地鐵隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用

摘要：本文立足于地鐵結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)方案的分析，主要說明了明挖法和盾構(gòu)法應(yīng)用范圍與其優(yōu)勢(shì)和局限性。以某市1號(hào)線A站的建設(shè)為案例，通過案例分析粗淺討論了地鐵隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道結(jié)構(gòu)；地鐵車站；風(fēng)險(xiǎn)避免；

前言

就目前而言，地鐵已經(jīng)成為城市交通的主要發(fā)展方向，地鐵隧道工程在城市建設(shè)項(xiàng)目中占有極大的比重。地鐵區(qū)間隧道的設(shè)計(jì)方案主要有三種：明挖矩形斷面隧道、圓形盾構(gòu)斷面隧道和暗挖馬蹄形斷面隧道。在實(shí)際地鐵隧道工程實(shí)施中需要根據(jù)線路埋深、施工地點(diǎn)的地質(zhì)條件與周邊環(huán)境等因素來選擇不同的設(shè)計(jì)方案以應(yīng)用。

一、結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)方案的選擇

（一）明挖矩形結(jié)構(gòu)

明挖矩形結(jié)構(gòu)的地鐵區(qū)間隧道設(shè)計(jì)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(jìn)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(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，其施工風(fēng)險(xiǎn)小。使用明挖法利于施工者控制施工過程，減小施工風(fēng)險(xiǎn)；可以將工程分進(jìn)行段，工程作業(yè)同時(shí)進(jìn)行；對(duì)地質(zhì)條件沒有特殊要求，適用范圍廣；容易對(duì)隧道進(jìn)行防水處理。明挖法在擁有以上幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，由于其施工特點(diǎn)，在工程期間對(duì)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(jìn)行地鐵隧道工程建設(shè)時(shí)，會(huì)較大影響城市居民生活作息和城市交通秩序，工程地點(diǎn)埋設(shè)的地下管線都需要拆遷。

在施工地點(diǎn)的地面環(huán)境允許的情況下，對(duì)于埋深較淺、跨度較大的工程區(qū)間應(yīng)該優(yōu)先采用明挖法以減少施工風(fēng)險(xiǎn)，減低工程造價(jià)。

（二）圓形盾構(gòu)結(jié)構(gòu)

盾構(gòu)法屬于暗挖法的一種，它是全機(jī)械化的施工方法。盾構(gòu)是一種施工機(jī)具，同時(shí)也是一種強(qiáng)力的臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，盾構(gòu)機(jī)在地下掘進(jìn)時(shí)，盾構(gòu)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(yùn)機(jī)械排出，再將預(yù)制的混凝土管片拼裝，從而形成隧道結(jié)構(gòu)。盾構(gòu)法施工因?yàn)椴捎脧?fù)合防水封墊和預(yù)制的管片進(jìn)行隧道的建設(shè)，隧道防水性能好且工程質(zhì)量易于控制。同時(shí)，這種施工方法對(duì)城市交通與居民生活等地面活動(dòng)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(gòu)法由于需要在地下掘進(jìn)，從經(jīng)濟(jì)角度而言，購(gòu)置新型盾構(gòu)機(jī)械的費(fèi)用高昂，對(duì)連續(xù)施工長(zhǎng)度至少為300米的施工區(qū)較為適用。盾構(gòu)法在有相對(duì)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(jiān)硬的巖層或球狀風(fēng)化體時(shí)，盾構(gòu)機(jī)的刀盤磨損較嚴(yán)重，會(huì)造成掘進(jìn)進(jìn)度慢甚至施工停頓的狀況。

二、地鐵隧道施工風(fēng)險(xiǎn)分析與控制

與其他工程相比，地鐵隧道工程是技術(shù)要求復(fù)雜、投資大、工程建設(shè)周期長(zhǎng)的大型土木工程。由于隧道工程施工技術(shù)復(fù)雜，施工地點(diǎn)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(fēng)險(xiǎn)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(jìn)程中要嚴(yán)格做到風(fēng)險(xiǎn)控制。

（一）風(fēng)險(xiǎn)分析

風(fēng)險(xiǎn)的分析即是將已經(jīng)識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)因素，如安全性，隧道掘進(jìn)和自然環(huán)境等，進(jìn)行量化處理。目前多數(shù)學(xué)者采用的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法即用兩個(gè)數(shù)據(jù)相乘得到的量作為風(fēng)險(xiǎn)大小評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。但是，這種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)使兩者產(chǎn)生不符合實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)水平的稀釋作用或者放大作用，在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估上存在巨大的盲區(qū)，不能切合實(shí)際地反映出風(fēng)險(xiǎn)水平。因此，適合地鐵隧道工程的一套風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)的建立已經(jīng)十分必要。

（二）風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

通過事先對(duì)地鐵隧道工程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別找出施工過程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)就能有效地做到對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的規(guī)避。由于當(dāng)前對(duì)于地鐵隧道工程風(fēng)險(xiǎn)分析的資料較為缺乏，需要對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行種類劃分，如礦山法隧道施工風(fēng)險(xiǎn)、盾構(gòu)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)等，采取專家調(diào)查的方式提高風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的準(zhǔn)確度，有效地避免風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。

三、案例分析

（一）案例工程

某市地鐵1號(hào)線A站是連接室內(nèi)地鐵線路與機(jī)場(chǎng)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(jié)構(gòu)。該車站設(shè)立四個(gè)出入口：其一是與機(jī)場(chǎng)線的換乘通道，采用暗挖法進(jìn)行施工；一個(gè)安全通道和兩個(gè)風(fēng)道，采用明挖法施工。

結(jié)合目前國(guó)內(nèi)的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力，根據(jù)對(duì)A站地質(zhì)環(huán)境的分析研究，綜合1號(hào)線地鐵隧道工程的整體布局，其施工方案如下：

使用盾構(gòu)法和明挖法相結(jié)合的施工方法，先使用盾構(gòu)法利用盾構(gòu)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(gòu)管片，使用明挖法修建車站。這種新型的盾構(gòu)過站法命名為盾構(gòu)擴(kuò)挖法，即使用盾構(gòu)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行車隧道上擴(kuò)建地鐵車站。

施工設(shè)計(jì)情況：首先，在站廳及附屬結(jié)構(gòu)用房基坑使用蓋挖逆作法施工，基坑埋深約為21.6米，標(biāo)準(zhǔn)段寬13.7米；其次，開挖拱形斷面跨線風(fēng)道，其長(zhǎng)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(luò)風(fēng)道外口處使用外徑十米的大盾構(gòu)進(jìn)行進(jìn)洞與出洞施工；第四，破除擴(kuò)挖部分的臨時(shí)封堵墻，形成擴(kuò)挖工作面，從而進(jìn)行擴(kuò)挖施工，擴(kuò)挖形成后其斷面如圖1所示；最后，擴(kuò)挖施工完成后分段拆除管片，設(shè)置橫向臨時(shí)支撐并且施做二次襯砌。

工程地質(zhì)條件：填土層厚度較厚，局部地區(qū)達(dá)到了四米，土層穩(wěn)定性差，對(duì)基坑支護(hù)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(xì)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(dòng)，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(zhǎng)石，使用盾構(gòu)法施工時(shí)容易造成刀具磨損，同時(shí)為盾構(gòu)的掘進(jìn)造成難度。

（二）案例分析

地鐵車站的建設(shè)應(yīng)該綜合各方面因素考慮設(shè)計(jì)方案，選用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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、地面環(huán)境、車站運(yùn)行要求及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等多個(gè)方面都要在考慮范圍之內(nèi)。使用盾構(gòu)擴(kuò)挖法完成地鐵車站結(jié)構(gòu)的建設(shè)，需要注意以下幾點(diǎn)：車站內(nèi)行車隧道在原有的盾構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行建設(shè)，不采用專門的車站盾構(gòu)；使用柔性連接在主體結(jié)構(gòu)和原有的盾構(gòu)管片的連接處上；提高主體結(jié)構(gòu)與原有盾構(gòu)管片的連接處的防水性能；加強(qiáng)盾構(gòu)管片縱向連接緊密性，防止相鄰管片在拆除管片以進(jìn)行車站建設(shè)時(shí)發(fā)生相對(duì)位移。

在目前國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)水平下，盾構(gòu)擴(kuò)建法的提出為今后的隧道施工提供理論參考，其實(shí)踐的成功有效的解決了盾構(gòu)技術(shù)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(chǔ)

結(jié)束語(yǔ)

建筑領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿﹄S著我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化城市的發(fā)展進(jìn)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(dāng)前地鐵隧道工程建設(shè)的蓬勃發(fā)展，在肯定地鐵隧道設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與施工方法專業(yè)化、多樣化的同時(shí)，也要注意在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的問題。

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