杭州地鐵4號線東堅盾構區間隧道結構設計

胡 茜

（浙江省交通規劃設計研究院，浙江 杭州 310006）

1 工程概況

杭州地鐵4號線東冠路站～堅塔路站區間為單圓盾構區間隧道設計起止里程為：左線K2+765.735～K3+500.106，長鏈1.781，區間全長為736.152m；右線K2+765.735～K3+500.106，區間全長為734.371m。區間在K3+150.000 設置一個聯絡通道。

地下水位一般為1.30～2.30m，根據區域水文地質資料，淺層地下水水位年變幅為1.0～2.0m。頂板以上土層為①1-1 雜填土、①2 素填土、②1 砂質粉土、③1 砂質粉土和③2 砂質粉土。隧道范圍內主要土層為③3 粉砂夾砂質粉土、③5 粉砂夾砂質粉土和③6 粉砂，局部為③2 砂質粉土和③夾2 砂質粉土。隧道下臥土層為③7-1 粉砂夾淤泥質粉質粘土、③7-2 層狀粉砂、③7-3 粉砂夾淤泥質粉質粘土、⑧1 粉質粘土、⑨1 粉質粘土、⑨2 含砂粉質粘土、⑨夾含粘性土粉砂、⑿0 含粘性土粉砂和泥質粉砂巖。

2 平、縱和橫設計

2.1 設計技術標準

（1）結構設計使用年限為100年。

（2）結構的安全等級為一級，重要性系數為1.1。

（3）結構按7 度抗震設防，抗震等級三級。

（4）結構設計按6 級人防驗算。

（5）襯砌結構變形驗算：計算直徑變形≤2‰D（D 為隧道外徑）。

（6）管片結構允許裂縫開展但不允許貫通，但裂縫寬度≤0.2mm。

（7）結構抗浮安全系數不考慮側壁摩阻力時≥1.05，考慮側壁摩阻力時≥1.1。

（8）盾構區間隧道防水等級為二級。

2.2 平縱斷面設計

該盾構區間平面線路左線由直線段、半徑分別為R=3000m、R=800m的圓曲線段及緩和曲線段組成。右線由直線段、半徑為R=1000m 的圓曲線段及緩和曲線段組成。左右線線路間距在12～15m 左右。線路縱斷面左線上坡坡度為5‰，下坡坡度為6.612‰；右線上坡坡度為5‰，下坡坡度為6.642‰。隧道頂埋深7～10m，線路在K3+100(左K3+100)里程位置達到最高點。

2.3 橫斷面設計

本盾構區間隧道的建筑限界所需直徑為5200mm，另外，考慮盾構隧道施工時將要發生的施工誤差、結構變形、隧道沉降以及測量誤差等，在隧道周邊預留150mm 的裕量，即隧道管片內凈空理論值為R內凈空=5200+150+150=5500mm。

襯砌采用預制鋼筋混凝土管片襯砌，環寬1200mm，環向分6 塊，即3 塊標準塊（中心角67.5°），2 塊鄰接塊（中心角68.75°），一塊封頂塊（中心角20°）。管片之間采用彎螺栓連接，環向每接縫有2 個螺栓，縱向共設16 個螺栓（封頂塊1 個，其它每塊3 個）。管片厚度為350mm，管片環與環之間采用錯縫拼裝。管片楔形量為49.6mm。

3 隧道材料選擇與要求

1）盾構區間隧道采用裝配式鋼筋混凝土管片，混凝土強度等級C50，抗滲等級為P10，加強振搗。

2）聯絡通道初期支護為C25 噴射混凝土，二次襯砌為模筑C35混凝土，抗滲等級為P10。

3）鋼筋混凝土管片的連接螺栓采用Q235 鋼，鋼支撐及其他鋼結構構件一般采用Q235 鋼，焊條E4303。鋼筋等級：普通鋼筋宜采用HPB300 級和HRB400 級鋼筋，焊條E4303、E5003。本工程鋼筋均為抗震鋼筋，要求鋼筋的抗拉強度實測值與屈服強度實測值之比不應小于1.25；鋼筋的屈服強度實測值與屈服強度標準值的比值不應大于1.3，且鋼筋在最大拉力下的總伸長率實測值不應小于9%。

4）管片連接螺栓采用性能等級為5.8 級的普通螺栓，盾構通過液化層段（里程K3+200～K3+387.35 段）螺栓性能等級提高為8.8 級。鋼管片及鋼制預埋件均采用Q235 鋼，焊條：E43 系列。所有外露鐵件均需進行防腐處理。

5）設計使用年限為100年的結構混凝土材料應符合如下要求：

（1）大體積澆注的混凝土避免采用高水化熱水泥，混凝土優先采用雙摻技術（摻高效減水劑加優質粉煤灰或磨細礦渣）頂、底板、側墻宜采用高性能補償收縮防水混凝土。

（2）嚴格控制膠凝材料，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）限制水膠比：C50 最大水膠比0.36；C35 最大水膠比0.50。

（4）混凝土中的最大氯離子含量為0.06%。

（5）宜使用非堿活性骨料；當使用堿活性骨料時，混凝土中的最大含堿量為3.0kg/m3。且不超過水泥重的0.6%。

4 細部構造設計

4.1 管片制造、拼裝精度要求

為保證裝配式結構良好的受力性能，提供符合計算假定的結構工作條件；襯砌制作和拼裝必須達到下列精度：單塊管片制作的允許誤差：寬度±0.3mm；弧、弦長±1.0mm；厚度±1.0mm；內半徑±1.0mm。環向螺栓孔及孔位±1.0mm。

整環拼裝的允許誤差：相鄰環的環面間隙0.6～0.8mm；縱縫相鄰塊間隙為1.5～2.5mm；縱向螺栓孔徑、孔位分別為±1mm，襯砌環外徑±3.0mm。進時軸線誤差≤50mm。

管片加工成品出廠前應進行襯砌環預拼裝。環向、縱向螺栓須擰緊，滿足緊固要求。管片保護層厚度及鋼筋等設計要求均詳見總體院下發的管片通用圖。管片拼裝時勤測隧道與盾構本體間的折角，避免產生折角過大、導致周圈間隙不均，形成局部盾尾密封薄弱區。嚴格控制管片拼裝質量，減少由于拼裝不良引起的混凝土塊剝落，發現碎落及時清除，避免殘留，確保沒有尖利的碎塊擠壓穿越盾尾密封損傷密封裝置。

4.2 聯絡通道結構設計

（1）凈空尺寸

聯絡通道的凈空尺寸，除滿足建筑限界要求、聯絡通道的使用功能及施工工藝要求外，還應考慮施工誤差（含測量誤差在內）、結構變形及沉降等因素，給予必要的富裕量。富裕量應根據隧道所處的地層條件、施工方法以及隧道的使用性質來確定。杭州地區地層軟硬均勻、但承載性較差、結構差異沉降較大，可考慮采用較大的量，該量對于淺埋暗挖法結構取100mm。該裕量由施工單位根據經驗適量外放，保證設計凈空及結構厚度。

聯絡通道通道寬2.5 米，兩端設兩扇門寬1 米的反向開啟的甲級防火門。

（2）聯絡通道襯砌型式

聯絡通道采用礦山法施工，復合式襯砌結構，初期支護與二次襯砌之間設置防水層，聯絡通道的設計如下：

初期支護：鋼架+噴射混凝土（噴射混凝土厚度300mm）

二次襯砌：C35 模筑防水混凝土（厚度450mm）

5 結束語

本文詳細介紹了杭州地鐵4號線東冠路站～堅塔路站區間盾構隧道結構設計，包括區間的設計技術標準、平面、縱斷面和橫斷面設計，管片結構的詳細分塊及其材料的選擇和技術要求，管片制造、拼裝精度要求以及聯絡通道結構設計，可為今后類似工程提供技術指導。

［1］《杭州地鐵4號線一期工程（東冠路站～近江站）東冠路站～堅塔路站區間巖土工程勘察報告》（詳勘階段），2014，1[S].

［2］GB50157-2003 地鐵設計規范[S].

［3］GB50446-2008 盾構法隧道施工與驗收規范[S].