广州地铁区间盾构隧道设计.doc

文章编号:1009-6582(200306-0007-05广州地铁越~三区间盾构隧道的设计吕剑英(中铁隧道勘测设计院,洛阳471009摘要广州地铁二号线越秀公园~三元里区间盾构隧道已于2002年建成并投入试运营。文章阐述了该隧道的设计概况,主要内容包括:盾构隧道的线路拟合,衬砌环的构造形式,管片的结构设计和结构防水。文中总结了广州盾构隧道设计中的成功经验,并对当前盾构隧道设计中的有关问题提出了建议。关键词地铁隧道盾构法管片构造结构设计结构防水中图分类号:U231+.1 文献标识码:A1 前言盾构法隧道施工是一种先进的隧道施工方法,它具有施工速度快、对周边环境影响小、能适应复杂地层、工程质量高等优点,越来越受到国内工程界的欢迎。以已经开工的广州地铁三号线为例,其中约70%的区间采用盾构法施工。盾构法在广州地铁的大量使用,表明了这种工法在我国城市地铁中的应用已进入了一个高速发展的阶段。2 工程概况越~三区间属于广州地铁二号线工程的北段,由越秀公园站~火车站、火车站~三元里站两个双孔区间隧道和两个联络通道及泵房组成。工程起于越秀区的地铁越秀公园站,向北下穿人民北路、环市西路到达地铁广州火车站;然后,线路从地下穿过广州火车站南站房等建筑群向西北延伸,最后下穿广花路到达地铁三元里站。区间全长3926单线延米,两区间平面由三组六段(左右线曲线组成,曲线半径分别为600m和400m。区间纵坡均为“V”形坡,最大坡度为30‰,最小竖曲线半径为3000m。线路沿线地形起伏较大,隧道最小覆土厚度为9m,最大覆土厚度为26m。3 工程地质和水文地质区间的地层岩性,在上部为:人工填土层,流塑~软塑状淤积层,海陆交互淤积层,冲、洪积砂层,冲、洪积土层,残积土层。下部为:全风化、强风化、中等风化和微风化带的泥质粉砂岩。区间隧道穿越地层大部分是岩层,少部分为残积土层和断裂破碎带。隧道所处的地层为上软下硬,软硬岩互层现象特征明显。本段地下水主要为第四系孔隙水和基岩裂隙水。第四系孔隙水主要赋存在淤泥质砂层和冲积~洪积砂层内。基岩裂隙水多属承压水,但富水性较小,透水性多较弱;破碎带富水性、透水性较好。地下水对混凝土无侵蚀性。4 采用盾构法的理由隧道所处的地层较好,单从围岩分级情况可以采用矿山法施工,但由于隧道位于繁华市区,并穿越大量的建筑物(以居民住宅为主、地下构筑物、城市主干道以及广州火车站股道等,这些地面建筑物不少是危房,有的是广州市标志性建筑物,隧道周边环境复杂。据此,采用矿山法有较大的风险,盾构法要优于矿山法。另一方面,虽然隧道处于强风化、中风化及部分微风化岩层,但微风化岩的单轴抗压强度最大值只有39MPa,其岩石强度低,属于软岩。针对这种强度级别的岩石地层,只要选用恰当的盾构机,便能满足工程的需要。 盾构机的选择收稿日期:2003-05-23作者简介:吕剑英,男,工程师,一级注册结构工程师.・7・第40卷第6期2003年12月现代隧道技术ModernTunnellingTechnology 盾构隧道的成功与否,关键之一是选择好适合地层特征的盾构机。由于盾构机既要穿过岩层,又要通过软土层,这要求盾构机对地层要具有较广的适应性。盾构机除了要求具有一般软土地层的所需软土EPB(土压平衡盾构机的配置外,还需要具备硬岩TBM(硬岩掘进机的特征。越~三区间选用了两台德国海瑞克公司生产的复合式盾构机,它除具备有EPB的特性外,主要特点是其推力及扭矩大小、刀盘材料和刀具的组合上具有足够的破岩能力。5 主要设计标准(1结构的安全等级为一级。(2区间隧道的抗震按7度设计,人防按6级考虑。(3防水标准:隧道整体为二级;隧道上半部为A级;隧道下半部、洞门及联络通道为B级。(4结构最大裂缝允许宽度:,。(5地表沉隆控制标准:-30/+10mm;建筑物倾斜控制标准:框架结构2‰,‰。(6线形控制允差:设计拟合轴线与理论轴线允差≤10mm(个别情况允许为20mm;掘进轴线与设计轴线允差≤70mm。(7衬砌结构变形:直径变形≤1D‰(D为隧道外径;环缝张开<2mm;纵缝张开<3mm。 盾构隧道线路的拟合(1衬砌环的组合形式为了满足缓和曲线、圆曲线以及施工纠偏的需要,盾构隧道实际上是通过一定组合的直线衬砌环来拟合理论曲线,拟合曲线应满足拟合允差要求。因此,转弯环(有一定锥度的楔形环是必须的。衬砌环的组合形式一般有三种:①标准环+左、右转弯环;②左、右转弯环;③万能管片。由于①在国内应用较成功,故选用标准环+左、右转弯环的组合形式。②、③在国外有使用的实例,国内没先例,其主要原因是这种组合形式对操作及管理要求更严格。(2转弯环的主要参数的确定①模具数