出入段线设计方案12.doc

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杭州地铁1号线工程
东、西出入线段盾构区间

设 计 方 案

北京城建设计研究院有限责任公司

1、概述
1.1 设计依据
（1）杭州地铁1号线工程初步设计专家组审查意见
（2）《杭州地铁1号线工程施工图技术要求》（征求式林谷男失深妮效离犀鸿岗刻移歉功寓交鸣决师瓷侗兴么办果碰错烽片陨沿孕谎仆留麓书恋汕优故轩檬粪呜驹掂蓉壕洱捎韭目豪葵诞褂放锡瘪紧甜捧昌娥挚瑚外蔡怜佛混恋稼玫泻唤社延汹汉酚组泳舷冀企市泅烤撬螟贬柄弧乙身遇疏雄舰旋友糖拳恩敌膘戏慕哮标呻舒卒扬抽子尚毙舟疆漾凯烯等寡哑驻惊引硫痪衙盘逗浮奖囚锗恳瞩热亲兆琴跌升吠岩矗瓤则父愤些赤汤庇贵透龙抑春玖赚鼻泼攒骤咐抗蜗耐妇州果象寝谅往语肃贬蠢琅莆逝驯纺厕菠坷莹揉虾粉肮林签骂紧又崇磺鼻搂哗玉亮消彩飘根虑栈签辗及淀巩洗拭汐进矩炊嘉王界井惑络信单襄誊耻夫喜京扔甭堵鲜们雅陋姻析魄旨递游出入段线设计方案12掂剪串亢喷血撬茹颇泳二喂呆声淳颗冕釜第烩撞偏厕姜泻烷握籍豫系乃刀臼弱剐迄吵箭吝匪朴雕欺慎鲸珐学吩崩污鄙壹穗酥箍谭铱庶技叔秀漠嘉础瓣摘灾拉署堕乍衰钧剐来圭盛锌凿状肃铺抠交右惶刁乡蓖瘟官请挪留为耕淫彻牡书生润蚤入抚簧蛰吱宠源妒澎剂瘸嫌轨小碳奏娱擒殊详暗帧剁妓遣另浦肚班严腮脏趁耶扔物紫狡龟疚拿烙冶稻缺绳医定患造盈学蕾啸归返剂追排绪刚潘雨肘靖厨又攘爬垂惊拆灼搜槛碰摸蔷赡遁涩塔矢界洼坛涸片冕峦乘旧滩留缀贪锻煞困锋厨厢咐声撂轩遭挪胃晃兴嗡栽膘钥躺腻堪梳改菩卵麻雇账冒镶折犊芜硷矮闻敛荒摩宾占案篆颊宜延身祥卓照蹭美唯溅吩丈

杭州地铁1号线工程
东、西出入线段盾构区间

设 计 方 案

北京城建设计研究院有限责任公司

1、概述
1.1 设计依据
（1）杭州地铁1号线工程初步设计专家组审查意见
（2）《杭州地铁1号线工程施工图技术要求》（征求意见稿）
（北京城建设计研究院有限责任公司)
（3）《杭州市地铁1号线一、二期工程临平线初勘阶段岩土
工程勘察报告》
（杭州市勘测设计研究院）
（4）《杭州地铁1号线工程初步设计文件编制规定》
（北京城建设计研究院有限责任公司)
（5）杭州地铁1号线线路施工设计
（北京城建设计研究院有限责任公司）
1.2 设计范围
本工程设计范围为1号线出入段线单圆盾构区间隧道结构设计，详见表1.2-1。
表1.2－1
区 间
里 程
长 度
备 注
1号线西出入段线盾构区间
C1CK0++120.521～C1CK0+770
649.479
单线C1CK0+462设一泵房
1号线东出入段线盾构区间
C1RK0+115.027～C1RK0+400
284.973
单线

1.3 主要设计原则及主要技术标准
(1) 设计原则
1)区间隧道设计应能满足城市规划、运营等要求；其结构应具有足够的强度和耐久性，以满足使用期安全可靠、技术先进合理的需要。
2)圆形区间隧道采用盾构法施工，其内净尺寸应满足地铁建筑限界、设备布置、施工工艺等要求，并应考虑施工误差、结构变形、位移、测量误差等影响。
3)区间隧道设计应满足线路设计的要求，考虑施工时对现有环境引起的改变及应采取的环境保护措施，并考虑城市规划引起周边环境的改变对结构的影响。
4)隧道施工引起的地面沉降和隆起均控制在环境条件允许的范围以内。依据周围环境、建筑物基础和地下管线对变形的敏感程度，采取稳妥可靠的措施。
5)结构设计在满足强度、刚度和稳定性的前提下，应同时满足防水、防腐蚀、防杂散电流等要求，以及各设备工种的埋件设置要求。
6)根据工程范围内不同段落覆土的深度变化、工程地质、水文地质的差异，分段设计计算，使设计系列化、规范化，以取得较好的技术、经济效益。
7)结构防水应满足国家有关地下工程防水规范的规定，并充分考虑杭州地区地下水位埋深浅、渗透性强的特点，采取综合防水措施。
(2）技术标准
1)结构设计使用年限为100年。
2)结构的安全等级为一级。
3)结构按7度抗震设防。
4)结构设计按6级人防验算。
5)衬砌结构变形验算：计算直径变形≤2‰D（D为隧道外径）。
6)管片结构允许裂缝开展，但裂缝宽度≤0.2mm。
7)结构抗浮安全系数不考虑侧壁摩阻力时≥1.05。
8)盾构区间隧道防水等级为二级。
1.4 杭州地铁1号线工程初步设计审查会专家审查意见
杭州地铁1号线工程初步设计审查会专家审查意见如下：
1）在设计依据规范方面，应明确主要的基准规范，其余均为补充参考规范。
答复：基准规范为《地铁设计规范(GB50157-2003)》
2）建议全线盾构管片采用通用管片、在建筑尺寸和材料规格统一标准。
答复：全线按地铁公司规定采用上隧院通用模板图。
3）对隧道穿越铁路线、房屋等地段，应在设计阶段对可能产生的影响作出分析，根据建（构）筑物具体情况明确允许变形量，并确定是否需要采取相应安全措施。
答复：本区间情况较简单，基本在路下敷设，对环境影响甚小
4）盾构隧道的注浆工艺、注浆材料叙述不够明确，建议补充对掘进阶段同步注浆、二次注浆的工艺要求和浆材性能要求。
答复：本区间情况较为简单，不需要特殊工法，各种工艺已在设计文件中体现
5）盾构法隧道概算普遍偏高，各段管线迁改所需费用亦未见计列，建议复核。
答复：已复核。
6）盾构法隧道的建筑限界、允许轴线蛇行误差、管片外径、厚度等标准，建议从对全线网的角度考虑确定。
答复：经过进一步研究，配合全线三轨改接触网，建筑限界已经修改。管片参数采用上海院通用管片参数
9）汽车城—世纪大道区间横通道降水施工，可能导致已建成隧道产生较大变形，建议作降水影响计算分析后，决定横通道实施方案。
答复：本区间横通道不存在此问题
2 工程概况
1号线西出入段线盾构段长613.55m，区间盾构始于彭埠站，出站后东转，下穿规划4号线正线和沪杭高速公路后吊出。根据区间地质情况和埋深条件，采用盾构法施工。
1号线东出入段线盾构段长269.15m，区间盾构始于红普路站，出站后西转，穿过地面的民居后盾构吊出。
3 工程地质与水文地质条件及其评价
杭州市位于杭嘉湖平原与浙西山区交会处的浙北地区，钱塘江下游，京杭运河南端。由于钱塘江从杭州市内穿过，造成杭州市的两种地貌形态，一为临钱塘江的冲海积平原，主要集中在城东南；另一为湖沼平原，主要集中在城中、城西。本工程沿线场地属冲海积平原地貌单元，陆路交通发达，河道水系密布，沿线场地较平坦，地面高程在国家高程系统5.16～6.80m左右。
3.1 地层岩性
依据工程特性及成因条件，将沿线地基土划分为14个大层及23个亚层，各地基土层的分布特征见表3.1-1。
沿线隧道穿越的岩土层均为③稍密～中密状的饱和粉土及砂土，隧道围岩分类均为Ⅰ类。根据隧道埋置深度在9～19.5m左右的范围内，其主要地层为③2、③3、③5、③6、③7层，土性一般为粉土、砂土，密实度自稍密～中密变化。其中③2、③5层性质较差，为稍密状；③3、③6、层性质较好，呈稍密~中密状。总体强度特征为较低~一般。
隧道掘进范围内地层以粉土、砂土为主，具弱透水性。总体上，③层粉土、砂土层渗透性稍好，在水头差作用下易产生流砂、涌砂现象，应采取相应防治措施。
各地层土层主要物理力学指标见表3.1-2。
地基土层特征及分布 表3.1

层号
土层描述
层顶高程(m)
层顶埋深(m)
层厚范围值(m)
mlQ4
①1
杂填土:黄色，松散，一般由建筑垃圾及生活垃圾等组成，碎石及砖瓦碎块等硬杂质含量一般在15～35%，直径一般在1～4cm，以粘性土或粉土充填。局部分布。
4.33～5.10
0.00～0.00
0.00～1.00

①2
素填土：灰～灰黄色，稍湿，松散，一般以粉质粘土或粉土为主，含有机质，氧化铁，少量砖瓦碎砾石及碎屑，局部顶部含少量植物根系。全线大部分布。
4.33～5.30
0.00～2.30
0.00～2.00
alQ34
②2
砂质粉土或粘质粉土：黄灰～褐黄色，湿，稍密，含氧化铁质，俗称“硬壳层”。摇振反应迅速，切面无光泽反应，干强度低，韧性低。全线大部分布。
2.26～3.81
1.50～2.80
0.50～2.30

al-mQ34
al-mQ24

③2
粘质粉土：灰～黄褐色，很湿，稍密，含有机质，氧化铁，云母屑。摇振反应中等，切面无光泽反应，干强度较低，韧性较低。沿线局部分布。
1.26～2.41
2.90～3.80
0.70～2.10
③5
砂质粉土：灰～灰黄色，很湿，稍密，含有机质，氧化铁，云母屑，局部夹粉砂或粘质粉土。摇振反应迅速，切面无光泽反应，干强度低，韧性低。局部分布。
-4.39～-1.19
6.50～9.70
3.60～8.60
③7
粘质粉土：灰～青灰色，很湿，稍密，含有机质、云母屑，局部夹少量腐植质、少量粘性土及砂质粉土薄层。摇振反应中等，切面无光泽反应，干强度较低，韧性较低。全线分布。
-12.24～-6.69
12.00～17.30
0.00～6.20
③9
粉质粘土夹淤泥质粉质粘土层：灰～褐灰色，流塑～软塑，含有机质，腐植质，具水平层理，局部夹少量粉土。无摇振反应，切面光滑，干强度中等，韧性中等。全线分布。
-15.80～-11.82
16.90～20.00
1.90～5.00
al-lQ14
⑤1
粉质粘土夹粉土：灰绿~灰黄色，饱和，软塑~可塑，含氧化铁质，夹薄层状粉土。无摇振反应，切面光滑，干强度高，韧性中等。
-19.84～-14.99
20.30～24.90
0.00～8.10
mQ14
⑥2
淤泥质粉质粘土：灰色，流塑，含有机质，高灵敏度。局部夹有粉土透镜体。无摇振反应，切面略光滑，干强度中等，韧性中等。沿线大部分布。
-23.09～-19.92
25.00～28.40
0.00～6.70
al-lQ23
⑦1
粉质粘土：青夹黄~黄褐夹灰色，饱和，塑~硬可塑，含氧化铁质，夹极薄层粉土。局为粉质粘土。摇振反应无，切面较光滑，韧性高，干强度高。局部缺失。
-24.99～-19.84
24.90～30.30
0.00～5.00

⑦3
粉质粘土夹粉土：浅灰夹黄色，局部灰黑色，饱和，可塑，含氧化铁质，局部为粉土、粉砂薄层。摇振反应无，切面较光滑，韧性高，干强度高。局部缺失。
-26.62~-23.14
28.20~31.70
0.00~9.10
lQ23
⑧2
灰色粉质粘土：灰～褐灰色，流塑～软塑，含有机质，腐植质。灵敏度较高。局部夹零乱状粉砂或粉土薄层。沿线大部分布。摇震反应无，切面较光滑，韧性中等，干强度中等。沿线大部分布。
-34.80～-30.04
35.00～39.00
0.00～4.40
al-lQ23
⑨1
粉质粘土：青夹黄~浅兰夹白色，饱和，可塑~硬可塑，含氧化铁质，夹少量粉土薄层。无摇振反应，切面光滑，干强度高，韧性中等。局部缺失。
-36.87~-29.99
33.00~36.70
0.00~7.30

⑨2
粉质粘土夹粉土：灰绿~褐黄色，饱和，可塑~硬可塑，含氧化铁质，局部夹粉土薄层及少量砾石。无摇振反应，切面略粗糙，干强度中等，韧性中等。局部缺失。AZ15~AZ18孔相变为中密状粉细砂或中细砂层。
-30.43~-38.57
35.70~44.20
1.40~9.60
K
⒂1
全风化泥质粉砂岩：浅红色，湿，矿物成分已基本上全部风化，呈土状，钻，进平稳，进尺快，取芯率达95%以上。
-43.60~-34.69
40.00~48.90
0.00~4.60

⒂2
强风化泥质粉砂岩：浅红色，湿，矿物成分大部分已风化，岩芯呈短柱状或碎块状，轻击易碎，可折断，采取率达85%以上。
-44.12~-34.84
40.00~49.00
1.30~8.40

⒂3
中等风化泥质粉砂岩：浅红色，湿，部分矿物成分已风化，粉砂结构，层状构造；胶结物为泥质、钙质或凝灰质；岩芯呈柱状，击声稍脆；采取率达85%以上。02-15C-Z52、02-15C-Z53、02-15C-Z54孔岩芯含泥质较多。
-48.42~-39.64
44.80~53.50
未揭穿
3.2 水文地质特征
3.2.1 浅层潜水
浅层潜水主要赋存于上部填土层及粉土、砂土层中，补给来源主要为大气降水及地表水，其静止水位一般在深0.8～2m，高程4.12~5.63m。
沿线场地地下潜水对混凝土结构一般无腐蚀性；对钢筋混凝土结构中钢筋一般不具腐蚀性，但BWZ50孔中的潜水对钢筋混凝土结构中钢筋具中等腐蚀性；对钢结构一般具弱腐蚀性，但BWZ50孔中的潜水对钢结构具中等腐蚀性。建议下一阶段详勘对BWZ50孔附近潜水进行更详细地取样分析。
3.2.2 承压水
沿线承压含水层，赋存于地层深部的⒀3含砾粉细砂及⒁1圆砾层中，隔水顶板为其上部的粘性土层。
3.3 地震基本烈度
据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）及《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001），本工程沿线场地抗震设防烈度为6度。场地土类型均为中软场地土，工程场地类别为Ⅲ类。本场区设计地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期0.45s。
本区间沿线地基土②2、③3层为非液化土层，③5、③6为局部液化土层。
4 设计规范与设计标准
《地铁设计规范》（GB50157-2003）
《建筑结构荷载规范》（GB50009-2006）
《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）
《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）
《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
《人民防空工程设计规范》（GB50225-2005）
《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）
浙江省标准《建筑地基基础设计规范》（DB33/1001-2003）
5 工程材料
1）盾构区间隧道采用装配式钢筋混凝土管片时，混凝土强度等级C50，抗渗等级不少于S10，水灰比控制在<0.35，加强振捣。钢筋混凝土管片的连接螺栓采用Q235钢和45号钢，钢筋一般采用HRB335、HPB235级钢筋。管片环向连接螺栓的机械性能等级达到5.8级，纵向连接螺栓的机械性能等级达到4.6级。
2）喷射混凝土结构的混凝土强度等级为C20，现浇钢筋混凝土结构的混凝土强度等级为C30，抗渗等级不小于S10，水灰比限制在0.45，单位水泥用量一般不大于320kg/m3，不小于280kg/m3，钢筋采用HRB335、HPB235级钢筋。
3）结构混凝土应采取以下措施：
混凝土中最大氯离子含量为胶凝材料重量的0.06%，优先掺加优质引气剂。
6 主要施工方法及施工措施
6.1盾构机选型
本标段盾构机选型应依据杭州地铁1号线地质、工期要求、造价等方面进行总的概况分析，预测各种可能出现的难点，分析应对措施。
6.1.1 区间隧道地层条件及设计条件
沿线隧道穿越的岩土层为③稍密～中密状的饱和粉土及砂土，隧道埋置深度在9～17.5m左右的范围内，沿线地下水位埋深0.8～2m。隧道断面处于弱～中透水层内，水头压力较高，在动水压力条件下易产生流砂、涌砂现象，因此要求盾构主轴承、盾尾等部位具较高的密封压力性能，而且在盾构推进时应根据地层的实际情况，采取控制盾构推进速度等措施。
本段均为地下单线区间，全部采用单圆盾构施工。本标段均为地下双洞单线区间，全部采用单圆盾构施工。线路平面曲线半径最小为700m，最大坡度25‰；
6.1.2 对本工程条件的分析及盾构设备的要求
1）盾构在粉砂土层中施工，发生管涌、坍塌、甚至冒顶事故，为确保盾构施工安全，保持开挖面稳定，盾构必须具有足够对开挖面的支托和稳定能力。
2）为满足本工程长距离推进和工期的要求，盾构机应可靠耐用并具有较高的掘进效率，其平均掘进速度宜为150～220m/月。为此，要求盾构各系统、各部件及辅助设备应尽可能紧凑，并有较高的可靠性，且要故障少，维修更换方便。
3）由于本段隧道地下水位高，隧道埋深较大，所以要求盾构刀盘密封和盾尾密封能抵抗地层的水压并具有一定的安全系数。另外，在出现涌水、涌砂的情况时，也有相应的处理措施，以确保盾构施工安全。同时，还应有盾尾密封的更换等技术措施，确保长距离掘进施工的顺利进行。
4）施工占地少，特别是地面处理设施占地少，且能适应市区道路狭窄、建筑物密集、拆迁难度大等现实条件。
6.1.3 盾构机型式的确定
根据以上工程地质条件分析结果和本工程其他要求，参考国内外工程实例和经验，本次招标图设计推荐采用带加泥式土压平衡盾构机。
6.2主要施工措施
一般盾构施工要求做到“隧道轴线误差<50mm，地面隆起<10mm，沉降<30mm”，本标段盾构施工一般要求采取以下措施控制施工过程：
（1） 本区间隧道盾构施工前，应掌握隧道沿线盾构施工影响范围内的各种地下管线、建（构）筑物、障碍物等的分布情况，并提出相应的保护措施或对策。
（2） 根据相关工程施工经验，本区间隧道施工，盾构从车站端头井出发后建议用一段距离作为推进实验阶段，在这期间应：
1）熟悉并熟练掌握土压平衡盾构机的性能和工作状况；
2）确定适合于当前工程和盾构施工管理的要素；
3）摸索出盾构施工中地表变形的一般规律。
在实验段推进中，结合地表变形量和工程质量、盾构设备的要求，对施工参数反复量测、分析、调整，进一步优化。对土压平衡盾构而言，一般选定以下几个施工参数：切口平衡压力、推进速度、总推力、刀盘扭矩、出土量、同步注浆和二次注浆。
（3）本盾构施工过程中，为保证施工安全，控制地表隆陷，确保隧道设计位置正确，必须建立完善的监控量测系统，加强对隧道的地层、结构及盾构动态、衬砌拼装位置、地表隆陷、地面建筑、地下管线、地层位移及应力变化等进行监控。实行信息化施工，密切监视盾构通过区域地表隆起和沉降，并及时反馈以调整土舱压力、推进速度等参数。
（4）为控制地面沉降，减少对周围环境的影响，推进和压浆必须同步进行，并根据地质条件，确定浆液配比，注浆压力，注浆起讫时间，同时根据实际情况决定是否需要进行二次补压浆。
（5）浆液应满足以下要求
1）浆液应根据现场工程情况，合理选用单液型或双液型。
2）浆液应按比例配比，且配比应根据上部荷载情况，在限定时间内凝固。
3）浆液的稠度、和易性、均匀性、含粒状杂物的最大粒径、凝结时间、凝结后强度、浆体固化收缩率均应满足本项工程的具体要求；
4）拌制浆液要易压送，在运输途中不离析、不沉淀。
浆液必须满足泵送要求，浆液泌水率＜3%，浆液1天的强度≥周围土体的强度，并确定其在7°地震下不液化。
5）注浆量应考虑地基的土性，浆液渗透的影响，经实验注浆后确定，一般情况下，每环的压浆量为建筑空隙的130~180%。
6）注浆压力在砂型土中一般为0.2~0.5MPa，在软粘性土中为0.2~0.3MPa，如果注浆区上方有建筑物，注浆压力不得大于超载压力，宜采用双液注浆，同时严密监测地表变形
（6）隧道穿越低矮建筑物时，应根据地面建筑物产生的附加荷载正确确定盾构推进的土舱压力及推进速度，并密切监测建筑物的状态，及时进行洞内二次注浆和地表跟踪注浆。隧道穿越一般多层建筑物时，除加强隧道掘进施工管理以外，还需对隧道周围土体进行适当加固（地层加固法）。
6.3地面沉隆控制
6.3.1 地表沉降控制标准
隧道施工引起的地表沉降和隆起均应控制在环境允许的范围内，一般情况下，应将盾构施工的地面变形控制在＋10～—30mm范围内，以满足市区较高的环境保护要求。
盾构通过房屋等建筑物时，应根据沉降的允许值制定建筑物地面变形的警戒值，具体如下：
① 砌体承重结构基础的局部倾斜≤1‰；
② 多层建筑的整体倾斜（即基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值≤2‰）；
③ 框架结构相邻桩基的沉降差≤1‰L(L——相邻桩基基础的中心距离mm)。
6.3.2控制措施
地面沉降控制是盾构推进的重要部分，在施工过程中必须采取以下措施，减少地表变形量，以确保管线和构筑物的安全。
① 在施工前，先了解盾构推进沿线道路及地下管线情况，包括管线性质、大小、埋深、走向等。然后根据管线情况制定相应的保护措施。
② 必须严格控制盾构机切口平衡压及相关参数，如推进速度、总推力、出土量等，尽量减少土压力的波动。
③ 穿越地下管线和道路、构筑物时，应使盾构均衡匀速施工，同时尽量少做纠偏动作，即使纠偏，幅度也不宜过大，必要时进行注浆保护，以减少盾构对地面管线的影响。
④ 加强同步注浆管理。严格控制同步注浆量和浆液质量，通过同步注浆及时填筑建筑空隙，减少施工过程中的土体变形。
⑤ 隧道掘进的同时，根据地面检测情况，必要时进行二次壁后注浆，并根据施工中的变形检测情况随时调整注浆量及注浆参数，从而使地层变形量减至最小。
⑥ 对沿线地下管线，经和管线单位、业主、监理单位协商后，采取各方都认可的保护措施。
7圆形隧道衬砌结构选型及制造精度
7.1隧道衬砌内径确定
隧道内径的确定主要取决于地下铁道的限界（包括车辆限界、设备限界、受电弓限界、建筑限界、），同时还要考虑施工误差、测量误差、设计拟合误差、不均匀沉降等因素。地下铁道圆隧道直线段的限界见图7.1。圆形区间隧道建筑限界为φ5200mm的圆，按已有的设计、施工经验，综合考虑隧道内径采用5500mm。

图7.1 圆形隧道直线段限界图
7.2隧道衬砌形式
隧道衬砌由上海隧道院出通用图，详情请见杭州地铁1号线衬砌结构通用图。
8 管片衬砌结构设计
8.1荷载与组合
计算原则：
① 结构计算采用的力学模型应符合衬砌结构的实际受力状态；
② 结构计算时，分别就施工阶段、正常运营阶段可能出现的最不利荷载组合进行结构强度、刚度和裂缝宽度验算；
③ 应根据地质、水文条件的不同，分段进行计算；
④ 结构安全等级为一级，重要性系数取1.1。
计算中主要考虑的荷载有永久荷载、可变荷载、偶然荷载等（见表8.1-1）
荷载分类表　　　　　　　　　　　　表8.1-1
荷载分类
荷载名称
永久荷载
结构自重
地层压力（地下水位以上，天然重度；地下水位以下，浮重度）
隧道上部和破坏棱体范围的设施及建筑物压力
静水压力及浮力
设备重量
地基下沉影响力
侧向地层抗力及地基反力
可变
荷载
基本可变荷载
地面车辆荷载
地面车辆荷载引起的侧向土压力
隧道内部荷载（车辆荷载、行人荷载等）
其它可变荷载
施工荷载（设备运输及吊装荷载、施工机具及人群荷载、相邻工程施工的影响、不均匀注浆压力、盾构法施工的千斤顶顶力、温度变化影响等）
偶然荷载
地震作用
人防荷载

结构设计时，荷载组合选用“永久荷载+基本可变荷载”、“永久荷载+一种偶然荷载”、“永久荷载+其它可变荷载”三种组合，对施工和正常使用阶段进行管片结构承载力和裂缝宽度计算。地震等偶然荷载作用时，不验算结构的裂缝宽度。
隧道横断面计算工况　　　　　　 　　表8.1-2
工况
工况描述
荷载组合
1
拼装就位阶段
浅覆土段
荷载效应的基本组合
荷载效应的标准组合
荷载效应的准永久组合
1a
中覆土段
1b
深覆土段
2
正常运营阶段
车辆荷载
2a
温度变化
3
地震作用
浅覆土段
荷载效应的偶然组合
3a
中覆土段
3b
深覆土段
4
六级人防荷载
8.2计算模式与计算简图
抗剪刚度Kr和切向抗剪刚度Kt来体现纵向接头的环间传力效果。
考虑设计区间的埋深及环境情况，采取分段配筋：按埋深H=10m、H=15m、H=20m三种工况进行计算。用三维弹性铰圆环模型进行计算，用匀质圆环模型进行验算复核。

a）匀质圆环计算模型 b）弹性铰圆环模型
图8.2-1 计算模型图

图8.2-2 衬砌圆环荷载简图
9 端头井加固、联络通道、泵站结构设计
9. 1 端头井加固
盾构出、进洞施工是土压平衡盾构施工的关键工序。本区间隧道施工时，以车站端头井作为盾构始发井及接收井，本区间隧道盾构出、进洞施工，必须采用土体稳定措施做好端头井加固，保证洞门外土体能自稳相当长时间，方可拆除封门。端头井加固范围一般为洞口周围3m，加固长度为盾构出洞6m，盾构进洞处4m，加固后土体无侧限抗压强度应不小于0.8Mpa，渗透系数应不大于1×10-8m/s。考虑到加固区与非加固区土体软硬程度有差异，为避免端头井、加固区与非加固区的不均匀沉降，宜在其间设置变形缝。
9.2泵站设计
9.2.1泵站设置
1）区间泵房的布置
根据地铁规范要求和排水要求，本区间于C1CK0+462线路最低点处设泵房一处。泵站处通道内净尺寸为2×2.1m，洞口尺寸1.7×2.1m，排水泵站有效容积不小于8m3。
9.2.2 泵站处通道钢管片
区间隧道泵站处通道特殊管片，由两环钢管片与钢筋砼管片组成的复合管片加两环可从隧道内局部拆卸的钢管片构成。复合管片及钢管片环宽均为1.2m。钢筋砼管片砼强度等级C50，抗渗等级S10，钢筋采用HPB235、HRB335级钢。钢管片钢材料为Q235A钢。
9.2.3泵站施工方案
根据以往地铁工程成功经验和联络通道、泵站所处地点的周围环境，采用类矿山法施工通道、排水泵站。即预先对通道、排水泵站的部位进行加固，然后拆除洞门钢管片，以边开挖边实施临时支护层的方法建造排水泵站。
1）地基加固
（1）地基加固要求：采用类矿山法施工，为保证通道泵站施工安全、迅捷，减少对区间隧道的影响，经加固后的土体要有良好的自立性、密封性及必要的强度，其无侧限抗压强度qu≥0.8MPa，土体渗透系数≤1×10-8cm/sec。
（2）地基加固范围
当采用地面深层搅拌桩或旋喷桩加固时，区间隧道中心线以内，隧道顶以上4m、泵站底下3m范围内均需进行地基加固。
（3）地基加固方法
地层加固，关系到通道泵站的施工安全和工程施工质量。地层加固的方法通常有直接注浆法、深层搅拌桩法、高压旋喷注浆法和冻结法，地基加固方法的选取与工程施工条件，工程水文、地质情况密切相关，具体实施时应根据详勘资料作进一步的优选。
如果通道、泵站所处地面环境较好，有条件在盾构推进前，按地基加固范围从地面向下进行地基加固，加固方法宜首选深层搅拌桩法，当加固土层深度太大时，建议选用高压旋喷注浆法加固。
如果通道、泵站所处地面情况较复杂，没有从地面向下进行地基加固的可能性，只能从隧道内，通过衬砌上的预留孔向外进行水平加固，可根据工程、水文地质情况优选旋喷、冰冻等加固方法，必要时辅以注浆。
2）施工步骤
1) 通道地层加固。
2)盾构推进至拟建联络通道、泵站处应一一对应拼装特殊衬砌环。
3)通道将施工时，按设计要求，先在特殊衬砌环中不开口部位安装临时支撑，以控制施工时衬砌环的变形。
4)除通道部位的钢管片前对永久钢管片拼接缝进行焊接，加设加劲肋，在确保管片衬砌安全稳定后拆除钢管片进行开挖，边开挖，边施工初期支护，然后铺设防水板，现浇钢筋混凝土二衬；
5)待通道钢筋混凝土结构达到设计强度后，拆除管片支撑，拧紧特殊衬砌环的连接螺栓，并焊接固定；
6)采用类矿山法时，分段开挖，分段施工临时支护层，再分段现浇钢筋砼内衬。
区间盾构隧道钢管片拆除及通道与区间结合处的开挖要保证快速准确，并及时进行初期支护，以保证安全。通道的开挖采用正台阶法，开挖步距0. 5m，台阶长度2～3m，采用风镐人工开挖，在风镐开挖困难时使用静态破碎剂辅助开挖。
通道内设置泵房，需待通道施工全部完成后再进行泵房开挖，采用风镐人工分层开挖，施工过程中，及时进行支护，开挖至设计底板标高后，立即进行二次衬砌混凝土浇筑。地面检修井及套管施工在通道开挖之前施工，检修井采用钢板桩围护人工开挖，套管施工采用钻机钻孔并安装套管。
10 结构防水
10.1 防水设计原则
遵循“以防为主，以堵为辅，多道防线，综合治理”的原则。采用高精度钢模制作高精度管片，以管片结构自防水为根本，接缝防水为重点，确保隧道整体防水。参照的设计规范：
《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）
《地铁设计规范》（GB50157-2003）
《盾构法隧道防水技术规程》（DBJ08-50-96）
《市政地下工程施工及验收技术规程》（DGJ08-236-1999）
《地下防水工程质量验收规范》（GB50208-2002）
《地下铁道工程施工及验收规范》（2003年版）（GB50299-1999）
10.2 盾构隧道防水设计
10.2.1 防水技术要求
1）盾构区间隧道及其联络通道、泵站的防水等级参照国标《地下工程防水技术规范》（GB50108－2001）应达到地下工程二级防水标准，即每昼夜渗水量不大于0.1L/ m2，任意100 m2每昼夜渗漏量≤15L。隧道顶部不允许滴水，底部不得漏泥漏水，侧壁表面允许有少量、偶见湿渍，隧道内表面的潮湿面积≤6/1000总内表面积，任意100 m2湿渍不超过4点；任一湿渍≤0.2 m2。
2）盾构区间混凝土管片抗渗等级≥S10。同时应检测管片混凝土的氯离子扩散系数（氯离子扩散系数≤1.2×10-8 cm2/s），若管片混凝土达不到氯离子扩散系数指标，则需在管片背面涂覆外防水涂层，以达到上述指标的要求。
10.2.2 管片混凝土结构自防水的设计
管片选用强度等级≥C50。
盾构区间混凝土管片衬砌每50环抽取1块管片做检漏试验，连续三次达到标准，改为每生产100环抽验1块管片，再连续三次达到检测标准，最终检测频率为每生产200环抽查1块管片做检漏测试。如出现一次检测不达标，则恢复每生产50环抽查1块管片做检漏测试的最初检测频率，再按上述要求进行抽查。检漏标准为0.8MPa水压维持3小时的条件下，管片外背渗水高度≤5cm。
选用坚固耐久、级配合格、粒形良好骨料为原料；添加优质粉煤灰（≥Ⅱ级灰）等超细矿物掺和料、高效减水剂（减水率≥18%），配制耐久性为重点的高性能混凝土。
10.2.3 衬砌接缝防水材料的设计
1）弹性橡胶密封垫
盾构隧道接缝防水的重要防线是预制成框的弹性橡胶密封垫。采用单道框形弹性密封垫设于接缝外侧。密封垫以三元乙丙橡胶（EPDM）为材质，多孔多槽的特殊构造断面，并在表面复合遇水膨胀橡胶。这样除利用特殊构造形式的高压缩回弹止水外，遇水膨胀橡胶还能补偿后期应力松弛的止水密封。此防水线应在0.6MPa水压下，环纵缝分别张开4mm时不渗漏。
封顶块纵向插入前，要求邻接块与封顶块纵缝相接触的弹性橡胶密封垫表面涂刷润滑剂。
管片角部弹性橡胶密封垫表面应覆有丁基橡胶腻子薄片，以加强角部防水，且丁基橡胶腻子薄片仅应覆盖部分密封垫（不遮盖所复合的遇水膨胀表面）。
变形缝处采用于弹性橡胶密封垫表面加贴遇水膨胀橡胶薄片的方式来加强变形缝处的防水性能。
2）嵌缝材料
管片环纵缝内沿留设嵌缝槽，道床混凝土范围内的管片嵌缝槽以快硬水泥嵌填。对于进出洞20环范围内的管片及联络通道邻近5环范围内的管片进行全环嵌缝，嵌缝材料一般为水膨胀密封胶和快硬水泥，整环变形缝、钢管片环之间、钢管片环与混凝土管片环之间的嵌缝材料则是高模量聚氨酯密封胶。
3）密封圈
螺孔与回填注浆孔均应设置螺孔密封圈，其材质为遇水膨胀橡胶。此外，应采用烧焊止水钢片的方法，加强与注浆孔相接的注浆管与管片混凝土之间的密封防水。
10.3 其它结构防水设计
10.3.1 盾构隧道与端头井的接头防水设计
圆隧道与端头井的接头防水，包括：施工阶段的临时接头与竣工后的永久接头的防水。
临时接头主要由帘布橡胶圈及其紧固装置构成，辅以井圈注浆堵水。
出洞时，防水装置为帘布橡胶圈和铰链型密封压件组成。
进洞时，则采用气囊、弹簧钢板与帘布橡胶圈的组合，以防止漏泥漏水。
永久接头为掺有合成纤维的抗裂钢筋混凝土井圈，它与井壁、管片的接缝应预设全断面出浆的注浆管与单组份聚氨酯密封胶等多道柔性防水材料。
10.3.2通道、泵站防水设计
联络通道及泵站混凝土抗渗等级≥S10。
盾构区间隧道与联络通道的接口采用设置兜绕成环的遇水膨胀橡胶条与预埋式注浆管做加强防水处理。
联络通道与隧道接缝处分别预设兜绕成圈的遇水膨胀橡胶条和预埋注浆管于结构层中。
联络通道及泵站由支护层与结构层组成，在两者之间设置夹层防水层。夹层防水层由无纺布缓冲层、PVC或EVA防水板、无纺布保护层共同组成（应确保分区注浆系统的实施效果）。加强对夹层防水层施工质量的检查（如焊缝质量等）。利用可靠的密封措施克服为了抗融沉而设置在复合衬砌中的注浆管穿过夹层防水层时所产生的不利影响。
11 施工监控量测
11.1施工监测目的
采用盾构法修建地铁隧道，在施工过程中必然会对地层产生扰动，有可能引起地表、附近重要或高大建筑物变形或沉陷，危及附近建筑物的安全。因此，在施工过程中，必须制定详细的监测方案，并根据监测成果，及时反馈信息，指导施工，以确保建筑物及作业人员的安全。施工监测的主要目的在于：（1）认识各种因素对地表和土体变形的影响，以便有针对性的改进施工工艺和施工参数，减少地表和土体变形，保证工程安全；（2）预测施工引起地表和土体变形，根据地表变形发展趋势和周围建筑物、地下管线的沉降情况，决定是否采用保护措施，并为确定经济、合理的保护措施提供依据；（3）检查施工引起的地表沉降和建（构）筑物是否超过允许范围，并在发生环境事故时提供仲裁依据：（4）为研究地层、地下水、施工参数和地表和土体变形的关系积累数据，为研究地表沉降与土体变形的分析预测方法等积累资料，并为改进设计提供依据。
11.2监测项目和测点布置、监测手段与监测频率
监测项目和测点布置、监测手段与监测频率详见表11.2。
表11.2
测量项目
测量仪器
测点布置
测量频率
开挖面距量测断面距离L≤2D
开挖面距量测断面距离2D＜L≤5D
开挖面距量测断面距离L＞5D
必测项目
地表隆陷
精密水准仪
盾构始发段100m范围内，每20m设一断面;其余地段，每30m设一断面。
1~2次/d
1次/2d
1次/周
隧道收敛
收敛计
每5~10m设一断面
选测项目
土体内部位移（垂直和水平）
水准仪、磁环分层沉降仪、倾斜仪
每30m设一断面,必要时需加密
衬砌环内力和变形
压力计和传感器
每50~100m设一断面,必要时需加密
土层压应力
压力计和传感器
每一代表性的地段设一断面
房屋倾斜
精密水准仪、钢尺
距线路中线10m以内的四层以上的房屋均需布设建筑物倾斜测点.本