第三章區間隧道襯砌結構設計彙總

2023-02-08 01:45:02 字數 4718 閱讀 9941

3.1地下鐵道線路上部建築

鋼軌、聯接零件、道床、 軌枕、防爬裝置及道岔共同組成地下鐵道線路上部建築。地鐵的特點有運量較大、快速迅捷、安全、 準時、不汙染環境,同時地鐵可以修建在建築物較多而且不便於發展地面交通的地方。

3.1.1 鋼軌

選定鋼軌型別的主要因素是年通過量、速度、選定的軸負載、延長檢修週期、檢修工作量和振動雜訊。

(1)鋼軌型別

綜合國內外地鐵鋼軌型別和南昌軌道交通的實際情況,宜選用60kg/m的鋼軌。

(2)鋼軌鋪設

中山西路站至子固路站區間為直線段,在地下鐵道內由於陽光不受影響,溫度變化相對較小,鋪設無縫線路。對於無縫線路,採用換鋪法進行施工,對於長軌條的焊接,採用基地焊接與工地焊接相結合的施工方式。基地焊選用接觸焊,工地焊可以選用鋁熱焊或移動式氣壓焊。

3.1.2 扣件

地下鐵道的鋼軌扣件有剛性扣件及彈性扣件兩種,考慮到中子區間地段線路採用整體式道床,因此扣件採用全彈性分開式扣件。因為全彈性分開式扣件在垂直和橫向均具有良好地彈性,相比而言更加適合整體式道床。

3.1.3 道床

一般情況下有碎石道床和整體道床兩種道床。整體道床的型別較多,隨著軌枕方式的不同,有短軌枕式整體道床、長枕式整體道床、縱向浮置板式整體道床等。結合南昌鐵路交通的實際情況,利用短軌枕整體道床設計區間,道床穩定、耐久性強、結構簡單、造價低、施工簡單。

鋼筋混凝土短軌枕的預製混凝土採用c50,嵌入在混凝土道床,採用c30混凝土道床,布設中心溝,在單層鋼筋網的內,鋼筋網作為乙個雜散電流排水加固。

3.1.4 道岔

道岔有單開道岔和雙開道岔等形式。中山西路站至子固路站區間採用9號單開道岔。

3.2地下鐵道區間隧道限界與淨空

本設計線路採用型接觸網帶電車輛通過這條線,每列車編排6輛,最高時速是80公里/小時。。型車車輛長度為19m,最大寬度為28m,車輛定距為12.6m,車輛限界及裝置限界詳細引數參照《 地鐵設計規範》附錄。

由於區間是乙個圓形盾構隧道施工,無論是在直線或曲線段,只能使用相同直徑的盾構,要在直線上或不同曲線半徑地段採用不同半徑的盾構來施工是不可能的。所以,按平面曲線最小曲線半徑來選用盾構進行施工,才能夠使得圓形隧道建築限界滿足要求。

(1)由於車廂縱軸線與線路中線的偏移而引起的加寬與加高

a.曲線內側加寬

3-1)

式中 l-車輛定距

a-車輛固定軸距

r-圓曲線半徑

b.曲線外側加寬

3-2)

(2)由於超高使車廂傾斜而引起的加寬與加高

根據《規範》可知,「圓形或馬蹄形隧道在曲線超高地段,應採用隧道中心向線路基準線內側偏移的方法解決軌道超高造成的內外側不均勻位移量」。所以從減小襯砌直徑、保證受力和降低工程量方面考慮,只需將隧道中心向線路基準線內側偏移即可,盾構襯砌一般不進行該項加寬。本設計不予計算。

c.頂部加高

3-3)

式中 -車廂頂部的寬度

(3)總加寬與加高

隧道加寬設計考慮區段最小平曲線半徑r=350m.所以盾構隧道加寬加高如下:

曲線總加寬:

曲線總加高:

(4)限界與淨空

具體設計見設計圖,圖號02。

3.3襯砌結構型別與設計

3.3.1 管片型別比選

盾構法隧道的襯砌有單層和雙層,單層襯砌由裝配式中襯砌構成,也可以採用擠壓混凝土襯砌,當前,地鐵盾構隧道一般採用的是裝配式襯砌。鋼筋混凝土管片具有製作方便、剛度較大、耐久性和耐壓性好、造價低等一系列特點,因此被廣泛採用。結合南昌市軌道交通特點,本設計採用鋼筋混凝土土管片。

鋼筋混凝土管片又有兩種型別:

(一)箱型管片

箱型管片一般用於大直徑隧道。管片有大手孔和空腔。因為空腔較大,因此可採用制螺栓連線。

該管片的優點是:方便螺栓的連線操作;能夠減少混凝土材料的使用;材料量相同時候,箱型比板型管片的抗彎剛度更大。缺點是:

因為空腔背部的襯砌厚度有一定限度,在盾構千斤頂的壓力作用下,可能會使管片混凝土剝落,甚至被壓碎;因為存在空腔,應該將管片設計較厚,所以會導致開挖斷面加大,不利於節省造價。

(2)板型管片

板型管片呈彎曲的形狀,它的手孔較小。該種管片的優點是:因為空腔較小,大多是實心的,因此能承受千斤頂的較大壓力;其內表面比箱型管片平整光滑、通風阻力小、對運營通風有利;當厚度相等時,板型管片的抗彎剛度及強度都比箱型管片大;對各種直徑的隧道,都比較適用。

缺點是:一定要使用螺栓,不方便施工操作。

根據上述各型別管片的特點和《地鐵設計規範》規定,隧道的襯砌型別選為鋼筋混凝土預製單層板型管片襯砌。考慮防水及一次襯砌到位,襯砌結構混凝土採用c50防水等級 s10的混凝土。

3.3.2管片厚度及寬度的設計

因為單層襯砌具有施工方法簡單、工程進度短、投資較省的優點,所以盾構隧道採用單層裝配式襯砌,管片選用平板型鋼筋混凝土管片。綜合考慮,管片的厚度為40cm,採用c50混凝土。

使用環寬1.5m的管片有以下優點:一方面是減少了20%的環向接縫數量,降低了接縫漏水的幾率,提高隧道防水質量;另一方面是減少了連線螺栓的使用量;此外還減少了20%的拼裝時間,加快了施工速度。

綜合考慮南昌實際情況,環寬為1.5m。

3.3.3分塊

在當前情況下,地鐵隧道為中等直徑的時候,襯砌環的分塊數一般採用3個標準塊+2個鄰接塊+1個封頂塊,特點是方便運輸,容易拼裝。本區間將採用這種分塊方式。中山西路站至子固路站區間盾構管片的標準塊為67.

5°,鄰接塊為67.5°,封頂塊為22.5°。

3.3.4連線形式

管片採用彎螺栓連線,環向採用12個 m30螺栓,每接縫之間採用2個m30螺栓連線。縱向環與環之間採用10個m30螺栓連線,按照36°等角布置。在距離隧道內側1/3襯砌厚度處設定縱環向螺栓孔。

3.3.5管片的拼裝方式

錯縫方式和通縫方式是圓形管片襯砌拼裝的兩種方式。通縫拼裝方式可使裝配方便,容易定位。錯縫拼裝方式的優點:

襯砌整體性較強,結構受力形態較優;由於錯縫呈丁字形,有利於防水;當管片環麵不光滑時,容易引起較大的拼裝施工應力,使得縱向螺栓的連線不太容易,但環向螺栓容易穿。因此,本設計採用錯縫拼裝方式。

3.3.6封頂塊的插入方式與插入角

徑向和縱向兩種插入方式是封頂塊的不同插入方式。隨著盾構隧道的埋深越來越大,承受高水土壓力的拱頂管片的抗剪強度成了問題,因此,多數採用縱向插入式。考慮到南昌軌道交通的實際情況,本設計採用8°的插入角。

3.3.7接縫的構造

凹凸榫的設定雖然會提高接縫剛度,減少不均勻沉降,但是卻會增加管片製作、拼裝的難度,是拼裝和後期沉降過程中管片開裂的因素之一,客觀上又削弱了管片防水效能。而且當地層較硬時,如果接縫處開裂,這種開裂發生在管片背後會是看不見且無法修補的。因此,管片環、縱縫均不設榫槽。

3.3.8注漿孔和吊裝孔

由於需要均勻地向襯砌背後進行回填注漿,每塊管片上還需要設定乙個注漿孔,內徑取60mm。不另外設定吊裝孔,螺栓孔和注漿孔兼作管片吊裝孔。

3.3.9防水考慮

為了防止管片漏水,設定防水條槽。此外,採用密封墊圈來使螺栓孔防水,背後注漿防水採用了包括密封墊圈的注漿孔防水盒防水環對注漿管萬冊的防水。管片背面防水採用環氧樹脂全面塗刷。

3.4區間隧道結構內力計算及結果分析

本設計利用flac程式計算圓形管片結構使用階段的結構內力。

由埋深方案比選圖,地鐵線路中山西路站至子固路站區間最不利工況位置處於線路里程ck13+240.99、ck13+416.25和ck13+21.

28,其中ck13+21.28里程處為地質條件最為複雜處,ck13+240.99里程處為埋深最大處,ck13+416.

25里程處穿過撫河。需要經過flac計算,才能確定最不利截面。

由地鐵區間縱斷面地質資料圖及設計勘察資料,可以得出上述三處的地質分布,分別如表3-1,、3-2和3-3.

表3-1 ck13+21.28處地質表

表3-2 ck13+240.99處地質表

表3-3 ck13+416.25處地質表

盾構隧道主要穿過中風化層,該層地質穩定,隧道受影響較小。管片襯砌採用c50防水鋼筋混凝土,其容重取26kn/m,彈性模量為35.5gpa,但是考慮到管片拼裝的襯砌圓環,其剛度比整體澆築的圓環要小些,管片的剛度折減率取0.

6,因此實際輸入檔案中管片的彈性模量為21.3gpa。

通過flac程式得到了三處的內力大小以及位移,分別如下所示。

圖3-1 ck13+21.28處彎矩圖

圖3-2 ck13+21.28處剪力圖

圖3-3 ck13+21.28處軸力圖

圖3-4 ck13+21.28處結構x方向位移圖

圖3-5 ck13+21.28處結構y方向位移圖

圖3-6 ck13+240.99處彎矩圖

圖3-7 ck13+240.99處剪力圖

圖3-8 ck13+240.99處軸力圖

圖3-9 ck13+240.99處結構x方向位移圖

圖3-10 ck13+240.99處結構y方向位移圖

圖3-11 ck13+416.25處彎矩圖

圖3-12 ck13+416.25處剪力圖

圖3-13 ck13+416.25處軸力圖

圖3-14 ck13+416.25處結構x方向位移圖

圖3-15 ck13+416.25處結構y方向位移圖

由上圖可知,管片襯砌在ck13+21.28處最大彎矩為52.2,最大剪力為31.

46,最大軸力為1397,管片襯砌在ck13+240.99處最大彎矩為44.5,最大剪力為25.

36,最大軸力為1269,管片襯砌在ck13+416.25處最大彎矩為26.71,最大剪力為19.

14,最大軸力為620。所以工況ck13+21.28處結構所受荷載較大,結構內力較大,則此處斷面為最不利斷面。

以上三處管片內力計算輸入檔案和結果見附錄。

第三章區間隧道襯砌結構設計

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