有關地鐵隧道結構設計研究

李智

【摘 要】本文立足于地鐵結構模型設計方案的分析， 主要說明了明挖法和盾構法應用范圍與其優(yōu)勢和局限性。以某市1號線A站的建設為案例，通過案例分析粗淺討論了地鐵隧道結構設計在實際工程中的應用。

【關鍵詞】地鐵工程；隧道結構；地鐵車站

一、結構模型設計方案的選擇

（1）明挖矩形結構

明挖矩形結構的地鐵區(qū)間隧道設計又稱明挖法，是指現(xiàn)將隧道部位的巖體或土體全部挖除， 然后修建洞身、洞門，在進行回填的施工方法。明挖法是城市地下隧道式工程發(fā)展初期優(yōu)先采用的一種施工方法，其施工工藝經(jīng)過多年發(fā)展已趨向成熟。明挖法具有施工簡單經(jīng)濟的特點， 車施工風險小。使用一明挖法利于施工者控制施工過程，減小施工風險：可以將工程分進行段。 工程作業(yè)同時進行：對地質(zhì)條件沒有特殊要求。 適用范圍廣：容易對隧道進行防水處理。明挖法在擁有以上幾項優(yōu)點的同時， 由于其施工特點， 在工程期間對周圍環(huán)境有較大的破壞， 需要較大的地面環(huán)境支持施工。在城市內(nèi)進行地鐵隧道工程建設時， 會較大影響城市居民生活作息和城市交通秩序， 工程地點埋設的地下管線都需要拆遷。

在施工地點的地面環(huán)境允許的情況下，對于埋深較淺、跨庫較大的工程區(qū)間應該優(yōu)先采用明挖法以減少施工風險， 減低工程造價。

（2）圓形盾構結構

盾構法屬于暗挖法的一種， 它是全機械化的施工方法。盾構是一種施工機具，同時也是一種強力的臨時支撐結構， 盾構機在地下掘進時， 盾構外殼能夠?qū)χ車膸r土起到支撐作用， 前方的土體被切削裝置破開后通過土運機械排出，再將預制的混凝土管片拼裝， 從而形成隧道結構。盾構法施工因為采用復合防水封墊和預制的管片近行隧道的建設，隧道防水性能好且工程質(zhì)量易于控制。同時，這種施工方法對城市交通與居民生活等地面活動的影響小，施工速度快并且不受施工深度的限制。從另一方面看， 盾構法由于需要在地下掘進， 從經(jīng)濟角度而言， 購置新型盾構機械的費用高昂，對連續(xù)施工長度至少300米的施工區(qū)較為適用。盾構法在有相對均質(zhì)的地質(zhì)條件的軟土地基段施工是順利的， 但是地層中若是有堅硬的巖層或球狀風化體時，盾構機的刀盤磨損較嚴重，會造成掘進進度慢甚至施工停頓的狀況

二、地鐵隧道施工風險分析與控制

與其他工程相比， 地鐵隧道工程是技術要求復雜、投資大、工程建設周期長的大型土術工程。由于隧道工程施工技術復雜， 施工地點地質(zhì)環(huán)境具有不確定性， 工程在施工期內(nèi)的所具有的風險種類紛雜。為了保證施工安全， 減少工程成本，提升施工效率，在地鐵隧道工程進程中要嚴格做到風險控制。

（1）風險分析

風險的分析即是將己經(jīng)識別的風險因素， 如安全性，隧道掘迸和自然環(huán)境等，進行量化處理。目前多數(shù)學者采用的風險評估方法即用兩個數(shù)據(jù)相乘得到的量作為風險大小評價的標準。但是， 這種評價標準會使兩者產(chǎn)生不符合實際風險水平的稀釋作用或者放大作用，在風險評估上存在巨大的盲區(qū)， 不能切合實際地反映出風險水平。因此，適合地鐵隧道工程的一套風險評估系統(tǒng)的建立已經(jīng)十分必要。

（2）風險識別

通過事先對地鐵隧道工程進行風險識別找出施工過程中可能出現(xiàn)的風險就能有效地做到對風險的規(guī)避。由于當前對于地鐵隧道工程風險分析的資料較為缺乏，需要對風險進行種類劃分， 如礦山法隧道施工風險、盾構隧道施風險等， 采取專家調(diào)查的方式提高風險識別的準確度， 有效地避免風險的發(fā)生。

三、案例分析

（1）案例工程

某市地鐵1號線A站是連接室內(nèi)地鐵線路與機場線路的換乘站，是一種雙層島式的地下車站， 采用雙層多跨鋼筋混凝土結構。該車站設市四個出入口；其一是與機場線的換乘通道， 采用暗挖法進行施工；一個安全通道和兩個風道， 采用明挖法施工。

結合目前國內(nèi)的技術水平和經(jīng)濟實力，根據(jù)對A站地質(zhì)環(huán)境的分析研究，綜合1號線地鐵隧道工程的整體布局， 其施工方案如下：

使用盾構法和明挖法相結合的施工方法，先使用盾構法利用盾構先行過站， 建立車站雛形， 而后拆除車站內(nèi)部大部分的盾構管片， 使用明挖法修建車站。這種新型的盾構過站法命名為盾構擴挖法， 即使用盾構法完成地鐵隧道的行車隧道， 再拆除一部分管片使用明挖法在已建成的有車隧道上擴建地鐵車站。

施工設計情況：首先， 在站廳及附屬結構用房基坑使用蓋挖逆作法施工，基坑埋深約為21.6米， 標淮段寬13.7米；其次，開挖拱形斷面跨線風道，其長度約為25.7米， 寬度約為9.5米， 高度約為16.2米；再次， 在車站出口及聯(lián)絡風道外口處使用外徑十米的大盾構迸行進洞與出洞施工；第四， 破除擴挖部分的臨時封堵墻， 形成擴挖工作面從而進行擴挖施下，擴挖形成后其斷面如圖1所示；最后， 擴挖施工完成后分段拆除管片， 設置橫向臨時支撐并且施做二次襯砌

圖1擴挖完成后標準斷面剖面圖

工程地質(zhì)條件：填土層厚度較厚， 局部地區(qū)達到了四米， 土層穩(wěn)定性差，

對基坑支護有不利影響， 邊墻土體圍巖的穩(wěn)定性較差，容易塌落；粉土及粉細砂地層的滲透性差，注漿效果難以保證。而且該地層受到多次的施工擾動，容易出

現(xiàn)土體坍塌的現(xiàn)象；砂土層中有較高含量的石英和長石， 使用盾構法施工時容易造成刀具磨損， 同時為盾構的掘進造成難度。

（2）案例分析

地鐵車站的建設應該綜合各方面因素考慮設計方案，選用合理的結構設計和施工方法。為了確保地鐵車站工程的合理性和安全性， 車站規(guī)模、地質(zhì)條件、地面壞境、車站運行要求及技術經(jīng)濟指標等多個方面都要在考慮范圍之內(nèi)。使用盾構擴挖法完成地鐵車站結構的建設，需要注意以下幾點車站內(nèi)行車隧道在原有的盾構的基礎上進行建設，不采用專門的車站盾構， 使用柔性連接之主體結構和原有的盾構管片的連接處上；提高主體結構與原有盾構管片的連接處的防水性能， 加強盾構管片縱向連接緊密性、防止相鄰管片在拆除管片以進行車站建設時發(fā)生相對位移。

在目前國內(nèi)經(jīng)濟水平下， 盾構擴建法的提出為今后的隧道施工提供理論參考， 其實踐的成功有效的解決了盾構技術發(fā)展不足與施工要求的矛盾， 奠定了今后科研工作的良好基礎。

四、結束語

建筑領域的發(fā)展?jié)摿﹄S著我國社會主義現(xiàn)代化城市的發(fā)展進程的加快而不斷開發(fā)出來， 建筑業(yè)的發(fā)展空間也不斷增加。我們要辯證地看待當前地鐵隧道工程建設的蓬勃發(fā)展， 在肯定地鐵隧道設計結構與施工方法專業(yè)化、多樣化的同時， 也要注意在結構設計上的問題。

參考文獻：

1.賀躍光， 熊莎， 吳盛才，基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的某地鐵基坑工程安全風險模糊評價[J]工程勘察，2013（9）.

2.鐘長平， 周翠英， 魏康林，明挖法擴挖盾構隧道修建地鐵車站施工技術研究[J]廣東土木與建筑，2013（7）.