埋深方案比选与隧道线路设计

第二章埋深方案比选与隧道线路设计2.1线路特点分析本次设计为长沙地铁5号线东郡站至万家丽广场站区间隧道及万家丽广场车站的设计。线路里程YAK30+006.05至YAK31+005.54，全长999.49米。均为地下线，该段地质条件较为复杂，各地层起伏不定，交错复杂，地下水量丰富，全线土质较软，以泥质土，黏土，粉砂为主。2.2线路埋深及纵断面设计方案地下铁道埋深根据其到地表的距离，可分为深埋和浅埋两种类型。一般认为埋深大于20m时为深埋，埋深小于20m时为浅埋（通常指轨顶面到地面的距离）。决定地铁埋置深度方案时，要考虑基建投资，地质条件，地下管线的埋深，防护要求等因素。深埋地铁一般采用矿山法和盾构法，浅埋则常用明挖法，特殊情况下也可采用暗挖。至于浅埋和深埋又各自有自己的优势与略势，所以最后方案的确定还是因地制宜，具体问题具体分析。浅埋地铁区间隧道衬砌顶部至地面应不小于2m，车站前厅顶部要有1-1.5m的回填土。正线的最大坡度不宜大于30‰，困难地段可采用35‰，车站的埋深是线路的标高控制点，首先根据最小覆土层厚度及车站高度定下车站埋深，接下来在不超过最大坡度的情况下，进行拉坡设计，同时还要考虑到隧道穿越地层的情况，尽可能使隧道在单一的地层中，为满足此条件，可以上下调整车站位置，以满足要求，但同时也应该把握住这一条件：车站尽量埋得浅些，方便施工与运营。在满足设计规范和技术标准的前提下，也应该争取降低工程造价和运营成本，所以线路纵断面设计应按“高站位，低区间，尽量采用节能坡度”原则。本区段两端由于均为换乘站，车站3层高度达19米，所以在考虑上最小覆土层厚度以后，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，所以本区段不考虑明挖法。除去明挖法，还有盾构法和矿山法。所以接下来我用这两种方法设计了三种方案进行比选。由于是深埋，而且在距离地表15米一下的土层均为中风化泥质粉砂岩，也就是说，在当我以埋深最小的方案设置车站后，若以车站第三层为本线该区段换乘站，其区间隧道基本都在中风化泥质粉砂层内，换言之，从继续加大车站埋深这个角度来考虑不同的方案是没有什么太大意义的。所以我的东郡站车站只考虑了一种埋深，而万家丽广场站由于是与正在运营的2号线换乘的，所以车站的埋深也是确定好了的，下面我就对自己的三种方案进行介绍：2.2.1方案一：东郡站由于车站位置由于以上所述原因加大埋深来考虑不同方案，没有什么意义，所以我从换乘站的位置这个角度进行考虑。我先是以车站第二层作为本区段换乘站进行考虑，区间隧道采用矿山法施工。由于东郡站与万家丽广场站均为交通繁忙地段，所以我采用盖挖法进行车站的施工，以减少对于交通的阻碍。区间隧道为马蹄形结构，车站结构为矩形框架结构。隧道平均埋深超过10米。由于隧道经过土层较为复杂，所以选用对地质条件适应性更好的矿山法，而非盾构法。另外，采用矿山法施工，当区间隧道位于地下水位以下，在这种无胶结、稳定性差的砂卵石层中施工，必须采取有效措施防止开挖过程中围岩坍塌并控制地面沉降，确保施工安全及减小对周围环境的影响。东郡站车站的最小覆土层厚度为1.5米，万家丽广场站为2.5米。隧道的平均最小覆土层厚度为15米。从东郡站出发，以19‰的坡度下坡，580后，再以15‰的坡度向上爬升215米，连接至万家丽广场站。且该线路符合节能坡的要求。轨面最低设计标高为8.23米，最小坡段长度215米。方案一前后坡度差17.134.117竖曲线半径SHR300050003000切线长2000.iRTSHSH25.6585.2525.5竖曲线长TKSH251.3170.551外矢距E0.1100.7270.1082.2.2方案二：该方案东郡站至万家丽广场站区间隧道采用盾构法施工。两端车站采用盖挖法施工，减少对交通的影响。区间隧道采用管片拼装的圆形结构，车站结构为矩形框架结构。隧道埋置深度属于深埋，满足盾构埋深要求和线路纵坡技术标准。且盾构法有掘进速度快，其推进、出土、拼装衬砌等全过程可实现自动化作业，施工劳动强度低，不影响地面交通与设施，同时不影响地下管线等设施，施工中不受季节、风雨等气候条件影响，施工中没有噪音和扰动，在松软含水地层中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优越性的特点。又由于本区段地下水丰富，对于该法的防水作业要求较高。且该方案采用了节能坡的设计，使区间隧道位于低位，车站位于高位，可以降低地铁车辆的运营能耗，对节约运营成本有利。方案二前后坡度差5.412.547.14竖曲线半径SHR300050003000切线长2000.iRTSHSH8.131.3510.71竖曲线长TKSH216.262.721.42外矢距E0.01090.09830.0191东郡站车站的最小覆土层厚度为1.5米，万家丽广场站为2.5米。隧道的平均最小覆土层厚度为15米。从东郡站出发，以7‰的坡度下坡，394米后，再以5‰的坡度向上爬升401米，连接至万家丽广场站。且该线路符合节能坡的要求。轨面最低设计标高为9.4米，最小坡段长度394米。2.2.3方案三：该方案与方案一一样，均是以第二层作为换乘站，不同的是坡的形式。隧道的开挖也是采用矿山法，此种坡度的设计也使得开挖过程中避免了许多复杂的地层环境减小了施工的难度，提高施工的安全性。东郡站车站的最小覆土层厚度为1.5米，万家丽广场站为2.5米。隧道的平均最小覆土层厚度为10.8米.从东郡站出发，以10‰的坡度下坡与万家丽广场站相接，轨面最低设计标高为11.18米。方案三前后坡度差7.877.87竖曲线半径SHR30003000切线长2000.iRTSHSH11.80511.805竖曲线长TKSH223.6123.61外矢距E0.02320.02322.3埋深方案比选：最终埋深方案的选择受到多种条件的制约，除考虑工法本身的优缺点外，更多好要考虑周围环境是否适合，施工难易程度以及造价等等因素。方案二为盾构法，与另两种方案的矿山法相比，盾构有他自己的优势，如不影响地面交通，它产生的震动，躁声等环境污染小，不受气候条件影响，便于施工管理等。但是由于矿山法是在隧道建设过程中最早出现的方法，它的技术的成熟性，多样性是盾构法明显不能比的；而且虽然说是建设城市地铁，不得不考虑对于地表的影响，但是由于本区段的地质条件为Ⅴ级围岩，土层较为软弱，可以采取弱爆破以及通过掘进机等方法进行开挖，对于地表的影响可以说是非常小的，且矿山法对于不同地层的适应能力强，又盾构法对于盾构机的尺寸也有着要求，盾构购置费昂贵，同时老师也鼓励我尝试矿山法，所以，本区段不考虑盾构法。方案三与方案一都是采用的矿山法。方案三的优势在于施工比方案一要简单，因为方案三的区间隧道在施工设计与施工过程中不需要考虑竖曲线，直接以10‰的坡度将两车站相连，便于施工；而方案一的优势在于设置了节能坡，对于后期运营来说，能过大大降低能耗。而就现在的可持续发展的角度来看，这样很显然更加的不错。所以方案三不采用。综上，最后采用方案一，即设置了节能坡的矿山法。第三章地铁区间隧道结构设计3.1地下铁道线路上部建筑地下铁道线路上部建筑由钢轨、联接零件、道床、轨枕、防爬设备及道岔组成。地铁的特点是行车密度大，维修养护时间少，而且完全是客车，这就需要使用既能保证行车舒适度，又能尽量减少维修工作量的线路上部建筑。3.1.1钢轨钢轨是轨道的主要部件，应当具有足够的刚度，一定的韧性，足够的硬度，其顶面应具有一定的粗糙度，且要制造容易造价合理，经久耐用。（1）钢轨选型综合国内外地铁钢轨类型和长沙轨道交通的实际情况，选用60kg/m的钢轨。（2）钢轨铺设地下铁道内不受阳光照射，温度变化小，宜采用无缝线路铺设。无缝线路按换铺法进行施工，长轨条的焊接采用基地焊接与工地焊接相结合的施工方式。基地焊采用接触焊，轨节长度为125m，工地焊采用铝热焊或移动式气压焊。3.1.2扣件地下铁道的钢轨扣件有刚性及弹性两种，国内外用的多为弹性扣件。整体道床上宜采用全弹性分开式扣件，这类扣件在垂直和横向均具有良好的弹性，比较适合整体式道床。如DTⅢ型扣件。3.1.3道床道床一般有碎石道床和整体倒床两种，本次我选用的为整体道床。整体道床具有道床整体性好，坚固稳定、耐久，轨道建筑高度小，有利于减少隧道净空，节省投资，轨道维修量小，维修时间短等优点，所以地铁隧道内宜采用整体道床。整体道床的类型很多，随着轨枕方式的不同，有短轨枕式整体道床、长枕式整体道床、纵向浮置板式整体道床、无枕式整体道床等。结合本区段的实际情况，本设计区间采用长轨枕式整体道床，这种道床适用于软土地基隧道，可以采用轨排法施工，进度快，施工精度亦容易得到保证。图3-1长枕轨式整体道床断面图(单位：mm）3.1.4道岔人民路站至城南路站区间采用9号单开道岔。3.2地下铁道区间隧道限界与净空区间隧道结构内部应有足够的空间，除了提供列车运行的空间外，还应能合理布置线路上部建筑，通信信号设备和各种必要的管线设施。为了达到这样的目的，在设计隧道净空横断面尺寸时，应严格按照隧道建筑限界进行。具体来说，确定隧道建筑限界的主要因素是车辆限界、设备限界、接触轨或接触网限界。本设计线路采用B2型接触网授电车辆，每列车按6辆编组，最高时速80km/h。B2型车车辆长度为19m,车辆高度为3.8米，最大宽度为28m，车辆定距12.6m,车辆限界及设备限界详细参数参照《地铁设计规范》附录D。本区间为矿山法法施工的马蹄形隧道。本区段为直线，所以不考虑曲线加宽。限界与净空：3.3衬砌结构类型与设计本区段采用复合式衬砌，衬砌分为内外两层，外层（与围岩接触）为锚喷支护，内层为钢筋混凝土衬砌。两层之间可设防水层。复合式衬砌具有支护及时、能有效抑制围岩变形、充分发挥围岩自承能力、能适应隧道建成后衬砌受力状态变化等显著优点，故在地铁中广为采用。马蹄形隧道为暗挖施工，从稳定围岩角度考虑，两条单跨隧道比双跨隧道更合理。