1、  引  言

地鐵作為人類利用地下空間的一種有效形式,對于提高土地利用效率、緩解地面交通、改善人類居住環(huán)境、減少環(huán)境污染、保持城市歷史文化景觀等都具有十分顯著的作用。相對于既有的公·交通系統(tǒng)而言,地鐵還具有運量大、能耗低、交通效率高、準時準點性好、快速安全等優(yōu)點,已成為現(xiàn)代城市地下空間建設的重點。

2、  背景

在實際設計和施工過程中,我們經常會遇到這樣或那樣的困惑,有時心里甚至會覺得搞設計為什ô會這ô隨意?搞設計難道就是照è畫虎或者生搬硬套?當然不是!設計是一門嚴謹、科學、富有挑戰(zhàn)性且充滿魔力的學科。在我的工作生涯中,我認為以下幾點是設計人員在設計和施工中經常遇到的問題:

1、在設計過程中,很多設計人員在結構設計過程中基本概念混淆、錯誤。

1)地下結構與地上建筑從荷載分析、荷載傳遞、基本構件受力原理來說,有很大的相似性,具有參考性;

2)地鐵區(qū)間隧道結構設計,很多人仍然采用允許應力法或破損階段法進行設計,與《混凝土結構設計》2010年版如何匹配;

3)單個構件或截面配筋計算,理論和實際計算方法已非常成熟。但很多設計人員還經常算錯。

2、現(xiàn)行地下類結構規(guī)范版本低、種類單一、內容不全,各規(guī)范間相互ì盾。設計人員在設計過程中存在很多疑惑。

1)《鐵·隧道設計規(guī)范》2005年版,一直δ更新。

2)《地下鐵道設計規(guī)范》2003年版,設計結構部分僅幾頁,滿足不了設計要求。

3)《城市軌道交通結構抗震設計規(guī)范》正式稿遲遲不發(fā)布,且送審稿與審定稿存在多處ì盾和錯誤。

3、暗挖法施工的地下結構,在設計、施工過程中存在很大的不確定性。設計人員應在設計階段充分考慮設計余量,在施工過程中隨時做好動 態(tài)設計的準備。

4、業(yè)主方相應人員已具備了很高的專業(yè)知識,對設計人員素質要求更高。

3、  結構設計

3.1 混凝土結構承載力設計的發(fā)展

從歷史來看,混凝土結構的設計先后經歷了容許應力法、破損階段設計法、多系數(shù)界限狀態(tài)設計法、概率極限設計法,目前《混凝土結構設計規(guī)范》就是采用的概率極限設計法。

1、如果單從承載力設計方法來考慮,允許應力或破損階段法至少落后現(xiàn)行混凝土規(guī)范半個世紀。

2、當然,《鐵·隧道設計規(guī)范》沿用有一定的原因,根據相關文獻的解釋,是因為地下結構、特別是深埋隧道類,是荷載計算不清晰造成的。

3、若采用允許應力或破損階段法設計,所有的鋼筋、混凝土等參數(shù)不應該選用混凝土規(guī)范上的,因為基本統(tǒng)計原理不一樣。

地鐵設計、施工經驗總結

圖1 結構承載力設計的發(fā)展示意圖

3.2地鐵區(qū)間隧道的荷載取值

1、礦山法隧道基本原則:

深埋隧道荷載按照塌落拱計算、淺埋隧道按照松散荷載計算、超淺埋隧道按照全土柱加地面動、靜荷載計算。在我們實際工作中,可參照以下步驟進行荷載選。

1)初判:只有當覆土大于2(或2.5)倍塌落拱高度時,采用塌落拱計算荷載。

2)建議礦山法隧道按照《鐵·隧道設計規(guī)范》計算豎向荷載。首先判斷荷載等效高度(類似于塌落拱)。

當埋深時,按照深埋處理,荷載取為;

當埋深時,按照淺埋荷載計算,按公式計算(計算較為繁瑣);

當埋深時,按照超淺埋荷載計算,取全土柱荷載。

2、盾構法隧道荷載計算方法:

1)盾構法計算荷載采用太沙基公式計算,已經在國內各家設計院及主流參考書籍中取得共識。

2)一般可以參考12m覆土作為一個深淺埋的分界,但注意最終計算應以太沙基公式計算為準。

3)上述計算中如何考慮土層的c、φ值。

4)應注意如何考慮活載組合。

3.3 地鐵區(qū)間隧道合算、分算的問題

1)隧道分算與合算原則與車站一致,一般是按照土層的滲透系數(shù)確定。

2)應注意合算或是分算,隧道與車站結構存在明顯區(qū)別!

對于純圓型結構,在承受四周均布荷載的情況下只產生軸力、不產生彎矩。對于盾構這種圓形結構,在承受近似于均布荷載的水壓力情況下,水壓力對結構產生軸向力,結構趨于安全。故采用水土合算趨于安全(即計算的軸力偏小,彎矩偏大)。

對于馬蹄形結構,采用水土合算還是分算,應該根據實際情況確定。一般情況下合算計算偏于安全。

3.4 地鐵區(qū)間隧道線·曲線

1)區(qū)間線·應注意限界偏移值。

2)區(qū)間縱斷面應注意最低點不處于直線坡度最低點,而是偏向于小坡度方向。具體里程應根據計算確定。

3)應準確的計算最低點里程和標高。

4)一般豎曲線不建議進入車站,若進入車站,建筑設計人員可以直接從線·圖中量取出去,誤差不大。

5)在左右坡度一致的情況下,最低點與軌道最低點重合。

3.5 地下結構抗震設計

1)地面建筑一般設防目標:三水準、兩階段設防。即小震不壞、中震可修、大震不倒。

2)地下結構設防目標:二水準、一階段設防。即小震不壞、中震不壞、大震可修。一階段表示為采用設防地震烈度下,采用設防烈度地震參數(shù)進行地震驗算,通過概念設計或構造措施滿足罕遇地震設防要求。

3)地震安全評估報告的取值:50年使用年限時,多遇地震為50年超越概率為63.2%的地震參數(shù),重現(xiàn)期為50年;100年使用年限時,采用設防烈度地震100年超越概念為10%的地震參數(shù),重現(xiàn)期475年。

3.6 地鐵區(qū)間隧道超前支護

1)在一般情況下應優(yōu)先選用格柵鋼架。

2)除非隧道內搶險等特殊情況,一般情況下不應采用型鋼鋼架支護,原因如下:

很多人認為型鋼鋼架強度高是最大的優(yōu)點。但是無論是格柵鋼架還是型鋼鋼架,在與混凝土聯(lián)合受力以后,兩者的剛度差別不大;

隧道開挖前2榀鋼架不受力,也不存在及時受力的問題;

型鋼鋼架背后無法噴射混凝土,容易形成空隙。且與噴射混凝土結合不好。

3)一般情況下,超前支護小導管長度應該為臺階高度+1m。所以,小導管長度3.5m是指臺階高度2.5m的情況。

4、  施工配合

地鐵設計不用于民建設計的區(qū)別,其中一個就是施工配合的不同。因為按照地鐵設計規(guī)范和一般的地下結構設計理念,地鐵設計一般采用的是動態(tài)化設計,這就要求設計人員應該全天候的參與到地鐵施工工程中去,在施工配合中不斷的改進設計和學習設計。

4.1 盾構機過站、平移或調頭

在市區(qū)施工地下結構時,由于地面交通的限制,經常會出現(xiàn)需要在車站內進行盾構始發(fā)、平移、過站、甚至調頭的情況。 在這里,簡要介紹一下盾構機過站的一般流程:

1)在盾構到達前準備好盾構機接收托架及鋼板,托架放置于鋼板之上,鋼板面上涂抹黃油;

2)接收盾構,使其完全放置于接收托架之上,斷開盾構機與后配套;

3)將盾構機連同托架一起,通過千斤頂,橫向平推至適當λ置,開始縱向平推過站。

4)推至車站另一端后,安裝盾構機及后配套,安裝反力架,準備始發(fā)。

地鐵設計、施工經驗總結

圖2  盾構機托架

地鐵設計、施工經驗總結

圖3盾構機過站   

地鐵設計、施工經驗總結   

 圖4 千斤頂

4.2 盾構端頭加固

盾構機在進出洞時需進行加固,一般采用始發(fā)8m,到達6m的加固長度。

有些地區(qū)采用始發(fā)6m(或4m),到達8m的加固長度,理由如下:

1)盾構始發(fā)時,地層處于加載過程。盾構管片間密封較好。

2)盾構到達時,地層處于卸載過程,盾構刀盤無土壓力,管片間推力相對減小。這段范Χ一般是從盾構機機頭出端墻開始,所有一般不小于一個盾構機長度,即8m。

有些施工單λ,在盾構機始發(fā)及到達部λ,對管片間施加緊固鐵片,以保證始發(fā)和接收端的盾構管片環(huán)間緊密貼合。

地鐵設計、施工經驗總結

圖5 盾構管片間緊固鋼片

5、  總結

作為一名員工,對于公司最好的回報莫過于在內踏實認真的工作、在外時刻銘記公司的利益。同時,只有在各種工作中磨練和經歷并善于總結,才會成為一名真正合格的員工。