浅埋暗挖单拱大跨结构在地铁车站的应用

徐 振，任志亮

(1.青岛市地下铁道公司，山东青岛 266001;2.中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院，济南 250022)

1 工程概况

青岛地铁一期工程(3号线)清江路站位于清江路和哈尔滨路十字路口处，沿哈尔滨路呈东北—西南方向布置。哈尔滨路是连接市区和李沧商贸区的便捷通道，现状为双向4车道，车流量较大;站位西北角沿道路由北向南依次是青岛市机动车驾驶舒适度检测中心、青岛之星汽车服务有限公司和天骄印务有限公司;站位东北角为山丘耕地;东南端为青岛市自来水加压站[2]。

清江路站总长189.0 m，站台宽度10 m，隧道开挖总宽度20.36 m，总高度17.352 m，主体隧道拱顶厚度为0.7 m，覆土厚度6.2～8.7 m，拱顶围岩Ⅲ～Ⅴ级。车站主体横断面采用单拱大跨结构，结构形式为双层单拱直墙、平底板复合衬砌结构，中楼板及其梁柱体系为二次结构，与侧墙为铰接接头，在侧墙二衬设牛腿承托。对于客流量较小的车站，采用单拱大跨结构形式，站内空间开阔，建筑上简洁美观，而且单拱车站结构轮廓圆顺，复合式衬砌的防水层可以很好消除多拱车站的积水沟槽问题，单拱大跨车站结构样式如图1所示。车站主体初支采用格栅钢架和喷射厚度为0.35 m的C25早强混凝土。车站主体采用双侧壁导坑工法进行施工，在中风化岩层中且岩体整体性较好的地带分6块进行施工;在破碎带或强风化岩地带分9块进行施工。

2 浅埋暗挖单拱大跨结构的应用和计算分析

2.1 浅埋暗挖单拱大跨结构在清江路站的应用

图1 清江路站浅埋暗挖单拱大跨车站结构样式

地下车站结构形式和施工方法的选择，受沿线工程地质、水文地质条件以及所处环境、地面建筑物、地下构筑物、河道交通、道路交通等因素的影响和制约，方案的选择不仅要满足地铁工程本身的使用功能，同时也要满足合理开发利用地上、地下有效空间的要求，并考虑由于施工给周围环境带来的不良影响。对应不同的施工方法，结构形式也各有不同。车站结构形式与所采用的施工方法相适应，同时需要多方案比较、综合考虑，既要满足使用功能的要求，又要结构合理，方便施工。

清江路站拟采用浅埋暗挖单拱大跨结构。对于岩层条件较好的车站，采用单拱大跨形式施工风险不大，支护成本不高，施工工序简单，工期短，同时车站埋深浅，建筑功能较好，具有较大优势。对于岩层条件不太好、又需要暗挖的车站，采用塔柱式车站形式，将大跨度隧道变为小跨度隧道，可减小隧道埋深(可抬高约3 m)，降低施工风险，是对结构受力有利的形式。但施工工序复杂、转换多，工期长。因此，清江路站拟采用浅埋暗挖单拱大跨结构。

2.2 单拱大跨结构内力分析

为真实模拟主体横断面受力情况，选取清江路站单拱大跨典型断面，建立有限元模型，对结构受力情况进行分析。计算模型采用SAP2000通用计算软件进行内力计算，计算考虑施做完中板时水土同时作用的施工工况，对主体结构横断面进行受力分析，研究结构受力的合理性。采用的结构断面拱顶覆土深度为9.13 m，主体断面计算模型选取最不利地质条件处的截面，此处拱顶覆土厚度为9.13 m，地层情况自上而下依次为①1素填土(厚度为1.38 m)、○15全风化花岗岩(厚度为1.0 m)、○16上强风化花岗岩(厚度为2.0 m)、○16中强风化花岗岩(厚度为 2.4 m)、○16下强风化花岗岩(厚度为 13.4 m)、○17中风化花岗岩(厚度为1.5 m)、○18微风化花岗岩(厚度为1.7 m)，建议抗浮设防水位绝对高程按45.0 m取值。计算模型中各土层的参数取值见表1[6]。车站主体标准断面计算简化模型及荷载布置见图2。

根据以上参数、车站主体标准断面计算简化模型及荷载布置图，计算分别考虑施做完二衬时水土同时作用、全水无围岩压力、全围岩无水作用和中板浇筑后水土同时作用时4种施工工况，对主体结构横断面进行受力分析，通过计算分析分别得到4种工况下构件强度组合的结构弯矩图(图3～图6)。选取正负弯矩区最大值进行内力比较分析，分析结果见表2。

表1 各个土层参数取值

图2 车站主体标准断面计算简化模型及荷载布置

图3 水土同时作用时的弯矩图(单位:kN·m)

图4 全水无围岩压力作用时的弯矩图(单位:kN·m)

图5 全围岩无水作用时的弯矩图(单位:kN·m)

图6 中板浇筑后水土同时作用时的弯矩图(单位:kN·m)

表2 各工况下内力值

通过内力图的比较分析，可得到在水土同时作用并且有中板支撑时结构为最不利荷载工况，选取此种工况下的内力进行配筋计算，则车站主体结构二衬配筋较为经济合理。

2.3 浅埋暗挖施工措施

清江路车站主体位于哈尔滨路下，哈尔滨路车流量较大，为保证车站主体隧道开挖过程中的安全，施工过程中，加强对开挖工作面的观察和记录，判断其稳定性并预报开挖面前方的地质情况，从而有效地指导施工。在施做拱部和边墙初期支护时，打设2根φ25 mm长度为3 m的锁脚锚管，用于固定格栅钢架。在拱部150°角度间打设超前小导管，起到加固地层的作用。侧墙支护采用长度为4.5 m的φ22 mm砂浆系统锚杆，砂浆系统锚杆斜向下15°打设，在中风化花岗岩中环向1.5 m、纵向1.0 m梅花形布设。车站大里程端多处有破碎带及煌斑岩夹层，左右线地质条件差距较大，在大里程端主体进洞穿过Ⅴ级破碎带位置处打设大管棚，用于加强地层，从而保证施工的安全。

3 结语

采用浅埋暗挖法，可有效降低出入口电梯提升高度，减少车站主体二衬中钢筋的使用量，从而有效地降低了施工造价和后期地铁运营成本。采用单拱大跨结构，可有效地减少侧墙与拱部衔接部位的应力集中，使结构受力更为合理。因此，浅埋暗挖单拱大跨结构在青岛地铁一期工程(3号线)地铁车站中得到了很好的应用。

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