石家庄市城市轨道交通3号线一期工程初步设计浅埋暗挖法衬砌及施工方法专题研究（初稿）铁道第三勘察设计院集团有限公司二零一二年十二月设计单位：铁道第三勘察设计院集团有限公司编写：复核：专业审核：专业审定：总体审定：目录1.专题研究的背景和目的 (2)2.专题研究的主要内容 (2)3.浅埋暗挖法在国内的应用现状(张鹏、龚国栋) (2)4.石家庄城市轨道交通3号线一期工程的工程概况 (2)4.1 工程概况 (2)4.2 工程地质及水文地质概况 (3)5.衬砌结构的研究（刘运生） (13)5.1 衬砌结构形式及计算方法的研究 (13)5.2 衬砌结构断面形式的选择 (13)5.3 结构构造缝的设置（刘运生、谭小兵） (13)6.浅埋暗挖施工工法的研究（张舵） (13)6.1 浅埋暗挖施工工法简介 (13)6.2 标准断面区间浅埋暗挖工法研究（张舵、张鹏） (13)6.3 大跨区间浅埋暗挖工法研究（李军省） (13)6.4 车站浅埋暗挖工法研究（谭小兵） (13)6.5 辅助工法研究 (13)7.研究结论与建议（刘运生、万清） (13)1.专题研究的背景和目的随着城市经济的发展，人口的增加，许多大城市的地面交通已经不能满足日益发展的城市功能的需要，这就促使人们着眼于地下轨道交通的开发与利用，以缓解不堪重负的地面交通状况。
因此，近年来，国内掀起的一股地下轨道交通的建设热潮。
由于城市功能规划受历史上经济、技术的限制，许多地段原有的规划并没有做好应用地下空间的准备，导致现在的地下轨道交通的开发受到既有道路、桥梁、地面建筑及地下管线等因素的制约。
明挖法因为施工严重干扰交通，破坏环境和大量的建筑物、管线的拆迁等因素使工程的实施困难重重；盾构法有时能解决这些难题，但其灵活性差，特别是昂贵的盾构机械，会大大提高工程造价，也使工程的实施步履维艰；在这些特殊的地段上，浅埋暗挖法以其对道路交通、周边环境的影响小，拆迁少，对地质情况的适应性强等特点，显示了其巨大的优越性，在地下工程特别是地铁车站和区间的施工中得到了广泛的应用，充分证明了其灵活性和实用性，取得了良好的效果。
目前，石家庄地铁工程建设正处于起步阶段，在浅埋暗挖施工方面暂时没有成功的工程经验可以借鉴，同类型工程的成功经验也较少，因此在设计前，有必要对浅埋暗挖法衬砌及施工方法进行专题研究，确定出适合石家庄地质条件、周边环境和工程特点的浅埋暗挖衬砌参数和施工方法，更好的指导石家庄市城市轨道交通工程的设计和施工。
2.专题研究的主要内容1）标准断面区间浅埋暗挖衬砌及施工工法；2）大跨区间浅埋暗挖衬砌及施工工法；3）车站浅埋暗挖衬砌及施工工法；3.浅埋暗挖法在国内的应用现状(张鹏、龚国栋)4.石家庄城市轨道交通3号线一期工程的工程概况工程概况石家庄市城市轨道交通3号线一期工程起于西三庄站折返线末端，线路沿联盟路、中华大街和塔北路敷设，下穿西三庄街、友谊大街、和平西路、裕华西路、槐安西路、建设南大街、体育南大街、富强大街、谈固南大街、东二环路等主要相交的城市干道，正线终点设于位同站末端，位同站设于塔北路与东二环路口下方，站后设交叉渡线与车辆段出入线接轨。
沿途主要经过水上公园、柏林小区、铁路运输学校、新百广场、省文化中心、石家庄新客站、卓达居住片区等主要客流集散点。
3号线下穿民心河水系3处，下穿石太铁路1处。
3号线一期工程线路全长19.290km，设站17座，均为地下站，平均站间距1.177km。
本工程设车辆段一座。
工程地质及水文地质概况4.2.1区域地质1）自然地理石家庄市位于太行山东麓，华北平原南部，西依太行山，东、南、北三面为广袤的河北平原。
其地理坐标介于北纬37°04′至38°20′和东经113°32′至117°28′之间。
2）气象石家庄市属暖温带亚湿润大陆性季风气候，四季变化明显，春季干旱少雨；夏季炎热多雨而集中；秋季天高气爽；冬季寒冷干燥。
降水量多集中在6～8月份，约占全年的70%，大风多集中在三四月份。
石家庄为温暖地区。
石家庄市主要气象要素见表4.2.1-1：气象要素表（1974-2003年）表4.2.1-13）河流水文流经本市的河流主要为市区北部的滹沱河，属于海河水系。
4）地形地貌石家庄市所处的平原是河北平原中太行山前倾斜平原的滹沱河冲洪积扇形平原，地形平坦开阔，地势总体上由西、西北向东、东南倾斜，地面坡降为1.5-2.0‰。
地面高程一般在60.0～95.0m之间，建筑物和道路密集，局部地段由于人工挖掘，使地面坑洼不平。
5）地质构造据历史记载，石家庄市区内未发生过6级以上地震灾害，在区域上属基本稳定型。
4.2.2工程地质概况1）场地工程地质分区场地主要位于冲洪积、堆积平原工程地质大区，考虑沿线工程基础最大埋深内主要地层的变化情况，又可大致分成四个分区：工程地质第一分区：西三庄站至二中站，表层黄土状粉质黏土普遍具湿陷性，为非自重I级湿陷性场地，局部为自重II级湿陷性黄土场地；第一层砂厚度较大，其下黏性土厚度较小；下伏碎石土粗颗粒含量较多，以卵砾石为主。
工程地质第二分区：二中站至金利街站前区间，表层黄土状粉质黏土基本不具湿陷性，局部为非自重I级湿陷性黄土场地；第一层砂厚度相对较小，其下黏性土厚度逐渐变大；下伏碎石土粗颗粒含量相对较少，以含卵砾石中粗砂为主，中星路站后可见大透镜体黏性土出现。
工程地质第三分区：金利街站前区间至南卓区间，表层黄土状粉质黏土普遍具湿陷性，为非自重I级湿陷性黄土场地；第一层砂厚度较大，逐渐尖灭，其下黏性土厚度较大；下伏碎石土粗颗粒含量较少，以中粗砂为主，裕华路站前可见大透镜体黏性土出现。
工程地质第四分区：南卓区间至位同站，表层黄土状粉质黏土普遍具湿陷性，为非自重I级湿陷性黄土场地；第一层砂缺失，其下黏性土及上覆黄土状土厚度变化大；下伏碎石土粗颗粒含量较少，以中粗砂为主。
2）场地地形、地貌河北平原中太行山前倾斜平原的滹沱河冲积扇形平原，地形平坦，地面高程67.78～73.87m，线路两侧既有建筑物和道路密集。
图3.2-1 中华北大街图3.2-2 联盟路图3.2-3 中华北大街现状图3.2-4中华南大街现状图3.2-5 小里程向拆迁区图3.2-6大里程向塔北路场区既有建筑的基础范围、埋深及地下管线对本工程影响较大，经走访调查，中华北大街及联盟路段，两侧地下管线密集交错，种类多，约在地下6m内均有分布，部分管线最深可达20多米，其中二中站附近在地下6~15m分布有地下人防工程，场区周边主要建筑物见表3.2-1。
4）场地地层特征场区勘探深度范围内所揭示的地层主要为第四系全新统人工填土层（Q4ml）、第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）、上更新统冲洪积层（Q3al+pl）。
车站、区间所在地层主要有黄土状粉质粘土、粉细砂、粉质粘土、细砂、中砂。
物理力学参数表表4.2.2-24）不良地质①地震液化本场地无地震液化层。
②区域地面沉降石家庄市由于地下水过量开采，导致地面沉降，市区地面沉降仍在持续发展，但是随着自备井开采量减少和南水北调的引入，地下水水位高程下降趋势将减缓。
区域地面沉降对地铁的危害主要表现为：过大的地面沉降将产生不均匀变形，从而导致地铁结构变形。
石家庄区域地面沉降漏斗的范围大，在集中抽取地下水或者渗漏水的地段可能出现不均匀变形。
另外，地铁建成后，周围基坑开挖或高层建筑物建设也将对地铁结构物产生不均匀变形。
5）特殊岩土人工填土：多为杂填土，黄褐色，稍密，稍湿。
由砖头、灰渣、碎石、黏性土等组成。
成分复杂，土质不均，结构松散，在表层普遍分布；局部为素填土，以黏性土为主，土质较均匀，填筑年限较短，土体较松。
地表多为沥青路面及既有建筑物。
湿陷性土：主要为黄土状粉质黏土，黄褐色、褐黄色，场地内普遍分布于第一层砂层之上，层位连续，层厚1.5～12.6m，湿陷系数δ=0.015～0.059，据沿线取样分析：工程地质第一、三、四分区均为Ⅰ级非自重湿陷性场地，其中第一分区西三庄站至泰华站局部为II级自重湿陷性场地；工程地质第二分区仅在十一中站揭示有湿陷性，为Ⅰ级非自重湿陷性场地。
6）土壤冻结深度土壤标准冻结深度为0.6m。
7）土石可挖性分级、围岩分级及承载力特征值土石可挖性分级及承载力特征值一览表表4.2.2-34.2.3 水文地质概况1）地下水类型、水位及动态变化幅度场区地下水类型为第四系孔隙潜水，主要含水层为砂土、卵砾石土。
目前南水北调工程已建成，地下水的开采也受到限制，不排除石家庄市区地下水位有缓慢上升的可能。
本次勘测期间地下水水位埋深33.7~44.3m （高程21.22~35.90m ）。
2）地下水补给、径流、排泄地下水主要接受大气降水、地表水入渗及地下径流补给，地下水径流主要呈由北往南，由西向东趋势，排泄方式以人工开采为主。
3）各地层渗透系数及透水性场区地层在垂直剖面上，自上而下为人工填土、黏性土、砂土、卵砾石土。
主要地基土层的渗透系数及渗透性表2-2。
各地层的渗透系数及透水性 表4.2.3-14）抗浮设防水位抗浮设防水位采用上世纪六十年代的历史最高水位，即水位埋深约地下6m；4.2.4场地地震效应1）地震动参数场区的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第二组。
2）场地土类型及场地类别20m以上场地土类型及建筑场地类型为中软~中硬土，建筑场地类别为Ⅱ类。
25m以上场地土类型及建筑场地类型为中软～中硬土，场地类别为Ⅱ类。
3）建筑抗震地段类别本场地为冲洪积平原，场地平坦开阔，原地面以下地基为中软～中硬土，且无液化土、软土等特殊土，为建筑抗震的一般地段、中等复杂场地。
4.2.5水、土的腐蚀性评价1）水的腐蚀性评价根据国家标准《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001,2009年版）的有关规定，评定水对混凝土结构的腐蚀性时，本工程场地环境类型地下水按I类；评价水对钢筋混凝土结构中的钢筋腐蚀性时，所处环境应为干湿交替。
地下水对混凝土结构在CK1+320～CK2+750、CK6+000～CK7+300、CK8+300～CK10+900 、CK12+900～CK13+450以及CK15+920～CK18+050段落按微腐蚀考虑，其他段落按弱腐蚀考虑；对钢筋混凝土结构中的钢筋在干湿交替环境下，CK0+000～CK5+400、CK8+300～CK10+900以及CK15+920～CK16+930段落按微腐蚀考虑，其他段落按弱腐蚀考虑。
沿线地表水对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋的腐蚀性，表现出与地下水很大的段落相关性。
2）土的腐蚀性评价根据国家标准《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001,2009年版）的有关规定，评定土对混凝土结构的腐蚀性时，本工程场地环境类型地下水按I类；评价土对钢筋混凝土结构中的钢筋腐蚀性时，应按土体状态分别采用A（地下水位以上碎石土、砂土，稍湿的粉土，坚硬、硬塑的黏性土）、B（湿、很湿的粉土，可塑、软塑、流塑的黏性土）。