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。

手掘式盾构

手掘系统挤压式盾构

半机械式盾构

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。