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
随着社会的日益发展和需求，隧道建设已越来越多地影响着人们的生活。现如今，道路和桥梁也是经济发展的基础，它的作用就好比是人身上的血管一样。可是，人们在修建公路或铁路时，不可避免地会遇到高山、河流的阻挡。在传统的逢山开路、遇水架桥都难以实施的情况下，隧道可能是一种最实际有效的方法了。
作为一名交通工程（轨道交通方向）专业的学生，本次毕业设计可以检验我们四年来所学的知识，并且培养我们把所学的理论知识综合应用到实践中去的能力，从而使我们独立地、系统地完成一个工程设计。区间隧道的设计需要综合考虑各个方面的因素，其中包括隧道处地形、地貌、气象、水文条件、工程地质、以及周围所处的环境等等，除此之外，任何一个设计都必须要考虑的问题就是怎样将经济、实用、美观三者都融于设计之中。
二、隧道设计方案
我国城市轨道交通地下工程的建设,就地层特性,可分为四大类:一是以砂卵层为主，如成都、北京等地；二是以岩层为主，如重庆、青岛等地；三是软弱地层与岩层(风化岩层)交变，如南京、广州等地；四是软弱地层，如上海市，隧道和地下车站修筑在软土层中。由于地质条件不同，所采用的施工方法差异较大，这就造成了我国城市轨道交通建设中工法多样性的特点。我国城市轨道交通的施工先后采用了明挖法、矿山法、暗挖法、盖挖法、盾构法等施工技术，有的已经达到了国际先进水平。
（1）明挖法需要在隧道沿线占用比较多的施工场地，在城区交通流量大，道路狭窄的情况下，已经基本无法满足其施工场地要求。施工场地暴露，对周围地区的环境影响大，无法满足环保要求。
（2）矿山法虽然占用施工场地较小，但其施工所造成的地表沉降较难控制，通常情况下，对地面建筑物及地下管线都有一定的影响甚至造成破坏。同时，施工必须确保开挖面无水作业，因此需要在沿线普遍降低地下水。降水施工需要在地面施工大量的降水井，不仅提高了工程造价，还造成了对地下水的污染，而且在城区道路狭窄和地面建筑物密集区，没有施做降水井的条件。由于人工开挖和支护，因此施工进度慢，作业效率低，劳动强度大，安全性差。施工的防水质量不易保证。施工对地表沉降的控制难度较大，尤其是在不良地质段或地面房屋密集区施工时，很难将地表沉降控制在较小范围内。
（3）暗挖法虽然地面干扰小，造价低，但机械化程度低，进度慢，劳动强度高，环境恶劣，风险大。
（4）盖挖法虽然占用场地时间短，对地面干扰小，安全，但施工工序复杂，交叉作业，施工条件差。它多用于修建地铁车站。
（5）盾构法对城市的正常功能及周围环境的影响很小。除盾构竖井处需要一定的施工场地以外，隧道沿线不需要施工场地，无需拆迁，因而对城市的商业、交通、住居影响很小。可以在深部穿越地上建筑物、河流;在地下穿过各种埋设物和已有隧道而不对其产生不良影响。施工一般不需要采取地下水降水等措施，也无噪声、振动等施工污染。可根据施工隧道的断面大小、埋深条件等施工隧道特点和地基围岩的基本条件进行设计、制造或改造盾构机，所以此法是适合于某一区间的专有方法。此外它的施工精度高。如管片的制作精度几乎近似于机械制造的程度。由于断面不能随意调整,对隧道轴线的偏离、管片拼装精度也有很高的要求。可以看出，盾构法对地面结构影响可能性最小；对环境无不良影响，地下水位可保持；对工作人员较安全，劳动强度低，进度快；机械化程度高；隧洞形状准确；质量高，衬砌经济。
因此，本课题采用盾构法设计方案。
三、地铁区间隧道结构设计
（一）选型原则
（1）区间隧道即连接两个车站之间的隧道；
（2）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；
（3）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；
（4）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。
（二）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
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。
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。
箱形管片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。
平板形管片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。
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；
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：
1.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；
2.销钉连接 销钉连接可用于纵向接缝，亦可用于横向接缝；
3.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。
B.预制装配式衬砌与模注钢筋混凝土相结合的双层衬砌
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。
C.挤压混凝土(ECL工法)整体式衬砌
①挤压混凝土衬砌（ExtrudeConcreteLining，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。
（三）截面设计与构造
（1）横截面内轮廓尺寸
根据建筑限界、施工误差、道床类型、预留变形量等条件，还要考虑最小曲线半径问题。
（2）管片厚度
一般为(0.05～0.06)D,上海为350mm,广州为300mm
（3）管片宽度
1000～1500mm
（4）管片类型与结构
依据材料或形状或其他方面分类
（5）管片接缝类型与结构
有螺栓连接﹑无螺栓连接
（6）衬砌环的分块
①若干标准管片(A),两块相邻管片(B)﹑一块封顶管片(K）,见图；
②若干A型管片,一块B型管片﹑一块K型管片；
③封顶块的拼装方式有径向楔入和纵向插入两种；
④衬砌环的拼装方式有通缝和错缝两种。
（7）螺栓和注浆孔的配置
①分为纵向连接螺栓和环向连接螺栓两种；
②螺栓直径一般为16～36mm.螺栓孔直径须大于螺栓4～8mm；
③注浆孔直径为50～100mm。
（8）隧道防水
①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；
②允许渗漏量每昼夜部大于0.1L/m2；
③管片采用C50，抗渗等级部低于S6。
（9）其他构造
（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）设计原则
a.安全可靠经济合理施工方便
b.选用与特点相近的规范和设计方法
c.结构净空尺寸的要求
d..减少对环境的影响
e.极限状态设计法，分项系数
f.按最不利组合进行结构验算
g.防水防腐蚀等要求
（2）盾构隧道设计方法
表5-1
国家 | 计算模型 | 计算土压力、水压力 | 地基反力系数 |
澳大利亚 | 全周弹簧模型 | σv＝全覆土荷载 σH＝λσv 静水压力 | 由平板荷载试验或量测结果的逆分析得到，切线方向或地层完全结合或把摩擦力作为上限结合 |
日本 | 梁弹簧模型 | σv＝全覆土荷载 σH＝λσv (砂质土按水土分解，粘性土按水土合算考虑) | 根据土的工程性质确定k值大小 |
比利时 | Schulze-Duddeck模型，由FEM校核 | Schulze-Duddeck法确定 | 无 |
德国 | 覆土深≤2D，部分地层弹簧模型；覆土深≥2D，全周地层弹簧模型 | σv＝全覆土荷载 σH＝λσv(λ=0.5) | k=Ev/R,Es为地层模量，R为隧道半径 |
部分地层弹簧模型：Schulze-Duddeck法，不考虑切线方向的荷载 | σv＝全覆土荷载 σH＝λσv(λ=0.5) | 无 | |
法国 | 全周地层弹簧模型或FEM | σv＝全覆土荷载(覆土深≤D) Terzaghi公式(覆土深≥D)σH＝λσv | |
西班牙 | 考虑地层与结构相互作用的Buqera法 | 忽视粘结力的Terzaghi公式λ＝1.0 | 只考虑半径方向 |
英国 | 全周地层弹簧模型；MuirWood法 | 根据类似条件下的量测结果 | |
初期垂直荷载及初期水平荷载，初期荷载是全土荷载 | 由三轴试验或应力计测得的应力应变关系得出，不考虑摩擦力 | ||
美国 | 弹性地基圆环 | σv＝全覆土荷载 σH＝λσv 水压 λ＝0.4～0.5 | 无 |
σv＝全覆土荷载 σH＝λσv 水压 | 由室内实验求出，不考虑摩擦力 |
参考文献
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23、何焕雄盾构法施工技术及其在我国的发展和应用[J]，建筑技术开发，2004年.
2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案
２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： | ||||||||||||||||||||||||
一、工程概况 此段设计为南京地铁四号线鼓楼区间段隧道设计，南京地铁四号线一期工程D4-XK01标云南路站~鼓楼站区间西起于云南路与北京西路交叉口的云南路站，沿北京西路东行，至鼓楼公园碑楼北侧的鼓楼站，全长约660m。隧道里程为CK14 606.000~CK15 265.750，设计拟采用矿山法施工。隧道断面型式为马蹄形，外径6.5m，底板埋深约在15.0-23.0m之间。左右线中心距离为14.77~16.65m，右CK14 602.590~CK14 712.702设有单渡线。为便于矿山法施工，在里程右CK14 659.116设置1号竖井及横通道，在左CK14 893.000设置2号竖井及横通道（竖井仅在施工期出土时使用，完工后进行回填） 本工程设计基准期为100年，采用盾构法施工，隧道洞顶到地面埋深，约9.3～13.0m。线路纵坡：先以20下坡和6再以4和20上坡。线路平面曲线：R400m。线间距13m。结构形式为圆形管片拼装式隧道。结构尺寸为Φ6.2m，厚0.35m。管片采用六个分块：一个小封顶块K、两个邻接块B、三个标准块A。 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 本课题采用盾构法施工，先在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位。盾构从竖井或基坑的墙壁预留孔处出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的设计预留孔洞推进。盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制衬砌，再传到竖井或基坑的后靠壁上。盾构是一个能支承地层压力，又能在地层中推进的圆形、矩形、马蹄形及其他特殊形状的钢筒结构，其直径稍大于隧道衬砌的直径，在钢筒的前面设置各种类型的支撑和开挖土体的装置，在钢筒中段周圈内安装顶进所需的千斤顶，钢筒尾部是具有一定空间的壳体，在盾尾内可以安置数环拼成的隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向盾尾后面的衬砌环外周的空隙中压注浆体，以防止隧道及地面下沉，在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。 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、毕业设计（论文）进程安排
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