岩层暗挖车站断面优化研究

　　目前在重庆、青岛等岩质地层中的地铁车站隧道断面轮廓主要是在土质地层中广泛采用的五心圆马蹄形暗挖断面基础上，结合岩层强度高、完整性好、自稳能力强的特点发展而来。文章在总结重庆地铁、青岛地铁前期建设经验的基础上，对岩质地层暗挖车站隧道断面进行研究，在计算分析的基础上，对目前常采用的断面轮廓进行了一定优化。

　　《建筑施工》(月刊)创刊于1979年，由上海建工(集团)总公司主办。其内容套萃精英、博采众长,凸现中华建筑施工之大成,是中国自然科学建筑类核心期刊,近期又被评为"中国期刊方阵"的社会效益、经济效益好的"双效"科技期刊。

　　地铁建设开始于北京、天津、上海等土质地层的大城市，地铁建设的技术积累因此也主要来自于土质地层。

　　土质地层中暗挖车站常用的工法有中洞法、CRD法，目前最常见的是PBA法。对应的暗挖车站断面均为多拱、多跨的断面形式。

　　岩质地层暗挖车站常用的工法有双侧壁导坑、台阶法，断面均是中间无柱的单拱单跨大断面，主要是依据五心圆马蹄形断面的思路发展而来。

　　重庆是国内第一个在岩层中修建地铁的城市，先后建成开通较新线、一号线、三号线、六号线，在建的有环线、四号线、五号线、十号线。青岛是国内第二个在岩层中修建地铁的城市，三号线即将建成通车。

　　岩层暗挖车站隧道的经验积累时间较短，目前对暗挖车站隧道断面轮廓缺乏系统研究，地铁设计规范中也仅提出了原则性的要求。

　　1 地铁岩层暗挖车站轮廓现状

　　重庆、青岛等岩质地层暗挖车站均主要采用断面型式如图1。内轮廓采用五心圆马蹄形断面，外轮廓则将内轮廓对应的R3、R4圆弧分别改为竖直、水平直线，采用双侧壁导坑工法施工。

　　该断面在五心圆马蹄形断面的基础上针对岩质地层的特点进行了优化。初期支护采用直墙拱断面，充分利用了岩层的强度及双侧壁导坑工法的特点。二次衬砌外轮廓采用直墙拱，并且将拱脚宽度加大，充分利用拱脚岩层承担竖向岩土压力。

　　岩质地层暗挖车站断面是否有必要设置仰拱这是一个需要进一步研究的问题。

　　2 断面优化

　　经计算，暗挖车站断面弯矩图、轴力图如图2。

　　由图2分析可知，隧道仰拱的内力比五心圆马蹄形隧道仰拱小很多。经分析，这是因为拱顶岩土松动压力沿侧墙竖直向下传递至拱脚岩层。由于岩层强度高，在竖向压力的作用下变形小，所以仰拱承担的竖向压力极小，内力也较小。仰拱主要承担了侧向岩土压力。五心圆马蹄形隧道的侧墙与仰拱通过相切圆弧顺接，竖向、侧向岩土压力最终都传递至仰拱，竖向岩土压力主要通过仰拱与地层的接触面传递至地层。

　　根据结构力学可知，拱的特性在于，在竖向荷载作用下，拱脚支座会产生水平推力，从而拱主要承受轴向压力，而截面弯矩则相对简支梁大为减小。

　　由于岩质地层暗挖车站的竖向压力主要通过二衬拱脚传至地层，几乎不传至仰拱，所以不必设置仰拱，而采用平板承担侧墙传来的侧向岩土压力。优化后的断面如图3。

　　优化后的断面面积减小17.6m2，仰拱回填混凝土取消13m3/m。

　　优化后的断面内力图如图4。

　　由图4可知，优化后的底板内力无太大增加，仅需构造配筋即可，说明优化后的断面是合理的。

　　3 结语

　　笔者在总结重庆、青岛前期多年建设经验的基础上，经理论分析，认为岩质地层中的暗挖车站不设置仰拱而采用平底板是合理的，这样既能减少断面面积、仰拱回填混凝土，也能减小施工难度、加快工期。

　　参考文献

　　[1] 关宝树.隧道施工力学基本概论[M].西南交通大学出版社，1993.

　　[2] 地铁设计规范(GB50157-2013)[S].

　　[3] 地下铁道工程施工及验收规(GB50299-1999)[S].