第三节 地铁区间隧道的结构设计

第四章 地铁与轻轨交通的结构设计
地 铁 与 轻 轨
⒊新奥法施工的地铁区间隧道的选择：
⑴第四系的疏散地层中修建的地铁区间隧道，当 不具备明挖条件或采用明挖法很不经济时，应进 行新奥法和盾构法的比选； ⑵在无水的第四纪地层中，盾构法和新奥法各有 所长。前者虽然造价一般较高，但施工安全、进 度快，后者不需要大型施工机械，对隧道断面、 地质条件、线形、施工长度等适应性强。
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图4-11 单层装配式衬砌圆环的构造图
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图4-12 双层衬砌圆环构造图
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⑴装配式衬砌 ①预制装配式衬砌是用工厂预制的构件(称为管 片)，在盾构尾部拼装而成； ②管片种类按材料可分为钢筋混凝土、钢、铸铁 以及由几种材料组合而成的复合管片； ③钢和铸铁管片价格较贵，一般都采用钢筋混凝 土管片。
第四章 地铁与轻轨交通的结构设计 ⑶挤压混凝土整体式衬砌 地 铁 与 轻 轨 ①挤压混凝土衬砌（Extrude Concrete Lining，简 称ECL）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，因其灌注后即承受盾构千斤顶推力的挤 压作用，故有此名称； ②挤压混凝土衬砌可以是素混凝土的或钢筋混凝 土的，但应用最多的是钢纤维混凝土的； ③新浇注的混凝土在活动的端模板和可伸缩的弧 形模板作用下，同时承受盾构千斤顶和四周围岩 的作用，处于三向受力状态。
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⑶隧道衬砌以封闭式为佳，尽可能接近圆形，一 般都设置仰拱，以增强结构抵抗变形的能力和整 体稳定性； ⑷隧道衬砌应能分期施工，又能随时加强，可根 据施工量测信息，调整衬砌强度、刚度和施做时 机，以及仰拱闭和和后期支护的施工时间，以主 动“控制”围岩变形。
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⑵衬砌截面尺寸拟定 ①包括初期支护的各设计参数以及二次衬砌的各 设计参数。； ②初期支护采用工程模拟法拟定，可参照表4-7； ③一般的二次衬砌采用C20素混凝土，20～30cm 即可； ④将围岩较差地段的衬砌向围岩较好地段延伸5～ 10m； ⑤初期支护与二次衬砌的结构缝应设在一起。
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二﹑地铁区间隧道的结构形式
⒈明挖法修建的地铁区间隧道结构形式
1)整体式衬砌结构 分单跨﹑双跨等形式，整体性好，防水性能高， 施工工序多，速度慢。 2)装配式衬砌结构 接头构造，整体性差，慎用。 3)区间喇叭口隧道 岛式车站两侧行车道与正线区间隧道间设过渡 段
双线 喷射混凝土厚度10~15cm设置锚 杆，长度2 .5m，间距1~1.2m ， 必要时配置钢筋网 喷射混凝土厚度15cm设置锚杆， 长度2 .5~3.0m，间距1m，设置 钢筋网 喷射混凝土厚度20cm设置锚杆， 长度3~3 .5m，间距0 . 8~1m， 配置钢筋网，必要时设置钢支撑， 仰拱 通过实验或计算确定
三﹑地铁区间隧道的截面设计与构造
⒈明挖法修建的地铁区间隧道
⑴内部净空尺寸的确定 根据建筑接近限界曲线半径超高道床施工误差 等因素确定 ⑵隧道结构断面厚度尺寸的拟定 根据设计经验或模拟法，进行试算，先假定截 面尺寸，然后进行计算，进行调整。
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⒉矿山法修建的地铁区间隧道
地 铁 与 轻 轨 ⑴区间隧道衬砌横断面形状 ①用矿山法修建的区间隧道的界面尺寸应符合建 筑限界要求，还要考虑施工﹑测量误差以及结构 固有的变形量，可按工程模拟法确定，无资料时 按表4-6所示； ②Ⅱ﹑Ⅲ级围岩变形量很小，设计时不考虑；曲 线段时内轮廓需加宽。
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⒊盾构法施工时特殊地段的衬砌
地 铁 与 轻 轨 ⑴曲线段的衬砌 楔形衬砌环，保证隧道的前进方向 ⑵区间联络通道和中间泵站衬砌 ①联络通道可设在线路最低点，并和排水泵合并 建造； ②隧道内侧需留出宽约250～400cm的洞门； ③一般情况下都是矿山法施工。 ⑶渡线和折返线衬砌结构 明挖法施工，衬砌同明挖法施工的衬砌
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⒋特殊地段隧道衬砌结构
地 铁 与 轻 轨 ⑴沉管法隧道 1)施工要点 2)横断面有圆形和矩形，H水＞45m时圆形； H水 ＜35m矩形 3)沉管结构混凝土等级为C30～C50，抗剪 4)每节沉管的长度一般为60～140m，多数为100m， 最长达268m 5)水中混凝土连接和水压压接两种方式 6)管段沉放和连接后应对基础进行灌砂或以其他 方法进行处理。
①常用的锚杆型式有：全长粘结式﹑端头锚固型 和摩擦型等； ②喷射混凝土则有素混凝土和钢纤维混凝土； ③钢支撑常用型钢或旧钢轨，一般埋入喷射混凝 土内； ④二次衬砌主要是安全储备以及承受静水压力等； ⑤初期支护与二次衬砌间设防水隔离层。
第四章 地铁与轻轨交通的结构设计 ⑵其它方案 ①在干燥无水的坚硬围岩中，区间隧道衬砌亦可 采用单层的喷锚支护； ②当岩层的整体性好、基本无地下水，防水要求 不高，可采用单层整体现浇混凝土衬砌或装配式 衬砌，不做初期支护和防水隔离层； ③为适应不同的围岩条件，整体式衬砌可做成等 截面直墙式和等截面或变截面曲墙式，前者适用 于坚硬围岩(Ⅲ级以上)，后者适用于软弱围岩； ④一般要求在衬砌做好后向衬砌背后注浆，充填 空隙，改善衬砌受力状态，减少围岩变形。同时 衬砌混凝土本身需要有较高的自防水性能。
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⑵顶进法施工的区间隧道结构 1)穿越地面铁路﹑地下管网群﹑交叉路口等情况 时常采用顶进法施工； 2)分为顶入法﹑中继间法和顶拉法三种； 3)结构形式一般为箱形框架结构； 4)使用阶段和施工阶段的强度验算。
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⑧实践证明刚性连接不仅拼装麻烦、造价高，而 且会在衬砌环中产生较大的次应力，带来不良后 果。 因此，目前较为通用的是柔性连接，常用的有 以下几种形式： a.单排螺栓连接 按螺栓形状又可分为弯螺栓连 接、直螺栓连接和斜螺栓连接三种； b.销钉连接 销钉连接可用于纵向接缝，亦可用 于横向接缝； c.无连接件 在稳定的不透水地层中，圆形衬砌 的径向接缝也可不用任何连接件连接。
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2)隧道衬砌结构类型与选择 a.拱形结构，基本断面形式为单拱双拱和多跨连 拱，见图4-9； b.前者多用于区间隧道或联络通道后者用于停车 线折返线或喇叭口岔线上； c.结合具体条件选择单层衬砌或双层衬砌。
图4-9 矿山法修建的衬砌结构形式
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复合衬砌初期支护的参数设计 表4-7
地 铁 与 轻
围岩 类别
单线 喷射混凝土厚度5~10cm设置锚 杆，长度2.0m，间距1~1.2m ， 必要时局部设置钢筋网 喷射混凝土厚度10~15cm设置锚 杆，长度2.0~2 .5m，间距1m， 必要时配置钢筋网 喷射混凝土厚度15cm设置锚杆， 长度2 .5m，间距0 . 8~1m，配 置钢筋网，应施作仰拱 喷射混凝土厚度20cm设置锚杆， 长度3.0m，间距0 . 6~ 0 . 8 m，配置钢筋网，必要时设置钢 支撑，应施作仰拱
⒈原则
⑴区间隧道即连接两个车站之间的隧道； ⑵区间隧道的走向和埋深，受到工程地质和水文 地质条件、地面和地下环境影响，施工方法等因 素制约，直接关系到造价的高低和施工的难易；
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⑶地铁区间隧道结构包括：行车隧道、渡线、折 返线、地下存车线、联络线以及其它附属建筑物； ⑷地铁区间隧道衬砌结构与构造主要取决于隧道 的用途、沿线地形、地物、水文地质、工程地质、 施工方法、环境要求、维修管理、工期要求以及 投资高低等因素。
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⑴衬砌的基本结构类 型——复合式衬砌 a.由初期支护﹑防水层 隔离和二次衬砌组成 （图4-10）。外层为初 期支护，喷锚支护； b.内层为二次支护，模 筑混凝土； c.一般用于土质隧道或 车站折返线等大跨度隧 道。
图4-10 复合式衬砌构造
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第三节 地铁区间隧道的结构设计
一、地铁区间隧道选型的原则和特点 二、 地铁区间隧道的结构形式 三、地铁区间隧道的截面设计与构造 四、地铁区间隧道结构的荷载内力计算 方法 五、地铁区间隧道结构设计
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一﹑地铁区间隧道结构选型的原则和 特点
Ⅱ
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4)渡线隧道、折返线隧道 单渡线﹑交叉渡线 5)联络通道及其他附属结构 联络通道，安全﹑消防﹑维护等；排水站。
⒉矿山法修建的地铁区间隧道结构形式
1)衬砌结构要求 ⑴须能与围岩大面积牢固接触，保证衬砌与围岩 作为一个整体进行工作； ⑵允许围岩能产生有限制的变形，能在围岩中形 成卸载拱；
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⒊盾构法修建的地铁区间隧道结构形式
1)衬砌结构要求 能在较短时间内砌筑完毕，且能立刻承受围岩 压力和盾构千斤顶推力； 2)盾构隧道的类型与选择 a.预制装配式衬砌(图4-11) b.预制装配式衬砌与模注钢筋混凝土相结合的双 层衬砌(图4-12) c.挤压混凝土(ECL工法)整体式衬砌
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④按管片螺栓手孔成型 大小，可将管片分为箱 形和平板形两类。 a.箱形管片（图4-13） 是指因手孔较大而呈肋 板形结构。方便拼装， 便于运输和拼装，易开 裂。只有金属管片才采 用箱形结构。
图4-13 箱形管片
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地 b.平板形管片（图4-14） 铁 与 轻 轨 是指因螺栓手孔较小或 无手孔而呈曲板形结构 的管片。对盾构千斤顶 推力具有较大的抗力， 钢筋混凝土管片多采用 平板形结构。
第四章 地铁与轻轨交通的结构设计 ⑵双层衬砌 地 铁 与 轻 轨 ①为防止隧道渗水和衬砌腐蚀，修正隧道施工误 差，减少噪声和振动以及作为内部装饰，可以在 装配式衬砌内部再做一层整体式混凝土或钢筋混 凝土内村； ②根据需要还可在装配式衬砌与内层间敷设防水 隔离层； ③国内外在合地下水丰富和含有腐蚀性地下水的 软土地层内的隧道，大都选用双层衬砌，即在隧 道衬砌的内侧再附加厚250～300mm的现浇钢筋混 凝土内衬。
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⒉矿山法隧道的特点
地 铁 与 轻 轨 ⑴大多埋置于第四系的疏散或含水地层中，在施 工过程中通常需要采取一定的辅助措施，地下水 是威胁隧道安全的主要因素； ⑵除稳定岩石地层中的区间隧道外，大多属于浅 埋隧道； ⑶环境保护要求高，必须严格控制隧道开挖引起 的地面沉降和爆破振动对地面建筑及居民生活的 影响； ⑷考虑地铁结构的耐久性要求，锚喷支护不宜作 为永久衬砌结构； ⑸监测控制是施工中不可缺少的环节。
预留变形量(cm)
围岩类别 Ⅳ Ⅴ Ⅵ 单线隧道 3~5 5~7 特殊设计 5~7 7~10 特殊设计
表4－6
双线隧道
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③理论和实践经验得出： a.当区间隧道衬砌主要承受竖向荷载和不大的水 平荷载时，衬砌拱部轴线采用单心圆弧线或三心 圆弧线，墙部可采用直线； b.当衬砌承受竖向荷载的同时，还承受较大的水 平荷载，结构轴线用多段圆弧连接而成。
图4-14 平板形管片
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⑤箱形管片的纵向接缝（径向接缝）和横向接缝 （环向接缝）一般都是平面状的； ⑥平板形管片的接缝除可采用平面状外，为提高 装配式衬砌纵向刚度和拼装精度，也有采用样槽 式接缝的； ⑦衬砌环内管片间以及各衬砌环间的连接方式， 可分为柔性连接和刚性连接；