埋深對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）有限公司 重慶沙坪壩 400000）

埋深對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）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，而埋深對地下工程的結構設計、施工安全、工程投資等有著重要影響。本文通過調查重慶軌道交通地下工程的埋置深度，發現合理選擇線型和縱坡，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構設計的基礎，直接影響結構荷載大小，特別是豎向地層荷載的取值。重慶軌道交通地下工程依據《鐵路隧道設計規范》進行結構設計，對于深埋隧道，可以充分利用圍巖的自身承載能力，采用相對較弱的支護體系，從而產生顯著的經濟效益；對于淺埋隧道，則應采用較強的支護體系，以確保工程結構的安全。

2 隧道深淺埋判定

2.1 隧道深淺埋臨界值判定

在《鐵路隧道設計規范》中，依據普氏壓力拱理論，當圍巖級別在Ⅰ～Ⅲ級之間時，深淺埋臨界高度H=2ha（ha-深埋隧道垂直荷載計算高度，即塌落拱高）；當圍巖級別在Ⅳ～Ⅵ級之間時，深淺埋隧道的臨界高度H=2.5ha。按此方法，可計算出各級圍巖在不同跨徑（單線區間、雙線區間、車站）的深、淺埋臨界高度。但重慶軌道交通地下工程設計時，是按0.5～3倍洞跨判定各級圍巖下區間和車站隧道的深、淺埋狀態（Ⅲ級：H=0.5～1倍洞跨，Ⅳ級：H=1～2倍洞跨，Ⅴ級：H=2～3倍洞跨）。

以重慶軌道交通地下工程常見的洞跨6m（單線隧道）、12m（雙線隧道）和20m、25m（車站）為例，對比兩種判定方法在Ⅲ～Ⅴ級圍巖下深淺埋臨界值。

表1 不同圍巖級別下鐵路標準與設計標準下深淺埋臨界高度值一覽表（單位：m）

從表1可見，在重慶軌道交通地下工程中，雖然設計時采用的方法比鐵路標準的方法更簡化和利于運用，但在判斷隧道深、淺埋界限值時，設計采用的實際界限值大于鐵路標準的計算值。對于以Ⅳ級圍巖為主的重慶軌道交通地下工程來說，如果地下車站埋深小于40m，則均屬于淺埋，區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狀

以重慶軌道交通已建成運營的1、6號線地下工程為例，按《鐵路隧道設計規范》和設計所采用的深淺埋劃分方法，對暗挖車站和暗挖區間隧道的埋深狀況分別進行統計。

表2 重慶軌道交通1、6號線地下工程深、淺埋比例統計表

根據統計的情況可知，按《鐵路隧道設計規范》設計時，70%以上的暗挖區間隧道屬于深埋，45%的暗挖車站屬于深埋；而設計采用的方法，只有63%的區間隧道屬于深埋，30%的地下暗挖車站屬于深埋。由此可見，設計時采用的深淺埋劃分方法，深埋隧道的比例較鐵路標準的方法更少，即加大了淺埋隧道的比例。對于區間隧道而言，兩種方法比例相差達7%；對于車站而言，則更明顯，達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行《地鐵設計規范》的標準，其結構計算理論主要依據《鐵路隧道設計規范》，在隧道荷載取值時，深埋隧道和淺埋隧道的圍巖豎向壓力計算高度（h）取值有所差異。

表3 隧道圍巖豎向壓力計算高度一覽表

分析可知，按普氏壓力拱理論計算，淺埋隧道圍巖豎向壓力計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，可見深、淺埋隧道在豎向荷載取值時差異明顯。另外，《鐵路隧道設計規范》明確在Ⅳ～Ⅵ級圍巖中，二襯應按承載結構設計，而在重慶軌道交通地下工程結構設計中，淺埋隧道均按其拱部以上全部覆蓋層厚度的巖土柱計入豎向荷載計算高度（即埋深），且全部荷載由二襯承擔，考慮初支失效。

綜上所述，在重慶軌道交通地下工程中，地下結構埋深的設置與深淺埋臨界高度的判定對地下結構設計結構影響很大。

3.2 工程量及投資差異

同樣以重慶軌道交通建成已運營的1、6號線地下工程為例，在圍巖等級相同、結構規模相當的條件下，埋深變化對地下工程的工程量、投資等也有一定的影響。

經過大量的數據統計與分析，埋深對工程量及投資的影響主要表現為：對于暗挖地下車站而言，淺埋的開挖、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%；對于暗挖區間隧道而言，淺埋的開挖、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（厚度、含鋼量）卻比深埋強，投資增加約5～10%。由此可見，淺埋與深埋情況下地下工程的工程量差異主要體現在支護結構的含鋼量上，進而影響投資的變化。

4 埋深對地下工程的主要影響

綜合前面的分析來看，埋深對重慶軌道交通地下工程的主要影響包括：

（1）按《鐵路隧道設計規范》規定，深、淺埋隧道荷載取值差異較大，直接影響隧道結構設計支護參數，影響工程投資。

（2）地下工程埋置過淺，其施工難度和安全風險相應增大；埋置過深，增長了施工通道的長度，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，增加投資的同時還延長了工期。

（3）在重慶軌道交通地下工程實際施工中，洞室開挖后，圍巖總體處于穩定，變形量小，自穩速度快，良好的地質環境為地下工程的成功建設提供了有利條件。區間隧道跨徑小、埋深大，其安全風險相對較小；暗挖地下車站跨徑大、埋深小，其安全風險很大，特別是淺埋暗挖車站，其施工難度和安全風險更大，應是設計和施工關注的重點。

5 結論

重慶特有的山城地貌，給軌道交通線網的規劃帶來極大難度，線型選擇與縱坡設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，大多數地下工程還必須采用暗挖施工的方式。

對于軌道交通地下工程而言，地下暗挖車站應是設計建設關注的重點。按照重慶軌道交通第二輪建設線路預留網絡化運行和車站埋置深度不大于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，降低后期運營成本，建議重慶今后建設的軌道交通地下車站應減少埋深，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，嚴格控制深埋暗挖車站，少采用淺埋暗挖車站，合理地選擇線路和縱坡，可有效降低工程投資、縮短建設工期。

[1]重慶交通科研設計院.《公路隧道設計規范》（JTGD70-2004）[S].北京：人民交通出版社，2004，11.

[2]鐵道第二勘察設計院.《鐵路隧道設計規范》（TB10003-2005）[S].北京：中國鐵道出版社，2005，5.

[3]北京城建設計研究總院.《地鐵設計規范》（GB50157-2003）[S].北京：中國計劃出版社，2003，5.

[4]中華人民共和國水利部.《工程巖體分級標準》（GB50218-94）[S].北京：中國計劃出版社，1995，7.

[5]北京市規劃委員會.《城市軌道交通巖土工程勘察規范》（GB50307-2012）[S].北京：中國計劃出版社，2012，8.

U231

A

1004-7344（2016）07-0159-02

2016-2-20

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