盾构法隧道施工方案.docx
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1、盾构法隧道施工方案圆形区间隧道沿线在繁华市区道路或密集的建筑物下穿过。根据国内外大量 施工实践证明,在饱和含水粘质粉土或粉砂土层中采用加泥式土压平衡盾构,可 以较好地将盾构施工的地面变形控制在标书要求的+10-30mm范围内,满足深 圳市市区内较高的环境保护要求。第一节隧道平纵断面布置概述深圳地铁一期工程第七标段天虹岗厦区间隧道从天虹站西端顺深南中路向 西延伸,穿过华富路至福天路口,然后向南离开深南中路,下穿福天河,经过一 片荔枝园,过福华路立交桥和福华新村后,再向西到达岗厦站。共分两段盾构段。第七标段第一段中间始发井天虹站,右线长约986.2米,左线长约972.6米 总长约1959米;在CK
2、6+350处建造一个盾构始发工作井,并由此开始采用盾构 施工法向位于CK5+338.8处的盾构机到达和撤离井方向掘进。第二段中间始发井岗厦井,右线长约为741.9米,左线长约为770.9米,总 长约1513米。在CK6+350处建造一个盾构始发工作井,并由此开始采用盾构施 工法向位于CK7+108.601处的盾构机到达和撤离井方向掘进。根据业主提供的招标资料中地质描述,天虹站岗厦站区间地处台地、冲击平 原,盾构隧道主要穿越砂层和粘性土层中通过,局部位于全风化强风化的花岗岩 中,局部位于中风化的花岗岩中。地下水一般位于2.06.9m ,以孔隙潜水为主, 水位变幅0.51.0m,砂层透水性较好。对
3、于平面断面线型,要求最小平面曲线半径为300m;纵断面,要求最小竖曲线半径3000mo第1页共25页计算点计算占一八、计算占一八、计算点三计算点四位置右线CK5 + 665右线CK5+900左线CK6 +223右线CK7+086地层特征从上 至下分别 为素填土 (粘土)、 砂砾、粘 土、砾质 粘性土。 隧道位于 砾质粘性 土层中。 常时稳定 水位6.9m。从上 至下分别 为素填土 (粘土)、 中砂、砂 砾、砾质 粘性土。 隧道位于 砂砾层 中。常时 稳定水位 6.5m。从上至下分 别为素填土(粉质 粘土)、中砂、粉 质粘土、砾质粘性 土、全风化花岗 岩、强风化花岗 岩、隧道1/3位于 砾质粘性
4、土层、 1/3位于全风化 花岗岩层、1/3位 于强风化花岗岩 层中。常时稳定水 位4m o从上 至下分别 为素填土 (粉质粘 土)、粉质 粘土、砾 质粘性 土。隧道 位于砾质 粘性土层 中。常时 稳定水位 3.8mo隧道埋深(m)14.21311.49计算地下水位埋深(m)1111土容重按地按地按地质报告按地第10页共25页(kN/m)质报告各层推荐值计算质报告各层推荐值计算各层推荐值计算质报告各层推荐值计算地面超载(kN/m2)20202020砾质粘性土18标贯垂击数1720全风化花岗岩3022强风化花岗岩50砾质粘性土0.45侧压系数0.450.50全风化花岗岩 0.300.35强风化花岗
5、岩 0.25地基抗力 系数 (kN/m3)派3500015000砾质粘性土 35000全风化花 岗岩70000强风 化花岗岩9000050000砾质粘性土第11页共25页24凝聚力(kPa) X24全风化花岗岩2332强风化花岗岩29砾质粘性土27内摩擦角(0) X27全风化花岗岩2330强风化花岗岩 19.6水土分/合算n舁分算合算口舁为隧道所处地层之值,地基抗力系数偏于安全地没有计及管片周围注浆引起 的地层抗力系数增大的影响。532.3荷载标准计算1、荷载分类荷载分类荷载名称永久荷载结构自重地层压力隧道上部地层破坏棱体范围的设施及建筑物压力水压及浮力第12页共25页设备重量地层抗力可变荷载
6、基本可变荷载地面车辆荷载地面车辆荷载引起的侧向土压力隧道内部车辆行人等引起的荷载其它可变荷载施工荷载(设备运输、施工机具 及人员、盾构推进、压注浆等引起 的荷载)偶然荷载地震荷载2、地层压力竖向地层压力按全部地层压力计算。而侧压力当隧道处于粘性土中时按水土和算考虑,在砂性土地层时按水土分算考虑。3、地层抗力通 过设置在衬砌全环只能受压的径向弹簧单元和切向弹簧单元来表达,这些单元受拉时将自动脱离,弹簧单元的刚度由衬砌周围土体 的地基抗力系数决定。同时,偏于安全方向的考虑,未计管片周围注浆引起的抗 力增加效果。4、管片结构自重钢筋混凝土管片重度取25kN/m35、水压当在砂性土地层时水土分算时,水
7、压按静水压力考虑。6、隧道内部荷载根据规范地铁隧道内的车辆荷载及冲击力对隧道结构影响较小,可略去不计。第13页共25页5.3.2.4 设定检算标准1、材料设计值管片钢筋n级钢强度设计值fy = 31 OMPa管片碎C5O,轴心抗压强度设计值fc = 23.5MPa管片碎C50,弯曲抗压强度设计值fcm=26MPa管片硅C5O,抗拉强度设计 值ft=2MPa管片螺栓(45号钢)抗拉压强度设计值fy = 320MPa管片螺栓(45号 钢)抗剪强度设计值fs=190Mpa2、结构变形控制值直径变形V2%D环缝张开V 2mm纵缝张开V3mm 3、碎结构允许裂缝宽度裂缝宽度0.2mm 4、结构抗浮安 全
8、系数施工期N1.03,使用期N1.07计算结果管片截面内力及变形计算各计算点的隧道管片衬砌环的最大截面内力及变形计算结果汇总于下表,以 下附图为结构的内力、变形、地层抗力及各种接头螺栓的剪力图,各图均为衬砌 环每环(1.2m)内实际出现之值。管片衬砌环的截面内力及变形计算结果汇总表计算点号最大正弯 矩 Mmax (kN.m)最大正弯矩对应 轴力N(kN)最大负 弯矩 Mmin (kN.m)最大负弯 矩对应轴 力 N(kN)单点最大 变形量 max8 (mm)计算点1106.02733.89-79.2361180.34.4168计算点276.486843.40-86.5351215.04.415
9、2计算点3102.12691.44-72.5961049.53.7492计算点492.235498.87-68.807882.753.7951注:截面内力为衬砌环每环(1.2m)内实际出现之值。5.332截面强度及裂缝宽度检算截面强度及裂缝宽度指标检算结果汇总表第14页共25页计算点号碎压应 力ca o (MPa)碎拉应力 ca(MPa)截面承载力 Nu(kN)截面承载 力 Mu (kN.m)裂缝宽度 w (mm)结论计算点17.93-3.851577.19227.840.164通过计算点28.1825-1.43255539.19394.40无裂缝通过计算点37.594-3.7531470.3
10、7217.160.155通过计算点46.51-3.738826.05152.730.168通过截面强度及裂缝宽度指标检算结果汇总于上表。检算按混凝土结构设计规 范(GBJ10-89)进行。下面以计算点1为例说明全部检算过程,其余三组的具 体检算过程省略。1、管片碎强度检算管片厚30cm宽1.2m。截面几何特性计算A=L2X0.3=0.36m2弯矩以内侧受拉为正,内侧钢 Al = 1131mm2 ;外侧钢A2=1150mm2.即两侧配筋量相当,可取A=A,= 1131mm, 且按L2x0.3的碎ss矩形截面进行计算。I 二 bh3 = 1200 x 3003 = 7.2 x 109 mm 4碎应
11、力的计算N My 89.733 x 103 02.106 x 106 x 150o= 土cAI 0 300 x 1200 7.2 x 10993.7 MPa;cao cl - = 85.3 MPa ft = 2MPa,最大压应力为8.18MPa,最大拉应力为-3.85MPa; C50碎的fcm=26MPa, ft=2MPao故抗压满足,而拉应力超出设计强度,应检算裂缝宽度。2、管片配筋 检算管片强度配筋按钢筋混凝土偏心受压截面进行检算,基本公式如下:第15页共25页Nfbx + Af-Af1.()cm ysysNe 3.0 hO = 3.0 x 250 = 75mm,N 89.733计算可取e
12、 = 90 r(= 90.1 e = eO = 46.144 mm, aih300e =r|ei +- a = 46.144 +- 50 = 46.244 mm,22 h300e =r|ei 一+ a = 46.144 一 + 50 = 46.44 mm.22第16页共25页febx-hO + x) + eAf - e Af = ,0cm (ys ys226 x 1200x(46.244 - 250 + x ) + 310 X1131 X 46.44-310 X1131 X 46.244 二02x = 8.72 mm,1 h = 54.0 x 250 = 135mm x = 8.72 mm;b
13、OnU 2a = 2 x 50 = 100mm x = 8.72 mm ,不能按(1), (2)式进行计算,s应按下式计算:A f (h - a )N0ssyu= = 310 x 1131(250 - 50)= 19.1577 kN N = 89.733 kN 满e 46.44足Mu = e N 0 = 19.1577 x 14446.0 = 84.227 kN - m M max = 02.106 kN - m满u足其它组的配筋检算结果见汇总表所示。3、裂缝宽度检算按规范其计算公式如下:第17页共25页ssw = w a ( 7.2 c + 1.0 ) vmax crEs p teMmax=
14、 106.02kN.m , N=733.89kN , As =1131mm2 , As/= 1131 mm2 , as二as/=50mm。按偏心受压计算:。dSSw = 1.2 y ( 7.2 c + 1.0 ) vmaxEs p te v= 7.0 , c = 44 mm, 4Asd = 12 mm,uA1131sp te = = .0 628%300时,圆曲线段沿缓和曲线均按偏角设置楔形环。5.1.3 纵向曲线地段:半径为5000m时,不设楔形块,可在背千斤顶环面上分段粘贴石棉橡胶板, 形成踏步形楔形环面,半径为3000m时,每10环衬砌管片标准环中加一环楔形 环。5.1.4 各类管片数量
15、统计天虹站一岗厦站左右线总长:3472m圆环出洞进洞变形缝后特殊标准环总环数类型环数环数一环环转环7转环圆环数量4448009931754812第二节隧道衬砌设计衬砌选型根据国内外经验,在盾构隧道区间采用有一定接头刚度的单层装配式管片衬 砌,是合理和成功地。经过计算校核,本设计中采用的衬砌圆环的强度、最大裂 缝宽度、变形、接缝张开及地表沉降控制等,即使在通过特殊地段时,均能满足 第2页共25页|/= 1.1 - .0 65 X 2 = .045 ( 4.0 ),0.1.0 01x203.373203.37312: w = 1.2 x 4.0 ( 7.2 x 44 + 1.0 x ) x 7.0
16、 = .0 164mm w = 2.0 mm. max max 0.2 x 105 .0 01满足要求。5.333 螺栓抗剪检算采用钢结构设计规范(GBJ17-88)进行检算。环向 连接采用M30普通螺栓4.6级,环向及纵向接头螺栓均满足抗剪要求。533.4 管片衬砌结构变形检算各计算点的最大直径变形量(计算点1最大 为2 X4.4168mm=8.8336mm),均小于 2%oD (2%o X 6.1 m= 12.2mm)的要求,D 为管 片外径,满足要求。533.5环向接缝检算1、接缝强度检算把螺栓看成受拉钢筋,并按钢筋混凝 土截面计算。ft f!N f bx + A f- o A - (
17、o p0 - f *) Apcm ysss m ft tinNefhbxO-x) + Af(h-a)-(o pO - f) Ap (h - a ) cm (2 ys 0 sm 0 s第20页共25页即按GBJ10-89第条计算,在最不利弯矩和轴力组合下,接缝强度均满足使用要求。2、接缝变形检算用平面有限元方法,考虑混 凝土接头断面的实际的接触面积,在最不利弯矩和轴力组合下,接缝张开小于2mm,受压混凝土不进入塑 性状态,满足要求。5.336 管片抗浮安全性检算抗浮安全系数=自重/浮托力在不计土体侧向摩擦力下均满足结构抗浮安全系数,施工期大于1.03、使用期大于1.07的要求。5.337 盾构千
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