王崇鑒

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 四川成都 610031)

城市地鐵施工過程中，采用施工豎井可為礦山法區(qū)間增加工作面，加快施工效率[1-3]。因考慮到側向土壓力的荷載[3-4]，倒掛井壁法施工的豎井常在角部增加斜撐以減小斷面跨度，優(yōu)化相應彎矩，減小配筋面積。但斜撐對豎井的使用過程中有一定影響，如減小豎井可使用的長度及寬度，對樓梯的架設，吊車使用的空間皆有一定的干擾。同時斜撐的架設對施工的效率、豎井的工程量皆有影響。

使用圓角的豎井斷面將替代斜撐使用的功能，本文以青島地鐵4號線嶗山六中站～西登瀛站區(qū)間施工豎井的結構設計為背景，剪力有限元計算模型，分析不同豎井襯砌斷面在相同的圍巖環(huán)境中受力的影響，對比圓角、直角的豎井襯砌斷面受力的特點，為類似的豎井設計提供優(yōu)化的借鑒。

1 工程背景

1.1 工程概況

青島地鐵4號線嶗山六中站～西登瀛站區(qū)間是位于青島市嶗山區(qū)嶗山六中站至西登瀛站之間的礦山法施工區(qū)間，區(qū)間于ZDK28+742.606(YDK28+735.702)處設置一座施工豎井。施工豎井上部采用旋噴樁φ0.9 m@0.6 m作為止水結構，鉆孔灌注樁φ1.0 m@1.3 m作為圍護結構，下部采用倒掛井壁法開挖。豎井內徑空尺寸為8 m×6 m，豎井深度為31.250 m。

倒掛井壁法施工步序：初噴混凝土、架立格柵鋼架，施作中空注漿錨桿和鋼筋網(wǎng)，復噴混凝土至設計厚度再向下開挖，重復上述步驟，每次開挖不得超過每榀格柵間距的長度。

1.2 地質概況

根據(jù)勘察成果顯示，場區(qū)第四系厚度為8.20～13.80 m，主要由全新統(tǒng)人工堆積層(Q4ml)、全新統(tǒng)沖洪積層(Q4al+pl)組成，下伏基巖為燕山晚期粗?；◢弾r(γ53)，受構造作用影響，局部發(fā)育塊狀碎裂巖。場區(qū)地層按自上而下分別為第①層素填土、第⑤層粗砂、第⑦層粉質黏土、第⑨層粗砂～礫砂、第層花崗巖中等風化帶、第層花崗巖微風化帶。巖土設計參數(shù)見表1所示，豎井剖面及地質情況如圖1所示。

圖1 豎井剖面

1.3 襯砌斷面類型對比

豎井襯砌斷面形式分為A、B、C三種(圖2)。其中A型襯砌斷面轉角處采用角度為90 °的圓角結構，半徑分別為1 m、1.5 m。B型襯砌斷面轉角處皆為直角，并設立臨時角撐。兩種斷面形式的相關尺寸見表2所示，開挖面積皆不考慮施工外放范圍。

1.4 支護參數(shù)

A、B、C型豎井斷面此處皆采用倒掛井壁法施工，井壁的初期支護采用C25噴射混凝土，厚度為300 mm；格柵鋼架的間距皆為800 mm；井壁打設3.5 m長φ25中空注漿錨桿，間距1.0 m×0.8 m，梅花型布置。鋼筋網(wǎng)為雙層φ8HPB300鋼筋，間距0.2 m×0.2 m。

表1 巖土設計參數(shù)建議

A型

B型

C型圖2 豎井襯砌斷面

2 模型計算及分析

本結果以埋深12 m土、巖交界面處豎井橫斷面為特征斷

表2 豎井襯砌斷面相關尺寸

面，對圓角及直角豎井斷面進行關于圍巖變形及結構受力影響的探究。

2.1 荷載計算

根據(jù)表1所得的巖土參數(shù)，及地面荷載20 kPa，采用朗肯土壓力計算公式進行側向土壓力計算，所得豎井埋深12 m處側向土壓力FT為：

FT=0.22×[1.35×1.1×(2.2×17.5+2×17.5+

3.8×19.7+4×18.5)+1.4×20]=78.8kN·m

2.2 計算模型

計算模型采用荷載結構模型(圖3)。結構分析軟件采用Midas/GTS NX。襯砌結構采用梁單元，側向彈簧剛度按所在地層的水平基床系數(shù)所取。

圖3 豎井襯砌斷面計算模型

2.3 計算結果

根據(jù)側向土壓力計算出的A型、B型、C型襯砌斷面的位移、彎矩、軸力、剪力結果見圖4～圖7。

由計算結果可得，圓角A、C型斷面最大彎矩處皆處于豎井短邊跨中，B型斷面最大彎矩處處于長邊跨中。

表3 A、B、C三種豎井截面長邊跨中受力對比

表4 A、B、C三種豎井截面短邊跨中受力對比

由表3、表4可得，豎井采用圓角截面對長邊部分擁有更好的受力情況，更小的配筋面積。同時，當圓角的半徑增大時，對結構的位移、彎矩、剪力、軸力都有優(yōu)化。

A型

B型

C型

A型

B型

C型

A型

B型

C型

A型

B型

C型

3 結論

(1)豎井截面采用圓角截面時，擁有更小的開挖面積，同時因考慮到斜撐對豎井空間的影響，導致圓角截面擁有更大的使用面積。因此豎井圓角截面有助于減少工程量，加快施工效率。

(2)在滿足施工要求的前提下，可采用圓角的豎井斷面，并將豎井圓角的半徑進行適量加大，將會優(yōu)化襯砌的受力情況，減小相關配筋面積。