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一級建造師《市政工程》考點：1K12地鐵區間隧道結構與施工方法

1K00 城市軌道交通工程

1K10 城市軌道交通工程結構與特點

1K12 地鐵區間隧道結構與施工方法

一、不同方法施工地鐵區間隧道的結構形式

(一)明挖法施工隧道

在場地開闊、建筑物稀少、交通及環境允許的地區，應優先采用施工速度快、造價較低的明挖法施工。明挖法施工的地下鐵道區間隧道結構通常采用矩形斷面，一般為整體澆筑或裝配式結構，其優點是其內輪廓與地下鐵道建筑限界接近，內部凈空可以得到充分利用，結構受力合理，頂板上便于敷設城市地下管網和設施。

1.整體式襯砌結構

明挖現澆隧道結構斷面分單跨、雙跨等形式，由于結構整體性好，防水性能容易得到保證，可適用于各種工程地質和水文地質條件;但是，施工工序較多，速度較慢。

2.預制裝配式襯砌

預制裝配式襯砌的結構形式應根據工業化生產水平、施工方法、起重運輸條件、場地條件等因地制宜選擇，目前以單跨和雙跨較為通用。關于裝配式襯砌各構件之問的接頭構造，除了要考慮強度、剛度、防水性等方面的要求外，還要求構造簡單、施丁方便。裝配式襯砌整體性較差，對于有特殊要求(如防護、抗震等)的地段要慎重選用。

(二)噴錨暗挖(礦山)法施工隧道

在城市區域、交通要道及地上地下構筑物復雜地區，隧道施工噴錨暗挖法通常是一種較好的選擇;隧道施工時，一般采用拱形結構，其基本斷面形式為單拱、雙拱和多跨連拱。前者多用于單線或雙線的區間隧道或聯絡通道，后兩者多用在停車線、折返線或喇叭口岔線上。采用噴錨暗挖法隧道襯砌又稱為支護結構或初期支護，其作用是加同同巖并與圍巖一起組成一個有足夠安全度的隧道結構體系，共同承受可能出現的各種荷載，保持隧道斷面的使用凈空，防止地表下沉，提供空氣流通的光滑表面，堵截或引排地下水。根據對隧道襯砌結構的基本要求以及隧道所處的圍巖條件、地下水狀況、地表下沉的控制、斷面大小和施工方法等，可以采用基本結構類型及其變化方案。

1.襯砌的基本結構類型一一復合式襯砌

這種襯砌結構是由初期支護、防水隔離層和二次襯砌所組成，復合式襯砌外層為初期支護，其作用是加固圍巖，控制圍巖變形，防止圍巖松動失穩，是襯砌結構中的主要承載單元。一般應在開挖后立即施作，并應與圍巖密貼。所以，最適宜采用噴錨支護，根據具體情況，選用錨桿、噴混凝土、鋼筋網和鋼支撐等單一或并用而成。

2.襯砌結構的變化方案

在干燥無水的堅硬圍巖中，區間隧道襯砌亦可采用單層的噴錨支護，不做防水隔離層和二次襯砌，但此時對噴混凝土的施工工藝和抗風化性能都應有較高的要求，襯砌表面要平整，不允許出現大量的裂縫。

在防水要求不高，圍巖有一定的自穩能力時，區間隧道亦可采用單層的模筑混凝土襯砌，不做初期支護和防水隔離層。施工時如有需要可設置用木料、鋼材或噴錨做成的臨時支撐。不同于受力單元，一般情況下，在澆筑混凝土時需將臨時支撐拆除，以供下次使用。單層模筑襯砌又稱為整體式襯砌，為適應不同的圍巖條件，整體式襯砌可做成等截面直墻式和等截面或變截面曲墻式，前者適用于堅硬圍巖，后者適用于軟弱同巖。

(三)盾構法施工隧道

在松軟含水地層、地面構筑物不允許拆遷，施工條件困難地段，采用盾構法施工隧道能顯示其優越性：振動小、噪聲低、施工速度快、安全可靠，對沿線居民生活、地下和地面構筑物及建筑物影響小等。盾構法修建的區間隧道襯砌有預制裝配式襯砌、預制裝配式襯砌和模筑鋼筋混凝土整體式襯砌相結合的雙層襯砌以及擠壓混凝土整體式襯砌三大類。

見圖1K12-1 。

1.預制裝配式襯砌

預制裝配式襯砌是用工廠預制的構件，稱為管片，在盾構尾部拼裝而成的。管片種類

按材料可分為鋼筋混凝土、鋼、鑄鐵以及由幾種材料組合而成的復合管片。

鋼筋混凝土管片的耐壓性和耐久性都比較好;目前已可生產抗壓強度達60MPa、滲透系數小于10-11 cm/s的管片，而且，這幾種管片剛度大，.由其組成的襯砌防水性能有保證。鋼管片的強度高，具有良好的可焊接性，便于加工和維修，重量輕也便于施工。與混凝土管片相比，其剛度小、易變形，而且鋼管片的抗銹性差，在不做二次襯砌時，必須有抗腐、抗銹措施。鑄鐵管片強度高，防水和防銹蝕性能好，易加工。和鋼管片相比，剛度亦較大，故在早期的地下鐵道區間隧道中得到廣泛的應用。

鋼和鑄鐵管片價格較貴，現在除了在需要開口的襯砌環或預計將承受特殊荷載的地段采用外，一般都采用鋼筋混凝土管片。

按管片螺栓手孔大小，可將管片分為箱型和平板型兩類。箱型管片是指因手孔較大而呈肋板型結構，手孔較大不僅方便了接頭螺栓的穿人和擰緊，而且也節省了材料，使單塊管片重量減輕，-便于運輸和拼裝。但因截面削弱較多，在盾構千斤頂推力作用下容易開裂，故只有強度較大的金屬管片才采用箱型結構。當然，直徑和厚度較大的鋼筋混凝土管片也有采用箱型結構的。在箱型管片中縱向加勁肋是傳遞千斤頂推力的關鍵部位，一般沿襯砌環向等距離布置，加勁肋的數量應大于盾構千斤頂的臺數，其形狀應根據管片拼裝和是否需要灌注二次襯砌的施工要求而定，見圖1K12-2。平板型管片是指因螺栓手孔較小或無手孔而呈曲板型結構的管片，由于管片截面削弱少或無削弱，故對盾構千斤頂推力具有較大的抵抗力，對通風的阻力也較小。無手孔的管片也稱為砌塊，現代的鋼筋混凝土管片多采用平板型結構見圖1K12-3 。

襯砌環內管片之間以及各襯砌環之間的連接方式，從其力學特性來看，可分為柔性連接和剛性連接，前者允許相鄰管片間產生微小的轉動和壓縮，使襯砌環能按內力分布狀態產生相應的變形，以改善襯砌環的受力狀態。后者則通過增加連接螺栓的排數，力圖在構造上使接縫處的剛度與管片本身相同。實踐證明，剛性連接不僅拼裝麻煩、造價高，而且會在襯砌環中產生較大的次應力，帶來不良后果，因此，目前較為通用的是柔性連接，常用的有：單排螺栓連接、銷釘連接及無連接件等。

2.雙層襯砌

為防止隧道滲水和襯砌腐蝕，提高襯砌結構剛度和輸水隧洞承受內水壓力的能力，修正隧道施工誤差，減少噪聲和振動以及作為內部裝飾，可以在裝配式襯砌內部再做一層整體式混凝土或鋼筋混凝土內襯。根據需要還可以在裝配式襯砌與內層之間鋪設防水隔離層。雙層襯砌主要用在輸水隧洞工程和含有腐蝕性地下水的地層中。

3.擠壓混凝土整體式襯砌

擠壓混凝土襯砌(Extrude Concrete Lining，簡稱ECL)就是隨著盾構向前掘進，用一套襯砌施工設備在盾尾同步灌注的混凝土或鋼筋混凝土整體式襯砌，因其灌注后即承受盾構千斤頂推力的擠壓作用，故有此稱謂。擠壓混凝土襯砌可以是素混凝土，也可以是鋼筋混凝土，但應用最多的是鋼纖維混凝土。

擠壓混凝土襯砌一次成型，內表面光滑，襯砌背后無空隙，故無須注漿，且對控制地層移動特別有效。但因擠壓混凝土襯砌需要較多的施工設備，其中包括混凝土成型用的框模，拼拆框模的系統，混凝土配制車、泵、閥、管等組成的混凝土配送系統。而且，混凝土制備、配送、鋼筋架立等工藝較為復雜，在滲漏性較大的土層中要達到防水要求尚有困難。故擠壓混凝土襯砌的應用尚不廣泛。

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