKPa。（3）地面超載：由于本隧道埋深不是很深，故須考慮到地面超載的影響，取地面超載為20kPa，并將它疊加到豎向土壓上去，故總的豎向土壓力為132.332kPa。（4）側向水平均勻土壓力：=tan（45°-）-2tan（45°-）（4.5）式中Ph1——側向水平均勻土壓力，KPa；φ——襯砌環直徑高度內各土層內摩擦角加權平均值，（o）；==15.5o。c——襯砌環直徑高度內各土層內聚力加權平均值，KPa；=13.9KPa。將已知數值帶入計算可得：KPa。（5）側向三角形水平土壓力：（4.6）式中Ph2——側向三角形水平土壓力，KPa；RH——襯砌圓環計算半徑，m；γ0——襯砌環直徑高度內各土層重度的加權平均值，；將已知數值帶入計算可得：=29.091KPa。（6）靜水壓力：水位高為13.46（7）襯砌拱底反力：（4.7）式中PR——襯砌拱底反力，KPa；Pv1——襯砌拱頂豎向地層壓力，KPa；Pv2——襯砌拱背部荷載，KPa；g——襯砌自重，KPa；γw——水的容重，取為10KN/。將已知數值帶入計算可得：KPa（二）考慮特殊荷載作用本設計中特殊荷載指人防、地震荷載等。在設計中豎向特殊荷載取Pv1=100KPa，側向特殊荷載取Ph1=40KPa。本設計內力計算采用《土層地下建筑結構》和《隧道工程》中的計算工法。對基本使用階段和特殊荷載階段兩種情況下可能出現的最不利荷載進行組合。取左半襯砌圓環進行分析，將其均分為九個部分，各部分分別為0o、22.5o、45o、67.5o、90o、112.5o、135o、157.5o、180o，其中0o表示襯砌圓環垂直直徑處，22.5o為0o處向左量取22.5o處，以此類推。計算中彎矩用M（i）表示，軸力用N（i）表示，終值由結構在各種荷載作用下得到的內力經過疊加得到。各斷面內力系數表如下表4.1。表4.1斷面內力系數表荷載截面位置截面內力M（KN·m）N（KN）自重0～π上部荷載0～π/2π/2～π底部反力0～π/2π/2～π水壓0～π均布測壓0～π△測壓0～π根據表4.1中內力計算公式，并運用Excel表格進行匯總計算，計算結果見表4.2：表4.2管片內力計算一覽表截面位置基本使用階段特殊荷載階段M（KN·m）N（KN）M（KN·m）N（KN）0°128.20629.70170.2686.0022.5°89.51661.04125.77114.0645°-1.65735.7115.36182.8367.5°-88.32809.64-104.81254.9390°-120.69844.46-177.10292.50112.5°-87.93860.93-171.74299.23135°-9.80853.74-76.20287.25157.5°82.24834.73121.21240.45180°161.91811.95416.66148.01由于本工程所采用的管片設計寬度為b=1.2m，而荷載計算是按管片寬度b=1m計算所得，所以最終荷載應在b=1m計算基礎上乘以1.2的系數。將內力組合匯總如下表4.3：表4.3管片內力組合一覽表截面位置內力組合1.2m管片內力組合M（KN·m）N（KN）M（KN·m）N（KN）0°298.45715.69358.15858.8322.5°215.28775.09258.34930.1145°13.71918.5316.451102.2467.5°-193.131064.57-231.751277.4990°-297.791136.96-357.351364.35112.5°-259.671110.16-311.611332.20135°-86.001094.00-103.201312.20157.5°203.451075.18192.48521290.22180°578.57959.96694.281151.95根據計算所得的內力圖繪出襯砌的內力組合圖如下：圖4-2襯砌內力組合圖由內力組合值可知，彎矩在拱底處=180°取得正的最大值（管片內側受拉，M=694.28KN.m），在=90°的時候取得負的最大值（管片外側受拉，M=-357.35KN.m）；軸力在=90°時取得最大值N=1364.35KN。4.3斷面設計4.3.1管片斷面管片配筋取襯砌結構承受彎矩最大值作為設計依據，在內力組合中得出的結果，在=180°時截面內側受拉彎矩最大，=90°時截面外側受拉彎矩最大。故按=180°時的截面進行內排鋼筋設計，按=90°時的截面進行外排鋼筋設計。根據《混凝土結構設計規范》，并參考文獻《盾構法隧道施工技術及應用》，按偏心受壓構件進行截面配筋設計。（1）=180°時（內排配筋）：彎矩M=694.28KN.m軸力N=1151.95KN管片鋼筋選定為HRB400（20MnSiV）型熱軋鋼筋，選用混凝土等級為C55混凝土。h=350mm，h0=h–as=h-50e0=M/N=603mmea=20mm（ea取20和h/30=350/30=11.7ei=e0+ea=603+20=623mm>0.3=0.3×300=90所以，屬大偏心受壓情況式中e0——截面的初始偏心距，mm；ea——軸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；αs——混凝土的保護層厚度，mm；h——管片的厚度，mm。e=ηei+h/2-as（4.10）將已知數值帶入計算可得：e=623+175-50=748式中e——軸向力到受拉鋼筋合力點的距離，mm；η——截面的偏心距增大系數；這里取η=1.0。對受壓面配筋：（4.11）式中α1——矩形應力圖強度與受壓區混凝土最大應力fc的比值；fc——混凝土的抗壓強度設計值，；b——管片寬度，mm；ζb——界限相對受壓區高度；fy‘——鋼筋屈服強度設計值，；h0——截面的有效高度，mm。根據選定的Ⅲ級HRB400鋼筋和C55混凝土，查表可得：α1=1.0；fc=25.3；b=1.2mζb=0.508；=360；h0=300mm。將已知數值帶入計算可得：=–1931.5<0按最小配筋率計算。最小配筋率ρmin：查表得：ft=1.96；==360；=0.245%（4.12）式中ρmin——最小配筋率；ft——混凝土的抗拉強度設計值，；fy——鋼筋的屈服強度設計值，。（4.13）式中b——管片寬度，mm；h0——截面的有效高度，mm。將已知數值帶入計算可得：由于受壓區采用最小配筋，則要重新計算受壓區高度：（4.14）式中α1——矩形應力圖強度與受壓區混凝土最大應力fc的比值；fc——混凝土的抗壓強度設計值，；b——管片寬度，mm；e——軸向力到受拉鋼筋合力點的距離，mm；fy‘——鋼筋屈服強度設計值，；h0——截面的有效高度，mm；——截面承受的最大軸力，KN。將已知數值帶入計算可得：計算得：=96.8mm<2as=100對受拉面配筋：（4.15）式中α1——矩形應力圖強度與受壓區混凝土最大應力fc的比值；fc——混凝土的抗壓強度設計值，；b——管片寬度，mm；fy‘——鋼筋屈服強度設計值，；——截面承受的最大軸力，KN。其余各符號的解釋與前面一致。將已知數值帶入計算可得：=6374.1再按As`=0計算As：（4.16）式中各符號的解釋與前面一致。將已知數值帶入計算可得：=9652.5取兩個計算中較小值，故As=6374.1。（2）θ=90°時（外排配筋）：（與內排配筋步驟相同）彎矩M=–357.35KN.m軸力N=1364.35KNe0=｜M/N｜=262mmea=20mm（ea取20和h/30=350/30=ei=e0+ea=262+20=282mm>0.3h0=0.3×300=e=ηei+h/2-as=282+175-50=407對受壓面配筋：式中各符號的解釋與前面一致。將已知數值帶入計算可得：=–6240.0<0按最小配筋率計算。最小配筋率ρmin：=0.245%=ρminbh0=0.245%1200300=882由于受壓區采用最小配筋，則要重新計算受壓區高度式中各符號的解釋與前面一致將已知數值帶入計算可得：計算得：=47.0<2as=100mm對受拉面配筋： 式中各符號的解釋與前面一致將已知數值帶入計算可得：=2031.1再按As‘=0計算As：式中各符號的解釋與前面一致。將已知數值帶入計算可得：=9618.1取兩個計算中較小值，故As=2031.1。管片配筋為：內筋：選用9φ32的鋼筋進行布置，As=7234.6>6374.1外筋：選用9φ20的鋼筋進行布置，As=2827.4>2031.1。驗算總的配筋率：=2.79%>ρmin=0.245%（4.17）式中As‘——內部配筋的計算面積，；As——外部配筋的計算面積，。（4.18）故有：<<，滿足配筋要求。4.3.2接縫張開量計算因為彈性密封墊采用遇水膨脹橡膠與氯丁橡膠復合墊，其彈性模量E很小，故采用假定環向螺栓達到允許應力時襯砌外側的張開量作為驗算標準。此時，[]=400/1.55=258.1N/。內側螺栓伸長：mm（4.22）襯砌外側張開量：＜3mm（4.23）式中：——彈性密封墊的寬度，mm；E——螺栓鋼筋彈性模量，E=N/（HRB235）。所以滿足彈性密封條的防水適應能力。圖4-3接縫張開量計算簡圖4.4千斤頂作用下局部承壓計算4.4.1局部承壓圓形襯砌外徑?6200mm，內徑?5500mm.盾構外徑?6340mm，盾構千斤頂中心線直徑5815mm，盾構千斤頂共24臺，每臺最大頂力為1500kN（4.24）式中：——混凝土管片最大允許荷載，KN；——混凝土局部受壓時的強度提高系數，取為0.9；——混凝土軸心抗壓設計值，C55的混凝土為25.3N/；——混凝土局部受壓靜面積，695×150=104250。將已知數值帶入計算可得：=1.5×0.9×25.3×104250=3560KN>=1350KN，所以滿足局部承壓要求。4.4.2預埋件設計起吊管片預埋件設置在管片內弧面軸心處，為保證搬運拼裝安全，以最重管片標封底塊（180o）為例，對預埋件進行抗拔計算：（4.25）式中：γh——襯砌管片重度，26；——管片的體積，。將已知數值帶入計算可得：根據管片重量，預埋件的錨筋配置為3根HRB335（20MnSiV）熱軋鋼筋，3φ16，=603。（4.26）式中各符號的解釋與前面一致將已知數值帶入計算可得：＞4滿足要求。4.5抗浮驗算根據隧道斷面土層分布情況，取本隧道覆土最淺處進行抗浮驗算。隧道頂覆土為8.4m。（1）浮力：（4.27）式中：——隧道襯砌圓環體積，；——隧道外徑，；將已知數值帶入計算可得：=301.9KN。（2）結構自重：（4.28）式中：γh——管片重度，25KN/；——管片外徑，m；——管片外徑，m。將已知數值帶入計算可得：KN（3）隧道覆土重：（4.29）式中：——覆土深度，m；——隧道外徑，6.2m；γ——土層加權平均重度，KN/。r=（18×3.12+17.6×3.12+16.6×2.16）/8.4=17.5KN/將已知數值帶入計算可得：KN（4）抗浮系數：（4.30）將已知數值帶入計算可得：=3.55＞1.1（1.1為最小抗浮安全系數）滿足要求。經上述各項驗算，設計的成果為：襯砌管片厚度為350，每環寬為1200mm，管片混凝土強度等級為C55。管片配筋時，主筋種類采用HRB400，外側選用9φ32鋼筋，內側選用9φ20鋼筋。5隧道主要技術經濟指標5.1開挖土方量根據所選盾構機的外徑D=6200mm，以及右線和左線的全長均為728.09m，右線開挖量：ν右=π/4××L右=21970.4；左線開挖量：ν左=π/4××L左=21970.4；總開挖量約為43940.8。5.2管片用量汶水路站～新滬路站區間隧道襯砌環計1211環。管片縱向和環向均采用M30直螺栓連接。管片環與環之間用17根縱向螺栓相連接。每環管片塊與塊間以12根環向螺栓連接。表5.1襯砌連接件用量表（不計負環）序號名稱型號單環數量總數量1環向螺栓M3012套14532套2縱向螺栓M3017套20587套3環向止水墊圈24只29064只4縱向止水墊圈34只41174只5壓漿悶頭6只7266只5.3鋼筋用量計算鋼筋的用量，從每環管片鋼筋用量入手，每環管片內部受拉鋼筋量，在前面計算中已經得出。每環管片內側：HRB400（20MnSiV）熱軋鋼筋，=7234.6，管片外側：HRB400（20MnSiV）熱軋鋼筋，=2827.4。每環縱向鋼筋用量為0.189×7.8=1.474噸。鋼筋總用量為1.474×1211=1785.014噸。第二部分上海地鐵汶水路站~新滬路站區間隧道施工組織設計ZZ礦業大學20XX屆本科生畢業設計第41頁1工程概況上海軌道交通七號線工程從市區的西北部穿越中心城區，至浦東的西南地區（龍陽路），途徑寶山、普陀、靜安、徐匯和浦東新區等五個主要城區，線路全長約34km，共設28座車站本次隧道工程的設計范圍是汶水路站~新滬路站區間隧道，它屬于上海軌道交通七號線的一部分。盾構從汶水路站南端頭井下井，沿滬太路往南推進，到達新滬路站北端頭井。隧道總體位于滬太路下方。新滬路站站址沿滬太路布置，位于滬太路西側的道路及綠化帶下，北起行知路北側230m隧道外徑為6200mm，內徑5500mm，環寬1200mm，厚度為350mm。該區間圓形隧道共有上行右線，下行左線兩條平行隧道。上、下行線相距13.2m。隧道采用高站位低區間的駝峰狀。汶水路站～新滬路站區間隧道推進里程為：CK6+904.110－CK7+632.200，單線長728.09m。在CK7+255.250設旁通道及泵站一處。工程最大坡度28.76‰，最小曲率半徑R＝399.