无锡地铁三号线吴桥区间段（埋深11m）明挖隧道结构设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文献综述

一、选题背景与目的

21世纪是地下空间作为资源加以大力开发的利用的世纪，是隧道和地下工程大力发展的世纪。隧道发展是解决地面交通紧张，土地资源保护的有力措施，从而满足交通，保护环境，使城市成为人与自然相和谐。隧道的开发与利用可以大大缩短行车路程，提高行车效率。同时，隧道的建设环境也是多方面的，在山岭地带，可以克服高程障碍、缩短行程、节约燃料、节省时间、改变道路线形，使行车更加舒适、减少植被破坏、保护生态环境；还可以克服塌方、雪崩、泥石流等地质灾害对行车造成的影响。隧道的建设过程也同样不受地面环境的影响，而且适合各种地形，所以隧道的发展是广阔的。通过毕业设计环节，使我们将四年大学所学习的基础课程、技术基础课程、专业方面课程等方面知识，系统有效的串联在一起，进行一次全面综合的复习。并且培养我们综合运用所学知识解决工程实际中的问题，提高对隧道设计，施工组织设计等方面的认识和表现的能力。

二、隧道设计方案

地铁建设的主要目的在于缓解城市日益增长的交通压力、带动周边地块商业潜力，因此地铁线网的规划必然经过城市的繁华地带，大的客流集散点，如商业中心、文化娱乐中心、对内对外交通枢纽和大型居民住宅区等，与之而来的即为如何解决地铁设计、施工对城市既有交通的影响问题。目前区间施工工法主要为盾构法，对既有交通无影响，少量区间因地质、配线原因采用明挖法施工，其解决方式与车站相同，且数量较少。所以必须对地铁车站施工工法的设计理论、施工方案、经济比选进行研究，并对具体地铁车站所处位置周边路网进行分析，才能得到较为合理的交通疏解组织方案。

根据地铁设计、实际施工中工艺难易程度，对地铁车站常用施工工法排序为:明挖法→盖挖顺作法→盖挖逆作法→暗挖法。对交通疏解影响难易程度则反之，盖挖法从本质上来讲属于明挖法的一种，但其施工难度、对结构节点、防水处理明显高于明挖顺作法。明挖法是地下车站诸多施工方法中经济合理、技术安全、工艺成熟的一种施工工法，又是对交通疏解影响较大的一种施工工法，但由于其工法简单、工期较短、造价低、质量容易保证等诸多优点，是目前地铁施工中首选工法。

因此，本课题采用明挖法设计方案。

三、地铁区间隧道结构设计

（一）选型原则

区间隧道结构包括行车隧道、渡线、折返线、地下存车线、联络线以及其他附属建筑物。地下铁道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、工程地质条件、施工方法、环境要求、维修管理、工期要求及投资高低等因素。

（二）结构形式

明挖法施工的地铁区间隧道结构通常采用矩形断面，一般为整体浇注或装配式结构，其优点是其内轮廓与地铁建筑限界接近，内部净空可得到充分利用，结构受力合理，顶板上部便于敷设城市地下管网和设施。

（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。

（2）明挖隧道的类型与选择

1.整体式衬砌结构

明挖现浇隧道结构断面分单跨、双跨等形式，由于结构整体性好，防水性能容易得到保证，可适用于各种工程地质和水文地质条件;但是，施工工序较多，速度较慢。

2.预制装配式衬砌

预制装配式衬砌的结构形式应根据工业化生产水平、施工方法、起重运输条件、场地条件等因地制宜选择，目前以单跨和双跨较为通用。关于装配式衬砌各构件之问的接头构造，除了要考虑强度、刚度、防水性等方面的要求外，还要求构造简单、施工方便。装配式衬砌整体性较差，对于有特殊要求(如防护、抗震等)的地段要慎重选用。

装配式衬砌与整体式衬砌比较，可以减轻工人的劳动强度，节约劳动力，降低建筑材料消耗和提高衬砌质量。一般地说，装配式衬砌的造价较低，施工进度也较快。由于衬砌拼装就位后,几乎就能够立即承重,拼装工作可以紧接隧道开挖面进行，因而缩短了坑道开挖后毛洞的暴露时间，使地层压力不致过大；而且不用临时支撑，有助于机械化快速施工和工业化生产。

圆形隧道装配式衬砌的结构材料有混凝土、钢筋混凝土、铸铁、铸钢、钢板和混凝土等。钢筋混凝土管片衬砌(见图)的构件形式，有箱形管片和板形管片。素混凝土衬砌则多做成刚性砌块。砌块最适用于较小直径或含水量较低的稳定地层内，各块间接缝的防水需要妥善处理。砌块式结构的施工拼装速度快，费用较低。管片则适用于不稳定地层各种直径的隧道内，其纵向和环向管片间都通过螺栓相联结，中间设置防水层嵌缝,防水性能较有保证;但拼装速度降低，施工费用增加。单线地下铁道的装配式管片衬砌环一般可分为6～8块;双线地下铁道可分为8～10块构件；小断面隧道可只分为4～6块构件。分块原则要考虑结构的柔性和防水要求，并根据管片的制作、运输和安装等方面的因素确定，使管片尺寸和拼装都达到高精度。拱顶处设置封顶管片。由于施工方便和受力需要，趋向于采用径向楔入或纵向插入式的封顶管片。管片衬砌各环间的纵向联结方式有通缝和错缝两种。所有衬砌环的纵缝对齐的称为通缝；而环间纵缝互相错开，犹如砖砌体一样的称为错缝。通缝拼装方便，但错缝的整体性较好。砌块间接头用球铰式、榫槽式或销钉式等；管片间接头则由双排或单排螺栓联结。为增加结构柔度，采用位于断面三分之一处的单排螺栓居多。接头防水是装配式衬砌的关键问题，除要求管片制作保证精度，以尽量消除初始缝隙外，接头本身要有防水措施。当采用多道防水接头构造时,其第一道为防水密封垫,具有良好的弹性变形性能；第二道为内侧嵌缝槽，最好在隧道变形已趋基本稳定时再做；必要时可再添设第三道灌浆孔，待隧道变形稳定后进行灌浆。实际工程视重要性而采取一道至多道防水措施。

用明挖法施工的地下结构，更适于采用装配式衬砌。当具有一定的运输和吊装能力时，对无水地层或解决好接头防水措施后，都可以大力推广。也可以先装配内层为一次衬砌，再以它为模板,在其外层再灌筑一层现浇衬砌。此外,采用结构装配而接头为现场灌注的装配-整体式衬砌，在保证防水条件下，可以增大结构的整体刚度。装配式衬砌装配式衬砌结构，除承受岩土地层压力等荷载以外，还须验算构件运输和拼装时的施工受力条件。结构计算应考虑接头刚度对衬砌受力和变形的影响。土质隧道的装配式衬砌，设置接头以后结构变柔，使沿衬砌周边的地层压力分布趋于均匀，可以改善衬砌受力性能，降低材料消耗。

（三）截面设计与构造

（1）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。

（2）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。

（3）隧道防水

基本原则是以防治为主堵漏为辅多道防线因地制宜综合治理，采取切实可靠的措施，达到防水可靠、排水畅通、经济合理的目的；

（四）衬砌结构设计计算

采用结构与地层共同作用的处理方法

（1）主动荷载模型

除了在结构底部受地层约束外，其他部分在主动荷载作用下可自由变形。适用于结构与地层刚度比较大的情形。

（2）主动荷载加地层弹性约束的模型

地层不仅对衬砌结构施加主动荷载，还对衬砌结构施加被动弹性抗力，适用于各类地层。

（3）地层实测荷载模型

实测荷载是结构与地层共同作用的综合反应。

（五）隧道结构设计计算

（1）明挖箱型衬砌结构计算

①明挖箱型衬砌结构施工一般分顺作法和逆作法两种。采用顺作法时，侧向不能提供必要地弹性抗力；

②箱型结构基底反力，可采用两种方法计算：假设结构是刚性体，则基底反力可以按静力平衡条件求得；假设结构为Winkler地基上的箱型结构，则根据地基变形计算基底每一点反力；

③弹性地基上得箱型结构一般按照平面变形问题考虑。当长跨比接近1时，按空间结构考虑；

（2）明挖隧道设计方法

参考文献

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

一．工程概况

金太湖国际城项目位于北塘区青石路以北，凤宾路以东，兴源路以南，建设路以西。该项目占地面积约14万m2，总建筑面积约63万m2，其中商业面积约19.2万m2，五星级酒店及甲级写字楼面积约7万m2，精品住宅面积约17.57万m2，地下室面积约18.89万m2。根据金太湖房地产开发公司提供的资料显示：本次研究范围内为无锡通惠路商贸步行街，两侧为商业，步行为地下一层地下室，地下室南北两侧贯通，地下室结构底板顶标高为-1.60m，为框架结构，柱下采用独立桩基础，桩径为1200mm，桩长约为55m，桩采用钻孔灌注桩。

二．本课题拟解决的问题

通过本课题拟解决如下几点问题：

（1）熟悉工程设计中常用的设计规范和专业知识，正确的解决工程设计中的各种实际问题，了解工程设计人员实际设计的内容、初步了解工程设计的基本方法，并能在设计中正确考虑影响设计的各项因素。

（2）综合运用所学的基础理论知识和专业知识，正确地解决工程设计中的实际问题，了解工程设计人员实际设计的工作内容、初步掌握工程设计的基本方法，并能在设计中正确地考虑设计的各项因素。

（3）熟练得运用相关软件和绘图软件，所绘工程图纸应符合国家建筑制图的统一标准，并能正确清晰地表达设计意图。

（4）掌握隧道结构设计的内容、方法和步骤，并了解公路隧道的一般特点和各种新的设计要求。结合隧道所处自然条件及工程地质和水文地质等情况，选择何涉的衬砌结构形式和洞门结构形式。根据设计荷载要求、公路等级要求以及隧道围岩情况等选择合理的施工方法，力求使设计达到美观、适用、安全、经济。

三．研究方法

本课题采用明挖法施工，明挖法是指开挖地面，由上向下开挖土石方至设计标高后，自基底由下向上顺作施工，完成隧道主体结构，最后回填基坑或恢复地面的施工方法。明挖法施工属于深基坑工程技术，主要技术难点在于对基坑周围原状的保护，防止地表沉降，减少对既有建筑物的影响。明挖法施工技术简单、快速、经济，常为首选方案。施工程序一般可以分为4大步：维护结构施工、内部土方开挖、工程结构施工、管线恢复及覆土。

四、设计原则

（1）隧道设计应有完整的勘测、调查资料，针对地形、地质、水文、气象、地震等条件，考虑营运和施工条件，进行多方案的技术、经济比较，使确定的方案条例安全、经济、适用的原则。

（2）主体结构物应按永久建筑设计，具有规定的强度、稳定性和耐久性，且符合美观和环境要求。

（3）隧道设计必须符合国家有关土地管理、环境保护、水土保持等法规的要求，并应注意节约用地，尽量保护原有植被，妥善处理废土方。

（4）地震区隧道的设计，还应符合交通部颁发的公路工程抗震设计规范要求。

（5）应重视因修建隧道形成的环境地质问题，进行合理的优化设计，使其对环境的破坏程度最低，成本最小。

五、工作安排