杭州地铁4号线东坚盾构区间隧道结构设计

【摘 要】本文详细介绍了杭州地铁4号线东冠路站～坚塔路站区间盾构隧道结构设计，包括区间的设计技术标准、平面、纵断面和横断面设计，管片结构的详细分块及其材料的选择和技术要求，管片制造、拼装精度要求以及联络通道结构设计，可为今后类似工程提供技术指导。

【关键词】地铁；区间盾构隧道；结构设计

1 工程概况

杭州地铁4号线东冠路站～坚塔路站区间为单圆盾构区间隧道设计起止里程为：左线K2+765.735～K3+500.106，长链1.781，区间全长为736.152m；右线K2+765.735～K3+500.106，区间全长为734.371m。区间在K3+150.000设置一个联络通道。

地下水位一般为1.30～2.30m，根据区域水文地质资料，浅层地下水水位年变幅为1.0～2.0m。顶板以上土层为①1-1杂填土、①2素填土、②1砂质粉土、③1砂质粉土和③2砂质粉土。隧道范围内主要土层为③3粉砂夹砂质粉土、③5粉砂夹砂质粉土和③6粉砂，局部为③2砂质粉土和③夹2砂质粉土。隧道下卧土层为③7-1粉砂夹淤泥质粉质粘土、③7-2层状粉砂、③7-3粉砂夹淤泥质粉质粘土、⑧1粉质粘土、⑨1粉质粘土、⑨2含砂粉质粘土、⑨夹含粘性土粉砂、⑿0含粘性土粉砂和泥质粉砂岩。

2 平、纵和横设计

2.1 设计技术标准

（1）结构设计使用年限为100年。

（2）结构的安全等级为一级，重要性系数为1.1。

（3）结构按7度抗震设防，抗震等级三级。

（4）结构设计按6级人防验算。

（5）衬砌结构变形验算：计算直径变形≤2‰D（D为隧道外径）。

（6）管片结构允许裂缝开展但不允许贯通，但裂缝宽度≤0.2mm。

（7）结构抗浮安全系数不考虑侧壁摩阻力时≥1.05，考虑侧壁摩阻力时≥1.1。

（8）盾构区间隧道防水等级为二级。

2.2 平纵断面设计

该盾构区间平面线路左线由直线段、半径分别为R=3000m、R=800m的圆曲线段及缓和曲线段组成。右线由直线段、半径为R=1000m的圆曲线段及缓和曲线段组成。左右线线路间距在12～15m左右。线路纵断面左线上坡坡度为5‰，下坡坡度为6.612‰；右线上坡坡度为5‰，下坡坡度为6.642‰。隧道顶埋深7～10m，线路在K3+100（左K3+100）里程位置达到最高点。

2.3 横断面设计

本盾构区间隧道的建筑限界所需直径为5200mm，另外，考虑盾构隧道施工时将要发生的施工误差、结构变形、隧道沉降以及测量误差等，在隧道周边预留150mm的裕量，即隧道管片内净空理论值为R内净空=5200+150+150=5500mm。

衬砌采用预制钢筋混凝土管片衬砌，环宽1200mm，环向分6块，即3块标准块（中心角67.5°），2块邻接块（中心角68.75°），一块封顶块（中心角20°）。管片之间采用弯螺栓连接，环向每接缝有2个螺栓，纵向共设16个螺栓（封顶块1个，其它每块3个）。管片厚度为350mm，管片环与环之间采用错缝拼装。管片楔形量为49.6mm。

3 隧道材料选择与要求

1）盾构区间隧道采用装配式钢筋混凝土管片，混凝土强度等级C50，抗渗等级为P10，加强振捣。

2）联络通道初期支护为C25喷射混凝土，二次衬砌为模筑C35混凝土，抗渗等级为P10。

3）钢筋混凝土管片的连接螺栓采用Q235钢，钢支撑及其他钢结构构件一般采用Q235钢，焊条E4303。钢筋等级：普通钢筋宜采用HPB300级和HRB400级钢筋，焊条E4303、E5003。本工程钢筋均为抗震钢筋，要求钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值之比不应小于1.25；钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于1.3，且钢筋在最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9%。

4）管片连接螺栓采用性能等级为5.8级的普通螺栓，盾构通过液化层段（里程K3+200～K3+387.35段）螺栓性能等级提高为8.8级。钢管片及钢制预埋件均采用Q235钢，焊条：E43系列。所有外露铁件均需进行防腐处理。

5）设计使用年限为100年的结构混凝土材料应符合如下要求：

（1）大体积浇注的混凝土避免采用高水化热水泥，混凝土优先采用双掺技术（掺高效减水剂加优质粉煤灰或磨细矿渣）顶、底板、侧墙宜采用高性能补偿收缩防水混凝土。

（2）严格控制胶凝材料，C50最小用量360kg/m3，最大用量480kg/m3；C35最小用量300kg/m3，最大用量400kg/m3。

（3）限制水胶比：C50最大水胶比0.36；C35最大水胶比0.50。

（4）混凝土中的最大氯离子含量为0.06%。

（5）宜使用非碱活性骨料；当使用碱活性骨料时，混凝土中的最大含碱量为3.0kg/m3。且不超过水泥重的0.6%。

4 细部构造设计

4.1 管片制造、拼装精度要求

为保证装配式结构良好的受力性能，提供符合计算假定的结构工作条件；衬砌制作和拼装必须达到下列精度：单块管片制作的允许误差：宽度±0.3mm；弧、弦长±1.0mm；厚度±1.0mm；内半径±1.0mm。环向螺栓孔及孔位±1.0mm。

整环拼装的允许误差：相邻环的环面间隙0.6～0.8mm；纵缝相邻块间隙为1.5～2.5mm；纵向螺栓孔径、孔位分别为±1mm，衬砌环外径±3.0mm。进时轴线误差≤50mm。

管片加工成品出厂前应进行衬砌环预拼装。环向、纵向螺栓须拧紧，满足紧固要求。管片保护层厚度及钢筋等设计要求均详见总体院下发的管片通用图。管片拼装时勤测隧道与盾构本体间的折角，避免产生折角过大、导致周圈间隙不均，形成局部盾尾密封薄弱区。严格控制管片拼装质量，减少由于拼装不良引起的混凝土块剥落，发现碎落及时清除，避免残留，确保没有尖利的碎块挤压穿越盾尾密封损伤密封装置。

4.2 联络通道结构设计

（1）净空尺寸

联络通道的净空尺寸，除满足建筑限界要求、联络通道的使用功能及施工工艺要求外，还应考虑施工误差（含测量误差在内）、结构变形及沉降等因素，给予必要的富裕量。富裕量应根据隧道所处的地层条件、施工方法以及隧道的使用性质来确定。杭州地区地层软硬均匀、但承载性较差、结构差异沉降较大，可考虑采用较大的量，该量对于浅埋暗挖法结构取100mm。该裕量由施工单位根据经验适量外放，保证设计净空及结构厚度。

联络通道通道宽2.5米，两端设两扇门宽1米的反向开启的甲级防火门。

（2）联络通道衬砌型式

联络通道采用矿山法施工，复合式衬砌结构，初期支护与二次衬砌之间设置防水层，联络通道的设计如下：

初期支护：钢架+喷射混凝土（喷射混凝土厚度300mm）

二次衬砌：C35模筑防水混凝土（厚度450mm）5 结束语

本文详细介绍了杭州地铁4号线东冠路站～坚塔路站区间盾构隧道结构设计，包括区间的设计技术标准、平面、纵断面和横断面设计，管片结构的详细分块及其材料的选择和技术要求，管片制造、拼装精度要求以及联络通道结构设计，可为今后类似工程提供技术指导。

【参考文献】

[1]《杭州地铁4号线一期工程（东冠路站～近江站）东冠路站～坚塔路站区间岩土工程勘察报告》（详勘阶段），2014，1[S].

[2]GB50157-2003 地铁设计规范[S].

[3]GB50446-2008 盾构法隧道施工与验收规范[S].