土木工程毕业设计-盾构隧道设计Word文档格式.doc
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图纸数量：
3号图不少于4张。
2.设计说明书内容：
平纵断面设计、围岩压力的计算、结构内力的计算、配筋计算、强度检算、裂缝检算及抗浮验算、盾构竖井设计说明。
计算书数量：
60～80页。
参
考
资
料
《建筑结构荷载规范》（GB50009--2010）；
《地铁设计规范》（GB50157-2003）；
《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）；
《地下结构设计原理与方法》，李志业编；
《地铁与轻轨》，张庆贺编。
周次
第1-2周
第3-5周
第6-8周
第9-11周
第12-13周
第14周
第15-18周
应
完
成
的
准备相关毕业设计资料，方案设计，根据已有资料，绘出盾构隧道平纵断面草图。
完成盾构机选型，管片选型、进行横断面结构初步设计。
管片基本尺寸拟定计算围岩压力，计算结构内力。
对盾构管片进行配筋设计及强度检算、螺栓检算，裂缝验算。
完成管片结构设计，及盾构竖井结构设计，完成设计说明书及图纸输出文整。
毕业设计工程概预算。
计算书与施工图修改、打印、装订，准备答辩。
指导教师：
职称：
年月日
系级教学单位审批：
年月日
摘要
中国城市化的发展必然带动城市地铁的发展。
地铁产业作为中国的朝阳产业，是中国城市基础交通设施中最有前景、最有市场的产业，发展轨道交通势在必行。
目前，修建地铁的施工方法主要有明挖法、矿山法以及盾构法。
针对沈阳的地质情况以及隧道施工对地面交通的影响等方面考虑，本设计采用盾构法修建沈阳地铁一号线怀远门～中街区间隧道方案。
因为盾构法有着良好的防渗性、施工安全快速、与埋深无关和对环境影响小等明挖法和矿山法无法比拟的优点。
本设计为沈阳地铁一号线怀远门站～中街站区间盾构隧道设计。
区间盾构隧道左线全长1172.248m，右线全长1165.867m。
在充分考虑隧道建筑限界的基础上，对盾构隧道的横断面进行了设计。
设计选取最不利断面，采用日本惯用法进行结构内力计算，分析出结构的弯矩、轴力、剪力。
再根据分析出的结构内力进行配筋计算，并利用所配的钢筋进行相关的管片结构强度检算、管片结构允许裂缝宽度检算、螺栓强度检算、结构抗浮检算。
关键词 盾构隧道；
内力计算；
配筋；
检算
I
燕山大学本科生毕业设计（论文）
Abstract
ChinacitydevelopmentwillpromotethedevelopmentofMetrocity.SubwayindustryasasunriseindustryinChina,itisChinesecitytrafficinfrastructureinthefuture,mostofthemarketoftheindustry,thedevelopmentofrailtransportationbeimperative.Atpresent,theconstructionofthesubwayconstructionmethodaremainlyopen-cutmethod,miningmethodandshield.AccordingtothegeologicalsituationofShenyangandtheinfluenceoftunnelconstructionongroundtransportationintoconsideration,thedesignoftheshieldconstructionofShenyangMetroLine1HuaiyuanGateStreettunnelscheme.Becausetheshieldmethodhasagoodbarrier,constructionsafetyfast,andburieddepthandlittleinfluenceonenvironment,independentofthecut-and-covermethodandminemethodincomparableadvantages.
ThedesignofShenyangMetroLine1HuaiyuanGateStation-streetrunningdesignofshieldtunnel.Intervalshieldtunnelleftlinefull-length1172.248m,length1165.867mofrightlineof.Infullconsiderationofthetunnelconstructionclearanceonthebasisoftheshieldtunnel,crosssectiondesignfor.
Designofselectingthemostadversesection,usingtheJapaneseusageofstructureinternalforcecalculation,analysisofstructureofthebendingmoment,axialforce,shearforce.Accordingtotheanalysisofinternalforcecalculationofreinforcingbars,andtheuseofthereinforcedrelatedsegmentstructurestrengthcalculation,segmentstructureallowsthecrackwidthcalculation,boltstrengthcalculation,structuralanti-buoyancycalculation.
Keywords Shieldtunnel;
calculationofinternalforce;
reinforcementbar;
checkcalculation
II
目录
摘要 I
Abstract II
第1章绪论 1
1.1设计概况 1
1.1.1设计依据 1
1.1.2设计范围 1
1.1.3主要设计原则及标准 2
1.2沈阳地铁工程地质及水文地质 4
第2章施工方案选择 6
2.1明挖法 6
2.2矿山法 6
2.3盾构法 7
第3章盾构机类型的选择 8
3.1工程对盾构机的要求 8
3.2泥水加压式盾构与土压平衡式盾构的特点 8
3.3盾构机选型结论 11
第4章管片选型与几何设计 12
4.1盾构隧道断面尺寸的拟定 12
4.2管片衬砌选择 12
4.3管片参数 14
4.3.1管片厚度 14
4.3.2管片幅宽 14
4.3.3衬砌环组成 14
4.3.4管片拼装方式 14
4.3.5管片连接 15
第5章管片内力计算 16
5.1围岩压力计算 16
5.1.1选取最小埋深断面计算 16
5.1.2选取怀远门站附近断面计算 19
5.1.3选取最大埋深断面计算 21
5.1.4选取中街站附近埋深断面计算 22
5.1.5选取终点中街站埋深断面计算 24
5.2惯用法进行管片内力计算 26
5.2.1选取始发站附近断面计算 27
5.2.2选取最小埋深断面计算 31
5.2.3选取终点附近断面计算 34
5.2.4选取最大埋深断面计算 38
5.2.5选取终点站断面计算 42
第6章管片配筋及验算 46
6.1埋深最浅截面 46
6.1.1正截面配筋计算 46
6.1.2斜截面配筋计算 50
6.1.3截面复合及强度验算 51
6.1.4裂缝宽度验算 52
6.1.5环向连接螺栓检算 54
6.2怀远门站附近埋深截面 55
6.2.1正截面配筋计算 55
6.2.2斜截面配筋计算 59
6.2.3截面复合及强度验算 59
6.2.4裂缝宽度验算 60
6.2.5环向连接螺栓检算 62
6.3中街站附近埋深截面 62
6.3.1正截面配筋计算 63
6.3.2斜截面配筋计算 67
6.3.3截面复合及强度验算 67
6.3.4裂缝宽度验算 69
6.3.5环向连接螺栓检算 70
6.4最大埋深截面 71
6.4.1正截面配筋计算 71
6.4.2斜截面配筋计算 75
6.4.3截面复合及强度验算 75
6.4.4裂缝宽度验算 77
6.4.5环向连接螺栓检算 78
6.5终点中街站埋深截面 79
6.5.1正截面配筋计算 79
6.5.2斜截面配筋计算 83
6.5.3截面复合及强度验算 83
6.5.4裂缝宽度验算 84
6.5.5环向连接螺栓检算 86
6.6其它检算 86
6.6.1结构抗浮检算 86
第7章竖井结构及联络通道设计 88
7.1盾构竖井结构设计 88
7.2联络通道及泵房设计 88
7.2.1开挖方式 89
7.2.2支护方式 89
7.3防水施工 90
7.3.1隧道防水处理 90
7.3.2洞门防水处理 92
第8章工程概预算 94
8.1单位工程费汇总表 94
8.2清单综合单价分析表 95
8.3措施项目费分析表 96
8.4工程费用计算 97
8.4.1预制混凝土管片费用计算 97
8.4.2衬砌压浆费用计算 97
8.4.3钢筋材料费用计算 97
8.4.4钢筋制作安装费用计算 99
8.4.5隧道盾构掘进费用计算 99
结论 100
参考文献 101
致谢 102
III
第1章绪论
第1章绪论
1.1设计概况
1.1.1设计依据
1《沈阳市地铁一号线一期工程TJ6标段初步设计和施工图设计合同》
2《沈阳市快速轨道交通建设规划》及《批复意见》
3《沈阳市快速轨道交通线网规划》
4沈阳市地铁一号线工程怀远门站-中街站区间岩土工程勘察报告（详细勘察阶段）编号：
勘K2003-159里程：
CK16+386.9～CK17+528.0中国冶金建设集团沈阳勘察研究总院2003年12月
5铁道第三勘察设计院地铁一号线总体组《沈阳地铁一号线一期工程（张士～黎明文化宫）施工设计技术要求》（试行稿）
6铁道第三勘察设计院地铁一号线总体组《沈阳地铁一号线一期工程（张士～黎明文化宫）施工设计文件组成与内容》
7铁道第三勘察设计院地铁一号线总体组《沈阳地铁一号线一期工程施工设计文件编制统一规定》
8《沈阳地铁一号线一期工程初步设计—怀远门站-中街站区间》
9沈阳市地铁一号线一期工程《沿线1:
500电子地形图》
10沈阳市地铁一号线一期工程《沿线1:
500地下管线图》
11《沈阳地铁一号线一期工程环境影响评估报告》（张士～黎明文化宫）
12《沈阳市地铁一号线沿线主要建（构）筑物调查报告》图纸部分（一、二）
13铁道第三勘察设计院地铁一号线总体组“线路平、纵断面图”（电子文件含管线图）
1.1.2设计范围
1怀远门站～中街站区间（起讫里程为DK16+715.700～DK17+881.567）土建工程。
2区间隧道范围的联络通道，废水泵房土建工程。
1.1.3主要设计原则及标准
1主要设计原则
（1）结构设计应满足城市规划、运营、施工、防水、防腐蚀的要求，保证结构在施工及使用期间具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。
（2）隧道结构设计应根据所在地段的工程地质和水文地质条件，线路埋置深度，地面建筑及地下结构物的现状，道路交通情况，结合城市整体规划的要求，进行技术、经济、工期、环境影响等方面的综合比较，选择合适的施工方法和结构型式。
（3）区间隧道的净空尺寸应满足地下铁道的建筑限界、使用功能、施工工艺等要求，并考虑施工误差、测量误差、结构变形和后期沉降的影响。
（4）结构设计应尽量减少施工中和建成后对环境造成的不利影响，并应考虑城市规划引起周围环境的改变时对地下结构的影响。
（5）结构设计应根据结构类型，使用条件及荷载特点等，选用与其特点相适应的结构设计规范和设计方法。
（6）结构的计算模式应符合结构的实际工作条件，并反映结构和周围地层的相互作用关系，避免对周围环境产生过大的影响。
（7）结构设计应采取防止杂散电流腐蚀的措施，钢结构及钢连接件应进行防锈处理。
（8）隧道施工时引起的地面变形和沉降应控制在设计范围以内；
设计中必须依周围环境、建筑物基础情况、地下管线对变形的敏感程度，采取稳妥可靠的措施和设计。
暗挖法施工的地面变形沉降量一般控制在30mm以内，隆起量控制在10mm以内；
穿越主要建筑物或地下管线时，应按实际情况确定；
在空旷地区可适当放宽。
（9）结构防水应满足国家颁发的有关地下工程防水技术规范的规定，并充分考虑沈阳地下水位埋藏较浅、地层渗透性强、结构施工方法多的特点。
结构设计中应遵照防水与结构设计并重和统一考虑的原则。
（10）两条单线隧道之间宜设联络通道，通道应设双向开启的防火门。
（11）区间隧道内排水泵站宜结合通道设计。
（12）区间隧道衬砌宜采用具有一定刚度的柔性结构，应限制其变形和接头张开量，满足结构受力和防水要求。
（13）区间隧道在结构、地基、基础或荷载发生显著变化的部位，或因抗震要求必须设置变形缝时，应采取可靠的工程技术措施，确保变形缝两边的结构不产生影响正常行车的差异和轨道的曲率变化。
变形缝的形式、宽度和间距应根据允许纵向沉降曲率、沉降差、防水和抗震要求等确定。
2设计标准
（1）结构设计保证结构有足够的耐久性，结构的使用寿命为100年，结构的安全等级为一级。
（2）区间隧道结构防水等级为二级。
（3）盾构圆形隧道限界为5200mm。
（4）隧道混凝土结构允许裂缝开展，最大计算裂缝宽度允许值为0.3mm，迎土（水）面为0.2mm；
钢筋混凝土管片最大计算裂缝宽度允许值为0.2mm。
（5）地震基本烈度为Ⅶ度，本工程结构按8度采取抗震措施，主体结构抗震等级为三级。
（6）结构按6级抗力人防荷载进行结构强度验算。
3参考规范
（1）《地铁设计规范》（GB50157-2003）
（2）《地下铁道工程施工及验收规范》（2003年版）
（3）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2010）
（4）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）
（5）《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）
（6）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）
（7）《钢筋机械连接通用技术规程》（JGJ107-2010）
（8）《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）
（9）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
（10）《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2010）
（11）《人民防空工程设计规范》（GB50108-2005）
（12）《盾构法隧道工程施工及验收规范》（GB50446-2008）
（13）《地下防水工程施工及验收规范》（GB50208-2002）
1.2沈阳地铁工程地质及水文地质
本区间范围内为浑河冲积扇，地形变化平缓，地面标高介于49.64~51.72m之间，最大地面高差2.08m。
地基稳定性较好，地震基本烈度为Ⅶ度，属于非液化场地，建筑场地类别为Ⅱ类，标准冻结深度为1.2m。
区间场地范围内地层分布起伏不大，各地层物理力学参数见表3-1.隧道结构范围内的地层杂填土为近期填土，组成成分及密实度不均，应力历史复杂，不宜直接作为地基土，其他各层土均可作为天然地基，其中钻探过程中圆砾、砾砂所见最大粒径110mm。
本车站范围内场地地下水丰富，地下水类型为孔隙潜水，稳定水位埋深在7.40~9.90m，相当于绝对标高42.03~42.84m。
抗浮水位取地下3米，本区间无承压水。
地下水常年水位变幅约2m。
该地下水对混凝土结构无腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。
场地地下水位以上的对混凝土结构无腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。
各层土的渗透系数及渗透性详见表3-2.
表3-1岩土物理力学指标设计参数建议值表
成因
年代
地层
编号
岩土
名称
天然
含水
量ω
/%
重力密度γ
/kN﹒m-3
直剪
承载力
特征值
fak/kPa
侧压力系数
泊松比
基床系数
粘聚力Cq/kPa（快剪）
内摩擦角φq
/°
（快剪）
ξ
μ
垂直Kv/MPa/m
水平Kx/MPa/m
Q4ml
①
杂填土
19
10
15
Q41al+pl
④-1
粉质粘土
28.4
18.91
42.9
22.9
180
0.43
0.30
20.0
④-3
中、粗砂
16.0
18.54
17.5
30.3
250
0.39
0.28
25.0
④-4
砾砂
12.2
16.58
25.5
31.3
460
0.35
0.26
35.0
④-4-3
13.0
21.58
38.0
32.6
400
④-4-5
圆砾
21.00
35.9
580
0.27
0.21
50.0
续表3-1
Q41al+pl
④-5
35.4
540
④-5-3
19.00
33.0
30.0
⑤-1
粉质粘
27.5
19.23
33.5
21.0
200
Q32al+pl
⑤-3
18.8
20.31
⑤-4
17.0
20.21
9.0
480
⑤-4-5
0.23
表3-2地基土渗透性表
层位
岩性
渗透系数k
透水性类别
/cm/s
/m/d
7.6×
10-6
8.7×
10-3
微透水
2.1×
10-2
18.5
强透水
3.7×
32.0
100.0
5.0
中等透水
8.0×
10-5
6.9×
弱透水
3.2
101
第2章施工方案选择
第2章施工方案选择
施工方法对结构型式的确定和地铁土建工程造价有决定性影响。
施工方法的选定，受沿线工程地质条件、水文地质条件和环境条件（地面建筑物和地下构筑物的现状、道路宽度、交通状况）等多种因素的制约，同时也会对工程的难易程度、工期、造价，运营效果等产生直接的影响。
常见的施工方法有明挖法、矿山法和盾构法。
2.1明挖法
明挖法施工的特点适用于各种不同的地质情况，减少线路埋深，降低运营成本，施工工艺简单，技术成熟。
但由于沈阳地铁一号线怀远门站到中街站处于房屋集中、地面交通繁忙的闹市区，若采用明挖法施工势必对城市主干道的交通、商业的正常运营造成巨大的影响。
因此，本区间段范围内隧道不宜采用明挖法施工。
2.2矿山法
地铁区间隧道采用矿山法施工，是近年来为适应城市浅埋隧道的需要而发展起来的一种施工方法，也称浅埋暗挖法。
目前在我国地铁区间隧道建设中已被广泛采用。
浅埋暗挖法施工工艺简单、灵活，并可根据施工监控量测的信息反馈来验证或修改设计和施工工艺，以达到安全与经济的目的。
采用矿山法施工必须在整个施工过程中实施降水，降水影响范围很大，虽然降水时注意井管缠丝间距、井管周围的填砾厚度、填砾滤料的级配，可减少或消除因潜蚀或管涌而产生的地面变形。
但由于在粘性土之下或卵石土层中存在饱和状的稍密～松散状态的砂、粉细砂土，因此施工降水引起的上覆土层的固结沉降对两侧浅基础房屋和地下管线将会带
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