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第一章 绪论1、概述地下铁道是指，在大城市中主要在地下修筑隧道，铺设轨道，以电动快速列车运送大量乘客的公共交通体系，故称地下铁道，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。2、国内外地铁的现状和发展前景 1、国内外地铁的现状我国地铁建设事业起步较晚。改革开放以来, 随着国民经济的不断发展, 我国的城市化进程也在逐步加快。经济的发展, 人们生活水平的提高, 城市规模的扩大, 城市人口的急剧增加, 居民出行和物资交流的高度频繁, 城市交通面临着严峻的局势。伴随着我国城市现代化、工业化进程, 地铁这种动力大、不占用地面空间的交通运输设施, 正在大中城市建设中悄然兴起, 并成为解决城市交通问题的最佳选择。目前, 我国已经拥有地铁的城市分别是北京、上海、天津、广州、深圳、大连、武汉、南京、香港和台北这10个城市, 它们多为直辖市、省会城市, 其中北京, 上海, 广州和香港的通车里程已超过100km。正在建设或已获得批复建设地铁的城市还有23 个, 分别是重庆、成都、苏州、杭州、无锡、宁波、沈阳、哈尔滨、乌鲁木齐、西安、郑州、南昌、长沙、合肥、青岛、福州、泉州、东莞、广佛线、贵阳、昆明、南宁、澳门。据我国各城市地铁交通发展规划图显示, 至2016年我国将新建地铁交通线路89条, 总建设里程2500km,投资规模达99373亿元。世界上已经有100多座城市建成了地下铁道，线路总长度超过了7000公里。东京地铁近2000公里，年运量在100亿人次以上。伦敦市内地铁共有9条线，总长408公里。巴黎轨道交通承担了公共交通70%的运量，地铁有15条线，共199公里。纽约市区地铁线共有27条，长443公里。莫斯科拥有一个跨及全市的立体交叉地铁网，总长243公里，140多个车站，由一条环线和8条放射线组成，日运量高达800多万人次，居世界之首。法国巴黎地铁是世界上层次最多的地铁，并建成一条全自动无人驾驶地铁。莫斯科地铁采用一系列高新技术，地铁列车最短间隔只有80秒钟。新加坡地铁均不采用木质、天然纤维等易燃材料，还有一整套灭火救灾的自动监测系统，是世界上最清洁、最安全的地铁之一。美国旧金山地铁列车运行速度高达每小时128公里，为世界地铁列车时速之最。世界上挖得最深的地铁是朝鲜平壤地铁，它埋深达100米左右（一般明挖10米至20米，暗挖埋深20米以上）。2、国内外地铁的发展前景1)从微观角度看, 其发展前景为: 地下街的发展将日益完善,它将从单纯的商业性质演变为包括多功能的、有交通、商业及其他设施共同组成的相互依存的地下综合体。未来在大城市的中心区, 将建设四通八达不受气候影响的地下步行道系统, 它很好地解决了人、车分流的问题, 缩短了地铁与公共汽车的换乘距离,同时把地铁车站与大型公共活动中心从地下道连接起来。未来地下空间的发展是高效地利用空间, 将能源、物流、运输以及排污集中在地下进行处理, 为城市的地上空间预留了一片新鲜的天地。我国地下城的发展还不够完善, 随着经济的发展, 完整高效的地下城将成为现实。2)从宏观角度看, 其发展趋势为: a. 政策更加明晰。地铁交通在城市公交系统中作用越来越大, 有条件的城市将把地铁交通作为优先领域, 超前规划, 适时建设。国家政策导向使地铁交通建设有较好的发展前景。b. 技术更加先进。技术的进步, 一方面提高了地铁运行效率和服务水平; 另一方面,也降低了地铁建设成本。c. 经营模式市场化。地铁经营方式有完全的国有垄断经营模式和市场化经营模式。把市场机制运用在地铁交通运营中已成为一种发展趋势。d. 管理更加法制化。地铁交通管理的法制化起初并不完善。现在, 很多地铁交通实行法制化管理以保障地铁持续、稳定和高效的运行。地铁交通的全面法制化管理是地铁交通发展的重要趋势。e. 建设运营安全化。地铁交通规模宏大, 技术复杂, 其建设和运营阶段安全因素影响极大。一旦发生事故, 将造成重大人员伤亡和财产损失, 必须坚持 安全第一!的理念。.f 设备国产化和标准化。在建设创新型国家国策的指引下, 推进国产化和标准化建设。我们要不断加强组织原始创新、集成创新和引进吸收再创新3、地铁的投资与效益地铁经营是各国城市地铁解决亏补面临的重大课题。由于地铁建设投资巨大，具有公用事业的性质，因此，在正常情况下需要大量公共投资的注入。在一些发达国家城市中，乘客只需支付地铁运营单位成本的20，其余部分全部由政府补贴。以莫斯科为例，其地铁平均票价仅相当于人民币019元，政府每年需要投入60的财政补贴。我国内地目前地铁运营的城市有北京、上海、广州及天津。在这些城市中，广州地铁在短短的2年就取得了明显的绩效。广州地铁1999年年底开始运营以来收入不断增加，2000年一号线运营收入为192亿元，在不计折旧的情况下，运营亏损为2500万元人民币。2001年完成经营总收入为52亿元，实现多种经营利润约6100万元，其中多种经营收入达5000多万元。总公司首次实现了盈亏平衡并略有盈余，资源性开发业务成为地铁弥补运营亏损的重要来源。其次，运营成本控制效果显著。2001年总运营里程为1112万车公里，比2000年的997万车公里增加114；而总运营支出2001年为21886万元，比2000年的21702万元仅增加085；每公里的车成本2001年则比2000年下降了96。广州地铁，经营结构中车费的收入占主体，但其占总收入比重也由2000年的733下降至2001年的6759；与香港地铁主营业务赢利不同，其车费收入即主营业务亏损，2000年、2001年亏损额接近，大约为2500万元；与北京、上海地铁主营业务情况类似，但资源开发性收益增长迅速，有效弥补了主营业务亏损；尤其是房地产收入占总收入的比例由2000年的206上升至2001年的386，升幅达18个百分点，但商贸、广告类比例有所下降，这与其重点发展房地产的政策有关。4、铁隧道的施工方法及各自特点隧道工程施工方法有：明挖法。在拆迁量小的情况下，此法的工程造价低、速度快。但交通干扰大，一般在市区不容易实施。只有在郊区、空旷区，有条件敞口开挖时方可采用。当土体稳定需要时，还应采取支护桩或地下连续墙作基坑支护；当工程结构物处于有地下水干扰的位置，还需采取降排水措施。明挖法施工隧道的工艺相对简单、受力明确，操作方便，但需做好地下管线拆迁或加固稳定、地面交通疏导、环境保护以及基坑安全稳定等工作。遇有基坑石方需要爆破时，必须事先编制爆破方案、申报主管部门批准后方可实施。 盖挖逆筑法。盖挖逆筑法是盖挖法的一种。该法施工是先修筑隧道(或车站)围护墙和支承柱以及结构顶板，然后利用出入口、通风道或单独设置竖井，用自上而下的逆筑法施工单层或多层地下隧道(或车站)结构。此方法介乎明挖法与暗挖法之间，除其顶板为明挖施工外，其余结构均为暗挖施工。这种方法特别适合于城市市区，人口、交通密集繁忙之处。此种方法大部分土方在顶盖及围护墙体结构之内的洞中开挖，适宜于软弱土质地层，地下水稳定在基底高程0.5m以下的地层条件，否则还需要配以降水措施。 盖挖逆筑法施工，一般分两个阶段:地面施工阶段围护墙、中间柱、顶板施工；洞内施工阶段土方开挖、结构、装修和设备安装。土方和器材出人全靠竖井运输。在地面施工阶段，施工对地面交通、市民生活以及地下管道等有:干扰，应该快速而细致地完成。顶板、围护墙、柱是施工期间以及运营期间的主体结构的一部分；施工中完成的楼板是施工阶段帮助侧墙维持稳定和运营期间整体结构的组成部分，当侧墙稳定有需要时，楼板上方和下方需加临时水平撑；底板是完成整个主结构的最后部分，是实现结构闭合的重要环节，对保证隧道(车站)盖挖逆筑施工安全、稳定有重要意义。 喷锚暗挖法。喷锚暗挖法是边挖边支护，约束围岩变位，使围岩和支护结构共同形成支护环、实施稳定的人工掘进作。在土层和不稳定岩体中开挖隧道时，工作面被扰动，为延长围岩稳定时间，必要时还需要采取超前预支护或加固措施(如注浆、冰冻等)，然后再进行挖掘。隧道掘进沿线的地层和地表情况变化万千，因此详细掌握工程地质和水文资料，详细制定开挖工艺、方案，确保挖掘过程中围岩稳定、初期支护及时闭合，是十分重要的。用此法掘进施工中土和器材的进出一般也是通过竖井运输。初期支护结构一般采用钢拱架(拱形断面)加喷射混凝土。整个施工过程以人工操作为主，因此必须确保施工期间隧道内没有水。 喷锚暗挖法施工自始至终处于暗挖土体与隧道结构施筑与置换的动态过程，隧道围岩始终处于稳定与失稳两种态势的交变过程之中。为确保施工过程中隧道围岩稳定，必须采用监控测量的方法，对围岩、支护结构的状态进行实时监测，及时反馈信息，指导安全施工。 为使隧道顺利掘进并保证围岩稳定，施工中常需要配以各种辅助工法。在需要采用钻爆开挖时，对硬岩宜用光面爆破，软岩中宜用预裂爆破，爆破前应进行爆破设计，按规范规定进行试验和修正，并将爆破方案申报公安部门审批同意后可实施。喷锚暗挖法也常用于地铁车站施工。 盾构法。采用盾构机进行隧道掘进施工的方法称为隧道盾构掘进法。盾构机具有开挖、支护、排渣和拼装隧道衬砌管片等功能。常见盾构机种类有敞口式、网格式、土压平衡式、泥水平衡式和气压式等。各种盾构机均有一定适用范围，应根据隧道外径、埋深、地质、地下管线与构筑物、地面环境、开挖面稳定和地表隆沉控制值等控制要求，经过技术、经济比较后进行设备选型，使施工质量高、造价低、又安全。 盾构机以其盾壳作保护，既支承周围土体又保护壳内机具设备和人员安全。在无地下水的地层中，可采用敞口式盾构，用手掘式或半机械方式挖掘正面土体；网格式盾构机在胸板上设有网格，由千斤顶顶进时正面土体受挤压后通过网格挤入胸板内侧，用括板运输机将土运走；土压平衡和泥水平衡式盾构机属于闭胸式机械化盾构机，适用于有地下水、对地表隆沉有严格要求的地层，机头有刀盘，切土进入土舱，机内有螺旋输送机排土(泥水式盾构机采用搅拌器将土舱中的土与水充分搅拌成流态，由泵输送、排出)。 排土速度与掘进速度要有机协调，以保持开挖面土体有一定土压，维持土体稳定，达到控制围岩和地表稳定的目的。 掘进过程中，管片拼装设备逐环拼装管片，形成隧道衬砌。管片之间有止水密封条，安装时便形成止水功能。机头有注浆孔，可进行填空注浆，限制地层沉降，管片可留有注浆孔，可进行二次注浆。为保证机头土舱始终具有土压，还有注浆系统对土舱内的土注浆或水或泡沫，对有些土进行塑流化改性。不同盾构机在设备、工艺和适用条件上都有差别，但基本掘进原则(保持土体稳定、人机安全、环境安全等)是相同的。为此，盾构法隧道施工中，测量监控工作仍然是不可缺少的一个组成部分。盾构施工方法由以下几个步骤组成： 第一，在置放盾构机的地方打一个垂直井，再用混泥土墙进行加固； 第二，将盾构机安装到井底，并装配相应的千斤顶； 第三，用千斤顶之力驱动井底部的盾构机往水平方向前进，形成隧道； 第四，将开挖好的隧道边墙用事先制作好的混泥土衬砌加固，地压较高时可以采用浇铸的钢制衬砌加固来代替混泥土衬砌。 盾构法施工的优点：1、安全开挖和衬砌，掘进速度快； 2、盾构的推进、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。 3、不影响地面交通与设施，同时不影响地下管线等设施； 4、穿越河道时不影响航运，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； 5、在松软含水地层中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优越性。综上所述南京2号线地铁某区段应采用盾构法施工。 第二章 工程概况2.工程概况与设计范围2.1工程概况本段区间正线起讫里程为K41+614.248K44+255.461，长度约2641.213m;出段线起讫里程为K0+00k0+590,长度约590m；入段线起讫里程为K0+104.527K0+785,长度约681.273m。线路位于双龙大道下吉印大道与秣周东路之间，在东南大学与秣周路站端设两个出入段线接轨点，与秣周车辆段之间设出入段线。正线与出线接轨点与区间风机房合建，采用明挖法施工，其余正线采用盾构法施工；入段线过洋山河段采用盾构法施工，其余明挖法施工，出段线采用明挖法施工。区间需下穿吉印大道桥、四横沟桥，侧穿绕越高速公路及匝道桩基、洋山河桥。正线区间平面设2组R=3000曲线、2组R=2000曲线、1组R=1200曲线、1组R=700曲线和1组R=800曲线，竖向设W形坡，先以23、3.2下坡，8、5上坡，然后以28下坡、17上坡。出段线平面设1组R=200曲线，竖向上坡坡度分别为5、35。入段线平面设1组R=500曲线，竖向先以2上坡、4下坡，然后以35上坡。隧道穿越土质主要为-1b1-2粉质粘土、-2b2-3粉质粘土、-2b4淤泥质粉质粘土，土质较差.2.2设计范围本区间包含吉印大道与秣周路站前明挖段盾构井之间正线区间，正线与出段线接轨点明挖段，出入段明挖段，入段线过洋山河盾构段、中间盾构井及与路基段之间明挖部分，区间风机房和联络通道、排水泵站。3.总体方案和风险与工法专家咨询意见落实情况3.1总体方案专家咨询意见落实情况总体方案专家咨询未对本区间提出意见3.2风险与工法专家咨询意见落实情况 （1）盾构下穿吉印大道桥和东南大学东门桥梁处，同意采用注浆加固的保护处理方式；盾构管片设计是应考虑桥梁墩台基础压力对隧道管片的作用。 （2）出段线与正段线接轨点处明挖法基坑上方有一路高6.5m左右的110kv的架空电缆，同意设计单位提出的进行改移的处理方式。对于线高14m左右的110kv架空电缆，可以不改迁，但施工是应选用小型施工机械，并采用竹排架设置安全限，保证施工安全。 回复：同意专家意见（3）入段线下穿洋山河区段，因区间长度较短约330m，推荐采用盾构法施工不经济，建议结合场地环境对明挖法和盾构法进一步技术经济比选后确定。回复：经济比较，由于区间覆土812m，盾构大造价较省，协调矛盾小，因此推荐采用盾构法施工。4.工程与水文地质及评价4.1地形地貌 正线区间地形平坦，地面高程8.2011.80米之间，属于岗间坳洼区地貌单元。 出入段线场地地形起伏较大，人工改造频繁，地面高程约在7.4011.21之间，场地内地表水体很发育，沟塘众多，场地地貌单元为坳沟。4.2地基土物理力学指标4.2.1土的物理性质指标层号名称含水量土重度孔隙比液限塑限塑性指数液性指数wreWLWPIpIL%KN/m3%-2素填土26.519.60.77639.622.017.60.26-1b2-3粉质粘土28.419.40.80235.221.413.80.60-1c2-3粉土夹粉砂30.119.10.84025.216.88.41.84-2b4淤泥质粉质粘土42.617.71.21438.422.615.81.28-3b3-4粉质粘土30.219.10.85832.620.512.10.80-1b1-2粉质粘土24.620.00.70134.720.414.4.031-2b2-3粉质粘土24.519.90.69929.318.411.00.58-2b-d2-3粉土夹粉砂25.219.80.71225.117.08.11.39-3b1-2粉质粘土23.520.10.67933.920.213.70.274.2.2正线基坑设计参数层号土的重度直剪固块三轴快剪基床参数侧压力系数渗透参数rCcqcqCuuuu水平垂直KoKhKvKN/M3Kpa度Kpa度Mpa/mMpa/mx10-6cm/s-2b2-3(18.5)(10)(10)(10)(10)-lb2-319.433.112.636.53.010.014.00.52.581.70-lc2-319.17.622.1(3.6)(32.9)(12.0)(13.0)0.5172.26127.44-2b417.714.111.520.91.07.49.10.67.745.07-3b3-419.126.711.032.02.713.015.30.59.626.60-1bl-220.051.814.853.94.734.537.70.44.733.27-2b2-319.923.516.439.93.220.322.80.53.232.09-2c-d2-319.86.526.7(3.4)(34.4)17.520.30.5136.00113.50-3b1-220.154.114.351.94.821.230.80.4(4.0)(2.5)-4e20.5(8)(25)(3.9)(34.1)(20.0)(25.0)(0.5)(800)(700)K1g-221.0(40)(18)(50)(10)(60.0)(65.0)(0.3)(10)(5)4.2.3出入线基坑设计参数层号土层名称及状态重度rkN/m3直剪固块三轴（UU）无侧限抗压渗透系数基床系数静止侧压力系数柏松比CcqKpacq度CuuKpauu度qukpaKvx10-6cm/sKhx10-6cm/sKvMPa/mKhMPa/mKou-1松散-稍密杂填土18.5515500660.450.31-2软-可塑（局部硬塑）素填土19.2201020790.500.33-3流塑淤泥、淤泥质粘土15.76750550.750.43lb23软-可塑粉质粘土18.8121851012160.530.35-2b4流塑淤泥质粉质粘土、粉质粘土18.01291342700.6228.031556.50.750.43-3b2-3软-可塑粉质粘土19.422181012160.520.34-lb2-3可-硬塑粉质粘土19.33219120280.440.31-2b2可塑粉质粘土（局部软塑、硬塑）19.83616533.12521250.500.33-3b1-2可-硬塑粉质粘土20.04217863.80.530400.430.30-4b2-3软-可塑粉质粘土20.23218504.221018250.510.34-4d1-2中密-密实粉砂20.08315100030400.400.29-4e软-可塑含卵砾石粉质粘土20.0202010024300.450.31K1g-2强风化泥质粉砂岩22.015305070700.380.284.2.4正线其它指标侧压力系数、基床系数（水平、垂直）、无侧限抗压强度、灵敏度指标层号名称基床系数（Mpa/m）无侧限抗压强度静止侧压力系数水平垂直原状qu(Kpa)重塑土qu灵敏度St-lb2-3粉质填土10.014.00.5-lc2-3粉土杂粉砂（12.0）（13.0）0.5-2b4淤泥质粉质粘土7.49.127.17.63.570.6-3b3-4粉质粘土13.015.345.011.73.810.5-1bl-2粉质粘土34.537.70.4-2b2-3粉质粘土20.322.80.5-2c-d2-3粉质夹粉砂17.520.30.5-3b1-2粉质粘土21.230.80.4-4e混合土20.322.80.5K1g-2强风化泥质粉砂岩（60.0）（65.0）(0.3)注：1、括号内数值为经验值；2、试验方法：基床系数在室内采用三轴试验或固结试验的方法测得；静止侧压力系数采用静止侧压力仪进行排水试验测定侧向有效应力与轴向有效应力，计算土的静止侧压力的系数。4.3水文地质4.3.1地下水类型本区间场地地下水主要为孔隙潜水，局部分布有弱承压水，其中孔隙潜水主要赋存于1杂填土、2素填土、层新近沉积土中。1杂填土，结构松散，2素填土，松软，由软、可塑状粉质粘土组成，夹碎块及植物根茎，厚度不均，富水性一般，透水性一般。层新近沉积土，均为粘性土（局部夹粉土、透镜土），厚度较大，富水性差、透水性差。弱承压水主要分布在-2b-d2-3粉土夹粉砂、-4e混合土中，弱承压水含水层厚度相对较小（局部较大），且分布不均、富水性一般、水量一般，水位变化主要受地下水侧向径流补给影响。其余土层属于微透水层，为相对隔水层。场地底部基岩主要为白垩系葛村组泥质粉砂岩，裂隙不甚发育，且呈紧密闭合状，裂隙连通性差，含水微弱。4.3.2地层渗透性场地土层大多为粘性土组成，透水性较差；局部地段浅层分布粉土、粉砂层，透水性较好。风化基岩虽发育少量裂隙，但裂隙多呈闭合状或为细脉充填，其透水性差。基坑开挖深度范围内主要含水层为-lc2-3稍密粉土夹粉砂、-2c-d2-3粉土杂粉砂、-4e混合土，为弱透水性弱承压水地层，但水量一般。4.3.3地下水位勘察期间通过干钻测得地下水位初见水位埋深1.02.0m，地下水静止水位为1.202.8m，地下水无稳定的统一水位，随地势起伏。年水位变化幅度约为0.50.8m。勘察期间通过钻穿弱承压水层隔水板停钻，采用隔水措施，将潜水隔水层隔开，抽干孔中水后，再在钻含水层一定深度，要求稳定时间测量的4e混合土中弱承压水水位埋深约3.004.00m。出水段线抗浮设计水位8.0米。4.3.4地下水腐蚀性评价 南京地区处于湿润区，据岩土工程勘察规范（GB500212001）（2009版）附录G环境类型分类表G0.1规定，按表中规定划分，场地环境类型为II类。按环境类型、腐蚀介质SO4 2-和Mg2+含量及总矿化度判定，场地地表水、地下水和地下水位之上土层对混凝土结构具为微腐蚀。按土层渗透性、PH值、侵蚀性CO2含量和HCO2-含量判定，场地地下水地下水和地下水位之上土层对混凝土结构具为微腐蚀。按水和土中Cl-含量判定，在长期浸水状态或干湿交替作用条件下，地下水和土对混凝土结构中钢筋具为微腐蚀。4.3.5承压水 该地段承压水主要为-2c-d2-3粉土夹粉砂，-4e混凝土，水量一般，承压水头埋深3.004.00米。4.4围岩类别、土石分类根据铁路工程地质勘查规范（TB10012-2007）、铁路隧道设计规范（TB10003-2005），对本场地各个土层进行围岩基本分类和岩土工程施工分级。层号土层名称围岩等级岩土工程施工等级-1杂填土VII-2杂填土VII-lb2-3粉质填土VII-lc2-3粉土杂粉砂VII-2b4淤泥质粉质粘土VII-3b3-4粉质粘土VII-1bl-2粉质粘土VII-2b2-3粉质粘土VII-2c-d2-3粉质夹粉砂VII-3b1-2粉质粘土VII-4e混合土VVIIIK1g-2强风化泥质粉砂岩VIIIK1g-3中风化泥质粉砂岩IVVIV4.5特殊岩土本区间涉及的特殊岩土主要为人工填土、软土和可液化土，1杂填土，结构松散，2，素填土，湿润-饱和，由软可塑状粉质粘土组成，工程地质性质差。由于上述厚度最约8.00m，距离隧道顶部板最近处大于5.00m，因此上述土层对盾构隧道影响不大。场区在浅部局部分布饱和状态的粉土夹粉砂层，在7度抗震设防的情况下，lc23粉土杂粉砂为液化土层，2b4淤泥质粉质粘土，含水性高，流塑，高压缩性，属中等灵敏土，部分隧道位于本层之中，可能对隧道施工有一定的影响.4.6不良地质作用 勘察过程中未发现岩溶，场地地势平缓，无滑坡、泥石流、危岩、活动断裂等不良地质作用和地质灾害。场地局部分布lc23粉土杂粉砂为液化土层。白垩系獦村组强风化泥质粉砂岩厚度较小（仅局部较厚），风化强烈呈沙土状，具有遇水易软化、强度高、压缩性差、渗透性弱的特征。综合判别，场地不良地质作用不甚发育。4.7场地与低级地震效应 根据建筑抗震设计规范（GB50011-2001）附录A，南京地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g,设计地震分组为第一组。 根据铁路工程抗震设计规范（GB50111-2006）判别，本区间覆盖厚度27.6033.60米，根据波速试验成果资料，地面以下25.0米剪切波速为181.2196.9m/s，根据上述规范表4.0.1-2判别，场地类型为III类。正线和出入段线拟建场地可不考虑地震作用下软土层的震陷影响。