淺埋暗挖單拱大跨結(jié)構(gòu)在地鐵車站的應(yīng)用

徐 振，任志亮

(1.青島市地下鐵道公司，山東青島 266001;2.中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司濟南設(shè)計院，濟南 250022)

1 工程概況

青島地鐵一期工程(3號線)清江路站位于清江路和哈爾濱路十字路口處，沿哈爾濱路呈東北—西南方向布置。哈爾濱路是連接市區(qū)和李滄商貿(mào)區(qū)的便捷通道，現(xiàn)狀為雙向4車道，車流量較大;站位西北角沿道路由北向南依次是青島市機動車駕駛舒適度檢測中心、青島之星汽車服務(wù)有限公司和天驕印務(wù)有限公司;站位東北角為山丘耕地;東南端為青島市自來水加壓站[2]。

清江路站總長189.0 m，站臺寬度10 m，隧道開挖總寬度20.36 m，總高度17.352 m，主體隧道拱頂厚度為0.7 m，覆土厚度6.2～8.7 m，拱頂圍巖Ⅲ～Ⅴ級。車站主體橫斷面采用單拱大跨結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式為雙層單拱直墻、平底板復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)，中樓板及其梁柱體系為二次結(jié)構(gòu)，與側(cè)墻為鉸接接頭，在側(cè)墻二襯設(shè)牛腿承托。對于客流量較小的車站，采用單拱大跨結(jié)構(gòu)形式，站內(nèi)空間開闊，建筑上簡潔美觀，而且單拱車站結(jié)構(gòu)輪廓圓順，復(fù)合式襯砌的防水層可以很好消除多拱車站的積水溝槽問題，單拱大跨車站結(jié)構(gòu)樣式如圖1所示。車站主體初支采用格柵鋼架和噴射厚度為0.35 m的C25早強混凝土。車站主體采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法進行施工，在中風(fēng)化巖層中且?guī)r體整體性較好的地帶分6塊進行施工;在破碎帶或強風(fēng)化巖地帶分9塊進行施工。

2 淺埋暗挖單拱大跨結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和計算分析

2.1 淺埋暗挖單拱大跨結(jié)構(gòu)在清江路站的應(yīng)用

圖1 清江路站淺埋暗挖單拱大跨車站結(jié)構(gòu)樣式

地下車站結(jié)構(gòu)形式和施工方法的選擇，受沿線工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件以及所處環(huán)境、地面建筑物、地下構(gòu)筑物、河道交通、道路交通等因素的影響和制約，方案的選擇不僅要滿足地鐵工程本身的使用功能，同時也要滿足合理開發(fā)利用地上、地下有效空間的要求，并考慮由于施工給周圍環(huán)境帶來的不良影響。對應(yīng)不同的施工方法，結(jié)構(gòu)形式也各有不同。車站結(jié)構(gòu)形式與所采用的施工方法相適應(yīng)，同時需要多方案比較、綜合考慮，既要滿足使用功能的要求，又要結(jié)構(gòu)合理，方便施工。

清江路站擬采用淺埋暗挖單拱大跨結(jié)構(gòu)。對于巖層條件較好的車站，采用單拱大跨形式施工風(fēng)險不大，支護成本不高，施工工序簡單，工期短，同時車站埋深淺，建筑功能較好，具有較大優(yōu)勢。對于巖層條件不太好、又需要暗挖的車站，采用塔柱式車站形式，將大跨度隧道變?yōu)樾】缍人淼?，可減小隧道埋深(可抬高約3 m)，降低施工風(fēng)險，是對結(jié)構(gòu)受力有利的形式。但施工工序復(fù)雜、轉(zhuǎn)換多，工期長。因此，清江路站擬采用淺埋暗挖單拱大跨結(jié)構(gòu)。

2.2 單拱大跨結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析

為真實模擬主體橫斷面受力情況，選取清江路站單拱大跨典型斷面，建立有限元模型，對結(jié)構(gòu)受力情況進行分析。計算模型采用SAP2000通用計算軟件進行內(nèi)力計算，計算考慮施做完中板時水土同時作用的施工工況，對主體結(jié)構(gòu)橫斷面進行受力分析，研究結(jié)構(gòu)受力的合理性。采用的結(jié)構(gòu)斷面拱頂覆土深度為9.13 m，主體斷面計算模型選取最不利地質(zhì)條件處的截面，此處拱頂覆土厚度為9.13 m，地層情況自上而下依次為①1素填土(厚度為1.38 m)、○15全風(fēng)化花崗巖(厚度為1.0 m)、○16上強風(fēng)化花崗巖(厚度為2.0 m)、○16中強風(fēng)化花崗巖(厚度為 2.4 m)、○16下強風(fēng)化花崗巖(厚度為 13.4 m)、○17中風(fēng)化花崗巖(厚度為1.5 m)、○18微風(fēng)化花崗巖(厚度為1.7 m)，建議抗浮設(shè)防水位絕對高程按45.0 m取值。計算模型中各土層的參數(shù)取值見表1[6]。車站主體標準斷面計算簡化模型及荷載布置見圖2。

根據(jù)以上參數(shù)、車站主體標準斷面計算簡化模型及荷載布置圖，計算分別考慮施做完二襯時水土同時作用、全水無圍巖壓力、全圍巖無水作用和中板澆筑后水土同時作用時4種施工工況，對主體結(jié)構(gòu)橫斷面進行受力分析，通過計算分析分別得到4種工況下構(gòu)件強度組合的結(jié)構(gòu)彎矩圖(圖3～圖6)。選取正負彎矩區(qū)最大值進行內(nèi)力比較分析，分析結(jié)果見表2。

表1 各個土層參數(shù)取值

圖2 車站主體標準斷面計算簡化模型及荷載布置

圖3 水土同時作用時的彎矩圖(單位:kN·m)

圖4 全水無圍巖壓力作用時的彎矩圖(單位:kN·m)

圖5 全圍巖無水作用時的彎矩圖(單位:kN·m)

圖6 中板澆筑后水土同時作用時的彎矩圖(單位:kN·m)

表2 各工況下內(nèi)力值

通過內(nèi)力圖的比較分析，可得到在水土同時作用并且有中板支撐時結(jié)構(gòu)為最不利荷載工況，選取此種工況下的內(nèi)力進行配筋計算，則車站主體結(jié)構(gòu)二襯配筋較為經(jīng)濟合理。

2.3 淺埋暗挖施工措施

清江路車站主體位于哈爾濱路下，哈爾濱路車流量較大，為保證車站主體隧道開挖過程中的安全，施工過程中，加強對開挖工作面的觀察和記錄，判斷其穩(wěn)定性并預(yù)報開挖面前方的地質(zhì)情況，從而有效地指導(dǎo)施工。在施做拱部和邊墻初期支護時，打設(shè)2根φ25 mm長度為3 m的鎖腳錨管，用于固定格柵鋼架。在拱部150°角度間打設(shè)超前小導(dǎo)管，起到加固地層的作用。側(cè)墻支護采用長度為4.5 m的φ22 mm砂漿系統(tǒng)錨桿，砂漿系統(tǒng)錨桿斜向下15°打設(shè)，在中風(fēng)化花崗巖中環(huán)向1.5 m、縱向1.0 m梅花形布設(shè)。車站大里程端多處有破碎帶及煌斑巖夾層，左右線地質(zhì)條件差距較大，在大里程端主體進洞穿過Ⅴ級破碎帶位置處打設(shè)大管棚，用于加強地層，從而保證施工的安全。

3 結(jié)語

采用淺埋暗挖法，可有效降低出入口電梯提升高度，減少車站主體二襯中鋼筋的使用量，從而有效地降低了施工造價和后期地鐵運營成本。采用單拱大跨結(jié)構(gòu)，可有效地減少側(cè)墻與拱部銜接部位的應(yīng)力集中，使結(jié)構(gòu)受力更為合理。因此，淺埋暗挖單拱大跨結(jié)構(gòu)在青島地鐵一期工程(3號線)地鐵車站中得到了很好的應(yīng)用。

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