地铁隧道结构选型及制作精度要求1.1 衬砌环内径的确定地铁圆形隧道限界为φ5200mm的圆，隧道内径的确定应综合考虑限界、施工误差、测量误差、线路拟合误差、不均匀沉降等因素如图1.1-1所示图1.1-1 盾构隧道建筑限界广州、北京、上海、南京、深圳及杭州已有的盾构隧道内径设计对比如下表1.1-1所示：表1.1-1 盾构隧道内径比较表尺寸（mm）项目广州、北京、深圳上海、南京、杭州限界φ5200φ5200线路拟合误差10，局部2010，局部20轴线施工误差8080后期不均匀沉降50隧道内径φ5400φ5500综合考虑限界、施工误差、测量误差、线路拟合误差、不均匀沉降等因素，结合各地地铁等地的成功经验，隧道的内径定为5500mm1.2 衬砌环幅宽衬砌环宽越大即管片宽度越宽，衬砌环接缝越少，因而漏水环节、螺栓亦越少，施工进度就越快，衬砌环的制作费，施工费就减少，经济效益提高，但在小半径曲线上管片宽度越宽其设计拟合误差大工程质量越差目前管片宽度为1.0～1.5m，多采用1.2m的宽度虽然1.5m宽度的衬砌环比起1.2m宽度的衬砌环提高了施工进度，节约了防水材料，但是随着盾构幅宽加大，施工中千斤顶的偏心及管片纠偏造成的附加荷载加大；水平运输及垂直运输系统要求高，价格高。
下表1.2-1列出1.2m幅宽与1.5m幅宽比较如下：为减少地基松弛，控制施工变形，提高施工便捷性，根据目前盾构机机械情况，综合考虑管片的制作、运输、拼装及曲线施工的需要，本设计采用1.2m环宽的管片，可以减少小半径曲线施工时容易出现的错台、开裂1.3 管片厚度根据广州地铁一号线、二号线，上海地铁一号线、二号线，杭州地铁一号线盾构法区间隧道和国内外类似工程的成功经验，表明采用具有一定刚度的单层柔性衬砌是合理的其衬砌的变形、接缝张开及混凝土裂缝开展等均能控制在预期的要求内，完全能满足地铁隧道的设计要求；且使用单层衬砌，施工工艺简单、工程实施周期短、投资省鉴于以上理由，盾构隧道采用单层装配式衬砌，管片型式选择当前常用的平板型钢筋混凝土管片考虑结构100年使用寿命及参照已有工程实例，钢筋砼衬砌的厚度采用350mm，采用C50混凝土管片表1.2-1 管片宽度比选表 项目管片宽度1.2m管片宽度1.5m国内应用情况广州地铁一号线、南京地铁一号线、二号线、北京地铁、杭州地铁一号线广州地铁二号线、三号线、四号线；广佛线、深圳地铁国外应用情况日本、欧洲常用近年来欧洲较常用结构受力横断面受力：管片宽度关系不大局部抗压：随着管片加宽，千斤顶推力加大，但对平板型管片，局部抗压能满足要求；施工荷载影响：施工中千斤顶的偏心，管片纠偏造成的附加荷载随着管片的加宽，其不利影响加大纵向受力：随着管片的加宽，整体刚度变大，而且整个区间的环向接缝变少，对于控制纵向不均匀沉降有利，但环间接缝受力变大。
结构防水随着管片的加宽，整个区间的环向接缝变少，有利于隧道防水经济性管片宽度越，接缝越少，防水材料、钢筋、螺栓用量越省但由于管片加重，对吊装有更高的要求盾构机灵敏度随着管片的加宽，盾构机长，灵敏度降低施工效率整个施工系统配备合适的情况下，管片加宽，有利于提高施工速度水平运输系统相对简单要求相对高垂直运输系统相对简单要求相对高1.4 衬砌环分块盾构隧道圆环的分块主要由管片制作、运输、安装、防水等因素确定，国内外实践经验，通常隧道直径6m左右的盾构以6块居多封顶块的形式有大封顶和小封顶之分所谓大封顶，指尺寸与标准块、邻接块相当，这种形式块与块、环与环间的连接处理方便，但拼装不易小封顶块尺寸较小，拼装成环方便根据隧道施工的实践经验，考虑到施工方便以及受力的需要，推荐采用小封顶形式，即（5+1）分块——一块封顶块、二块邻接块、三块标准块如图1.4-1所示图1.4-1 管片衬砌环布置图1.5 管片楔形量 楔形量除了根据管片种类、管片宽度、管片环外径、曲线外径、曲线间楔形管片环使用比例、管片制作的方便性确定外，还应根据盾尾操作空隙而定根据本次设计的区间隧道线形，其最小曲线半径为300m，综合考虑施工经验等因素，管片楔形量采用37.2mm。
1.6 衬砌拼装方式衬砌圆环有通缝、错缝两种拼装方式错缝拼装能使圆环接缝刚度分布趋于均匀，减少结构变形，可取得较好的空间刚度，但衬砌环较之通缝内力加大，且管片制作精度不够时容易在推进过程中被顶裂，甚至顶碎通缝拼装施工难度较小，衬砌环内力较错缝衬砌环小，可减少管片配筋量，但衬砌空间刚度稍差考虑本标段工程地质条件差，不均匀沉降是不可忽视的问题，因此推荐采用错缝拼装形式如图1.6-1所示1.7 衬砌环类型为了满足盾构隧道在曲线上偏转及纠偏的需要，需要设计楔形衬砌环目前衬砌环的类型有三种：①通用型管片只采用一种类型的楔形衬砌环，盾构掘进时通过盾构机内环向千斤顶传感器的信息确定下环转动的角度，以使楔形量最大处置于千斤顶冲程最长处，也就是说，管片衬砌环是可以360旋转的，深圳地铁在国内首次采用了通用管片，目前在国内已逐渐推广使用由于它只需一种管片类型，可降低管模成本，管片拼装简单化，易于盾构推进时的纠偏，不会因管片类型供应不上造成工程质量问题但通用衬砌环要求盾构机千斤顶均为长冲程千斤顶，同时对施工队伍的施工水平要求较高图1.6-1 错缝拼装实例②直线环与左右转衬砌环组合盾构隧道在曲线上是以若干段折线（最短折线长度为一环衬砌环宽）来拟合设计的光滑曲线。
设计和施工采用楔形衬砌环与直线衬砌环的优选及组合进行线路拟合根据线路偏转方向及施工纠偏的需要，设计左转弯、右转弯楔形衬砌环及直线衬砌环设计时根据线路条件进行全线衬砌环的排版，以使隧道设计拟合误差控制在允许范围之内盾构推进时，依据排版图及当前施工误差，确定下一环衬砌类型直线环与左右转衬砌环组合与线路拟合较好，但是管模数量较多，模具制造昂贵③左转弯与右转弯衬砌环组合这种管片组合形式，国内目前只有在南京地铁施工中使用过它采用几种类型的楔形衬砌环，设计和施工是采用不同类型的楔形衬砌环的优选及组合进行线路拟合的根据线路偏转方向及施工纠偏的需要，设计左转弯、右转弯楔形衬砌环，在直线段通过左转弯和右转弯衬砌环一一对应组合形成直线设计时根据线路条件进行全线衬砌环的排版，以使隧道设计拟合误差控制在允许范围之内盾构推进时，依据排版图及当前施工误差，确定下一环衬砌类型由于采用的衬砌环类型不完全确定，所以给管片供应带来一定难度，另外在竖曲线上还要采用楔形贴片根据对三种类型盾构衬砌环的分析，结合本工程实际，推荐采用直线环与左右转衬砌环1.8 衬砌制作允许误差千斤顶推力是盾构推进时作用在衬砌构件上的临时荷载，是在施工荷载中给予衬砌影响最大的荷载。
尽管为了缓冲管片传来的推力，在管片背千斤顶面，对应千斤顶的位置，设置了橡胶传力垫但是，由于管片与传力垫间间隙的存在，即使仅仅是0.5mm或1.0mm，也会使得在千斤顶推力作用下管片的内力分布及大小出现很大的变化在一定条件下，考虑管片制作误差的施工状态会成为决定管片厚度及配筋的控制因素因此在管片配筋设计时必须充分考虑施工状态时管片的力学行为提高管片宽度方向的制作精度，减少拼装后环缝面的间隙，可以减少施工状态时管片所需的配筋，当施工状态和使用状态所需的配筋相似时是比较合理的为了保证装配式结构良好的受力性能，衬砌制作和拼装必须达到表1.8-1及1.8-2所列精度：表1.8-1 管片制作允许误差表项目允许误差管片宽度0.3mm管片厚度1.0mm弧弦长1.0mm环缝面0.5mm纵缝面0.3mm环纵向螺栓孔1.0mm表1.8-2 管片拼装误差允许表 项目允许误差环间间隙≤0.8mm纵缝相邻块间隙≤2.0mm对应的环向螺栓孔的不同轴度≤1.0mm。