埋深方案比选与隧道线路设计

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1、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线路埋深及纵断而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

2、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。至于浅埋和深埋乂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 l-1.5m的回填土。正线的最大坡度不宜大于30%。，困难地段可釆用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

3、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，若以车站笫三层为本线该区 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

4、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。我先是以车站笫二 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。 山于隧道经过土层较为复杂，所以选用对地

5、质条件适应性更好的矿山法，而非盾构 法。另外，釆用矿山法施工，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，必须釆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竖曲线半径心300050003000切线长Tsu_W2

6、00025. 6585. 2525.5竖曲线长Ksh = 2T51. 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

7、有技术和经济方面的优越性的特点。乂由于本区段 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300050003000切线长兀 _他宀20008. 131.3510.71竖曲线长Ksll = 2T16.262.721.42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

8、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il标高为11. 18米。方案三前后坡度差7. 877. 87竖曲线半径他30003000切线长TsJW200

9、011.80511.805竖曲线长Ksf = 2T23.6123.61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

10、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，乂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釆用的矿山法。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。所以方案三不釆用。综上，最后采用方案一，即设置了节能坡的矿山法。第三章

11、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，乂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

12、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

13、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。路中心线200 一14001400一 200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LI的, 在设讣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

14、界、设备限界、接触轨或接触网限界。本设讣线路 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Do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釆用复合式衬砌，衬砌分为内外两层，外层（与圉岩接触）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、充分发挥圉岩自承能力、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，从稳定圉岩角度考虑，两条单跨隧道比双跨隧道更合 理。