劉 偉 高濤濤

（重慶能源職業(yè)學(xué)院， 重慶 402260）

0 引言

地鐵區(qū)間設(shè)計是城市地鐵工程項目中的重要內(nèi)容。在設(shè)計內(nèi)容中，對于所有工程設(shè)計參數(shù)如管片厚度、配筋率、混凝土強度、環(huán)寬等，需將設(shè)計模型和地區(qū)設(shè)計習(xí)慣相結(jié)合，進行合理的研究，才能實現(xiàn)對盾構(gòu)區(qū)間設(shè)計的優(yōu)化，使工程設(shè)計符合工程建設(shè)需求。

1 地鐵盾構(gòu)隧道施工分析

為滿足城市發(fā)展要求，現(xiàn)在逐漸有更多的大中型城市建設(shè)了地鐵工程，其作為一種新型的公共交通形式，與常規(guī)公共交通相比，不占用城市平面的面積，不存在平面的交叉，安全性與效率性更高。但是因為運行環(huán)境的特殊性、施工環(huán)境對工程地質(zhì)的高要求、作業(yè)范圍對原有地下結(jié)構(gòu)的限制，對施工技術(shù)有著十分嚴(yán)格的要求。在選擇地鐵隧道施工技術(shù)時，不僅要求具有較高的適應(yīng)性，更重要的是要在保證施工安全與質(zhì)量的同時，避免對其他項目帶來的干擾。尤其是地鐵工程多處于城市繁華地段，如果所選施工技術(shù)不合理，不僅會增大施工難度，還會對地上交通、建筑工程以及管線項目等產(chǎn)生干擾或損壞。基于施工安全性、環(huán)境保護以及投資控制等各方面的要求，對地鐵隧道施工方法進行綜合對比，確定盾構(gòu)隧道存在的技術(shù)優(yōu)勢，逐漸成為地鐵隧道主流施工方法。盾構(gòu)法施工一般是把盾構(gòu)機當(dāng)做隧道掘進的設(shè)備，同時應(yīng)用盾殼做好支護工作，也可以通過前端刀盤將土體進行切削，千斤頂一直想盾構(gòu)機來不斷推進，并且對開挖面拼裝進行提前將管片預(yù)制來作為襯砌，完成隧道施工，對作業(yè)技術(shù)精確度有著十分嚴(yán)格的要求。雖然在長期施工中，地鐵隧道盾構(gòu)施工積累了大量經(jīng)驗，但是從整體上來看，目前盾構(gòu)隧道設(shè)計并沒有完全統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，理論設(shè)計基本上均選擇工程類比法，對于工程投入運用后是否可以滿足永久運行要求還有待商榷。

2 地鐵盾構(gòu)隧道施工設(shè)計

2.1 管片配件設(shè)計

在結(jié)構(gòu)設(shè)計中管片配筋是最為重要的環(huán)節(jié)， 其同結(jié)構(gòu)的耐久性以及安全性造成影響， 與此同時也要求對經(jīng)濟性考慮在內(nèi)。當(dāng)前對管片配筋還缺乏一個較為固定的形式。而管片合理配筋形式進行研究中有著良好的意義。比如說在廣州地鐵中2號線赤鷺區(qū)間之中應(yīng)用了歐洲規(guī)范，在上下排主筋中使用U型鋼筋來連接；在日本地鐵施工中應(yīng)用是下排鋼筋向上彎起，同其上排鋼筋點焊形式之間進行連接。目前我國的南京和香港等地都應(yīng)用了管片 4邊以及加暗梁的形式進行施工。在廣州的地鐵3號線中部分路段施工中，也取消了2號線U型鋼筋連接上下排主筋的形式進行施工。其標(biāo)準(zhǔn)塊在兩端可以沿著環(huán)向布置的主筋而提升到 218mm，同時加小箍的形式進行暗梁施工， 其縱向兩端也會加上小箍將其作為暗梁， 提升其整體性。 在迎千斤頂面的暗梁內(nèi)外兩邊加上一個腰筋，而其背千斤頂面的外部也會加上腰筋。在比較容易發(fā)生裂縫的螺栓孔出應(yīng)該加上螺栓筋或者是吊筋。同時在配筋率變化條件比較小的情況下， 保證鋼筋的受力較為合理。對于盾構(gòu)管片中的裂縫，一般主要是在進行施工中出現(xiàn)，在配筋設(shè)計中，應(yīng)該對施工地區(qū)的工況充分了解， 而在進行掘進中，因為對其姿態(tài)控制要求、 圍巖不均、曲線施工以及糾偏等因素， 那么千斤頂其推力分布存在著的一定問題，導(dǎo)致了出現(xiàn)了局部超限拉應(yīng)力，因此就會出現(xiàn)掉角、破損以及裂縫等情況。同時在官片離開盾尾后，通過新拼管片來將千斤頂?shù)耐屏M行傳遞，促使其力而逐漸分散，裂縫就會縮小。隨著整個隧道的竣工，則圓型盾構(gòu)隧道也慢慢進入到一個較為穩(wěn)定的受力狀態(tài)中，在施工過程中裂縫、滲漏消失等情況。在進行具體施工中因為人為和地質(zhì)條件，一般都會出現(xiàn)出高出強度以及裂縫寬度要求荷載，對于平時出現(xiàn)較少的這種情況，通長要求應(yīng)用后期管片修補的形式進行彌補， 其回比通過增加配筋要求的費用少很多，而對最小配筋率而言，要求進行進一步的研究。比如說歐洲的管片鋼筋，其含鋼量通常會控制在 80～100kg/m3之間，要求考慮到鋼筋強度等因素，可以將其折算為107～130kg/m3。一般在我國國內(nèi)都應(yīng)用的是145～160kg/m3。當(dāng)前諸多鋼纖維混凝土管片目前已經(jīng)在諸多地區(qū)得到了成功的應(yīng)用，管片僅僅應(yīng)用30～60kg/m3的鋼纖維摻量。

2.2 做好環(huán)寬設(shè)計

管片環(huán)寬的尺寸一般都會對造價、質(zhì)量以及工期造成較大的影響。。以往，由于配套技術(shù)的不足，常采用較小的環(huán)寬，一方面可使施工材料的搬運、組裝更方便，另一方面在小半徑內(nèi)施工可以更省力，但缺點是施工接縫多、螺栓使用量大，常出現(xiàn)較多的接頭滲漏水缺陷。隨著技術(shù)的不斷進步，大型管片的應(yīng)用已成為主流的發(fā)展趨勢，較大環(huán)寬的管片總體成本更低，還能更好地保證隧道外觀質(zhì)量，改善隧道的縱向受力條件，再以小半徑環(huán)寬進行綜合設(shè)計，可在很大程度上加大設(shè)計優(yōu)化的空間。

2.3 襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計

在對襯砌結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，選擇應(yīng)用“荷載-結(jié)構(gòu)”模型，即地層除了會對襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生主動荷載以外，還會對其產(chǎn)生被動彈性動力，通過彈性地基梁理論課確定彈性抗力，并通過受壓彈簧來模擬結(jié)構(gòu)與地層間相互作用力。另外，對管片接縫位置剛度遠小于正常斷面剛度的特點進行分析，需要對管片剛度進行折減計算，同時還要兼顧錯縫拼裝對內(nèi)里帶來的影響，計算時需要向結(jié)果內(nèi)引入彎矩增大率對內(nèi)力進行修正。隧道結(jié)構(gòu)所承受的主要荷載為地層壓力，包括豎向壓力和水平壓力兩種。在進行淺埋處理時，可按照全土柱重量來對計算豎向壓力；深埋處理時，則應(yīng)按照泰沙基公式來對豎向壓力進行計算，與此同時， 在結(jié)構(gòu)受力特點的影響下，與此同時，在結(jié)構(gòu)受力特點的影響，進而對受力之時地層以及墻體移動彼此之間的作用進行確定，根據(jù)靜止土壓力、主動土壓力以及被動土壓力進行計算得到結(jié)果。

2.4 工程防水設(shè)計

在對管片防水設(shè)計時，可以利用高精度、高強度的C50防水混凝土對管片自身進行處理，且結(jié)合抗?jié)B標(biāo)號來確定埋深參數(shù)。另外，還需要對襯砌進行。

2.5 耐久性設(shè)計方法

混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計主要可以劃分為的定量計算以及傳統(tǒng)經(jīng)驗兩種類型。當(dāng)前在環(huán)境的影響下耐久性設(shè)計的定量計算還沒有完全成熟，其應(yīng)用范圍并不普遍。 我國國內(nèi)外當(dāng)前的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中主要應(yīng)用的是傳統(tǒng)形式或者是應(yīng)用了進行改進的方法。混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計過程中比較常用的方法為可以把環(huán)境根據(jù)其嚴(yán)重性而劃分為若干等級，在工程經(jīng)驗進行類比經(jīng)驗基礎(chǔ)上，其對不采用環(huán)境作用等級的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，通過規(guī)范可以對混凝土材料的耐久性質(zhì)量要求進行規(guī)定，以及做好鋼筋保護層厚度等相關(guān)構(gòu)造要求。近些年來，我國也慢慢提出提升了對結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范之中對耐久性內(nèi)容的研究，進而頒布了相關(guān)耐久性設(shè)計規(guī)范，可以推進耐久性中的權(quán)重情況。在地鐵隧道施工中，耐久性設(shè)計主要是以《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》以及《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》來不斷推進，進而可以在一定程度上滿足城市軌道交通行業(yè)中對結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，提升地鐵隧道盾構(gòu)的質(zhì)量。

3 結(jié)語

盾構(gòu)隧道施工方法已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到我國各大城市的地鐵隧道施工中，盾構(gòu)技術(shù)在國外和國內(nèi)長期應(yīng)用中已經(jīng)逐漸積累了大量的經(jīng)驗，但是想要充分發(fā)揮出施工技術(shù)優(yōu)勢，還需要基于盾構(gòu)施工技術(shù)特點，做好施工過程設(shè)計，提高施工綜合質(zhì)量。還需要從大量的技術(shù)資料和經(jīng)驗中總結(jié)出詳盡的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，爭取使其施工技術(shù)可以量產(chǎn)化，為更多的城市地鐵工程設(shè)計提供技術(shù)保障。

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