地铁隧道设计与施工研究

放 射 加 环 线 形
棋 盘 形
混 合 形
基本方法
• 逐线规划扩充法、主客流方向路网规划法、效率 最大优化法、点-线-面要素法等
• 点：局部研究。大型交通吸引点、交通瓶颈 • 线：主要交通干道。客运交通走廊，串联点，构 成面
• 面：整体研究。区域内的功能定位和合理分布， 路网构架整合，交通预测与供给平衡
隧道工程的施工特点
⑴ 隧道施工始终与工程地质和水文地质条件有关。
⑵ 隧道是一个狭长的建筑物，工作面少。
⑶ 洞内施工环境较差。
⑸ 大型的隐避工程。 ⑹ 施工不受气候影响。
施工方法-明(盖）挖法
由地面挖开的基坑中修筑地下构筑物的方法中修 筑。其基坑分为敞口放坡和有围护结构的基坑。 方法
施工方法-冻结法
• 1883年在阿尔巴里煤矿，用冻结法开凿了深达百 米的竖井筒，并获得了冻结法开凿竖井的专利； 往后，相继有法国、俄罗斯、日本在地铁中 使用冻结法，我国也在1995年在煤矿中应用了。
• 常规盐水冻结
• 液氮冻结
坚持以整体指导局部，以局部支持整体的思路
路网方案设计
客观分析 经验 优化路网 方案筛选 方案补充 待评价方案集 自然、人文等 制约条件 路网规模及其 与路网形态的 关系 方案评价
研究对象网络 交通战略
客观预测
其他城市社会 经济特征
评价模型
路线方案设计步骤
线路设计
线路设计是对每一条线路进行勘测、规划和设计 工作的总和。
西班牙
英国 韩国 俄罗斯 德国 法国 巴西
642.4
533.1 482.2 446.8 446.4 345.9 257.5
555
386 477 281 484 477 195
1919
1863 1974 1935 1902 1900 1974
11
12
墨西哥
香港
233.4
218.2
206
171
1969
1910
3 线路运行速度
1 线路平面位置选择：
地下线平面位置、高架线平面位置、地面线平面 位置； 2 线路左右线断面位置选择：一般是并列于同一 街道范围内，有平行式、上下重叠式、分开式等；
3 最小半径的确定：一般最小曲线半径取350m； 4 地铁缓和线的确定：最小长度为20m；主要是考 虑不短于一节车厢的全轴距而确定的。
人工冻土场温度场的发展
冻结温度场是一个相变的、移动边界和有内热源 的、边界条件复杂的不稳定导热问题。
研究冻结过程中温度场的目的： （1）求算冻土的强度，确定冻结壁的厚度； （2）了解与检查冻结壁形成情况及厚度； （3）确定能量的消耗。
人工冻土场的应用
• 1862年英国首先采用了人工制冷技术加固地基；
原理：利用冻土具有强度高、可隔水的性质进行 地层加固。将低温冷媒（低温盐水）送入地层， 通过热质交换来冻结地层。 人工冻土墙对复杂的水文条件和地质条件的适应 性强。冻结墙均匀完整、可靠性高等特点。尤其 在松软含水地层中，效果显著。
面临的问题：土体性质的弱化、冻胀融缩与地表 移动、冻融附加应力对主体结构的影响、混凝土 低温冻害。
施工步骤： （1）组装冻结工作站 （2）埋设冻结管。在冻结孔内设置冻结器，将不同冻结 孔内的冻结器连成一个系统，与冻结站相连。 （3)积极冻结。冻结壁从每个冻结管向外扩展，在每个冻 结管周围形成冻结圆柱，当冻结管的冻结圆柱连成一片时， 随着冻结时间的延长，地层平均温度逐渐降低，冻土墙的 强度逐渐增大。 （4）维护冻结。补充能量损失，维持地层的温度恒定。 （5)解冻。当地层开挖和永久结构施工完成后，解冻，拔 除冻结管。
3 线路设计
路网规划设计
路网规划是城市轨道交通工程设计建设的主 要依据，也是城市轨道交通规划的重要组成和具 体体现，也是城市建设的重要组成部分。
应具有：全局性、客流预测、线路走向、车站布 置、交通组织原则。
路网基本结构
• 放射形
• 放射网形
• 放射加环线形
• 棋盘形 • 混合形
放射形
放 射 网 形
城市（2015） 城区人口(万） GDP（亿）
线路里程 （km）
线路条数
北京ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ天津 上海
1961 1293.8 2302
13777.94 9224.96 17165.98
527 140 577
20 4 16
重庆
广州 武汉 南京 大连 深圳 长春
2884.6
1018.2 978.53 800.5 613 1035.8 756
面临的问题：1 建造和运营成本高
2 建设周期长
3 前期准备时间长
4 安全性有待提高
排名（2010） 国家/地区
轨道交通总长 站台数目 度（km)
轨道交通启用 年度
1 2 3
美国 中国内地 日本
1747.3 1021.1 803.1
1037 654 722
1870 1969 1933
4
5 6 7 8 9 10
线路选线
目的：确定线路走向、车站分布、辅助线分布、 线路交叉形式、线路敷设方式。
1 经济选线：选择行车线路的起始点和经过点。 2 技术选线：根据行车路线，结合规范和设计要 求，确定不同坐标处线路位置。
3 辅助线：折返线，存车线，车辆段出入线
线路平面设计
原则：1 线路应与城市发展规划相结合 2 双线右侧行车制
地铁隧道设计与施工研究
汇报人：张晗秋 指导老师：石钰锋
汇报时间：2015.11.13
汇报提纲
• 背景简介 • 隧道设计
• 施工技术
背景简介
• 隧道概念与分类 • 地铁隧道定义和特点
• 地铁发展趋势
概念与分类
隧道：以某种用途、在地面以下用任何方法按规 定形状和尺寸修筑的断面面积大于2平方米的洞室。
交通隧道：铁路、公路、水底、地下、人行 水工隧道：引水、泄洪、排沙 市政隧道：给水、污水、线路、人防 矿山隧道：运输、通风
地铁定义和特点
• 在大城市的地下修建车站和隧道，并在其中铺设 轨道，以电动快速列车运送大量乘客的城市铁路 系统。 • 特点：1 安全、快捷、方便、准时
2 改造地面环境、节约地面空间 3 拉动周边经济 4 人防功能
v
线别 正线 辅助线 车场线 区间 车站端部
一般情况 5000 3000 2000 2000
困难情况 3000 2000
线路坡段长度：两竖曲线间夹直线不小于25m； 对于大坡度，由于牵引功率限制，要求：60%0坡 度限长500m，50%0坡道限长1000m，小于50%0坡 道不限。
施工技术
1 隧道工程的施工特点 2 施工方法
线路纵断面设计
原则：
（1）保证列车的运行安全、平稳及舒适性；
（2）结合不同的地形、地质及水文条件，力求方 便乘客并降低造价；
（3）应尽量设计成符合列车运行规律的节能型坡 道。
纵坡要求：正线最大纵坡宜采用30%0，困难段可 采用35%0，辅助线最大不宜大于40%0；正线最小纵 坡不宜小于3%0；车站纵坡采用2%0。 线路竖曲线半径：避免在变坡点产生的附加加速 度不超过允许值。正线附加加速度a 一般取 0.1m/s2.
7890
10604.48 5565.93 5086 5158.1 9150.91 3369
202
260 95 225 143 178 80.9
5
10 3 6 6 5 2
香港
合计
702.64
14346.07
15196.31
102549.6
91
2518.9
12
89
隧道设计
设计步骤：1 收集资料进行路网规划设计 2 根据路网规划进行路网方案设计
分为四个阶段：可行性研究阶段、总体设计阶段、 初步设计阶段和施工设计阶段。 内容：1 地质调查与勘测 2 线路选线 3 线路平面 设计 4 线路纵断面设计
地质调查与勘测
• 隧道工程的勘测设计一般分为两阶段进行，即初 测阶段和定测阶段。隧道勘测的基本内容有：
地层、岩性调查； 地质构造调查； 水文地质调查； 城市管网调查；