巖層暗挖車站斷面優化研究

摘 要：目前在重慶、青島等巖質地層中的地鐵車站隧道斷面輪廓主要是在土質地層中廣泛采用的五心圓馬蹄形暗挖斷面基礎上，結合巖層強度高、完整性好、自穩能力強的特點發展而來。文章在總結重慶地鐵、青島地鐵前期建設經驗的基礎上，對巖質地層暗挖車站隧道斷面進行研究，在計算分析的基礎上，對目前常采用的斷面輪廓進行了一定優化。

關鍵詞：巖質地層；車站斷面

地鐵建設開始于北京、天津、上海等土質地層的大城市，地鐵建設的技術積累因此也主要來自于土質地層。

土質地層中暗挖車站常用的工法有中洞法、CRD法，目前最常見的是PBA法。對應的暗挖車站斷面均為多拱、多跨的斷面形式。

巖質地層暗挖車站常用的工法有雙側壁導坑、臺階法，斷面均是中間無柱的單拱單跨大斷面，主要是依據五心圓馬蹄形斷面的思路發展而來。

重慶是國內第一個在巖層中修建地鐵的城市，先后建成開通較新線、一號線、三號線、六號線，在建的有環線、四號線、五號線、十號線。青島是國內第二個在巖層中修建地鐵的城市，三號線即將建成通車。

巖層暗挖車站隧道的經驗積累時間較短，目前對暗挖車站隧道斷面輪廓缺乏系統研究，地鐵設計規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狀

重慶、青島等巖質地層暗挖車站均主要采用斷面型式如圖1。內輪廓采用五心圓馬蹄形斷面，外輪廓則將內輪廓對應的R3、R4圓弧分別改為豎直、水平直線，采用雙側壁導坑工法施工。

該斷面在五心圓馬蹄形斷面的基礎上針對巖質地層的特點進行了優化。初期支護采用直墻拱斷面，充分利用了巖層的強度及雙側壁導坑工法的特點。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豎向巖土壓力。

巖質地層暗挖車站斷面是否有必要設置仰拱這是一個需要進一步研究的問題。

2 斷面優化

經計算，暗挖車站斷面彎矩圖、軸力圖如圖2。

由圖2分析可知，隧道仰拱的內力比五心圓馬蹄形隧道仰拱小很多。經分析，這是因為拱頂巖土松動壓力沿側墻豎直向下傳遞至拱腳巖層。由于巖層強度高，在豎向壓力的作用下變形小，所以仰拱承擔的豎向壓力極小，內力也較小。仰拱主要承擔了側向巖土壓力。五心圓馬蹄形隧道的側墻與仰拱通過相切圓弧順接，豎向、側向巖土壓力最終都傳遞至仰拱，豎向巖土壓力主要通過仰拱與地層的接觸面傳遞至地層。

根據結構力學可知，拱的特性在于，在豎向荷載作用下，拱腳支座會產生水平推力，從而拱主要承受軸向壓力，而截面彎矩則相對簡支梁大為減小。

由于巖質地層暗挖車站的豎向壓力主要通過二襯拱腳傳至地層，幾乎不傳至仰拱，所以不必設置仰拱，而采用平板承擔側墻傳來的側向巖土壓力。優化后的斷面如圖3。

優化后的斷面面積減小17.6m2，仰拱回填混凝土取消13m3/m。

優化后的斷面內力圖如圖4。

由圖4可知，優化后的底板內力無太大增加，僅需構造配筋即可，說明優化后的斷面是合理的。

3 結語

筆者在總結重慶、青島前期多年建設經驗的基礎上，經理論分析，認為巖質地層中的暗挖車站不設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

[1] 關寶樹.隧道施工力學基本概論[M].西南交通大學出版社，1993.

[2] 地鐵設計規范（GB50157-2013）[S].

[3] 地下鐵道工程施工及驗收規（GB50299-1999）[S].

作者簡介：魏鋒（1979- ），男，重慶人，北京發展集團股份有限責任公司，工程師，研究方向：軌道交通等領域的設計與科研。