开挖方法选择

1.1.1盾构法

盾构法是在地表以下的土层或松软岩层中暗挖隧道的一种施工方法。自1818年法国工程师Brunel发明盾构法以来，经过100多年的应用与发展，从气压盾构到泥水加压盾构以及后出现的土压平衡盾构，已经使盾构法能适用于大多数水文地质条件下的施工，无论坚硬还是松软或者有无地下水的暗挖隧道工程都可以采用此方法施工。

盾构法之所以被广泛应用于现代城市地下工程中，除了发展的客观需要外，还以为其具备几点优越性：

A.施工安全。在设备的掩护下掘进，可以起到稳定开挖和支护土层的作用。

B.开挖方式（暗挖）。该方法在施工时基本不影响地面交通，在城市交通繁忙或城市中心地段采用该方法有明显优势。

C.对外界环境干扰小。可通过监控量测及时控制地表沉降，对周围环境影响小，不会扰民。

1.1.2明挖法

明挖法是先从地面向下开挖基坑或者沟壕至设计高程，再在开挖好的既定位置修筑地下结构，最后在修建好的地下结构周围及其上部回填，并将地面恢复成原貌的一种地下工程施工方法。

明挖法施工技术简单、快速、经济，所以经常被首先考虑。明挖法施工顺序一般可分为4步：

1.1.3新奥法

新奥法是浅埋暗挖法的一种，是由奥地利学者1948年最早提出来的。其开挖作业强调尽量减少对围岩的扰动，对完全的土质隧道可以采用机械或人工挖掘，对石质隧道多采用爆破开挖，在支护手段的选择上则是该施工方法的关键之所在，一般采用喷射混凝土和锚杆作为初期支护，把喷锚衬砌和围岩看做是一个相互作用的整体，既可以发挥围岩的自承能力，又可以使喷锚衬砌起到加固围岩的作用。

本设计题目为“成都地铁二号线羊西二环站--白果林站区间隧道设计”，结合近年来我国大规模开展城市地下工程建设的情况，在大多数城市已完成的地下工程中，由于受到施工场地，道路交通等城市环境因素的影响，使得传统的隧道施工方法很难具有普适性。在这样的前提下，对城市影响较小的施工方法即盾构法得到了大多数施工单位的青睐，在修建地铁中得到了广泛应用。

1.3盾构机型确定

1.3.1国内外盾构机发展现状

最初的盾构机是手掘式与机械开挖式。经过多年的研究，现在已经进化为土压平衡式和水压平衡式两种。目前，我国大多数城市修建地铁都采用盾构法修建，如上海地铁采用泥水盾构，广州地铁采用土、气压平衡的新型复合式盾构机。在南京、北京、深圳几座城市，根据不同的水文地质条件进行相应改变，盾构法也都取得成功。

1.3.2盾构机的基本构造与分类及适用条件

盾构壳体除为了满足特殊开挖断面外一般为钢制圆筒体。圆形有利于承受地压。盾构壳体由切口环、支撑环和盾尾三部分组成。

切口环位于盾构机的最前端，施工时负责切入地层掩护开挖作业。切口环前端制成刃口，以减少切土时的阻力和对地层的扰动，切口环的长度取决于工作面的支撑形式、开挖方法及人员活动和挖土机所需要的空间等因素。

支撑环位于盾构中部，为一具有较强刚性的圆环结构。所有地层的土压力、千斤顶的支撑力切口、盾尾、衬砌拼装的施工荷载均传递到支撑环并由其承担。

盾尾一般由盾构外壳钢板延伸构成，主要用于掩护隧道衬砌的安装工作。为了防止水，土及压浆材料由盾尾与衬砌之间的间隙进入盾构，盾尾末端设有密封装置。

盾构机还包含有推进系统和衬砌拼装系统，都是盾构机的重要组成部分。 盾构的形式比较多，其分类方法也比较多。以人工、机械等挖掘方式可分为手掘式和机械式。以工作面的档土形式可分为敞开式和密闭式。每一类盾构都有自己的特点，适用于不同的地层条件和不同的开挖环境，每个城市都应该结合自身水文地质条件，选择最合适性价比最高的盾构机型。盾构机型具体分类方式如

下。

手掘系统挤压式盾构

盾构的分类土压平衡盾构 机械式盾构加水式盾构 机械系统泥水式盾构加泥式盾构

土压式盾构高浓度泥水式盾构

1.2衬砌结构类型选择

1.2.1预制装配式衬砌

预制装配式衬砌是用工厂预制的管片在盾构尾部拼装而成的。按材料类型主要可分为钢筋混凝土、钢、铸铁管片。按衬砌环内管片之间连接方式的力学特性来看，可分为柔性连接和刚性连接。现在多采用柔性连接，主要可分为单排螺栓连接、销钉连接、无连接件。

钢筋混凝土管片的耐压性和耐久性都比较好，而且刚度大，由其组成的衬砌具有良好的防水性能。但是其自重较大，抗拉强度不太能满足要求，在制作、运输、拼装过程中都容易产生损害。

钢管片的强度较高，由于具有良好的焊接性，故在加工和维修方面有一定优势，但是其刚度较小，容易产生较大变形，而且需要专门的防腐性措施。

1.2.2双层衬砌

通常在施工过程中，为了防止隧道渗水或者衬砌腐蚀，修正隧道施工误差，减小噪声和振动以及作为内部装饰，一般在装配式衬砌内部再做一层整体式混凝土或钢筋混凝土内衬。还可根据需要在装配式衬砌与内层之间敷设防水隔离层。这种衬砌一般用于还有腐蚀性地下水的地层中。

1.2.3挤压混凝土整体式衬砌

挤压混凝土衬砌就是随着盾构向前掘进，用一套衬砌施工设备在盾尾同步灌注的混凝土或钢筋混凝土整体式衬砌，因其灌注后就会马上承受盾构千斤顶推力的挤压作用，故得此名。

1.2.4衬砌形式及参数选定

参考国内已建成地铁线路情况，本设计区间拟采用预制装配式衬砌。而所用到的管片的厚度取决于围岩条件、自身材料、施工工艺和埋深等条件。

为了充分发挥围岩自身的承载能力，在目前国内施工的地铁线路中基本都采用柔性衬砌，根据国外经验，管片厚度一般为衬砌外环的百分之五到百分之六。而在广州、成都、西安等地铁建设中，管片厚度一般采用300mm。综合考虑，本设计区间采用厚度为300mm的单层管片。

1.2.5管片衬砌环的分块设计及拼装方式

衬砌环的设计，一般有两种方式。一种是由若干标准A型管片、2快相邻B型管片、1块封顶K型管片构成，另一种是由若干A型管片、1快B型管片、1快K型管片构成。根据经验和出于提高防水效果的角度来考虑，选用第一种方式较为合理。

衬砌环的拼装方式有“先纵后环”和“先环后纵”两种形式，而其拼装形式也有通缝和错缝两种。从制作成本等方面来考虑，管片数量肯定越少越好，但从运输和拼装的方便方面而言，管片数又可适当多一些。本设计区间外径为6.2m。而在D＞6m时，一般分为6至8块。北京，上海，成都等地铁区间隧道都是分为6块。即3A＋2B+1K。故本区间隧道也采用这种组成方式。

3.区间隧道防水设计

3.1防水设计原则

区间隧道的防水设计，应该结合气候条件、工程水文地质条件、自身结构特点、施工方法等多方面因素进行综合考虑，以保证结构的安全性、耐久性和使用要求。

区间隧道的防水设计还应遵循“以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理”的原则，采取与其他相适应的防水措施。当结构处于贫水稳定地层，同时位于地下潜水位以上时，在确保安全的条件下，可以考虑限排。其结构防水等级应为二级。即顶部不允许滴漏，其他地方不允许漏水，结构表面可有少量湿渍，总湿渍面积不应大于总防水面积的千分之六；任意一百平方米的防水面积上的湿渍不应超过4处，单个湿渍的最大面积不应大于0.2平方米。

3.2防水材料选型原则

区间隧道防水材料应当优先选用质量可靠、耐久性好、物理力学性能优越、符合环保要求、施工简便的材料。在储藏时，应该密封并及时放在阴凉、干燥处。

3.3盾构法施工的结构防水

盾构法是目前修建城市隧道及地下工程的主要方法。其工作面狭小、结构工作缝多、难以实现结构的全外包防水。要做好盾构施工地铁的防水工作，就要注意以下几方面的防水措施：管片自身及接缝防水，螺栓孔与注浆孔防水，施工工作井的防水。具体结构衬砌防水等级如下。

目前，绝大部分的地铁隧道都选择采用单层钢筋混凝土管片拼装而成的衬砌结构。

3.3.1管片防水

管片防水包括自身防水和外防水涂层。应采用防水混凝土制作，一般要求其抗渗标号小于P8.预制混凝土时，应严格控制水灰比，一般不大于0.4。制作时应采用高精度钢模，减小制作误差，避免造成接缝渗漏水。

3.3.2管片接缝防水

接缝防水包括管片间的弹性密封垫防水、相邻管片间的嵌缝防水以及必要时向接缝内注入药液。其中弹性密封垫防水是接缝防水的重点。当然，管片制作精度对接缝防水的影响不可忽视，一般要求接缝宽度不应大于1.5cm。

3.3.3接缝嵌缝防水

接缝防水的另一措施就是在隧道内侧用防水材料进行嵌缠。其使用材料应具

有良好的水密性、耐侵蚀性、伸缩复原性等特性。

3.3.4接缝注浆

这是近几年才开发的新技术，在管片的四边端面上设置灌注槽，管片拼装成环后，由隧道内向管片的槽注浆内压注砂浆或药液。

3.3.5螺栓孔和压浆孔防水

螺栓与螺栓孔或压浆孔之间的装配间隙是渗水的重要通道，所采取的防水措施就是用塑性和弹性密封回垫在螺栓和螺孔口之间，密封圈因受挤压变形而达到止水效果。

第二章 区间隧道限界设计

2.1概述

地铁限界主要分为车辆限界、设备限界、建筑限界。主要是结合车辆的轮廓参数，轨道特性，施工方法，受电方式及设备安装等多方面因素来考虑的。由计算而确定的列车运行所需要的最小安全空间尺寸，是车辆在正常运行状态下形成的最大动态包络线。在地铁安全运营的情况下，任何限界均不得被侵入。

限界通常由二维坐标系确定，是地铁设计所需的重要技术指标之一，限界越大，安全度越高。但工程量和工程造价也随之增高，所以确定一个合理的限界是很重要的。

《地铁设计规范》规定中几项关于限界的基本参数：

接触导线距轨顶面的安装搞定：

车辆段为5000mm，隧道内为4040mm。

正线平面曲线最小半径：

A型车为300mm，B型车为250mm。

2.2车辆限界

车辆限界是指车辆在运行过程中的横断面所涉及的极限位置，任何部位都不能超出限界。车辆限界确定主要从一下五个方面来考虑。

（1）车辆轮廓线

（2）车体外轮廓尺寸

（3）车辆定距为12600mm

（4）车辆地板面距轨面高度为1100mm

（5）转向架固定的轴距为2300mm

其中就车体轮廓尺寸而言，目前，我国规定地铁车辆采用标准和宽体车型两种。设计中的成都地铁是选择采用标准车型的。

我国各型车辆的基本参数（单位：mm）

成都地铁采用A型车，即车长22100mm，车宽3000mm，车高3800mm。

2.3设备限界

设备限界是在车辆限界的基础上，考虑某些特殊路段出现最大容许误差时引起车辆的附加偏移量，所有的设备或建筑的任何部分都不得侵入限界轮廓线。

2.4建筑限界

建筑限界是行车隧道内垂直线路中心线的最小有效净空。构筑物的任何部位都不得入侵，在设计时，应把施工和测量误差等因素考虑进去。

监控量测

1.1监控量测的目的和意义

监控量测是目前隧道施工中的一个重要环节，为了保证隧道施工安全，需要通过不断调整隧道开挖参数来满足施工需要，实现信息化施工。监控量测是隧道施工中对围岩、地表、支护结构的变形和稳定状态、以及周边环境动态进行经常性的观察和量测工作。主要有以下三个目的

（1）为设计和修正支护结构参数提供依据

（2）正确选择开挖方法和支护施作时间

（3）为隧道施工和长期使用提供安全信息

一般来说，对开挖隧道的安全性评价大致可以归纳为三类：

（1）变形信息：一般有地表变形量测、隧道洞壁变形量测、围岩内部变形量测、变形非接触量测、掌子面变形量测。

（2）应力信息：围岩压力及两层支护间压力量测、钢支撑外力及内力量测、衬砌应力量测、锚杆内力及抗拔力量测。

（3）地质信息：主要是通过超前地质预报技术获取未开挖断地质信息。

1.隧道区间施工组织

施工组织是施工的核心内容，也是指导施工的重要文字资料，一般包括施工准备、施工组织设计、施工方案、施工进度计划以及施工平面图设计等

1.1盾构施工的主要工序

盾构法施工主要包括盾构的始发和到达、盾构的掘进、衬砌和排水等。施工流程图如下：

1.1.1盾构机的始发和到达

在盾构始发的终端和始端，通常要布置竖井或者基坑来方便盾构的安装和拆卸。基坑或者竖井的建筑尺寸应根据盾构拼装或拆卸的施工要求来定。因其宽度一般比开挖外径大1.5-2.0m，故竖井宽度取8m。竖井内还应进行一定的支护并留有盾构机进出洞门。

在工作井的端墙上还应设置“封门”。封门可以起到档土和抗渗的作用。盾构调制安装结束后，应尽快取消封门。

用盾构法进行隧道开挖时，还应设置盾构基座，基座在井内主要用于安装及让盾构更加平稳的安放。还可以通过设在基座上的导轨使盾构在施工前获得正确的导向。设置导轨需要提前定位，导轨多采用现浇钢筋混凝土，一般设置两根。

在始发井内，盾构按设计线路从预留洞推进到正常土层的过程称为始发出洞。反之，当盾构在地层中完成隧道开挖进入到另一端竖井的过程称为进洞。进洞时要做好竖井防水和抗渗工作，必要时需要对进洞区域地层进行改良。

在盾构机与井壁之间还需要设置盾构后座。盾构后座是二者之间的传力设施。通常使用管片拼装作为后座，衬砌管片与井壁之间的空隙，一般用低标号混凝土来填平。当盾构可以在隧道中正常行驶时，即可将后座拆除。

1.1.2盾构的基本掘进要求

盾构机在推进过程中，推力并不是一直保持不变的，需要根据围岩的变化，适时的调整盾构的推力，沿既定路线准备的进行掘进，主要有以下几点注意事项。

（1）根据参数确定千斤顶的台数，一是为了确保所需推力的位置，使盾构沿既定路线前进。

（2）保护开挖面的稳定性是很有必要的，保证开挖和推进的协调度，一般一次推进一环衬砌的长度，尽量缩短开挖面暴露的时间。

（3）保护好衬砌后方结构，推进时要根据衬砌构件的强度来确定千斤顶的推力。当采用的推力有可能会损坏衬砌后方结构时，应采取一定的保护加固措施。

（4）为确保盾构在既定录像上顺利推进， 施工前应进行中线和纵断面测量，用以建立基准点。施工时把基准点信息引入竖井中，方便更好的施工。

1.2管片的拼装

在前期完成管片选型之后，应重点考虑管片安装之后盾尾缝隙的问题。要确保有足够的空间，避免盾尾与管片直接接触。管片的拼装应从隧道底部开始，然后依次安装直到封顶。封顶前，应注意对止水条的处理，应先径向插入再纵向推进。管片安装到位后，及时顶进管片并在结束时及时整圆。最后要对管片间的连接螺栓进行加固。

管片安装流程图如图所示：

1.3盾构施工管理

1.3.1施工进度管理

盾构施工作为当下城市地下轨道交通的主流施工方法，施工过程中牵涉的工种繁多且工序较为复杂，又加之其高精度、自动化的要求，所以必须做好充分的施工准备，搞好管理工作，充分预计各种困难，以此来保证施工进度。应强化管理，在确定好盾构机型号后，尽快做好始发前期准备工作，在施工过程中，要重点注意几方面的问题：

（1)地面运输工作，地面运输工作主要有龙门吊使用、土石堆放和夜间出渣。龙门吊起重吨位由土箱载重决定并充分考虑富余量。土石堆放区域一般两天处理一次为佳。

（2)洞内运输工作，为节省掘进循环的时间，就必须要保证运输土方和管片的同步性，既可以保证管片安装的及时，也可以节省出土时间。列车编组的合理性是洞内运输工作能否顺利完成的决定性因素。

（3)管片的供应工作，管片供应工作主要包括管片的制作和存放。在始发前，应储存够一年左右的掘进管片数量，现场也应提前保证管片堆放用地。

1.3.2施工质量管理

在保证施工进度的同时，质量的保证也是必不可少的。保证质量需反复的发现问题，分析之后并解决问题。盾构施工是一个机械自动化程度高的流水作业过程，在这个过程中容易出现各种各样不易被发现的工程质量问题，一般容易出现渗漏，错台，裂缝，管片破损等问题。在施工过程中都应及时发现并处理。

1.4施工组织设计

施工组织设计是前期准备最重要的环节。是用来统领全局的指导性技术文件。一般来说，应该满足一下几点要求：

（1)编制的施工组织设计应满足各项技术指标。

（2)编制的施工组织设计应满足合同中拟定的各项指标及要求。

（3)编制的施工组织设计应具有针对性和较强的适用性。

（4)在进行监控量测的前提下进行信息化施工

（5)本设计的地铁建设还应特别注意执行主管部门对城市安全，卫生，文明，环保等各方面的要求。最大限度的减少对周边环境和居民生活的干扰程度，树立良好的工程形象。

1.4.1编制依据

（1）成都地铁二号线羊西二环站-白果林站区间隧道招标文件。

（2）成都地铁二号线羊西二环站-白果林站区间隧道平、纵断面图。

（3）成都地铁二号线羊西二环站-白果林站区间隧道水文地质条件说明。

（4）现场实际勘察情况。

1.5施工准备

施工准备是整个工程可以按时开工的重要保证。一般分阶段进行且开工前比较集中，在施工过程中，需要随时适应应施工带来的各种变化。

1.5.1技术准备

技术准备是施工准备最重要的内容。它的准确性直接影响整个工程的质量，认真做好技术准备是工程得以顺利进行的前提条件。

（1) 提前熟悉并审阅施工图纸及相关设计资料。

（2）调查工程所属区域的水文地质条件。

（3）根据获得的工程控制测量的基准资料，进行复核和校核，确定工程的测量网。

（4）在调查获得的新的资料的基础上，确定施工方案，补充和修改施工设计。

（5）编制施工图预算和施工预算。

1.5.2物质准备

地铁建设的物质准备工作主要包括现场保证和材料供应。

开工之前，必须做到道路畅通，通水通电，现场通信设施完好。场地平整完毕，临时用房和工程用房搭建完毕。

材料供应方面，建筑材料、构件加工设备和施工设备必须按时到位。再根据施工设计、施工预算、施工进度计划、按照各个阶段的施工要求对货源进行调配。

1.5.3劳动组织

（1) 组建工程项目的组织机构。组建应该按照工程项目的规模大小而定，务必做到因事设职，合理分工的原则。

（2）组建工程项目施工的队伍。队伍的组建应该根据工程的劳动力需求，考虑各工种之间的协调配合，强化技术骨干的主导作用，保证施工的流畅性。

（3）建立健全各项管理制度。