巖層暗挖車站斷面優(yōu)化研究

摘 要：目前在重慶、青島等巖質(zhì)地層中的地鐵車站隧道斷面輪廓主要是在土質(zhì)地層中廣泛采用的五心圓馬蹄形暗挖斷面基礎(chǔ)上，結(jié)合巖層強度高、完整性好、自穩(wěn)能力強的特點發(fā)展而來。文章在總結(jié)重慶地鐵、青島地鐵前期建設(shè)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對巖質(zhì)地層暗挖車站隧道斷面進(jìn)行研究，在計算分析的基礎(chǔ)上，對目前常采用的斷面輪廓進(jìn)行了一定優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：巖質(zhì)地層；車站斷面

地鐵建設(shè)開始于北京、天津、上海等土質(zhì)地層的大城市，地鐵建設(shè)的技術(shù)積累因此也主要來自于土質(zhì)地層。

土質(zhì)地層中暗挖車站常用的工法有中洞法、CRD法，目前最常見的是PBA法。對應(yīng)的暗挖車站斷面均為多拱、多跨的斷面形式。

巖質(zhì)地層暗挖車站常用的工法有雙側(cè)壁導(dǎo)坑、臺階法，斷面均是中間無柱的單拱單跨大斷面，主要是依據(jù)五心圓馬蹄形斷面的思路發(fā)展而來。

重慶是國內(nèi)第一個在巖層中修建地鐵的城市，先后建成開通較新線、一號線、三號線、六號線，在建的有環(huán)線、四號線、五號線、十號線。青島是國內(nèi)第二個在巖層中修建地鐵的城市，三號線即將建成通車。

巖層暗挖車站隧道的經(jīng)驗積累時間較短，目前對暗挖車站隧道斷面輪廓缺乏系統(tǒng)研究，地鐵設(shè)計規(guī)范中也僅提出了原則性的要求。

1 地鐵巖層暗挖車站輪廓現(xiàn)狀

重慶、青島等巖質(zhì)地層暗挖車站均主要采用斷面型式如圖1。內(nèi)輪廓采用五心圓馬蹄形斷面，外輪廓則將內(nèi)輪廓對應(yīng)的R3、R4圓弧分別改為豎直、水平直線，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法施工。

該斷面在五心圓馬蹄形斷面的基礎(chǔ)上針對巖質(zhì)地層的特點進(jìn)行了優(yōu)化。初期支護(hù)采用直墻拱斷面，充分利用了巖層的強度及雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法的特點。二次襯砌外輪廓采用直墻拱，并且將拱腳寬度加大，充分利用拱腳巖層承擔(dān)豎向巖土壓力。

巖質(zhì)地層暗挖車站斷面是否有必要設(shè)置仰拱這是一個需要進(jìn)一步研究的問題。

2 斷面優(yōu)化

經(jīng)計算，暗挖車站斷面彎矩圖、軸力圖如圖2。

由圖2分析可知，隧道仰拱的內(nèi)力比五心圓馬蹄形隧道仰拱小很多。經(jīng)分析，這是因為拱頂巖土松動壓力沿側(cè)墻豎直向下傳遞至拱腳巖層。由于巖層強度高，在豎向壓力的作用下變形小，所以仰拱承擔(dān)的豎向壓力極小，內(nèi)力也較小。仰拱主要承擔(dān)了側(cè)向巖土壓力。五心圓馬蹄形隧道的側(cè)墻與仰拱通過相切圓弧順接，豎向、側(cè)向巖土壓力最終都傳遞至仰拱，豎向巖土壓力主要通過仰拱與地層的接觸面?zhèn)鬟f至地層。

根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)可知，拱的特性在于，在豎向荷載作用下，拱腳支座會產(chǎn)生水平推力，從而拱主要承受軸向壓力，而截面彎矩則相對簡支梁大為減小。

由于巖質(zhì)地層暗挖車站的豎向壓力主要通過二襯拱腳傳至地層，幾乎不傳至仰拱，所以不必設(shè)置仰拱，而采用平板承擔(dān)側(cè)墻傳來的側(cè)向巖土壓力。優(yōu)化后的斷面如圖3。

優(yōu)化后的斷面面積減小17.6m2，仰拱回填混凝土取消13m3/m。

優(yōu)化后的斷面內(nèi)力圖如圖4。

由圖4可知，優(yōu)化后的底板內(nèi)力無太大增加，僅需構(gòu)造配筋即可，說明優(yōu)化后的斷面是合理的。

3 結(jié)語

筆者在總結(jié)重慶、青島前期多年建設(shè)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，經(jīng)理論分析，認(rèn)為巖質(zhì)地層中的暗挖車站不設(shè)置仰拱而采用平底板是合理的，這樣既能減少斷面面積、仰拱回填混凝土，也能減小施工難度、加快工期。

參考文獻(xiàn)

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[2] 地鐵設(shè)計規(guī)范（GB50157-2013）[S].

[3] 地下鐵道工程施工及驗收規(guī)（GB50299-1999）[S].

作者簡介：魏鋒（1979- ），男，重慶人，北京發(fā)展集團股份有限責(zé)任公司，工程師，研究方向：軌道交通等領(lǐng)域的設(shè)計與科研。