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止于至善

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关于我

闻宝联,工学博士,教授级高工,天津市市政工程研究院副总工程师,同济大学、天津大学校外硕士导师,新加坡《urban transportation &construction》杂志副主编,中国土木工程学会混凝土质量专业委员会委员,中国土木工程学会混凝土耐久性专业委员会委员,中国建筑业协会混凝土分会专家组成员,中国腐蚀与防护学会建筑工程专业委员会委员,中国商品混凝土企业联合会专家委员会主任委员,中国硅酸盐学会混凝土与水泥制品协会理事,数十项国家重点工程混凝土专项技术指导。

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地铁设计及施工经验总结  

2015-12-01 06:49:55|  分类: 地铁,隧道 |  标签: |举报 |字号 订阅

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地铁设计及施工经验总结 - 独上高楼 - 止于至善

地 铁作为人类利用地下空间的一种有效形式,对于提高土地利用效率、缓解地面交通、改善人类居住环境、减少环境污染、保持城市历史文化景观等都具有十分显著的 作用。但是,地下结构设计作为一门严谨、科学、富有挑战性且充满魔力的学科,现阶段各种规范、规程、书籍缺无一处给出详细的设计和施工步骤,这就要求我们 设计人员,应该在具备扎实的理论基础之上,还要善于总结、发现和发展现有的地铁设计和施工理念。而个人对设计的理解以及对施工现场的深入研究,是完成这一 步的重中之重。

1、  引言 地铁作为人类利用地下空间的一种有效形式,对于提高土地利用效率、缓解地面交通、改善人类居住环境、减少环境污染、保持城市历史文化景观等都具有十分显著的作用。相对于既有的公路交通系统而言,地铁还具有运量大、能耗低、交通效率高、准时准点性好、快速安全等优点,已成为现代城市地下空间建设的重点。

2、  背景 在实际设计和施工过程中,我们经常会遇到这样或那样的困惑,有时心里甚至会觉得搞设计为什么会这么随意?搞设计难道就是照猫画虎或者生搬硬套?当然不是!设计是一门严谨、科学、富有挑战性且充满魔力的学科。在我的工作生涯中,我认为以下几点是设计人员在设计和施工中经常遇到的问题:

1、在设计过程中,很多设计人员在结构设计过程中基本概念混淆、错误。

1)地下结构与地上建筑从荷载分析、荷载传递、基本构件受力原理来说,有很大的相似性,具有参考性;

2)地铁区间隧道结构设计,很多人仍然采用允许应力法或破损阶段法进行设计,与《混凝土结构设计》2010年版如何匹配;

3)单个构件或截面配筋计算,理论和实际计算方法已非常成熟。但很多设计人员还经常算错。

2、现行地下类结构规范版本低、种类单一、内容不全,各规范间相互矛盾。设计人员在设计过程中存在很多疑惑。

1)《铁路隧道设计规范》2005年版,一直未更新。

2)《地下铁道设计规范》2003年版,设计结构部分仅几页,满足不了设计要求。

3)《城市轨道交通结构抗震设计规范》正式稿迟迟不发布,且送审稿与审定稿存在多处矛盾和错误。

3、暗挖法施工的地下结构,在设计、施工过程中存在很大的不确定性。设计人员应在设计阶段充分考虑设计余量,在施工过程中随时做好动 态设计的准备。

4、业主方相应人员已具备了很高的专业知识,对设计人员素质要求更高。

3、  结构设计

3.1 混凝土结构承载力设计的发展

从历史来看,混凝土结构的设计先后经历了容许应力法、破损阶段设计法、多系数界限状态设计法、概率极限设计法,目前《混凝土结构设计规范》就是采用的概率极限设计法。

1、如果单从承载力设计方法来考虑,允许应力或破损阶段法至少落后现行混凝土规范半个世纪。

2、当然,《铁路隧道设计规范》沿用有一定的原因,根据相关文献的解释,是因为地下结构、特别是深埋隧道类,是荷载计算不清晰造成的。

3、若采用允许应力或破损阶段法设计,所有的钢筋、混凝土等参数不应该选用混凝土规范上的,因为基本统计原理不一样。

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3.2地铁区间隧道的荷载取值

1、矿山法隧道基本原则: 深埋隧道荷载按照塌落拱计算、浅埋隧道按照松散荷载计算、超浅埋隧道按照全土柱加地面动、静荷载计算。在我们实际工作中,可参照以下步骤进行荷载选取:

1)初判:只有当覆土大于2(或2.5)倍塌落拱高度时,采用塌落拱计算荷载。

2)建议矿山法隧道按照《铁路隧道设计规范》计算竖向荷载。首先判断荷载等效高度(类似于塌落拱)。 当埋深时,按照深埋处理,荷载取为; 当埋深时,按照浅埋荷载计算,按公式计算(计算较为繁琐); 当埋深时,按照超浅埋荷载计算,取全土柱荷载。

2、盾构法隧道荷载计算方法:

1)盾构法计算荷载采用太沙基公式计算,已经在国内各家设计院及主流参考书籍中取得共识。

2)一般可以参考12m覆土作为一个深浅埋的分界,但注意最终计算应以太沙基公式计算为准。

3)上述计算中如何考虑土层的c、φ值。

4)应注意如何考虑活载组合。

3.3 地铁区间隧道合算、分算的问题

1)隧道分算与合算原则与车站一致,一般是按照土层的渗透系数确定。

2)应注意合算或是分算,隧道与车站结构存在明显区别! 对于纯圆型结构,在承受四周均布荷载的情况下只产生轴力、不产生弯矩。对于盾构这种圆形结构,在承受近似于均布荷载的水压力情况下,水压力对结构产生轴向力,结构趋于安全。故采用水土合算趋于安全(即计算的轴力偏小,弯矩偏大)。 对于马蹄形结构,采用水土合算还是分算,应该根据实际情况确定。一般情况下合算计算偏于安全。

3.4 地铁区间隧道线路曲线

1)区间线路应注意限界偏移值。

2)区间纵断面应注意最低点不处于直线坡度最低点,而是偏向于小坡度方向。具体里程应根据计算确定。

3)应准确的计算最低点里程和标高。

4)一般竖曲线不建议进入车站,若进入车站,建筑设计人员可以直接从线路图中量取出去,误差不大。

5)在左右坡度一致的情况下,最低点与轨道最低点重合。

3.5 地下结构抗震设计

1)地面建筑一般设防目标:三水准、两阶段设防。即小震不坏、中震可修、大震不倒。

2)地下结构设防目标:二水准、一阶段设防。即小震不坏、中震不坏、大震可修。一阶段表示为采用设防地震烈度下,采用设防烈度地震参数进行地震验算,通过概念设计或构造措施满足罕遇地震设防要求。

3)地震安全评估报告的取值:50年使用年限时,多遇地震为50年超越概率为63.2%的地震参数,重现期为50年;100年使用年限时,采用设防烈度地震100年超越概念为10%的地震参数,重现期475年。

3.6 地铁区间隧道超前支护

1)在一般情况下应优先选用格栅钢架。

2)除非隧道内抢险等特殊情况,一般情况下不应采用型钢钢架支护,原因如下: 很多人认为型钢钢架强度高是最大的优点。但是无论是格栅钢架还是型钢钢架,在与混凝土联合受力以后,两者的刚度差别不大; 隧道开挖前2榀钢架不受力,也不存在及时受力的问题; 型钢钢架背后无法喷射混凝土,容易形成空隙。且与喷射混凝土结合不好。

3)一般情况下,超前支护小导管长度应该为台阶高度+1m。所以,小导管长度3.5m是指台阶高度2.5m的情况。

4、  施工配合 地铁设计不用于民建设计的区别,其中一个就是施工配合的不同。因为按照地铁设计规范和一般的地下结构设计理念,地铁设计一般采用的是动态化设计,这就要求设计人员应该全天候的参与到地铁施工工程中去,在施工配合中不断的改进设计和学习设计。

4.1 盾构机过站、平移或调头

在市区施工地下结构时,由于地面交通的限制,经常会出现需要在车站内进行盾构始发、平移、过站、甚至调头的情况。 在这里,简要介绍一下盾构机过站的一般流程:

1)在盾构到达前准备好盾构机接收托架及钢板,托架放置于钢板之上,钢板面上涂抹黄油;

2)接收盾构,使其完全放置于接收托架之上,断开盾构机与后配套;

3)将盾构机连同托架一起,通过千斤顶,横向平推至适当位置,开始纵向平推过站。

4)推至车站另一端后,安装盾构机及后配套,安装反力架,准备始发。

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图3盾构机过站

4.2 盾构端头加固

盾构机在进出洞时需进行加固,一般采用始发8m,到达6m的加固长度。

有些地区采用始发6m(或4m),到达8m的加固长度,理由如下:

1)盾构始发时,地层处于加载过程。盾构管片间密封较好。

2)盾构到达时,地层处于卸载过程,盾构刀盘无土压力,管片间推力相对减小。这段范围一般是从盾构机机头出端墙开始,所有一般不小于一个盾构机长度,即8m。

有些施工单位,在盾构机始发及到达部位,对管片间施加紧固铁片,以保证始发和接收端的盾构管片环间紧密贴合。

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5、  总结 作为一名员工,对于公司最好的回报莫过于在内踏实认真的工作、在外时刻铭记公司的利益。同时,只有在各种工作中磨练和经历并善于总结,才会成为一名真正合格的员工。

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