埋深對(duì)重慶軌道交通地下工程影響的探討

馮文件

（重慶軌道交通（集團(tuán)）有限公司 重慶沙坪壩 400000）

埋深對(duì)重慶軌道交通地下工程影響的探討

馮文件

（重慶軌道交通（集團(tuán)）有限公司 重慶沙坪壩 400000）

山城重慶起伏地貌決定了軌道交通地下工程埋深的多樣性，而埋深對(duì)地下工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工安全、工程投資等有著重要影響。本文通過(guò)調(diào)查重慶軌道交通地下工程的埋置深度，發(fā)現(xiàn)合理選擇線(xiàn)型和縱坡，控制地下工程埋置深度，能有效降低工程投資、縮短工期。

埋深；軌道交通；地下工程

1 引言

隧道埋深的判定是地下工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，直接影響結(jié)構(gòu)荷載大小，特別是豎向地層荷載的取值。重慶軌道交通地下工程依據(jù)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)于深埋隧道，可以充分利用圍巖的自身承載能力，采用相對(duì)較弱的支護(hù)體系，從而產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益；對(duì)于淺埋隧道，則應(yīng)采用較強(qiáng)的支護(hù)體系，以確保工程結(jié)構(gòu)的安全。

2 隧道深淺埋判定

2.1 隧道深淺埋臨界值判定

在《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》中，依據(jù)普氏壓力拱理論，當(dāng)圍巖級(jí)別在Ⅰ～Ⅲ級(jí)之間時(shí)，深淺埋臨界高度H=2ha（ha-深埋隧道垂直荷載計(jì)算高度，即塌落拱高）；當(dāng)圍巖級(jí)別在Ⅳ～Ⅵ級(jí)之間時(shí)，深淺埋隧道的臨界高度H=2.5ha。按此方法，可計(jì)算出各級(jí)圍巖在不同跨徑（單線(xiàn)區(qū)間、雙線(xiàn)區(qū)間、車(chē)站）的深、淺埋臨界高度。但重慶軌道交通地下工程設(shè)計(jì)時(shí)，是按0.5～3倍洞跨判定各級(jí)圍巖下區(qū)間和車(chē)站隧道的深、淺埋狀態(tài)（Ⅲ級(jí)：H=0.5～1倍洞跨，Ⅳ級(jí)：H=1～2倍洞跨，Ⅴ級(jí)：H=2～3倍洞跨）。

以重慶軌道交通地下工程常見(jiàn)的洞跨6m（單線(xiàn)隧道）、12m（雙線(xiàn)隧道）和20m、25m（車(chē)站）為例，對(duì)比兩種判定方法在Ⅲ～Ⅴ級(jí)圍巖下深淺埋臨界值。

表1 不同圍巖級(jí)別下鐵路標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下深淺埋臨界高度值一覽表（單位：m）

從表1可見(jiàn)，在重慶軌道交通地下工程中，雖然設(shè)計(jì)時(shí)采用的方法比鐵路標(biāo)準(zhǔn)的方法更簡(jiǎn)化和利于運(yùn)用，但在判斷隧道深、淺埋界限值時(shí)，設(shè)計(jì)采用的實(shí)際界限值大于鐵路標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算值。對(duì)于以Ⅳ級(jí)圍巖為主的重慶軌道交通地下工程來(lái)說(shuō)，如果地下車(chē)站埋深小于40m，則均屬于淺埋，區(qū)間隧道埋深小于兩倍洞跨均屬于淺埋。

2.2 重慶軌道交通地下工程埋深現(xiàn)狀

以重慶軌道交通已建成運(yùn)營(yíng)的1、6號(hào)線(xiàn)地下工程為例，按《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》和設(shè)計(jì)所采用的深淺埋劃分方法，對(duì)暗挖車(chē)站和暗挖區(qū)間隧道的埋深狀況分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

表2 重慶軌道交通1、6號(hào)線(xiàn)地下工程深、淺埋比例統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)統(tǒng)計(jì)的情況可知，按《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)計(jì)時(shí)，70%以上的暗挖區(qū)間隧道屬于深埋，45%的暗挖車(chē)站屬于深埋；而設(shè)計(jì)采用的方法，只有63%的區(qū)間隧道屬于深埋，30%的地下暗挖車(chē)站屬于深埋。由此可見(jiàn)，設(shè)計(jì)時(shí)采用的深淺埋劃分方法，深埋隧道的比例較鐵路標(biāo)準(zhǔn)的方法更少，即加大了淺埋隧道的比例。對(duì)于區(qū)間隧道而言，兩種方法比例相差達(dá)7%；對(duì)于車(chē)站而言，則更明顯，達(dá)20%。

3 深淺埋隧道差異分析

3.1 荷載取值差異

重慶軌道交通地下工程執(zhí)行《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》的標(biāo)準(zhǔn)，其結(jié)構(gòu)計(jì)算理論主要依據(jù)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》，在隧道荷載取值時(shí)，深埋隧道和淺埋隧道的圍巖豎向壓力計(jì)算高度（h）取值有所差異。

表3 隧道圍巖豎向壓力計(jì)算高度一覽表

分析可知，按普氏壓力拱理論計(jì)算，淺埋隧道圍巖豎向壓力計(jì)算高度為深埋隧道的1～2倍左右（超淺埋除外），且淺埋的深度越大（即越接近深淺埋界限值），其荷載增幅越大，可見(jiàn)深、淺埋隧道在豎向荷載取值時(shí)差異明顯。另外，《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》明確在Ⅳ～Ⅵ級(jí)圍巖中，二襯應(yīng)按承載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而在重慶軌道交通地下工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，淺埋隧道均按其拱部以上全部覆蓋層厚度的巖土柱計(jì)入豎向荷載計(jì)算高度（即埋深），且全部荷載由二襯承擔(dān)，考慮初支失效。

綜上所述，在重慶軌道交通地下工程中，地下結(jié)構(gòu)埋深的設(shè)置與深淺埋臨界高度的判定對(duì)地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)影響很大。

3.2 工程量及投資差異

同樣以重慶軌道交通建成已運(yùn)營(yíng)的1、6號(hào)線(xiàn)地下工程為例，在圍巖等級(jí)相同、結(jié)構(gòu)規(guī)模相當(dāng)?shù)臈l件下，埋深變化對(duì)地下工程的工程量、投資等也有一定的影響。

經(jīng)過(guò)大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，埋深對(duì)工程量及投資的影響主要表現(xiàn)為：對(duì)于暗挖地下車(chē)站而言，淺埋的開(kāi)挖、噴混凝土、二襯混凝土每延米的工程量與深埋基本一致，但其初支、二襯的含鋼量卻比深埋高出約5～15%，投資增加約1～5%；對(duì)于暗挖區(qū)間隧道而言，淺埋的開(kāi)挖、二襯混凝土、二襯鋼筋每延米的工程量與深埋基本一致，但其初支參數(shù)（厚度、含鋼量）卻比深埋強(qiáng)，投資增加約5～10%。由此可見(jiàn)，淺埋與深埋情況下地下工程的工程量差異主要體現(xiàn)在支護(hù)結(jié)構(gòu)的含鋼量上，進(jìn)而影響投資的變化。

4 埋深對(duì)地下工程的主要影響

綜合前面的分析來(lái)看，埋深對(duì)重慶軌道交通地下工程的主要影響包括：

（1）按《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，深、淺埋隧道荷載取值差異較大，直接影響隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)，影響工程投資。

（2）地下工程埋置過(guò)淺，其施工難度和安全風(fēng)險(xiǎn)相應(yīng)增大；埋置過(guò)深，增長(zhǎng)了施工通道的長(zhǎng)度，既不方便乘客出入，也不以利消防疏散，還給為地下工程的排水增加難度，增加投資的同時(shí)還延長(zhǎng)了工期。

（3）在重慶軌道交通地下工程實(shí)際施工中，洞室開(kāi)挖后，圍巖總體處于穩(wěn)定，變形量小，自穩(wěn)速度快，良好的地質(zhì)環(huán)境為地下工程的成功建設(shè)提供了有利條件。區(qū)間隧道跨徑小、埋深大，其安全風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較?。话低诘叵萝?chē)站跨徑大、埋深小，其安全風(fēng)險(xiǎn)很大，特別是淺埋暗挖車(chē)站，其施工難度和安全風(fēng)險(xiǎn)更大，應(yīng)是設(shè)計(jì)和施工關(guān)注的重點(diǎn)。

5 結(jié)論

重慶特有的山城地貌，給軌道交通線(xiàn)網(wǎng)的規(guī)劃帶來(lái)極大難度，線(xiàn)型選擇與縱坡設(shè)置基本上就決定了地下工程的埋置深度，而在重慶軌道交通地下工程中，不可能全部采用明挖施工，大多數(shù)地下工程還必須采用暗挖施工的方式。

對(duì)于軌道交通地下工程而言，地下暗挖車(chē)站應(yīng)是設(shè)計(jì)建設(shè)關(guān)注的重點(diǎn)。按照重慶軌道交通第二輪建設(shè)線(xiàn)路預(yù)留網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行和車(chē)站埋置深度不大于30m的要求，為提高安全可靠性、方便乘客、利于疏散救援，有效降低工程投資、縮短工期，降低后期運(yùn)營(yíng)成本，建議重慶今后建設(shè)的軌道交通地下車(chē)站應(yīng)減少埋深，宜遵循“能淺埋不深埋、能明挖不暗挖”的原則，盡可能采用明挖地下站，嚴(yán)格控制深埋暗挖車(chē)站，少采用淺埋暗挖車(chē)站，合理地選擇線(xiàn)路和縱坡，可有效降低工程投資、縮短建設(shè)工期。

[1]重慶交通科研設(shè)計(jì)院.《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD70-2004）[S].北京：人民交通出版社，2004，11.

[2]鐵道第二勘察設(shè)計(jì)院.《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10003-2005）[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2005，5.

[3]北京城建設(shè)計(jì)研究總院.《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50157-2003）[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2003，5.

[4]中華人民共和國(guó)水利部.《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50218-94）[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，1995，7.

[5]北京市規(guī)劃委員會(huì).《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》（GB50307-2012）[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2012，8.

U231

A

1004-7344（2016）07-0159-02

2016-2-20

馮文件（1983-），男，工程師，工學(xué)碩士，主要從事軌道交通建設(shè)方面的工作。