隧道工程专业毕业设计(地铁)

1欢迎各位老师和同学参加我的毕业设计答辩•答辩题目：某市地铁C～X区间隧道施工组织设计•答辩人：XXXXXX•班级：土木工程•学号：XXXXX•日期：200X-6-10摘要本设计以某市地铁C~X区间的岩土工程勘察报告为基础，按照相关规范对区间隧道进行结构设计和施工组织设计。考虑到本设计的实际情况区间隧道采用浅埋暗挖法进行设计和施工。设计时采用整体圆形衬砌计算法来计算衬砌结构，施工采用降水先行再进行隧道开挖的施工方法。此外，本设计还对地铁区间隧道穿越地裂缝和立交桥做了特别研究和说明。•◆工程概况•◆区间隧道设计情况简述•◆区间隧道断面设计•◆围岩压力及衬砌计算•◆区间隧道衬砌结构的防水设计•◆区间隧道的通风、给排水等辅助设施设计•◆监测方案的设计•◆主要的工程地质问题及处理措施上篇结构设计一、工程概况C～X区间位于某市南二环长安路立交桥南北。区间隧道起讫YDK16+461.296～YDK17+355.444，全长894.148m，为左右线并行的单洞隧道，左右线间距18m，隧道标准断面宽度为6.28m，特殊地质段断面宽度为7.8m。该区间线路地板标高介于389.18～395.00m之间，隧道地板最大埋深约25m。该区间隧道依次穿越南二环长安路立交桥、f6/f6’地裂缝、f7地裂缝、盖板暗河、好又多人行天桥等不良地质段和建（构）筑物，须严格控制地面沉降，设计施工难度大。二、区间隧道设计情况简述•设计思路及计算模型•主要设计依据•主要设计原则•工程地质2.1设计思路及计算模型区间隧道的设计思路大致为：依据《岩土工程勘察报告》和《地铁设计规范》进行纵断面设计，再依据《地铁设计规范》进行限界确定，选择断面形式。本区间采用的是马蹄形断面，再进行围岩压力和衬砌计算。最后进行防排水、通风等辅助设计。对于地裂缝段采用的是加大断面尺寸增加变形缝来处理的。对于衬砌计算我的设计步骤是：（1）按工程类比法和相关规范初步拟定衬砌断面的几何尺寸，（2）确定作用在衬砌结构上的荷载，（3）进行力学计算，求出衬砌截面的弯矩M和轴向力N等内力，确定危险截面，（4）验算危险截面。计算模型为：由于该地铁区间处于饱和黄土层中，地层相对衬砌结构的刚度较小，不足以约束衬砌结构的变形，可以不考虑围岩对结构的弹性反力，即采用主动荷载模型。2.2主要设计依据《地铁设计规范》（GB50157-2003）《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）《XASHI地裂缝场地勘查与工程设计规程》（DBJ61-6－2006）《岩土工程勘察报告（C～X区间）》20072.3主要设计原则①地下结构中区间主要构件的设计使用年限为100年，按设计年限为100年进行结构设计和耐久性设计。②地下铁道结构设计按《某市城市快速轨道交通二号线工程场地地震安全性评估工作报告》选择相应的设计基本地震参数进行抗震验算，并按地震设防烈度8度采取必要的构造措施，主体结构的抗震设防类别为乙类。③矿山法施工的结构的断面形状和衬砌形式，应根据围岩条件、使用要求、施工方法及断面尺寸等，从受力、围岩稳定和环境保护等方面综合考虑，合理确定。围岩分级可根据现行《铁路隧道设计规范》确定。④区间隧道一般采用马蹄形断面，复合式衬砌，特殊情况下可采用直墙拱形结构。复合式衬砌的外衬为初期支护，可由注浆加固的地层、网喷支护与钢拱架等支护型式组成，内衬采用钢筋混凝土模筑衬砌，内外层衬砌之间铺设防水层。矿山法结构设计，应根据围岩和环境条件、结构埋深和断面尺寸等，通过选择适宜的开挖方法、辅助措施、支护形式及与之相关的支护参数，达到保持围岩和支护的稳定、合理利用围岩自承能力的目的。计算中应依据围岩状况考虑衬砌与地层共同作用，施工期间初期支护承受除偶然荷载外的全部外荷载，使用期间二衬承受全部水土压力等外荷载。施工中应通过对围岩和支护的动态监测，优化设计和施工参数。⑤区间隧道采用矿山法施工时一般地段地面沉降量宜控制在30mm以内，隆起量控制在lOmm以内；当穿越重要建筑物或地下管线时，上述数值应按允许的条件确定。⑥采用浅埋暗挖法处理地裂缝，结构净空必须预留足够的后期变形空间，采用的结构形式应该能够适应地裂缝的变形而不致引起结构破坏。结构设计应考虑地裂缝变形超限后的处理措施。⑦地下铁道结构中露天或迎土面混凝土构件的环境类别为二b类，内部混凝土构件的环境类别为一类。⑧钢筋混凝土结构的最大计算裂缝宽度允许值应根据结构类型、使用要求、所处环境和防水措施等因素确定。迎水面0.2mm，背水面0.3mm。⑨某市地铁二号线区间隧道的二衬与限界之间的预留量为100mm，初期支护的预留变形量为：单线隧道50mm，双线隧道80mm,大跨隧道120mm，地裂缝处理段的加高、加宽按地裂缝活动变形量预留必要的空间并应同时考虑施工误差、测量误差和结构变形。⑩区间结构防水应满足国家颁布的有关地下工程防水技术规范的规定，防水设计应遵循“以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理”的原则，防水等级为二级。2.4工程地质•水文地质本段区间地下水位埋深为6.7～10.90米，地下水位高程为401.35～405.28m米。地下水位处于区间顶板以上。地下水主要赋存于中、上更新统黄土、古土壤层中，含水层厚度20～70米。主要为第四系孔隙潜水。•工程地质本段区间场地位于黄土梁洼区，地层自上而下依次为素填土，新黄土，老黄土，古土壤，粉质粘土。穿越地层自上而下依次为3-1-3新黄土、3-2-2古土壤、4-1-2老黄土。三、区间隧道断面设计•线路平面设计•线路纵断面设计•主要设计原则•限界确定与断面形式的选择3.1线路平面设计本设计为地铁区间隧道，因在两车站之间，线路长度较小，可不设曲线，采用直线。为减少对城市交通的干扰和对机动车路面的破坏，减少对沿线周边建筑路面的破坏，将地铁线路布设于长安路下。3.2设线路纵断面设计本区间隧道的线路纵坡依据《地铁设计规范》和《岩土工程勘察报告》设计如下：区间线路从草场坡站引出后以2‰上坡前行，而后转变成20‰的下坡通过地裂缝F6/F6’段，转而采用18‰和3‰的上坡（其中以3‰的单面坡通过F7地裂缝），最后以2‰的下坡进入小寨站。3.3限界确定与断面形式的选择限界是确定行车轨道周围有关构筑物的净空大小，是各种设备、管线相互安装位置的依据，也是设计与施工必须共同遵守的规定。同时限界也是确定断面净空的依据。限界通常包括车辆限界、设备限界和建筑限界三种。对于地铁区间隧道其控制作用的是设备限界和建筑限界。在实际设计中只要确定了车辆型号即可查阅《地铁设计规范》附录B´C得到各种限界。某市地铁采用的列车型号为B行列车，基本参数如下（单位：mm）：计算车辆长度19000，车辆高度3800，车辆最大宽度2800，车辆定距12600，转向架固定轴距2300，地板面距行走轨面高度1100，轨道最大超高120。查阅规范可知某市地铁的限界，由此可知区间隧道的最小宽度为4700mm，高度为5130mm。在限界确定之后就要进行断面形式的选择了。实际设计中只要确定了。本区间隧道采用浅埋暗挖法施工，根据规范一般采用马蹄形断面，其几何形状一般为五心圆。具体断面尺寸依据限界和二衬与限界之间的预留量来拟定，结合本区间的实际情况，隧道标准断面与二衬之间的预留量为100mm，区间标准断面的最大宽度为5100mm，高度为5330mm。对于地裂缝设防段（f6/f6’地裂缝的设防段为YDK16+627.6～+702.6m共75m，其中部分作为长安立交设防段，f7地裂缝设防段为YDK17+217.7～+332.7共115m）加大二衬与限界之间的预留量，参考地裂缝百年的变形预留量取500mm，其断面最大宽度为6300mm，高度为5980mm。四、围岩压力及衬砌计算•围岩压力与初期支护参数设计•二次衬砌的计算4.1围岩压力与初期支护参数设计根据工程类比法同时参阅《铁路隧道设计规范》对初期支护参数假设如下：初支喷射砼的强度等级为C25。在拱墙部设置直径25的锚杆，锚杆长为L=3.5m，采用水泥砂浆锚杆，水灰比0.5，间距（环x纵）1x0.75m。在拱脚设置锁脚锚管，以防止格栅钢架下沉，采用直径42的钢焊管，长度3m。在围岩压力计算时需先判断深浅埋，根据判断本区间隧道为浅埋，围岩压力按铁路隧道设计规范推荐的浅埋隧道的围岩压力的计算方法来确定围岩压力。在计算时不考虑水的影响。最后验算初支假设的参数。根据计算初支假设参数合格。4.2二次衬砌的计算二次衬砌的目的在于提供安全储备，承受静水压力，以及围岩蠕变或因围岩性质恶化和初期支护腐蚀后引起的后续荷载。故在二次衬砌计算时可假定初支不存在，这样是偏于安全的。采用“整体式圆形衬砌计算法”来计算衬砌结构，这种计算方法有如下假定：①地层不提供侧向的弹性法力；②基地竖向反力按均布考虑，并根据精力平衡来计算其量值；③结构为弹性均质体。为了方便计算，在衬砌计算时采用等待圆法将马蹄形断面等待成圆形断面。A断面R=3350mm，G断面R=4200mm。由于《地铁设计规范》没有规定采用暗挖法施工的地铁区间隧道的设计方法，本设计参考《铁路隧道设计规范》采用破损阶段和容许应力法来验算二衬。依据工程类比，参考规范将二次衬砌参数假定为：A断面C30砼，厚350mm.G断面C30砼，厚450mm。经计算以上假定参数可行。具体衬砌参数见下图：五、区间隧道衬砌结构的防水设计地下结构的防水对其耐久性来说是一个非常重要的因素，防水性的好坏直接影响到地下结构的使用寿命。对于地下结构的防水措施应根据气候条件、工程地质和水文地质状况、结构特点、施工方法、结构形式、防水标准、使用要求和技术经济指标等因素综合考虑来确定。具体而言，地下结构的防水应遵循“以防为主，多道防线，刚柔结合，因地制宜，综合治理”的原则，以钢筋混凝土为根本，采用有效措施来提高混凝土的密室性、抗裂行，加强变形缝、施工缝的防水措施，目前采用匹配的辅助防水措施，如在结构外侧或内侧设置防水卷材、防水板、防水涂膜或涂抹刚性防水剂、注浆等，以达到有效的防水目的区间隧道的防水以结构自防水为主，采用防水混凝土，同时采用辅助的防水措施，在初期支护与二次衬砌之间设置防水夹层，在施工缝位置设置背贴式止水带。对于防水混凝土，初期支护采用C25S6，二次衬砌采用C30S8。初期支护与二次衬砌之间的防水夹层采用PVC防水卷材，附加防水夹层采用能滞粘于隧道二衬的高聚物改性沥青自粘卷材，单层使用厚度不小于4mm。区间变形缝每60m设一个，变形缝宽20mm；地裂缝设防端每10~15m设一个变形缝（F6/F6地裂缝段每10m设一个变形缝，F7地裂缝段每15m设一个变形缝）,变形缝宽50mm。六、区间隧道的通风防排水等辅助设施设计6.1排水设计•区间隧道内的水主要来自结构渗水，消防及冲洗废水等。因此，在进行排水设计时主要考虑这几种水的排出。•本区间隧道的排水采用排水沟，在区间隧道的实际坡度低点（YDK16+783.7）设置排水泵站6.2给水设计•区间隧道的给水主要考虑消防用水。•本设计在地铁区间上下行线各设置一根消防用的给水管，在车站端和本站环状管网相接。给水管设置于人行通道边上。6.3照明设计•地铁区间隧道的照明主要考虑到列车在区间隧道运营中一旦出现事故能指引乘客离开隧道。•本区间隧道每15米设应急照明灯一个6.4通风设计根据《地铁设计规范》的规定，地铁区间的通风应满足以下几个功能：第一，当列车在正常运营时，列车和乘客都产生大量的热量，区间隧道的通风应保证地铁区间内部空气环境在规定的标准范围内；第二，当列车阻塞在区间隧道内时，应保证阻塞处的有效通风功能；第三，当列车在区间隧道内发生火灾时，应具备防灾排烟，通风的功能。根据《地铁设计规范》相应条款，“地铁隧道正常通风应采用活塞通风”，参考本区间隧道的实际，采用活塞通风外加机械通风，机械通风设置5台轴流式风机。七、监测方案设计由于城市地铁的重要性和特殊性，特别是西安地区的地质情况，区间隧道的洞内和地面检测显得尤为重要。对于地铁区间其检测的目的在于：第一、检测围岩压力及变形情况，