有关地铁隧道结构设计研究

李智

【摘 要】本文立足于地铁结构模型设计方案的分析， 主要说明了明挖法和盾构法应用范围与其优势和局限性。以某市1号线A站的建设为案例，通过案例分析粗浅讨论了地铁隧道结构设计在实际工程中的应用。

【关键词】地铁工程；隧道结构；地铁车站

一、结构模型设计方案的选择

（1）明挖矩形结构

明挖矩形结构的地铁区间隧道设计又称明挖法，是指现将隧道部位的岩体或土体全部挖除， 然后修建洞身、洞门，在进行回填的施工方法。明挖法是城市地下隧道式工程发展初期优先采用的一种施工方法，其施工工艺经过多年发展已趋向成熟。明挖法具有施工简单经济的特点， 车施工风险小。使用一明挖法利于施工者控制施工过程，减小施工风险：可以将工程分进行段。 工程作业同时进行：对地质条件没有特殊要求。 适用范围广：容易对隧道进行防水处理。明挖法在拥有以上几项优点的同时， 由于其施工特点， 在工程期间对周围环境有较大的破坏， 需要较大的地面环境支持施工。在城市内进行地铁隧道工程建设时， 会较大影响城市居民生活作息和城市交通秩序， 工程地点埋设的地下管线都需要拆迁。

在施工地点的地面环境允许的情况下，对于埋深较浅、跨库较大的工程区间应该优先采用明挖法以减少施工风险， 减低工程造价。

（2）圆形盾构结构

盾构法属于暗挖法的一种， 它是全机械化的施工方法。盾构是一种施工机具，同时也是一种强力的临时支撑结构， 盾构机在地下掘进时， 盾构外壳能够对周围的岩土起到支撑作用， 前方的土体被切削装置破开后通过土运机械排出，再将预制的混凝土管片拼装， 从而形成隧道结构。盾构法施工因为采用复合防水封垫和预制的管片近行隧道的建设，隧道防水性能好且工程质量易于控制。同时，这种施工方法对城市交通与居民生活等地面活动的影响小，施工速度快并且不受施工深度的限制。从另一方面看， 盾构法由于需要在地下掘进， 从经济角度而言， 购置新型盾构机械的费用高昂，对连续施工长度至少300米的施工区较为适用。盾构法在有相对均质的地质条件的软土地基段施工是顺利的， 但是地层中若是有坚硬的岩层或球状风化体时，盾构机的刀盘磨损较严重，会造成掘进进度慢甚至施工停顿的状况

二、地铁隧道施工风险分析与控制

与其他工程相比， 地鐵隧道工程是技术要求复杂、投资大、工程建设周期长的大型土术工程。由于隧道工程施工技术复杂， 施工地点地质环境具有不确定性， 工程在施工期内的所具有的风险种类纷杂。为了保证施工安全， 减少工程成本，提升施工效率，在地铁隧道工程进程中要严格做到风险控制。

（1）风险分析

风险的分析即是将己经识别的风险因素， 如安全性，隧道掘迸和自然环境等，进行量化处理。目前多数学者采用的风险评估方法即用两个数据相乘得到的量作为风险大小评价的标准。但是， 这种评价标准会使两者产生不符合实际风险水平的稀释作用或者放大作用，在风险评估上存在巨大的盲区， 不能切合实际地反映出风险水平。因此，适合地铁隧道工程的一套风险评估系统的建立已经十分必要。

（2）风险识别

通过事先对地铁隧道工程进行风险识别找出施工过程中可能出现的风险就能有效地做到对风险的规避。由于当前对于地铁隧道工程风险分析的资料较为缺乏，需要对风险进行种类划分， 如矿山法隧道施工风险、盾构隧道施风险等， 采取专家调查的方式提高风险识别的准确度， 有效地避免风险的发生。

三、案例分析

（1）案例工程

某市地铁1号线A站是连接室内地铁线路与机场线路的换乘站，是一种双层岛式的地下车站， 采用双层多跨钢筋混凝土结构。该车站设市四个出入口；其一是与机场线的换乘通道， 采用暗挖法进行施工；一个安全通道和两个风道， 采用明挖法施工。

结合目前国内的技术水平和经济实力，根据对A站地质环境的分析研究，综合1号线地铁隧道工程的整体布局， 其施工方案如下：

使用盾构法和明挖法相结合的施工方法，先使用盾构法利用盾构先行过站， 建立车站雏形， 而后拆除车站内部大部分的盾构管片， 使用明挖法修建车站。这种新型的盾构过站法命名为盾构扩挖法， 即使用盾构法完成地铁隧道的行车隧道， 再拆除一部分管片使用明挖法在已建成的有车隧道上扩建地铁车站。

施工设计情况：首先， 在站厅及附属结构用房基坑使用盖挖逆作法施工，基坑埋深约为21.6米， 标淮段宽13.7米；其次，开挖拱形断面跨线风道，其长度约为25.7米， 宽度约为9.5米， 高度约为16.2米；再次， 在车站出口及联络风道外口处使用外径十米的大盾构迸行进洞与出洞施工；第四， 破除扩挖部分的临时封堵墙， 形成扩挖工作面从而进行扩挖施下，扩挖形成后其断面如图1所示；最后， 扩挖施工完成后分段拆除管片， 设置横向临时支撑并且施做二次衬砌

图1扩挖完成后标准断面剖面图

工程地质条件：填土层厚度较厚， 局部地区达到了四米， 土层稳定性差，

对基坑支护有不利影响， 边墙土体围岩的稳定性较差，容易塌落；粉土及粉细砂地层的渗透性差，注浆效果难以保证。而且该地层受到多次的施工扰动，容易出

现土体坍塌的现象；砂土层中有较高含量的石英和长石， 使用盾构法施工时容易造成刀具磨损， 同时为盾构的掘进造成难度。

（2）案例分析

地铁车站的建设应该综合各方面因素考虑设计方案，选用合理的结构设计和施工方法。为了确保地铁车站工程的合理性和安全性， 车站规模、地质条件、地面坏境、车站运行要求及技术经济指标等多个方面都要在考虑范围之内。使用盾构扩挖法完成地铁车站结构的建设，需要注意以下几点车站内行车隧道在原有的盾构的基础上进行建设，不采用专门的车站盾构， 使用柔性连接之主体结构和原有的盾构管片的连接处上；提高主体结构与原有盾构管片的连接处的防水性能， 加强盾构管片纵向连接紧密性、防止相邻管片在拆除管片以进行车站建设时发生相对位移。

在目前国内经济水平下， 盾构扩建法的提出为今后的隧道施工提供理论参考， 其实践的成功有效的解决了盾构技术发展不足与施工要求的矛盾， 奠定了今后科研工作的良好基础。

四、结束语

建筑领域的发展潜力随着我国社会主义现代化城市的发展进程的加快而不断开发出来， 建筑业的发展空间也不断增加。我们要辩证地看待当前地铁隧道工程建设的蓬勃发展， 在肯定地铁隧道设计结构与施工方法专业化、多样化的同时， 也要注意在结构设计上的问题。

参考文献：

1.贺跃光， 熊莎， 吴盛才，基于监测数据的某地铁基坑工程安全风险模糊评价[J]工程勘察，2013（9）.

2.钟长平， 周翠英， 魏康林，明挖法扩挖盾构隧道修建地铁车站施工技术研究[J]广东土木与建筑，2013（7）.