巖層暗挖車站斷面優(yōu)化研究

　　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(qiáng)度高、完整性好、自穩(wěn)能力強(qiáng)的特點(diǎn)發(fā)展而來(lái)。文章在總結(jié)重慶地鐵、青島地鐵前期建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)巖質(zhì)地層暗挖車站隧道斷面進(jìn)行研究，在計(jì)算分析的基礎(chǔ)上，對(duì)目前常采用的斷面輪廓進(jìn)行了一定優(yōu)化。

　　《建筑施工》(月刊)創(chuàng)刊于1979年，由上海建工(集團(tuán))總公司主辦。其內(nèi)容套萃精英、博采眾長(zhǎng),凸現(xiàn)中華建筑施工之大成,是中國(guó)自然科學(xué)建筑類核心期刊,近期又被評(píng)為"中國(guó)期刊方陣"的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益好的"雙效"科技期刊。

　　地鐵建設(shè)開(kāi)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(lái)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(jiàn)的是PBA法。對(duì)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(tái)階法，斷面均是中間無(wú)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(lái)。

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

　　巖層暗挖車站隧道的經(jīng)驗(yàn)積累時(shí)間較短，目前對(duì)暗挖車站隧道斷面輪廓缺乏系統(tǒng)研究，地鐵設(shè)計(jì)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?jiǎng)t將內(nèi)輪廓對(duì)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(duì)巖質(zhì)地層的特點(diǎn)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(qiáng)度及雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法的特點(diǎn)。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(gè)需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題。

　　2 斷面優(yōu)化

　　經(jīng)計(jì)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?yàn)楣绊攷r土松動(dòng)壓力沿側(cè)墻豎直向下傳遞至拱腳巖層。由于巖層強(qiáng)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(guò)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(guò)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(huì)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(duì)簡(jiǎn)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(guò)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(lái)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(wú)太大增加，僅需構(gòu)造配筋即可，說(shuō)明優(yōu)化后的斷面是合理的。

　　3 結(jié)語(yǔ)

　　筆者在總結(jié)重慶、青島前期多年建設(shè)經(jīng)驗(yàn)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)

　　[1] 關(guān)寶樹(shù).隧道施工力學(xué)基本概論[M].西南交通大學(xué)出版社，1993.

　　[2] 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50157-2013)[S].

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