青岛地铁土建工程设计技术规范第4稿117改.docx
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青岛地铁土建工程设计技术规范第4稿117改
青岛地铁土建工程设计技术指南
（第4稿）
青岛理工大学
2011年10月
前言
本设计技术指南是由郑颖人院士负责的青岛市地铁公司2010年招标科研项目“青岛地铁土建工程技术规范研究”的子课题——“青岛地铁土建工程土建结构设计技术研究”的研究成果。
由于青岛具有独特花岗岩地质条件，项目研究的目的是编制技术先进、适应青岛当地实际情况，并有较强操作性的科学合理的高水准地方标准，形成《青岛地铁土建工程设计技术规范》。
为此，课题组重点开展了三方面的研究：
①从青岛实际地质条件出发，提出了青岛地铁工程围岩分级标准的修订意见；②在研究深埋与浅埋隧洞的破坏机理的基础上，提出了隧道深、浅埋的科学合理的分界标准，确定浅埋车站的最小埋深和合理埋深；③提出了“基于极限分析的地层-结构法”的隧道设计计算新方法，采用有限元强度折减法求出围岩安全系数，作为围岩失稳破坏的判据，有严格的力学依据，可定量确定各类围岩的稳定性和支护结构（一衬、二衬）的合理尺寸，为青岛地铁减少结构厚度提供定量依据。
在现有相关的国家规范基础上，充分吸收本项目的这些研究成果，同时纳入其它同期招标的青岛地铁科研项目研究的成果，形成了“青岛地铁土建工程设计技术指南”。
编写过程中，我们主要遵循以下几个原则：
（1）以国家标准《地铁设计规范》（GB50157）为主线，参考了《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）、《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）等其它相关标准，对土建工程设计相关的条款进行了编辑整理。
（2）条款编辑以土建工程为核心，突出青岛地铁的特点，体现现代隧道围岩力学与隧洞设计新方法，提升隧道设计水平，同时考虑地铁施工的新技术、新材料、新工艺与新方法。
（3）设计规范条款的修订必须慎之又慎。
本设计指南中的条款，若是新增或修订的条款，都作了标注，并在条文说明里进行了详细的解释；若是原有规范的条款，则在条文说明里给出了出处。
一部设计规范的编制绝非易事，涉及到青岛地铁勘察、设计、施工、监理、验收等方方面面，也不是短时间就能完成的。
本指南只是该科研项目的阶段性成果，是征求意见稿，仍有许多不完善的地方。
恳请青岛地铁公司与有关勘察、设计、施工、监理等单位提出修改建议和意见，以期早日形成青岛地铁土建工程设计技术规范。
1总则
1.0.1为保障青岛市地铁工程建设和使用安全可靠，做到以人为本，功能合理，经济适用，节能环保，技术先进和高效便捷，特制定本规范。
（新增）
1.0.2本标准适用于青岛市新建、改建、扩建等地铁土建工程的设计，凡在本标准中未做规定的，均按国家、行业及地方现行的有关强制性标准执行。
（新增）
1.0.3地铁工程设计，必需符合政府主管部门批准的城市总体规划和城市轨道交通网线规划。
1.0.4地铁的主体结构工程，以及因结构损坏或大修对地铁运营产生重大影响的其他结构工程，设计使用年限应为100年。
1.0.5地铁线路应采用右侧行车和1435mm标准轨距，正线应采用双线线路。
1.0.6设计地铁浅埋、高架及地面线路时，应采取降低噪声、减少振动和减少对生态环境影响的措施，使之符合国家现行的城市环境保护的相关规定。
地铁各系统排放的废气、废水、废物，应达到国家现行的相关排放标准。
1.0.7地铁工程抗震设防烈度，必须符合国家相关的规定，根据当地政府主管部门批准的地震安全性评价结果确定。
1.0.8跨河流和临近河流的地铁地面和高架工程，应按1/100的洪水频率标准进行设计。
对下穿河流和湖泊等水域的地铁隧道工程，当水体可能危及使用安全时，应在隧道穿过水域的两端适当位置，设置防淹门或采取其他防水淹措施。
1.0.9地铁设计除应遵守本规范规定外，尚应符合国家现行有关强制性标准的规定。
2术语
2.0.1地铁metro，undergroundrailway，subway
在城市中修建的快速、大运量用电力牵引的轨道交通。
列车在全封闭的线路上运行，位于城市中心区的线路基本设在地下隧道内，城市中心以外地区的线路一般设在高架桥或地面上。
2.0.2城市轨道交通urbanrailtransit，masstransit
在不同型式轨道上运行的大、中运量城市公共交通工具，是当代城市中地铁、轻轨、单轨、自动导向、磁浮、市域快速轨道交通等轨道交通的统称。
2.0.3设计使用年限designedlifetime
在一般维护条件下，保证工程正常使用的最低时段。
2.0.4主体结构mainstructure
车站与区间承受永久荷载的受力结构。
2.0.5围岩surroundingrock
隧道工程影响范围内的岩土体。
2.0.6围岩压力surroundingrockpressure
隧道开挖后，因围岩变形或松散等原因，作用于支护或衬砌结构上的压力。
2.0.7围岩分级surroundingrockclassification
根据岩体完整程度和岩石坚硬程度等主要指标，按稳定性对围岩进行的分级。
2.0.8限界gauge
限定车辆运行及轨道周围构筑物超越的轮廓线。
限界分车辆限界、设备限界和建筑限界三种，是工程建设、管线和设备安装位置等必须遵守的依据。
2.0.9初始地应力场initialground-stressfield
在自然条件下，由于受自重和构造运动作用，在岩体中形成的应力。
2.0.10作用荷载actionload
施加在结构上的外力和引起结构外加变形或约束变形的原因。
2.0.11松散压力looseningpressure
由于隧道开挖、支护及衬砌背后的空隙等原因，使隧道上方的围岩松动，以相当于一定高度的围岩重量作用于支护或衬砌结构上的压力。
2.0.12竖井verticalshaft
为改善营运通风或施工条件而竖向设置的坑道。
2.0.13仰拱invert
为改善隧道上部支护结构受力条件而设置在隧道底部的反向拱形结构。
2.0.14衬砌lining
为控制和防止围岩的变形或坍落，确保围岩的稳定，或为处理涌水和漏水，或为隧道的内空整齐或美观等目的，将隧道的周边围岩被覆起来的结构体。
2.0.15复合衬砌compositelining
由初期支护和二次衬砌组合而成的衬砌形式。
2.0.16路基subgrade
经开挖和填筑而成的直接支承轨道的基础结构物。
2.0.17基床subgradebed
路基上部承受轨道、列车动力作用，并受水文、气候变化影响而具有一定厚度的土工结构，并有表层与底层之分。
2.0.18明挖法cutandcovermethod
由地面挖开的基坑中修筑隧道的方法。
2.0.19盖挖顺筑法coverandcut-bottomupmethod
明挖法的一种。
方法是在地面修筑维持地面交通的临时路面及其支撑后，自上而下开挖土方至坑底设计标高，再自下而上修筑结构。
2.0.20盖挖逆筑法coverandcut-topdownmethod
明挖法的一种。
其作业顺序与传统的明挖法相反，方法是开挖地面修筑结构顶板及其竖向支撑结构后，在顶板的下面自上而下分层开挖土方分层修筑结构。
2.0.21矿山法miningmethod
传统的矿山法是指用钻眼爆破的方法，修筑隧道的暗挖施工方法。
随着技术的发展，除钻爆法外，现代矿山法还包括新奥法等施工方法。
2.0.22TBM法tunnelboringmachinemethod
利用全断面隧道掘进机（FullRockTunnelBoringMachine）在岩石地层挖掘隧道的一种施工方法。
2.0.23防水等级gradeofwaterproof
根据地铁工程对防水的要求确定的结构允许渗漏水量的等级标准。
2.0.24变形缝deformationjoint
沉降缝与伸缩缝的统称。
2.0.25隧洞围岩安全系数safetyfactoroftunnelrock（新增）
基于有限元强度折减法计算得到的有衬砌或无衬砌隧洞稳定性安全系数。
2.0.26隧洞衬砌安全系数safetyfactoroftunnellining（新增）
将二衬视作弹性材料，按《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）计算得到的衬砌安全系数。
3围岩分级
3.1一般规定
3.1.1围岩分级应采用定性划分和定量相结合的方法综合评判。
3.1.2围岩分级定性特征依据岩石的坚硬程度与岩体完整程度两个基本因素；围岩分级定量指标为岩体基本质量指标BQ和隧洞安全系数。
（新增）
3.1.3岩石坚硬程度和岩体完整程度应采用定性划分和定量指标两种方法确定。
3.1.4本章所述隧洞安全系数为基于有限元强度折减法计算得到的无衬砌隧洞围岩的安全系数。
（新增）
3.2围岩基本质量分级
3.2.1隧道围岩分级的综合评判方法宜采用两步分级，并按以下顺序进行：
1根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素的定性特征和定量的岩体基本质量指标BQ，综合进行初步分级。
2对围岩进行详细定级时，应在围岩基本分级的基础上，结合隧道工程的特点，考虑地下水状态，初始地应力状态等必要的因素进行修正。
3.2.2岩石坚硬程度应按表3.2.2进行定性划分。
表3.2.2岩石坚硬程度的定性划分
名称
定性鉴定
代表性岩石
硬质岩
坚硬岩
锤击声清脆，有回弹，震手，难击碎；浸水后，大多无吸水反应
未风化~微风化的花岗岩、正长岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、英岩、硅质胶结的砾岩、石英砂岩、硅质石灰岩等
较坚硬岩
锤击声清脆，有轻微回弹，稍震手，较难击碎；
浸水后，有轻微吸水反应
1.弱风化的坚硬岩；
2.未风化~微风化的熔结凝灰岩、大理岩、板岩、白云岩、石灰岩、钙质胶结的砂岩等
软质岩
较软岩
锤击声不清脆，无回弹，较易击碎；浸水后指甲可刻出印痕
1.强风化的坚硬岩；
2.弱风化的较坚硬岩；
3.未风化~微风化的凝灰岩、千枚岩、砂质泥岩、泥灰岩、泥质砂岩、粉砂岩、页岩等
软岩
锤击声哑，无回弹，有凹痕，易击碎；浸水后，手可掰开
1.弱风化的坚硬岩；
2.弱风化~强风化的较坚硬岩；
3.弱风化的较软岩；
4.未风化的泥岩等
极软岩
锤击声哑，无回弹，有较深凹痕，手可捏碎；浸水后，可捏成团
1.全风化的各种岩石；
2.各种半成岩
3.2.3岩石坚硬程度定性划分时其风化程度应按表3.2.3确定。
表3.2.3岩石风化程度的划分
名称
风化特征
未风化
结构构造末变，岩质新鲜
微风化
结构构造、矿物色泽基本未变，部分裂隙面有铁锰质渲染
弱风化
结构构造部分破坏，矿物色泽较明显变化，裂隙面出现风化矿物或存在风化夹层
强风化
结构构造大部分破坏，矿物色泽明显变化，长石、云母等多风化成次生矿物
全风化
结构构造全部破坏，矿物成分除石英外，大部分风化成土状
3.2.4岩石完整程度应按表3.2.4进行定性划分。
表3.2.4岩石完整性程度的定性划分
名称
结构面发育程度
主要结构面的结合程度
主要结构面类型
相应结构类型
组数
平均间距（m）
完整
1~2
＞1.0
结合好或结合一般
节理、裂隙、层面
整体状或巨厚层状结构
较完整
1~2
＞1.0
结合差
节理、裂隙、层面
块状或厚层状结构
2~3
1.0~0.3
结合好
块状结构
1.0~0.4
结合一般
较破碎
2~3
1.0~0.4
结合差
节理、裂隙、层面、小断层
裂隙块状或中厚层状结构
>3
0.4~0.2
结合好
镶嵌碎裂结构
结合一般
中、薄层状结构
破碎
>3
0.4~0.2
结合差
各种类型结构面
裂隙块状结构
≤0.15
结合一般或结合差
碎裂状结构
极破碎
无序
结合很差
散体状结构
注：
平均间距指主要结构面（1~2组）间距平均值。
3.2.5结构面的结合程度及其强度参数应根据结构面特征按表3.2.5确定。
（新增）
3.2.6岩石坚硬程度定量指标用岩石单轴饱和抗压强度RC表达。
RC一般采用实测值，若无实测值时，可采用实测的岩石点荷载强度指数Is（50）的换算值，即按式（3.2.6）计算。
（3.2.6）
3.2.7岩石单轴饱和抗压强度（RC）与定性划分的岩石坚硬程度的对应关系可按表3.2.7确定。
（修订）
3.2.8岩体完整程度的定量指标应采用岩体完整性指数（Kv）。
Kv应采用实测值。
当无条件取得实测值时，也可用岩体体积节理数（Jv）按表3.2.8确定对应的值。
表3.2.5结构面结合程度及其强度参数的划分
结构面结合程度
结合状况
起伏度
粗糙度
结构面张开度mm
充填状况
岩体
状况
抗剪强度
c（MPa）
（°）
结合好
铁硅钙质胶结
起伏，粗糙
≤3
胶结
硬岩或较软岩
0.22~
0.13
>35
结合一般
铁硅钙质胶结
起伏，粗糙
3~5
胶结
硬岩或较软岩
0.13~
0.09
35~27
铁硅钙质胶结
起伏，粗糙
≤3
胶结
软岩
分离
起伏，粗糙
≤3，无充填时
无充填或岩块、岩屑充填
硬岩或较软岩
结合差
分离
起伏，粗糙
≤3
干净无充填
软岩
0.09~
0.05
27~18
分离
平直，较粗糙
≤3，无充填时
无充填或岩块、岩屑充填
各种岩
分离
略有起伏，较粗糙
岩块、岩屑夹泥或附泥膜
各种岩
结合很差
分离
平直，光滑（充填物厚度大于起伏差）
泥质或泥夹岩屑充填
各种岩
0.05~
0.02
18~12
分离
平直，很光滑
<=3
无充填
各种岩
结合极差（泥化层）
泥化
夹层
泥
各种岩
根据当地经验确定
注：
①无经验时取表中的低值；②岩体结构面连通性差取表的高值；③岩体结构面浸水时取表中较低值；④当需要考虑施工爆破、卸荷影响而不能及时支护时取表中低值；⑤表中数值已考虑结构面的时间效应。
⑥起伏度：
当RA<1%，平直；1％⑦粗糙度：
很光滑，感觉非常细腻如镜面；光滑，感觉比较细腻，无颗粒感觉；较粗糙，可以感觉到一定的颗粒状；粗糙，明显感觉到的颗粒状。
表3.2.7RC与定性划分的岩石坚硬程度的对应关系
Rc（MPa）
＞50
50~30
30~15
15~5
＜5
坚硬程度
坚硬岩
较坚硬岩
较软岩
软岩
极软岩
表3.2.8Jv与Kv对照表
Jv（条/m3）
＜3
3~10
10~20
20~35
＞35
Kv
＞0.75
0.75~0.55
0.55~0.35
0.35~0.15
＜0.15
3.2.9岩体完整性指数（Kv）与定性划分的岩体完整程度的对应关系可按表3.2.9确定。
表3.2.9Kv与定性划分的岩体完整程度的对应关系
Kv
＞0.75
0.75~0.55
0.55~0.35
0.35~0.15
＜0.15
完整程度
完整
较完整
较破碎
破碎
极破碎
3.2.10定量指标Kv和Jv的测试和计算方法应符合以下规定：
1岩体完整性指标（Kv），应针对不同的工程地质岩组或岩性段，选择有代表性的点、段，测试岩体弹性纵波速度，并应在同一岩体取样测定岩石纵波速度。
按下式计算：
（3.2.10-1）
式中：
vpm——岩体弹性纵波速度（km/s）；
vpr——岩石弹性纵波速度（km/s）。
2岩体体积节理数（Jv（条／m3）），应针对不同的工程地质岩组或岩性段，选择有代表性的露头或开挖壁面进行节理（结构面）统计。
除成组节理外，对延伸长度大于1m的分散节理亦应予以统计。
已为硅质、铁质、钙质充填再胶结的节理不予统计。
每一测点的统计面积不应小于2m×5m。
岩体Jv值应根据节理统计结果按下式计算：
（3.2.10-2）
式中：
Sn——第n组节理每米长侧线上的条数；
Sk——每立方米岩体非成组节理条数（条/m3）。
3.2.11围岩基本质量指标BQ应根据分级因素的定量指标RC值和KV值按式（3.2.11）计算。
BQ=90+3Rc+250Kv（3.2.11）
使用式（3.2.11）时应遵守下列限制条件：
1当RC>50MPa时，按RC=50MPa和KV代入计算BQ值。
2当Kv>0.04Rc+0.4时，应以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入计算BQ值。
（修订）
3.2.12岩体基本质量分级应根据岩体基本质量的定性特征和岩体基本质量指标BQ两者相结合按表3.2.12确定。
两者出现冲突时，以定量指标为准，以定性特征作适当调整。
（修订）
表3.2.12岩体基本质量分级
围岩级别
围岩主要定性特征
围岩基本质量指标BQ或
修正的围岩基本质量指标[BQ]
I
坚硬岩，岩体完整，巨整体状或巨厚层状结构
>430
II
坚硬岩，岩体较完整，块状或厚层状结构；
较坚硬岩，岩体完整，块状整体结构
430~380
III
坚硬岩，岩体较破碎，巨块（石）碎（石）状镶嵌结构；
较坚硬岩或较软岩层，岩体较完整，块状体或中厚层结构
380~330
IV
坚硬岩，岩体破碎，碎裂结构；
较坚硬岩，岩体较破碎~破碎，镶嵌碎裂结构；
较软岩或较硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整~较破碎，中薄层状结构；
330~280
V
较软岩，岩体破碎；
软岩，岩体较破碎~破碎；
极破碎各类岩体，碎裂状，松散结构
<280
3.2.13采用无衬砌情况下隧洞围岩的安全系数作为围岩稳定性等级的定量化指标。
隧道各级围岩的自稳能力判断与对应安全系数如表3.2.13所示，表中将III、IV级围岩按隧洞跨度大小分为两个次级。
（新增）
表3.2.13隧道各级围岩自稳能力判断表
围岩级别
安全系数
自稳能力
Ⅰ
＞3.5
跨度20m，长期稳定，偶有掉块，无塌方
Ⅱ
＞2.4
跨度10m以内，长期稳定，偶有掉块，无塌方
跨度10~20m，稳定，局部可发生掉块，无塌方
Ⅲ
Ⅲ1
＞1.5
跨度10m以内，基本稳定，可发生局部块体掉块，偶有小塌方
Ⅲ2
＞1.25
跨度10~20m，基本稳定~不稳定，可发生局部块体掉落及小塌方，偶有中塌方
Ⅳ
Ⅳ1
＞1.0
跨度10m以内，不稳定，1月~数月内可发生松动变形、小塌方，进而发展为中~大塌方
Ⅳ2
＞0.75
跨度10~20m，不稳定，可稳定数日~1个月，可发生各类塌方
Ⅴ
＜0.75
无自稳能力，极不稳定，可稳定1小时~数日；可发生各类塌方；跨度5m或更小时，当无水时，可稳定数日~1个月
注：
①小塌方：
塌方高度<3m，或塌方体积<30m3；
②中塌方：
塌方高度3~6m，或塌方体积30~100m3；
③大塌方：
塌方高度>6m，或塌方体积>100m3。
3.2.14各级围岩的物理力学参数宜通过室内或现场试验获取，无试验数据和初步分级时，可按表3.2.14选用。
表3.2.14是通过对无衬砌隧洞的围岩稳定性计算，按表3.2.13中确定的安全系数值，对大跨度隧洞反推围岩强度参数得到的。
通过计算就可确定各级围岩在不同埋深情况下的安全系数值。
（新增）
表3.2.14各级围岩岩体的物理力学参数
围岩类别
弹性模量E
（GPa）
泊松比
重度
（KN/m3）
内摩擦角
（）
粘聚力c
（MPa）
I
30
0.22
27
>48
>2.1
20
0.25
27
37~48
1.3~2.1
1
10
0.3
25
32~37
0.5~1.3
2
10
0.3
25
30~35
0.3~1.3
1
3
0.35
24
27~32
0.1~0.3
2
3
0.35
24
25~30
0.1~0.3
Ⅴ
—
—
—
<25
<0.1
3.3围岩分级修正
3.3.1围岩级别应在围岩基本分级的基础上，结合隧道工程的特点，考虑地下水状态、初始地应力状态等必要的因素进行修正。
3.3.2地下水状态的分级宜按表3.3.2确定。
表3.3.2地下水状态的分级
级别
状态
渗水量[L/（min·10m）]
Ⅰ
干燥或湿润
＜10
Ⅱ
偶有渗水
10~25
Ⅲ
经常渗水
25~125
3.3.3地下水对围岩级别的修正，宜按表3.3.3进行。
表3.3.3地下水影响的修正
围岩基本分级
地下水状态分级
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅱ
Ⅰ
Ⅱ
III
IV或V
V
Ⅲ
II
III
IV
V
V
3.3.4围岩初始地应力状态，当无实测资料时，可根据隧道工程埋深、地貌、地形、地质、构造运动史、主要构造线与开挖过程中出现的岩爆、岩芯饼化等特殊地质现象、按表3.3.4评估。
表3.3.4初始地应力场评估基准
初始地应力状态
主要现象
评估基准
（
）
极高应力
1．硬质岩：
开挖过程中时有岩爆发生，有岩块弹出，洞壁岩体发生剥离，新生裂缝多，成洞性差
＜4
2．软质岩：
岩芯常有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体有剥离，位移极为显著，甚至发生大位移，持续时间长，不易成洞
高应力
1．硬质岩：
开挖过程中可能出现岩爆，洞壁岩体有剥离和掉块现象，新生裂缝较多，成洞性较差
4~7
2．软质岩：
岩芯时有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体位移显著，持续时间较长，成洞性差
注：
为岩石单轴饱和抗压强度（MPa）；
为最大地应力值（MPa）。
3.3.5初始地应力对围岩级别的修正宜按表3.3.5进行。
3.3.5初始地应力影响的修正
修正级别围岩基本分级
初始地应力状态
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
极高应力
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ或Ⅳ①
Ⅴ
Ⅴ
高应力
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ或Ⅴ②
Ⅴ
注：
①围岩岩体为较破碎的极硬岩、较完整的硬岩时定为Ⅲ级；围岩岩体为完整的较软岩、较完整的软硬互层时定为Ⅳ级；
②围岩岩体为破碎的极硬岩、较破碎及破碎的硬岩时定为Ⅳ级；围岩岩体为完整及较完整软岩，较完整及较破碎的较软岩时定为Ⅴ级。
3.3.6隧道洞身埋藏较浅，应根据围岩受地表的影响情况进行围岩级别修正。
当围岩为风化层时，应按风化层的围岩基本分级考虑；围岩仅受地表影响时，应较相应围岩降低1~2级。
3.3.7当岩体结构面走向与洞轴线夹角＜30o，结构面倾角为30o~70o，且结构面结合一般或较差时，Ⅲ、Ⅳ级围岩降低一级。
（新增）
4总体设计
4.0.1地铁设计应满足青岛市城市道路交通规划的要求，符合市政府主管部门批准的线网规划，如因特殊原因发生变化应进行专题研
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