中南大学本科毕业设计 长沙地铁3号线D标段区间隧道施工图设计长沙地铁3号线D标段区间隧道施工图设计毕业论文第1章 绪论1.1地铁简介地下铁道，简称地铁，亦简称为地下铁，狭义上专指在地下运行为主的城市铁路系统或捷运系统；但广义上，由于许多此类的系统为了配合修筑的环境，可能也会有地面化的路段存在，因此通常涵盖了都会地区各种地下与地面上的高密度交通运输系统。1.1.1 地铁的发展世界上首条地下铁路系统是在1863年开通的“伦敦大都会铁路”（Metropolitan Railway），是为了解决当时伦敦的交通堵塞问题而建。当时电力尚未普及，所以即使是地下铁路也只能用蒸汽机车。由于机车释放出的废气对人体有害，所以当时的隧道每隔一段距离便要有和地面打通的通风槽。到了1870年，伦敦开办了第一条客运的钻挖式地铁，在伦敦塔附近越过泰晤士河。但这条铁路并不算成功，在数月后便关闭。现存最早的钻挖式 地下铁路则在1890年开通，亦位于伦敦，连接市中心与南部地区。最初铁路的建造者计划使用类似缆车的推动方法，但最后用了电力机车，使其成为第一条电动地下铁。早期在伦敦市内开通的地下铁亦于1906年全数电气化。1896年，当时奥匈帝国的城市布达佩斯开通了欧洲大陆的第一条地铁，共有5公里，11站，至今仍在使用。中国第一条地铁线路始建于1965年7月1日，1969年10月1日建成通车，使北京成为中国第一个拥有地铁的城市。长沙轨道交通又名长沙地铁，于2009年正式启动建设，目前在建的有轨道交通1号线及2号线一期工程，2号线一期工程将于2013年10月率先正式运营。长沙轨道交通规划中，将于2020年之前建成轨道交通1-6号线主体工程，而至2030年总共将建设10条线路和2条支线路，包括4条市区骨干线、6条市区补充线、2条市域快线，总长425千米。其中，1号线及2号线成“十”字在河东的五一广场相交，3号线及4号线在大河西先导区成“”型相交，这4条线路成为市区骨干线。到2020年末，长沙轨道交通通车里程将达到234.3千米，成为中国修建轨道交通最快的城市。1.1.2 地铁的作用及优点绝大多数的城市轨道交通系统都是用来运载市内通勤的乘客，而在很多场合下城市轨道交通系统都会被当成城市交通的骨干。通常，城市轨道交通系统是许多都市用以解决交通堵塞问题的方法。目前所有城市地下铁路仅为客运服务。 在战争（如第二次世界大战）时，地下铁路亦会被用作工厂或防空洞。不少国家（如韩国）的地铁系统，在设计时都有把战争可能计算在设计内，所以无论是铁路的深度、人群控制方面，都同时兼顾日常交通及国防的需要。 有些地方的地下铁路建筑在地底下为的不单是避开地面的繁忙交通及房屋，还有为避免铁路系统受到户外的恶劣天气的破坏。另外，城市轨道交通系统亦被用作展示国家在经济、社会以及技术上高人一等的指标。例如前苏联的地下铁路系统便以车站装饰华丽出名，而朝鲜首都平壤的地下铁路系统亦有堂皇的装饰。很多地下铁路行走的隧道，都比在主要干线上的为小；所以一般而言地下铁路的列车体积一般比较小。有时隧道甚至能影响列车的形状设计，例如伦敦地铁的部分列车便是。大部分的城市轨道系统都是使用动力分布式（即动车组），而不使用动力集中式。若果使用动力集中式，经常会用推拉运作。此外，部分较为先进的系统已开始引入列车自动操作系统。伦敦、巴黎、台湾、新加坡和香港等地车长都毋需控制列车。更先进的轨道交通系统能够做到无人操控。例如世界上最长的自动化LRT（light rapid transit system）系统温哥华Skytrain，整个LRT所有的车站及列车均为“无人管理”。上海轨道交通1、2、3、4、8号线已经实现有司机全程监控、控制开关门的半无人驾驶，10号线也将试行无人驾驶，届时司机将仅仅进行监控。 地铁因其运量大、快速、正点、低消耗、少污染、乘坐舒适方便等优点，常被成为“绿色交通”。总的来说地铁以下几点优点:(一)节省土地 由于一般大都市的市区地皮价值高昂，将铁路建于地底，可以节省地面空间，令地面地皮可以作其他用途。 (二)减少噪音 铁路建于地底，可以减少地面的噪音。 (三)减少干扰 由于地铁的行驶路线不与其他运输系统（如地面道路）重叠、交叉，因此行车受到的交通干扰较少，可节省大量通勤时间。 (四)节约能源 在全球暖化问题下，地铁是最佳大众交通运输工具。由于地铁行车速度稳定，大量节省通勤时间，使民众乐于搭乘，也取代了许多开车所消耗的能源。 (五)减少污染 一般的汽车使用汽油或石油作为能源，而地铁使用电能，没有尾气的排放，不会污染环境。 发达国家的经验表明，地铁是解决大中城市公共交通运输的根本途径，对于21世纪实现城市可持续发展有非常重要的意义。1.1.3 新奥法施工新奥法新奥地利隧道施工法(New Austria Tunneling Method，简称NATM)，是奥地利隧道工程师腊布锡维于20世纪50年代首先提出的。它是以隧道工程经验和岩体力学的理论为基础，将锚杆和喷射混凝土组合在一起，作为主要支护手段的一种施工方法，经过一些国家的许多实践和理论研究，于60年代取得专利权并正式命名。 新奥法与传统施工方法的区别在于：传统方法认为巷道围岩是一种荷载，应用厚壁混凝土加以支护松动围岩。而新奥法认为围岩是一种承载机构，构筑薄壁、柔性、与围岩紧贴的支护结构（以喷射混凝土、锚杆为主要手段）并使围岩与支护结构共同形成支撑环，来承受压力，并最大限度地保持围岩稳定，而不致松动破坏。新奥法将围岩视为巷道承载构件的一部分，因此，施工时应尽可能全断面掘进，以减少巷道周边围岩应力的扰动，并采用光面爆破、微差爆破等措施。减少对围岩的震动，以保全其整体性。同时注意巷道表面尽可能平滑，避免局部应力集中。新奥法将锚杆、喷射混凝土适当进行组合，形成比较薄的衬砌层，即用锚杆和喷射混凝土来支护围岩，使喷射层与围岩紧密结合，形成围岩-支护系统，保持两者的共同变形，故而可以最大限度地利用围岩本身的承载力。 新奥法施工的基本思想是：充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用以锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护结构的监控、量测来指导地下工程的设计与施工。不可否认，新奥法在具备以往施工方法所没有的优点的同时，也存在不少缺点，不过经过工程技术人员和科技工作者的共同努力一定可以把新奥法不断完善，在我国的现代化建设进程中发挥更加重要的作用。 1.2 目的和意义1.2.1 立题的目的毕业设计是对大学四年学习知识的检验和考察，通过这次毕业设计使学生对本专业的知识有更深一步的了解，和更深一步的掌握，以便在以后的学习工作中能灵活的运用所学专业的知识。1.2.2 立题的意义 毕业设计是大学四年来最重要的一项学习内容，是对四年所学知识的总结与运用。通过大学四年的学习，在课程设计的基础上，运用学过的基础理论和专业知识，结合工程实际，参考国家有关规范、标准、工程设计图集及其他参考资料，独立地完成所要求的设计任务。同时要系统的掌握设计计算步骤、方法，培养我们分析、解决问题的能力，为以后的走上工作岗位，从事有关设计、施工等具体实践工作奠定基础。此次毕业设计可使同学掌握一般铁路隧道的设计流程和主要方法，锻炼学生对铁路隧道结构的设计能力。通过毕业设计的全过程，使学生具备初步直接参加大型隧道工程的设计能力，并具有一定得综合分析和解决实际问题的能力。 本项毕业设计选题是长沙地铁3号线D地段设计施工图，为将来从事地铁设计、施工、管理、维护等工作的毕业生综合运用所学知识提供了很好的机会，这是对我们所学知识的一个综合性很高的考察，并有针对性的在地铁选线、地铁衬砌、支护设计、地铁车站设计、地铁防排水设计、地铁通风照明设计、地铁爆破设计、地铁施工组织设计等方面进行了综合训练，使我们能够更好地掌握、应用我们所学的知识，为我们将来的工作打下良好的基础。第2章 设计总说明2.1 设计标准及遵循规范（1）本隧道施工图设计按初步设计批复意见进行优化。（2）地质资料采用长沙地铁3号线D标段区间工程地质勘察报告。（3）遵循规范：地铁设计规范GB 50157-2003地下铁道工程施工及验收规范GB 50299-1999地铁限界标准CJJ96-2003铁路隧道喷锚构筑法技术规范TB 10108-2002锚杆喷射砼支护技术规范GB 50086-2001地下工程防水设计规范GB50108-2001混凝土结构设计规范GB50010-20012.2 工程概况长沙地铁3号线D标段区间隧道是一条单线隧道，起始桩号是K0+30，终点桩号是K0+330，全场300m，隧道纵面位于1.0%的下坡段。2.3 工程地质2.3.1 地形地貌长沙市地图坐标为东经111531145，北纬27512840，东西长约230公里，南北宽约88公里。地域呈东西向长条形状，地貌北、西、南缘为山地，东南丘陵为主，东北以岗地为主；山地、丘陵、岗地、平原大体各占四分之一。长沙土壤种类多样，可划分9个土类、21个亚类、85个土属、221个土种，总面积1366.2万亩，其中，以红壤、水稻土为主，分别占土壤总面积的70%与25%。其余还有菜园土、潮土、山地黄壤、黄棕壤、山地草甸土、石灰土、紫色土等。2.3.2 地层岩性该隧道洞身经过的地层有第四系全新统坡积砂质黄土、碎石土；二叠系下统炭质板岩、板岩、砂岩，三叠系中统板岩、砂岩等。山坡表层覆盖有第四系全新统坡积黏质黄土，坡积、滑坡堆积粗角砾土、碎石土等。详述如下： 1、砂质黄土（Q4dl3）：分布于隧道进口，厚度38m，淡黄褐黄色，土质不均，含角砾，硬塑。II级普通土，0120kPa。2、粗角砾土（Q4pl6、Q4dl6、Q4sl6）:分布于山坡坡面上及沟谷内，厚28m，灰、青灰色，土质不均，稍湿潮湿，中密，III级硬土，0500kPa。隧道洞身不穿过该土层。3、碎石土（Q4dl7）:分布于山坡坡面，厚度110m，灰青灰色，碎石成分为砂岩、板岩，尖棱状，粒径以6020cm为主，泥质填充。稍湿潮湿，中密， III级硬土，级围岩，0550kPa。4、板岩夹砂岩（T2Sl+Ss）：为洞身主要地层，在火烧沟及隧道出口段出露。以板岩为主，局部夹砂岩，薄层中厚层状，岩质较软，节理发育。强风化层，厚511m，IV级软石，级围岩，0400kPa；弱风化层，IV级软石，级围岩，0600kPa。 5、炭质板岩（P1cSl）：夹于二叠系下统板岩、砂岩层中。灰黑色，板理极发育，薄片薄层状，岩质极软，节理极发育。强风化层，厚520m，III级硬土，级围岩，0300kPa；弱风化层，级围岩，IV级软石，0400kPa。6、板岩（P1Sl）：为洞身主要地层。薄层中厚层状，岩质较软，节理发育。强风化层，厚57m，IV级软石，级围岩，0400kPa；弱风化层，IV级软石，级围岩，0600kPa。7、砂岩（P1Ss）：为洞身主要地层。黄灰色，成分以石英、长石为主，中细粒结构，中厚层厚层状，岩质坚硬，受构造作用强烈，岩体节理发育。强风化层，厚57m， IV级软石，级围岩，0500kPa；弱风化层，IV级次坚石，级围岩，0800kPa。8、压碎岩（Cru）：分布于F3断层及其次生断层f22、f23、f24断层破碎带内。岩性为压碎砂岩、板岩，压碎砂岩岩质硬，具厚层状构造，锤击即碎，呈碎块状，碎块粒径以4060mm为主；压碎板岩岩质软，易发生褶曲，具薄片状构造，节理裂隙极发育。IV级软石，级围岩，0500kPa。2.