埋深方案比選與隧道線路設(shè)計(jì)

1、第二章埋深方案比選與隧道線路設(shè)計(jì)2.1 線路特點(diǎn)分析本次設(shè)計(jì)為長沙地鐵5號線東郡站至萬家麗廣場站區(qū)間隧道及萬家麗廣場車站的設(shè)計(jì)。線路里程YAK30+006.05至YAK31+005.54全長999.49米。均為地下線，該段地質(zhì)條件較為復(fù)雜，各地層起伏不定，交錯(cuò)復(fù)雜，地下水量豐富，全線土質(zhì)較軟，以泥質(zhì)土，黏土，粉砂為主。2.2 線路埋深及縱斷面設(shè)計(jì)方案地下鐵道埋深根據(jù)其到地表的距離，可分為深埋和淺埋兩種類型。一般認(rèn)為埋深大于20m時(shí)為深埋，埋深小于20m時(shí)為淺埋（通常指軌頂面到地面的距離）。決定地鐵埋置深度方案時(shí)，要考慮基建投資，地質(zhì)條件，地下管線的埋深，防護(hù)要求等因素。深埋地鐵一般采用礦山法和

2、盾構(gòu)法，淺埋則常用明挖法，特殊情況下也可采用暗挖。至于淺埋和深埋又各自有自己的優(yōu)勢與略勢，所以最后方案的確定還是因地制宜，具體問題具體分析。淺埋地鐵區(qū)間隧道襯砌頂部至地面應(yīng)不小于2m車站前廳頂部要有1-1.5m的回填土。正線的最大坡度不宜大于30%,困難地段可采用35%,車站的埋深是線路的標(biāo)高控制點(diǎn)，首先根據(jù)最小覆土層厚度及車站高度定下車站埋深，接下來在不超過最大坡度的情況下，進(jìn)行拉坡設(shè)計(jì)，同時(shí)還要考慮到隧道穿越地層的情況，盡可能使隧道在單一的地層中，為滿足此條件，可以上下調(diào)整車站位置，以滿足要求，但同時(shí)也應(yīng)該把握住這一條件：車站盡量埋得淺些，方便施工與運(yùn)營。在滿足設(shè)計(jì)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，

3、也應(yīng)該爭取降低工程造價(jià)和運(yùn)營成本，所以線路縱斷面設(shè)計(jì)應(yīng)按“高站位，低區(qū)間，盡量采用節(jié)能坡度”原則本區(qū)段兩端由于均為換乘站，車站3層高度達(dá)19米，所以在考慮上最小覆土層厚度以后，埋深大于20米，所以是深埋，而明挖法的填土深度一般小于10米，所以本區(qū)段不考慮明挖法。除去明挖法，還有盾構(gòu)法和礦山法。所以接下來我用這兩種方法設(shè)計(jì)了三種方案進(jìn)行比選。由于是深埋，而且在距離地表15米一下的土層均為中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，也就是說，在當(dāng)我以埋深最小的方案設(shè)置車站后，若以車站第三層為本線該區(qū)段換乘站，具區(qū)間隧道基本都在中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂層內(nèi)，換言之，從繼續(xù)加大車站埋深這個(gè)角度來考慮不同的方案是沒有什么太大意義的。所以我

4、的東郡站車站只考慮了一種埋深，而萬家麗廣場站由于是與正在運(yùn)營的2號線換乘的，所以車站的埋深也是確定好了的，下面我就對自己的三種方案進(jìn)行介紹：2.2.1 方案一：東郡站由于車站位置由于以上所述原因加大埋深來考慮不同方案，沒有什么意義，所以我從換乘站的位置這個(gè)角度進(jìn)行考慮。我先是以車站第二層作為本區(qū)段換乘站進(jìn)行考慮，區(qū)間隧道采用礦山法施工。由于東郡站與萬家麗廣場站均為交通繁忙地段，所以我采用蓋挖法進(jìn)行車站的施工，以減少對于交通的阻礙。區(qū)間隧道為馬蹄形結(jié)構(gòu)，車站結(jié)構(gòu)為矩形框架結(jié)構(gòu)。隧道平均埋深超過10米。由于隧道經(jīng)過土層較為復(fù)雜，所以選用對地質(zhì)條件適應(yīng)性更好的礦山法，而非盾構(gòu)法。另外，采用礦山法施工

5、，當(dāng)區(qū)間隧道位于地下水位以下，在這種無膠結(jié)、穩(wěn)定性差的砂卵石層中施工，必須采取有效措施防止開挖過程中圍巖坍塌并控制地面沉降，確保施工安全及減小對周圍環(huán)境的影響。東郡站車站的最小覆土層厚度為1.5米，萬家麗廣場站為2.5米。隧道的平均最小覆土層厚度為15米。從東郡站出發(fā)，以19%的坡度下坡，580后，再以15%的坡度向上爬升215米，連接至萬家麗廣場站。且該線路符合節(jié)能坡的要求。軌面最低設(shè)計(jì)標(biāo)高為8.23米，最小坡段長度215米力殺一前后坡度差17.134.117豎曲線半徑Rsh300050003000切線長Tsh=RQ200025.6585.2525.5豎曲線長Ksh=2T51.3170.55

6、1外矢距E0.1100.7270.1082.2.2 方案二：該方案東郡站至萬家麗廣場站區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工。兩端車站采用蓋挖法施工，減少對交通的影響。區(qū)間隧道采用管片拼裝的圓形結(jié)構(gòu)，車站結(jié)構(gòu)為矩形框架結(jié)構(gòu)。隧道埋置深度屬于深埋，滿足盾構(gòu)埋深要求和線路縱坡技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。且盾構(gòu)法有掘進(jìn)速度快，其推進(jìn)、出土、拼裝襯砌等全過程可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，施工勞動(dòng)強(qiáng)度低，不影響地面交通與設(shè)施，同時(shí)不影響地下管線等設(shè)施，施工中不受季節(jié)、風(fēng)雨等氣候條件影響，施工中沒有噪音和擾動(dòng)，在松軟含水地層中修建埋深較大的長隧道往往具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)越性的特點(diǎn)。又由于本區(qū)段地下水豐富，對于該法的防水作業(yè)要求較高。且該方案采用了節(jié)

7、能坡的設(shè)計(jì)，使區(qū)間隧道位于低位，車站位于高位，可以降低地鐵車輛的運(yùn)營能耗，對節(jié)約運(yùn)營成本有利力殺一前后坡度差5.412.547.14豎曲線半徑Rsh300050003000切線長Tsh=亙史20008.131.3510.71豎曲線長Ksh=2TSH16.262.721.42外矢距E0.01090.09830.0191東郡站車站的最小覆土層厚度為1.5米，萬家麗廣場站為2.5米。隧道的平均最小覆土層厚度為15米。從東郡站出發(fā)，以7%的坡度下坡，394米后，再以5%0的坡度向上爬升401米，連接至萬家麗廣場站。且該線路符合節(jié)能坡的要求。軌面最低設(shè)計(jì)標(biāo)高為9.4米，最小坡段長度394米。2.2.3

8、方案三：該方案與方案一一樣，均是以第二層作為換乘站，不同的是坡的形式。隧道的開挖也是采用礦山法，此種坡度的設(shè)計(jì)也使得開挖過程中避免了許多復(fù)雜的地層環(huán)境減小了施工的難度，提高施工的安全性。東郡站車站的最小覆土層厚度為1.5米，萬家麗廣場站為2.5米。隧道的平均最小覆土層厚度為10.8米.從東郡站出發(fā)，以10%的坡度下坡與萬家麗廣場站相接，軌面最低設(shè)計(jì)標(biāo)高為11.18米。力殺二前后坡度差7.877.87豎曲線半徑Rsh30003000切線長Tsh='迪200011.80511.805豎曲線長Ksh=2T23.6123.61外矢距E0.02320.02322.3 埋深方案比選：最終埋深方案的

9、選擇受到多種條件的制約，除考慮工法本身的優(yōu)缺點(diǎn)外，更多好要考慮周圍環(huán)境是否適合，施工難易程度以及造價(jià)等等因素。方案二為盾構(gòu)法，與另兩種方案的礦山法相比，盾構(gòu)有他自己的優(yōu)勢，如不影響地面交通，它產(chǎn)生的震動(dòng)，躁聲等環(huán)境污染小，不受氣候條件影響，便于施工管理等。但是由于礦山法是在隧道建設(shè)過程中最早出現(xiàn)的方法，它的技術(shù)的成熟性，多樣性是盾構(gòu)法明顯不能比的；而且雖然說是建設(shè)城市地鐵，不得不考慮對于地表的影響，但是由于本區(qū)段的地質(zhì)條件為V級圍巖，土層較為軟弱，可以采取弱爆破以及通過掘進(jìn)機(jī)等方法進(jìn)行開挖，對于地表的影響可以說是非常小的，且礦山法對于不同地層的適應(yīng)能力強(qiáng)，又盾構(gòu)法對于盾構(gòu)機(jī)的尺寸也有著要求，盾

10、構(gòu)購置費(fèi)昂貴，同時(shí)老師也鼓勵(lì)我嘗試礦山法，所以，本區(qū)段不考慮盾構(gòu)法。方案三與方案一都是采用的礦山法。方案三的優(yōu)勢在于施工比方案一要簡單，因?yàn)榉桨溉膮^(qū)間隧道在施工設(shè)計(jì)與施工過程中不需要考慮豎曲線，直接以10%的坡度將兩車站相連，便于施工；而方案一的優(yōu)勢在于設(shè)置了節(jié)能坡，對于后期運(yùn)營來說，能過大大降低能耗。而就現(xiàn)在的可持續(xù)發(fā)展的角度來看，這樣很顯然更加的不錯(cuò)。所以方案三不采用綜上，最后采用方案一，即設(shè)置了節(jié)能坡的礦山法。第三章地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 地下鐵道線路上部建筑地下鐵道線路上部建筑由鋼軌、聯(lián)接零件、道床、軌枕、防爬設(shè)備及道岔組成。地鐵的特點(diǎn)是行車密度大，維修養(yǎng)護(hù)時(shí)間少，而且完全是客車

11、，這就需要使用既能保證行車舒適度，又能盡量減少維修工作量的線路上部建筑。3.1.1 鋼軌鋼軌是軌道的主要部件，應(yīng)當(dāng)具有足夠的剛度，一定的韌性，足夠的硬度，其頂面應(yīng)具有一定的粗糙度，且要制造容易造價(jià)合理，經(jīng)久耐用。(1)鋼軌選型綜合國內(nèi)外地鐵鋼軌類型和長沙軌道交通的實(shí)際情況,選用60kg/m的鋼軌。(2)鋼軌鋪設(shè)地下鐵道內(nèi)不受陽光照射，溫度變化小，宜采用無縫線路鋪設(shè)。無縫線路按換鋪法進(jìn)行施工，長軌條的焊接采用基地焊接與工地焊接相結(jié)合的施工方式?；睾覆捎媒佑|焊，軌節(jié)長度為125m工地焊采用鋁熱焊或移動(dòng)式氣壓焊。3.1.2 扣件地下鐵道的鋼軌扣件有剛性及彈性兩種，國內(nèi)外用的多為彈性扣件。整體道床上

12、宜采用全彈性分開式扣件，這類扣件在垂直和橫向均具有良好的彈性，比較適合整體式道床。如DTH型扣件。3.1.3 道床道床一般有碎石道床和整體倒床兩種，本次我選用的為整體道床。整體道床具有道床整體性好，堅(jiān)固穩(wěn)定、耐久，軌道建筑高度小，有利于減少隧道凈空，節(jié)省投資，軌道維修量小，維修時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，所以地鐵隧道內(nèi)宜采用整體道床。整體道床的類型很多，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、無枕式整體道床等。結(jié)合本區(qū)段的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)區(qū)間采用長軌枕式整體道床，這種道床適用于軟土地基隧道，可以采用軌排法施工，進(jìn)度快，施工精度亦容易得到保證。路中心故圖3-1長枕軌式整體

13、道床斷面圖（單位：mm3.1.4 道岔人民路站至城南路站區(qū)間采用9號單開道岔。3.2 地下鐵道區(qū)間隧道限界與凈空區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)有足夠的空間，除了提供列車運(yùn)行的空間外，還應(yīng)能合理布置線路上部建筑，通信信號設(shè)備和各種必要的管線設(shè)施。為了達(dá)到這樣的目的,在設(shè)計(jì)隧道凈空橫斷面尺寸時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照隧道建筑限界進(jìn)行。具體來說，確定隧道建筑限界的主要因素是車輛限界、設(shè)備限界、接觸軌或接觸網(wǎng)限界。本設(shè)計(jì)線路采用B2型接觸網(wǎng)授電車輛，每列車按6輛編組，最高時(shí)速80km/hoB2型車車輛長度為19m,車輛高度為3.8米，最大寬度為28m車輛定距12.6m,車輛限界及設(shè)備限界詳細(xì)參數(shù)參照地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范附錄Do本區(qū)間