Ⅱ 地下区间结构

12.12 一般规定

12.12.1 本标准适用于下列地下区间的结构设计:

1 用盾构法施工的隧道结构。

2 用矿山法施工的隧道或通道结构。

3 用顶管法施工的通道结构。

明挖法施工的区间结构设计、计算及构造规定参照“I地下车站结构”的相关规定执行。

12.12.2 工程结构的设计应以工程勘察资料为依据,根据工程沿线的建设条件,考虑施工和建成以后对环境的影响,以及环境改变对结构的作用,通过技术经济、功能效果、环境和社会效益的综合评价,选择施工方法和结构型式。

12.12.3 在进行隧道工程设计之前,必须进行周围环境的调查,查清工程范围内的地下管线、地下障碍物等情况。

12.12.4 结构的净空尺寸应满足限界要求,并应考虑施工误差、结构变形、不均匀沉降等综合影响。

12.12.5 地下区间结构的设计,应减小施工中和建成后对环境造成的不利影响,同时应考虑地面环境改变和周边地块开发等对隧道结构的影响。

12.12.6 区间隧道结构应满足抗浮要求,盾构法隧道穿越江、河时,尚应考虑江(河)水冲刷的影响,并应满足规划航道的要求和船舶锚击深度的要求。

12.12.7 地下区间结构在荷载、结构、地层条件发生变化的部位或因抗震要求需设置变形缝时,应采取可靠的工程技术措施,确保变形缝两侧的结构不产生影响使用的差异沉降。变形缝的形式、宽度和间距应根据允许纵向沉降曲率、沉降差、防水和抗震等要求确定。

12.12.8 地下区间结构的设防分类为重点设防类(简称“乙类”),结构设计应根据设防类别、烈度和结构型式采用不同的抗震等级,按高于本地区抗震设防烈度1度的要求采取抗震措施。

12.12.9 结构应采用以概率理论为基础的极限状态设计方法,采用分项系数的设计表达式按承载能力极限状态、正常使用极限状态的要求进行计算和验算。主体结构安全等级为一级。设计使用年限为100年。结构计算、验算应符合下列规定:

1 按承载能力极限状态应进行结构构件的承载力计算和整体稳定性(倾覆、滑移、上浮)验算,并应进行结构构件抗震的承载力验算;

2 按正常使用极限状态应进行结构构件的变形、裂缝宽度的验算等。

12.12.10 盾构法施工的区间隧道覆土厚度不宜小于隧道外轮廓直径,确有技术依据时,允许在局部困难地段适当减小。

12.12.11 盾构法施工的平行或立体交叉隧道间的净距,应根据工程地质条件、埋置深度、盾构类型等因素确定,且不宜小于隧道外轮廓直径。当因功能需要或其他原因不能满足上述要求时,应在设计和施工中采取必要的措施。

12.12.12 盾构隧道衬砌宜采用接头具有一定刚度的柔性结构,应限制荷载作用下的变形和接头张开量,满足结构受力和防水要求,计算直径变形不大于2‰DD为隧道外径)。

12.12.13 盾构隧道的结构,应根据《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》(CJJ 49)采取防止杂散电流腐蚀的措施。钢结构及钢连接件应进行防锈处理。

12.12.14 矿山法施工的隧道和通道结构应符合下列规定:

1 通道衬砌结构应采用复合式衬砌。

2 复合式衬砌的外层衬砌为初期支护,可由喷射混凝土、锚杆、钢筋网、钢格栅拱架等支护型式组合形成。二次衬砌采用模筑钢筋混凝土,在内外层衬砌之间铺设防水层。

12.12.15 区间隧道内联络通道宜结合排水泵站设置。矿山法施工竖井宜结合区间风井、联络通道、排水泵站设置。

12.12.16 地下区间结构设计按6级人防的抗力标准进行验算,并设置相应的防护设施。

12.12.17 隧道结构耐火等级为一级。

12.12.18 地下区间内应设置应急疏散平台,应急疏散平台的耐火极限不小于1 h。

12.13 荷载

12.13.1 区间隧道结构设计应按表12.13.1所列荷载,就结构整体或构件可能出现的最不利组合进行计算。

表12.13.1 荷载分类

注:①设计中要求考虑的其他荷载,可根据其性质分别列入上述3类荷载中;

②表中所列荷载本节未加说明者,可按国家有关规范或根据实际情况确定;

③施工荷载包括设备运输及吊装荷载、施工机具及人群荷载、施工堆载、相邻隧道施工的影响、盾构法施工的千斤顶力及压浆荷载等。

12.13.2 荷载计算应遵循下列原则:

1 结构自重:沿结构横断面轴线均匀分布的竖向荷载。

2 地层竖向压力:浅埋暗挖隧道,应根据结构所处工程地质和水文地质条件,一般按计算截面以上全部土柱重量考虑;深埋暗挖隧道可结合土体卸载拱作用的影响,按泰沙基公式、普氏公式或其他经验公式计算。

3 地层水平压力:根据结构在施工和使用阶段受力过程中结构位移与地层间的相互关系,可分别按主动土压力、静止土压力或被动土压力理论计算。计算中还应计及地面超载和邻近建、构筑物,以及施工过程可能产生的附加水平侧压力。

4 侧向地层抗力和地基反力的大小与分布规律应根据结构型式及其荷载作用下的变形、结构的刚度、施工方法及加固措施合理确定。

5 静水压力及浮力:垂直方向的水压力取为均布荷载,作用在衬砌顶部的水压力等于作用在衬砌顶点的静水压力值;作用于衬砌底部的水压力等于作用在衬砌最低点上的静水压力。

水平方向的水压力为等变线性分布荷载,其值等于静水压力;垂直方向的水压力的差值以浮力作用于衬砌上。计算水压力时,所采取的地下水位应按最不利的情况确定。

6 对于设计需要考虑轨道交通车辆荷载的结构构件,车辆竖向荷载应按其实际轴重和排列计算,并考虑动力作用的影响,同时应按线路通过的重型设备运输车辆的荷载进行验算。

7 施工荷载一般包括设备运输及吊装荷载、施工机具及人群荷载、相邻隧道施工影响、施工堆载、压浆荷载。

8 地面车辆荷载及其冲击力

在道路下方的浅埋隧道,地面车辆荷载宜按道路设计荷载取值,并不计冲击力的影响;

9 地面建筑物荷载

计算隧道上部和破坏棱体范围内的设施和建筑物,对于已有或已经批准待建的建筑物压力在结构设计中均应考虑。

10 荷载组合:设计中应根据表12.13.1中各类荷载同时存在的可能性,分别组合为基本组合和偶然组合两类,采用各自最不利的组合情况并分别按有关规定进行计算。

1)结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载,按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载(效应)组合,并取各自最不利的效应组合进行设计。

2)对于承载能力极限状态,基本组合的荷载分项系数应符合下列规定:

——永久荷载的分项系数:当其效应对结构不利时,对由可变荷载效应控制的组合取1.2,对由永久荷载效应控制的组合取1.35;当其效应对结构有利时,一般情况下应取1.0。

——可变荷载的分项系数,一般情况下应取1.4。

注:对于某些特殊情况,基本组合的荷载分项系数可按建筑结构有关设计规范的规定确定。

3)对于承载能力极限状态,考虑地震作用或人防荷载组合的荷载分项系数,应按下列规定采用:

——人防荷载的分项系数取1.0,地震作用取1.3;

——永久荷载的分项系数应取1.2;

——可变荷载(参与组合时)的分项系数应取1.4。

4)对于正常使用极限状态,应根据不同的设计要求,采用荷载的标准组合、频遇组合或准永久组合。荷载的代表值均不乘分项系数,仅根据不同组合考虑可变荷载的频遇值系数和准永久值系数。

12.14 结构计算

12.14.1 隧道应按施工和运营阶段,分别进行结构的承载能力极限状态计算和正常使用极限状态验算。当计入地震作用或其他偶然荷载时,可不验算结构的裂缝宽度。

12.14.2 正常使用极限状态验算应符合下列规定:

1 结构构件按荷载效应标准组合并考虑长期作用影响计算出的最大裂缝宽度应符合表12.14.2-1的规定。

表12.14.2-1 钢筋混凝土构件的最大裂缝宽度限值ωmax

注:当保护层的实际厚度大于30mm时,裂缝宽度验算时的保护层厚度可取30mm。

2 盾构法隧道衬砌结构应按荷载效应准永久组合进行变形计算,其直径变形和接缝变形应符合表12.14.2-2的规定。

表12.14.2-2 衬砌环直径变形、接缝变形限值

注:①D为隧道外径;

②错位指相邻管片间内弧面的高差。

12.14.3 隧道结构的计算简图应符合结构的实际工作条件,根据地层情况、结构构造特点及施工工艺等确定,宜考虑衬砌与地层共同作用及装配式衬砌接头的影响。

12.14.4 隧道结构应进行横断面内力计算。遇下列情况时,尚应对隧道纵向强度和变形进行分析:

1 覆土荷载沿隧道纵向有较大变化时;

2 隧道直接承受建、构筑物等较大局部荷载时;

3 地基或基础有显著差异,沿纵向产生不均匀沉降时;

4 地震作用下的小曲线半径的隧道、刚度突变的隧道和液化对稳定有影响的隧道。

12.14.5 空间受力作用明显的区段,宜按空间结构进行分析。

12.14.6 盾构法隧道结构的设计计算应符合下列规定:

1 隧道宜采用接头具有一定刚度的柔性结构,以限制荷载作用下结构和接缝的变形。

2 隧道结构应选取隧道埋设最深、最浅、顶覆土最厚以及隧道穿越土质条件突变处等最不利位置进行断面计算。

3 隧道结构在施工和使用阶段应按下列公式进行抗浮验算:

式中:Ff——浮力设计值(kN/m);

γb——浮力作用分项系数,取1.0;

γw——水的重度(kN/m3),可取10kN/m3

V——隧道结构排开水的体积(m3/m);

Ws——隧道结构自重标准值(kN/m);

γs——自重抗浮分项系数,施工阶段取1.1,使用阶段取1.2;

Wa——隧道上覆土层的有效压重标准值(kN/m);

γf——有效压重抗浮分项系数,施工阶段取1.1,使用阶段取1.2。

4 隧道结构的计算简图应根据地层情况、结构构造特点及施工工艺等确定,宜考虑衬砌与地层共同作用及装配式衬砌接头的影响。

5 采用错缝拼装的衬砌结构,宜考虑环向弯矩纵向传递模型(错缝拼装时弯矩的纵向传递)或梁—接头弹簧模型(图12.14.6-1)进行计算。

图12.14.61 梁—接头弹簧计算模型

按环向弯矩纵向传递模型(即修正惯用法)计算,考虑由纵向接头存在引起的匀质圆环刚度降低,及环间接头通过剪力传递引起的断面与接头内力的重分配,见图12.14.6-2:

图12.14.6-2 错缝拼装弯矩纵向传递示意

衬砌环在接头处的内力按下式计算:

与接头位置对应的相邻衬砌环截面内力按下式计算:

式中:ξ——弯矩调整系数(ξ=0.2~0.4);

Mi, Ni——分别为匀质圆环模型的计算弯矩和轴力;

Mji, Nji——分别为调整后的接头弯矩和轴力;

Msi, Nsi——分别为调整后的相邻衬砌环本体的弯矩和轴力。

12.14.7 矿山法隧道结构的设计应符合下列规定:

1 隧道结构设计可视其使用条件和荷载特性等,选用与其特点相近的国家或行业颁发的土木工程结构设计规范,如《混凝土结构设计规范》(GB 50010)、《公路隧道设计规范》(JTG 70)等相关规范和工程类比法进行配筋设计;

2 隧道结构应根据工程地质、水文地质、施工方法、隧道埋深和周围环境等条件,进行隧道应力和稳定性分析,按工程类比法确定支护、衬砌设计参数,并采用动态设计、信息化施工。

12.15 盾构隧道结构设计

12.15.1 盾构法隧道结构选型应符合下列规定:

1 结构型式一般为圆形;

2 盾构法区间隧道一般选择单洞单线型。

12.15.2 盾构法隧道的设计应符合下列规定:

1 在满足工程使用、结构受力、防水和耐久性等要求的前提下,衬砌结构宜优先选用单层装配式钢筋混凝土衬砌;

2 衬砌环根据使用要求,一般分为进洞环、出洞环、标准环、变形缝环等类型,其形式为通用楔形环;

3 区间隧道联络通道处衬砌环采用四环特殊管片,即两环全钢管片+两环钢管片与混凝土管片组成的复合式衬砌环结构;

4 衬砌环宽度为1.2m;

5 衬砌厚度应根据隧道直径、埋深、工程地质及水文地质条件、施工阶段及运营阶段的荷载情况等确定,单圆盾构区间管片厚度一般取350mm;

6 衬砌环应根据管片制作、运输、盾构设备、施工方法和受力要求等因素进行分块,分为6块;

7 衬砌环的封顶块采用小封顶块形式,封顶块的拼装方式采用半纵向插入式;

8 楔形环环面楔形量由隧道直径、衬砌环宽度和隧道的曲线半径确定,选用双面楔,环面斜率为1∶333.3。

12.15.3 装配式衬砌制作、拼装、施工应满足下列精度要求:

1 单块管片制作的允许偏差:宽度±0.3mm;厚度±1.0mm;弧、弦长±1.0mm;纵、环向螺栓孔孔径及孔位±1.0mm。

2 整环拼装检验的允许偏差:相邻环的环面间隙小于0.8mm、纵缝相邻块间隙小于2.0mm;对应的环向螺栓孔不同轴度小于1.0mm、衬砌环外半径mm、内半径mm。

3 隧道施工轴线与设计轴线允许偏差小于50mm,其中包括施工误差、测量误差、结构变形及线路轴线拟合误差等。

12.15.4 隧道与工作井接头采用刚性连接,并在工作井外侧加密设置2~3条变形缝。在结构纵向刚度突变、上覆荷载变化较大处或下卧土层突变处,变形缝应加密。

12.15.5 工程材料的选用宜符合下列规定:

1 盾构区间隧道采用装配式钢筋混凝土管片,砼强度等级为C50,抗渗等级不小于P10。

2 钢筋一般宜采用HPB300级和HRB400级钢筋。

3 钢管片选用Q235B钢。

4 连接件的机械性能等级宜选用5.8级和6.8级,应有较好的耐腐蚀性和抗冲击韧性,表面应进行防腐蚀处理。

12.16 盾构选型

12.16.1 盾构选型主要依据岩土工程勘察报告,按照适用性、可靠性、先进性、经济性相统一的原则进行盾构机选型。

12.16.2 盾构机选型需符合下列要求:

1 适应宁波市复杂的工程地质和水文地质条件,对暗浜、局部土层差异大等不可预知事件有对应措施,遭遇流沙和管涌时能确保施工安全;

2 适应工程环境,确保工程安全,可针对不同区段、不同地质条件进行隧道施工,尽可能选用同类型盾构,实现盾构的灵活配置;

3 满足保护环境的要求,能有效减少施工对周围土体的影响,掘进过程中能确保沿线建筑及地下管线的安全;

4 施工占地少,特别是地面处理设施占地少,且能适应市区道路狭窄、建筑物密集、拆迁难度大等现实条件;

5 满足工期要求,推进速度快,一次无检修推进距离应大于区间隧道长度;

6 应满足通用楔形衬砌环管片的拼装要求,采用专用施工轴线修正计算软件,逐环调整楔形衬砌环的旋转角度,进行线路拟合,确保设计轴线的精度要求。

12.17 盾构进出洞设计

12.17.1 盾构进出洞前,应对洞口处土体进行冻结或水泥系预加固等措施,加固体的范围和施工工艺应根据工程地质和水文地质条件确定。一般水泥系地基加固范围为洞口周围3m,加固长度为盾构洞口外9m。加固后土体强度需达到以下指标:28天无侧限抗压强度不小于0.8MPa,渗透系数K≤1×10-7cm/s。同时由于加固区与非加固区土体软硬程度有差异,为避免端头井、加固区与非加固区间的不均匀沉降,宜在其间设置变形缝。

12.17.2 盾构进出洞口处,应在管片与盾构井井壁间设置现浇钢筋混凝土环梁。出洞口处并应设置洞口密封橡胶板。

12.18 盾构隧道注浆要求

12.18.1 盾构推进时,需对盾构外围环形空隙进行同步注浆。同步注浆宜采用单液浆,一般要求浆液密度不小于1.9 g/cm3,泌水率不大于5%,坍落度为12~16 cm;20小时的屈服强度不小于800Pa,7天的抗压强度R7≥0.15MPa,28天的抗压强度R28≥1.0MPa,并确保在列车振动和7度地震下不液化。浆液必须通过试验确定配比。

12.18.2 联络通道、进出洞、与既有线路交叉、下卧层为砂性土区段等地段,或环境条件对沉降有严格要求时,盾构管片应增设注浆孔,以利用注浆孔进行二次注浆。

12.19 矿山法隧道结构设计

12.19.1 矿山法施工的暗挖隧道宜采用复合式衬砌,初期支护和二次衬砌之间应施作防水层,二次衬砌采用防水钢筋混凝土浇筑,抗渗等级不小于P8。

12.19.2 复合式衬砌初期支护的组成应根据围岩的性质及状态、地下水情况、隧道断面尺寸及其埋置深度等条件确定。一般采用锚喷支护,以网喷混凝土、格栅或钢拱架和锚杆(管)为主要支护手段,辅助工程措施主要采用小导管注浆、大管棚等。

1 系统锚杆应沿隧道周边梅花形均匀布置,其方向应接近于径向或垂直岩层。隧道边墙部位宜采用普通砂浆锚杆,拱部应优先采用组合中空锚杆。自稳时间短、初期变形大的软弱围岩地层可增加锚杆长度或采用自钻式锚杆。

2 自稳时间短、初期支护变形大的地层,或对地面下沉量有严格限制时,应采用钢架。根据围岩条件不同,可选择仅在隧道拱部设置的钢架或在拱部及墙部设置的开口式钢架。在软弱围岩中应采用封闭式钢架。格栅钢架主筋的直径不宜小于22mm,钢架之间采用纵向钢筋连接,其直径一般为22mm。

3 Ⅱ级、Ⅲ级围岩中可采用钢筋网喷射混凝土作为初期支护,其厚度不宜小于100mm,钢筋网应由直径6~8mm的钢筋焊接而成,网格间距宜为150~200mm,钢筋网搭接长度应为1~2个网孔。

12.19.3 复合式衬砌的初期支护(含围岩的支护作用)应按主要承载结构设计,承担施工期间的全部荷载,其设计参数可采用工程类比法确定,施工中通过监控量测进行修正;浅埋大跨度、围岩或环境条件复杂、形式特殊的结构,应通过理论计算进行检算;并应符合下列规定:

1 岩石隧道应利用围岩的自承受能力;

2 土质隧道应采用较大的初期支护刚度,并注意及时施作二次衬砌。

12.19.4 复合式衬砌的二次衬砌设计应根据其施工时间、施工后荷载的变化情况、工程地质和水文地质条件、埋深和耐久性要求等因素,遵循下列原则:

1 应考虑在长期使用过程中,外部荷载因初期支护材料性能退化和刚度下降向二次衬砌的转移,转移量应结合具体区间所处具体地质情况进行判断。

2 作用在不排水型结构上的水压力由二次衬砌承担。山岭隧道埋深大于50m,结构计算时可考虑水压力折减,系数按类似工程经验综合取值。

12.19.5 衬砌结构的刚度在全断面中应尽量均匀,防止应力集中。仰拱矢跨比宜采用1∶5~1∶6。

12.19.6 矿山法施工应创造无水施工的条件。环境条件允许时,施工期间可适当采用辅助性地面降水或注浆堵水措施。

12.19.7 隧道施工若采用地下爆破作业,应根据地面环境要求采取控制爆破,同时应进行震动速度的量测和控制,调查周边影响范围内的建、构筑物现状,做出相应评估,必要时采取措施确保其在长期爆破震动作用下的安全。

12.19.8 单洞双层结构应注意结构设计的合理性,施工过程中应严格控制由上向下施作初期支护的施工工艺,确保结构安全。

12.19.9 山岭隧道穿越硬岩段,应减少初期支护厚度并取消格栅钢架,适当增加二次衬砌厚度以满足抗水压要求,可考虑二次衬砌只承受水压;当山体较高,根据水压计算的二次衬砌较厚时,可考虑采取防排结合的措施。

12.19.10 施工竖井和横通道的数量、位置和断面尺寸应根据围岩条件、环境保护、施工工期综合分析确定。施工竖井及施工横通道设计宜结合永久横通道一并实施,支护结构必须结合具体地质情况确定。

12.19.11 矿山隧道在施工过程中宜根据沉降监测信息及时进行跟踪注浆;铺设防水板前应对初期支护背后进行注浆,保证初期支护表面满足地下结构防水规范的相关要求;二次衬砌施工时应预埋注浆管,填充初期支护与二次衬砌间的空隙。同时,隧道设计应计入注浆引起的附加荷载。

12.19.12 工程材料的适用宜符合下列要求:

1 矿山法施工的混凝土结构,在侵蚀性介质中的混凝土耐蚀系数不应小于0.8,一般环境条件下的混凝土设计强度等级不得低于下列规定:

1)初期支护采用湿喷混凝土,强度等级不低于C25,抗渗等级不小于P6;

2)二次衬砌采用现浇混凝土或钢筋混凝土,强度等级不低于C35,抗渗等级不小于P8。

2 钢筋一般宜采用HPB300级和HRB400级钢筋,有特殊要求时,经技术经济比较也可采用强度更高的钢筋;

3 钢结构构件一般采用Q235B钢。

12.20 联络通道、废水泵房设计

12.20.1 矿山法施工的联络通道、废水泵房,采用复合式衬砌,其初期支护应按主要承载结构设计。二次衬砌设计采用荷载—结构模式进行计算,可采用空间板壳单元模型或平面框架模型计算内力和变形,见图12.20.1。

图12.20.1 联络通道、废水泵房平面框架计算模型

12.20.2 计算荷载应符合下列规定:

1 地层垂直土压力Q1(kPa)。

2 水平土压力E:可取主动土压力式或经验系数法计算。

式中:k0——侧向土压力系数。

γi——通道顶各层土的重度标准值(kN/m3);

hi通道顶各层土的厚度(m);

c, φ——通道所各在土层的黏聚力标准值(kPa),内摩擦角标准值(°)。

3 外水压力:通道结构顶部的水压力W1

4 结构内部荷载:泵房结构内部的水压力W0等。

5 水反力:通道结构底板底部的水压力W2

6 地震作用。

7 侧向地层抗力及地基反力按结构型式及其在荷载作用下的变形、结构与地层刚度、施工方法等情况及土层性质,根据所采用的结构计算简图和计算方法加以确定。

12.20.3 施工技术应符合下列要求:

1 在联络通道、废水泵房等特殊区段,应采用“钢管片+钢与钢筋混凝土管片”组成的复合衬砌管片。

2 盾构推进至拟建联络通道、泵站处拼装特殊衬砌环管片。

3 在拟建联络通道、泵站处先进行地基加固。一般采用冻结法加固地基,同时需考虑冻胀和融沉对隧道结构安全的影响,冻胀和融沉引起的隧道最大直径变形不大于10mm,最大融沉量不大于20mm,最大融沉速率不大于0.5mm/月。

4 融沉注浆应采用适当的注浆工艺、注浆材料及注浆工序,注浆过程中应遵照多点、少量、多次、均匀的循序渐进原则,并根据隧道、地面、管线以及建筑物的沉降和解冻温度场的监测,适时调整注浆量和注浆时间间隔,确保沉降稳定。

5 联络通道施工前,在隧道内架设临时支撑,以确保衬砌环在洞口打开及开挖过程中不变形。

6 打开洞口,采用矿山法修建联络通道和泵站。

12.20.4 矿山法施工的通道结构应符合下列要求:

1 初期支护应具有足够的强度和刚度,环向应及时封闭,根据监测数据反馈的信息,及时调整支护、衬砌的设计参数和施工方法。

2 一般情况下,应尽量避免初期支护尚未基本稳定即施作二次衬砌。在特殊情况下,当不得不提前施作二次衬砌时,二次衬砌应有足够的强度与刚度,以确保隧道的安全。

3 矿山法施工通道引起的地表沉降量限制值,应视周围的条件确定,一般情况下其限制值为20mm。当上部有重要建筑物或地下管线时,上述数值应按具体情况允许的条件确定。

4 隧道设计应采用信息化设计,在施工中加强现场的监控量测工作,并根据现场地质条件、施工量测反馈信息,及时调整相关设计参数。

12.20.5 工程材料的选用宜符合下列要求:

1 混凝土强度等级为C40,抗渗等级不小于P10;

2 钢筋宜采用HPB300级和HRB400级钢筋。

12.21 矩形顶管结构设计

12.21.1 矩形顶管结构符合下列规定:

1 在满足工程使用、结构受力、防水和耐久性等要求的前提下,结构选用预制钢筋混凝土管节;

2 矩形顶管管节宜采用平面框架模型计算内力和变形;

3 管节宽度宜采用1.5m;

4 管节接头应采用“F”形钢板接头,能适应容许的变形并满足防水要求。

12.21.2 管节与工作井内衬间采用现浇钢筋混凝土圈梁。

12.21.3 顶管施工轴线与设计轴线允许偏差小于100mm。

12.21.4 顶管进出洞前,应对洞口处土体进行加固,加固体的范围和施工工艺应根据工程地质和水文地质条件确定。

12.21.5 工程材料的选用宜符合下列要求:

1 管节混凝土强度等级为C50,抗渗等级为P8;

2 钢筋宜采用HPB300级和HRB400级钢筋;

3 钢板宜选用Q235B钢。

12.22 应急疏散平台

12.22.1 应急疏散平台的结构设计使用年限为50年,平台板选用应满足结构荷载及使用要求,同时满足耐久性及相关消防规范要求。

12.22.2 区间纵向应急疏散平台的宽度应符合下列规定:

1 单侧临空时,平台的宽度不宜小于0.6m;

2 双侧临空时,平台的宽度不宜小于0.8m。

12.22.3 应急疏散平台所有钢结构构件应采取防迷流措施。

12.23 构造要求

12.23.1 钢筋的混凝土保护层厚度应符合下列规定:

1 钢筋的混凝土保护层厚度应根据结构类别、环境条件和耐久性要求等确定;

2 地下结构受力钢筋的混凝土保护层的厚度不得小于钢筋的公称直径d

3 一般环境条件下的混凝土保护层厚度(最外层钢筋的保护层)应符合表12.23.1的规定。

表12.23.1 最外层钢筋的混凝土保护层最小厚度(单位:mm)

注:①混凝土保护层是指构件外表面到钢筋(主筋、架立筋、箍筋、分布筋等)外表面的最短距离;

②混凝土保护层最小厚度已包括施工误差值;

③矿山法隧道施工,当二次衬砌的厚度大于50 cm时,主筋的保护层厚度采用40mm。

12.23.2 结构钢筋配置应按强度计算和裂缝宽度验算进行,并符合下列规定:

1 受力钢筋的最小配筋率ρmin为0.2 %。

2 分布钢筋最小配筋率符合下列规定:

1)矩形顶管结构内外侧为0.25%,间距不大于150mm;

2)矿山法结构的内外侧为0.2%,间距不大于150mm,不宜小于16@150,以减小收缩裂缝;

3)盾构法圆形隧道结构分布筋及构造筋由计算确定。

12.24 监控和监测

12.24.1 盾构区间隧道施工时周边的环境保护要求和标准:

1 盾构掘进前,必须掌握施工影响范围内的地面建筑物、构筑物、地下管线、地下障碍物、地下设施等的结构现状、性质、重要性,并评估区间隧道施工对其影响。对区间隧道临近重要建、构筑物施工应采取相应的技术保护措施。

2 盾构区间隧道施工时,应按沿线工程环境条件划分保护等级以及控制标准。保护等级划分及控制标准可参照表12.24.1。根据该表对区间隧道沿线所处环境条件进行详细调查,确定盾构施工影响范围内重要建、构筑物所对应的保护等级。

表12.24.1 保护等级划分及控制标准

各类建筑物对差异沉降的承受能力可按《建筑地基基础设计规范》(GB 50007)表5.3.4的规定确定相应的控制标准。对重要、特殊的建筑结构应做专门的调研,然后决定允许的变形控制标准。

12.24.2 监控量测项目应符合下列规定:

1 施工中应结合施工环境、工程地质条件、施工方法与进度确定监控量测方案。

2 盾构法隧道监控量测:

1)盾构施工监控量测项目见表12.24.2-1。

表12.24.2-1 盾构施工监控量测项目

2)线路纵向地表沉降观测点应沿线路中线按3~5环间距布设;横向地表沉降观测断面设置一般为50m的间距,应按盾构掘进沿线环境保护要求重点设置,观测范围一般不小于中线两侧10m(大于隧道底埋深),测点间距3~5m。

3)监测频率:盾构切口前20m至盾尾脱出后30m,2次/d;掘进面前后小于50m时,每2天1次;盾尾脱出30m后,当变形速率大于5mm/d,不小于2次/d;当变形速率为1~5mm/d,不小于1次/d;当变形速率为0.5~1mm/d,每2天1次;当变形速率小于0.5mm/d,每周1次或更长。

4)盾构穿越地面建筑物、轨道交通隧道、铁路、桥梁、防汛墙、地下管线等重要构筑物时,除应对穿越体进行观测外,还应增加对其周围土体的变形观测。

3 矿山法隧道监控量测:

1)矿山法隧道施工监测的项目应随地下结构的施工过程进行,应测、选测项目可结合各工点的具体情况,参照《地下铁道工程施工及验收规范》(GB 50299)及有关地方、行业规范(定)进行选用;

2)矿山法施工隧道监控量测项目及测量方法可参照表12.24.2-2。

表12.24.2-2 矿山法施工隧道监控量测项目及量测方法

12.25 地下结构设计的安全风险控制

12.25.1 地下结构设计应遵循“分阶段、分等级、分对象”的基本原则,开展安全风险工程设计工作。

12.25.2 地下结构设计应结合所处的工程地质和水文地质条件、风险源的种类、风险的性质及接近程度等具体情况,采取相应的技术措施,对工程自身风险和环境风险进行控制。

12.25.3 设计阶段除应考虑工程建设期间的安全风险因素外,还应考虑地下工程建成投入使用后可能面临的各种风险。

12.25.4 地下结构的施工方法应与场地的工程地质和水文地质条件相适应,并应采用工艺成熟、安全稳妥、可实施性好、实施风险小的方案。

12.25.5 当新建结构需穿越(含上穿和下穿)重要的既有地下结构设施时,应比选新建地下结构和工法方案,分析可能的风险。

12.25.6 工程筹划时,应结合地下工程的规模和所采用的工法,安排合理的建设时间。