城市轨道交通地下工程设计与施工

1.规划依据：远期预测高峰小时客流量（用来设计地铁的运输能力）规划的两个阶段：战略规划阶段（20-30年），项目规划阶段（5-10年）规划的具体内容：路线规划、站点设置、环境保护规划的基本原则：可持续发展原则、协同性原则、整体性原则、动态性原则、客观性原则、可操作性原则、经济型原则。

可行性研究包括三个部分：①项目建设的必要性；②项目建设的可行性和技术先进性；③项目建设的经济合理性。

2.地铁限界分类：车辆、设备、建筑①车辆限界：车辆在正常运行状态下形成的最大动态包络线，是以线路为为准的基准轮廓线的最外各点，按车辆在线路上运行时产生的最不利位置确定。

②设备限界：是为保证城市轨道交通系统的列车等移动设备在运营过程中的安全所需要的限界，一般要在车辆限界的基础上考虑轨道出现状态不良而引起的车辆偏移和倾斜，此外还要考虑适当的安全预留量。

③建筑限界：是设备界限的一个轮廓，是指在行车隧道和高架桥等结构物的最小横断面所行车的有效内轮廓基础上，再考虑其施工误差、测量误差、结构变形等因素，为满足固定设备和管线安装的需要而必需的限界。

④建筑限界的结构形式——地下（矩形、圆形、马蹄形）、地面、高架3.路网规划——车站分布规划、线路埋设方式规划车站分类：按车站所处位置：地下车站、地面车站、高架车站按其站台形式：岛式站台车站、侧式站台车站、侧岛或双岛混合式站台车站按运营性质：中间站、区域站、换乘站、终点站、枢纽站、联运站按结构横断面形式：矩形（一般用于浅埋）、拱形（常用于深埋）、圆形（深埋或盾构法施工）、其他类型（马蹄形、椭圆形）车站位置：跨十字路口式、偏路口式、两路口之间、贴近道路红线外侧明挖法多用于箱型断面，盾构法用于圆形断面，矿山法采用马蹄形断面。

辅助线分类：按其使用性质：折返线、存车线、渡线、联络线、车辆段（车场）出入线理想型线路埋设方式：车站埋深浅些，区间埋深些，已形成进站减速、出站加速的节能性坡道。

4.岛式站台与测试站台的优缺点比较：岛式站台侧式站台站台使用站台面积利用率高，可调节客流，乘客有乘错车的可能站台面积利用率低，不可调节客流，乘客不易乘错车站厅设置站厅与站台需设在两个不同的高度，站厅跨过线路轨道站厅与站台可设在同一高度，站厅不可跨过线路轨道站内管理管理集中，联系方便站厅分设时，管理分散，联系不便乘客中途折返乘客中途改变乘车方向方便乘客中途改变方向不便，需经天桥或地道改扩建难易性改扩建时，延长车站很困难，技术复杂改扩建时，延长车站比较容易站内空间站厅站台空间宽敞完整站厅分设时空间分散，不及岛式车站宽敞喇叭口设置需设喇叭口不设喇叭口造价较高较低5.地下车站建筑设计：车站用途：①乘客使用；②满足运营管理；③满足技术设备（环控、通讯）；④生活辅助。

车站设计原则：①合理组织客流线路，划分功能区；②宜设在直线段上；③公用区间划分为付费区与非付费区；④无障碍通行。

6.建筑设计具体实例：（1）站台设计有效长度：（s为列车每节长度，n为节数，为停车误差，取1-2m）取整站台宽度：①经验法：侧式（M为超高峰小时每列车单向上下车人数，W为客流密度，取0.4m2/人，l为有效长度）岛式（b为侧站台宽度，n为立柱数量，c为柱宽，d为楼梯与自动扶梯宽）取值不小于8m②客流计算法：（A为面积，N为列车厢数量，W为客流密度，取0.75 m2/人，a为超高峰系数，P上+P下为上下车乘客百分比，取0.2-0.5）侧式；岛式；单拱岛式（2）站厅设计售票机台数：（M1为上下行上车人数，K为超高峰系数，取1.2-1.4，m1人工取1200人/h，售票机取600人/(h·台)）取整进出站检票口及付费区和非付费区隔离栏设置：（M2为上下行进站、出站人数，K为超高峰系数，取1.2-1.4，m2检票机能力取，1200人/(h·台)）进出站分开算，取整上下楼梯设计：自动楼梯数（N出为上下行出站人数，K为超高峰系数，n1为输送能力，取8100人/(h·m)，η为利用率，取0.8）取整楼梯宽度：（（N进为上下行进站人数，n2为输送能力，取3200人/(h·m)，η为利用率，取0.7）楼梯宽度不得小于1.8m，取0.6m的倍数最佳安全疏散时间检算：（M为上行或下行乘客数量最大者，N为站台上行+下行候车人数和管理人员数量，n1取8100人/(60min·m)，n为自动扶梯数，n3楼梯通行能力，取3700人/(min·m)，m为楼梯总宽度）M、N要除以60，取分钟客流量7.防火间距：不小于6m耐火等级：地下车站及区间、通道、通风道、通风亭为一级，地铁地面其他建筑物二级出入口设计：浅埋地下车站不宜少于4个，深埋车站不应少于2个出入口通道尺寸：净高一般为2.6m，通道或天桥宽度不少于2.4m出入口通道分类：地道式、天桥式自动扶梯：车站出入口提升高度超过6m时，宜设上行自动扶梯，超过12m时，上下行均宜设自动扶梯；站厅与站台间应设上行自动扶梯，高差超过6m时，应设上下行自动扶梯。

8.结构设计原则：满足功能基础上，完成车站平面和剖面设计，设计年限100年①明挖法——矩形框架结构、拱形结构（矩形框架结构：侧式车站用双跨结构，岛式用三跨，站台宽度小于10m时宜采用双跨结构。

拱形结构：用于站台宽度较窄的单层单跨、双层单跨车站。

）②矿山法——大断面车站，单拱式、双拱式或三拱式车站③盾构法——侧式、岛式及岛式混用（复合型）车站按建造顺序分类：整体式结构和装配式结构设计流程：初拟尺寸（以限界为依据）→荷载计算→内力计算→调整结构尺寸方案比较：工法比较、断面形式比较9.荷载计算：（1）荷载类型：永久荷载、可变荷载、偶然荷载（前两者必须考虑）荷载组合：一般，浅埋地下车站以基本组合（永久+可变）最有意义；特殊情况下，如7级以上地震区、战备要求等三种荷载都考虑。

（2）静水压力计算：对圆形或接近圆形结构——按可能的最低水位考虑；对矩形结构——按可能的最高水位考虑。

水土分算：砂性土，包括砂土、粉土、粉质粘土等渗透系数较大的地层，地下水位以上的土采用天然重度γ，水位以下的采用有效重度γ’计算，另外再计算静水压力作用。

采用有效抗剪强度指标，如三轴排水剪、三轴固结不排水剪等。

水土合算：粘性土，地下水位以上的土采用天然重度γ，水位以下的土采用饱和重度γ’计算，不需另计静水压力。

采用在土的有效自重压力下，预固结的三轴不排水不固结强度指标。

（3）抗浮计算：明挖必用，抗浮稳定系数抗浮措施：施工阶段：①降低地下水位；②在底层结构内临时充水或增砂，增加压重；③在底板中设临时泄水孔，消除浮力；④底板下设拉锚。

使用阶段：①增加结构厚度；②结构内部用混凝土充填，增加压重；③底板设置拉锚；④底板下设倒滤层。

（4）曲墙拱结构计算①计算拱轴线长度，8等分；②深浅埋判定：（W为宽度影响系数，S为围岩级别，i围岩压力增减率）h＜2.5h a，浅埋；h＞2.5h a，深埋。

B＜5m时，i=0.2；B＞5m时，i=0.1。

③计算各截点坐标，∆x，∆y；④纵向匀布荷载：深埋，双线单线；⑤横向（水平）荷载：⑥10.施工分类：明挖——明挖顺作法、盖挖法（盖挖顺作、逆作、半逆作）暗挖——矿山法（钻爆法）、盾构法、TBM掘进工法选择的影响因素：①地质条件（工程地质、水文条件）；②工法本身；③结构本身。

11.明挖法：是从地表面向下开挖，在预定位置修筑结构物方法的总称。

（1）混凝土用C30，保护层箍筋为30mm（2）适用条件：地形平坦，埋深小于30m，适用于任何岩土体（3）优缺点：施工速度快，技术简单便于操作，工程质量有保证；占地面积大，土方量大，对周围环境影响大，对地面交通、商业活动以及地下管线拆迁量比暗挖法大，遇地下水位高时降水和加固费用高。

（4）开挖分类：全放坡开挖、半放坡开挖在没有建筑物的空旷地段，以及便于采用高效率的挖土机及翻斗车情况下，常采用全放坡或半放坡开挖，不加支撑的基坑形式。

12.盖挖法：在路面交通不能长期中断的道路下修建地下铁道车站时，可采用盖挖顺作法；如果开挖面较大、覆土较浅、周围沿线建筑物过于靠近，为尽量防止因开挖基坑而引起邻近建筑物的沉陷，或需及早恢复路面交通，但又缺乏定型覆盖结构，可采用盖挖逆作法。

优缺点：优点：①结构的水平位移小，安全系数高；②对地面影响下，可以降低影响交通程度；③受外界气候条件影响小。

缺点：①由于竖向出口少，需水平运输，后期开挖出土不方便；②作业空间小，施工进度较明挖法慢，工期长；③费用高。

步骤：一柱、二盖、三板、四墙、五底13.基坑围护结构分类：①预制方式—简易支撑、钢支撑（钢板桩、钢管桩）、预制混凝土板桩；②现浇方式—柱列式（灌注桩）、壁式（地下连续墙、稳定液固化墙、搅拌桩（混凝土）墙）。

地下连续墙的优点：①对周围环境影响小；②施工噪声低、无振动；③适用于各种土质情况；④能兼做临时设施和永久地下主体结构；⑤可结合“逆作法”施工缩短施工总工期。

泥浆的作用：主要起护壁、携渣、冷却机具和切土润滑的作用，以护壁作用为主。

水对基坑的破坏作用：管涌、流砂14.盾构法：是在地表以下的土层或松软岩层中在盾壳保护下进行全断面隧道开挖和衬砌的一种施工方法。

（1）优点：施工安全；暗挖方式施工时与地面工程及交通互不影响；振动和噪声小，可控制地表沉陷，对施工区域环境影响小。

缺点：价格昂贵，针对性很强，一盾一隧；隧道曲率半径过小或覆土太浅时困难较大；地表沉降难以控制。

（2）盾构系统：基本构造由盾构壳体和开挖系统、推进系统、衬砌拼装系统组成。

（3）盾构分类：手掘系统（手掘式盾构、挤压式、半机械式）；机械系统（机械式盾构、泥水式、土压式）。

（4）盾构选型依据：①工程地质与水文地质条件：a、隧道沿线的围岩分类和分级、各类围岩工程特性，b、地下水位、水压力以及水在围岩中的流动性；②地层的参数：a、地层固有参数——颗粒级配、液限、塑限，b、地层状态参数——含水量、饱和度、液性指数、孔隙比、渗透系数、饱和重度，c、表示地层强度和变形特性参数——不排水抗剪、黏结力、内摩擦角、标准贯入度、压缩模量等；③地面环境、地面和地下建筑物对沉降的敏感度；④隧道尺寸：长度、直径、永久衬砌厚度；⑤工期；⑥造价；⑦工程经验。

（5）管片六大块：3块标准块、2块邻接块、1块封顶块拼装形式：错缝、通缝管片拼装：①真圆度；②拧螺栓的扭矩单块管片的尺寸有环宽和管片的长度及厚度。

对于直径3.5m~10.0m 的隧道，常用环宽为750mm~1000mm。

管片的长度由一环的分块数决定。

目前采用的衬砌厚度与直径的比值为4%~6%。

15.结构的强度——内力大小；刚度——变形；稳定性——安全。

加固后的土体应具有：自立性、防水性、强度16.钻爆法：劣势（缺点）：噪音、振动（1）复合式衬砌：初期支护、防水板、二次衬砌（2）分类：全断面开挖；分部开挖（台阶、CD、CRD、双岛）17.沉管法：主要用于港珠澳地区特点：长度短、埋深浅、造价低。