地鐵作為人類(lèi)利用地下空間的一種有效形式，對(duì)于提高土地利用效率、緩解地面交通、改善人類(lèi)居住環(huán)境、減少環(huán)境污染、保持城市歷史文化景觀等都具有十分顯著的作用。相對(duì)于既有的公路交通系統(tǒng)而言，地鐵還具有運(yùn)量大、能耗低、交通效率高、準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)點(diǎn)性好、快速安全等優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代城市地下空間建設(shè)的重點(diǎn)。

2、  背景

在實(shí)際設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，我們經(jīng)常會(huì)遇到這樣或那樣的困惑，有時(shí)心里甚至?xí)�覺(jué)得搞設(shè)計(jì)為什么會(huì)這么隨意？搞設(shè)計(jì)難道就是照貓畫(huà)虎或者生搬硬套？當(dāng)然不是！設(shè)計(jì)是一門(mén)嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、富有挑戰(zhàn)性且充滿魔力的學(xué)科。在我的工作生涯中，我認(rèn)為以下幾點(diǎn)是設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)和施工中經(jīng)常遇到的問(wèn)題：

1、在設(shè)計(jì)過(guò)程中，很多設(shè)計(jì)人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中基本概念混淆、錯(cuò)誤。

1）地下結(jié)構(gòu)與地上建筑從荷載分析、荷載傳遞、基本構(gòu)件受力原理來(lái)說(shuō)，有很大的相似性，具有參考性；

2）地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，很多人仍然采用允許應(yīng)力法或破損階段法進(jìn)行設(shè)計(jì)，與《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》2010年版如何匹配；

3）單個(gè)構(gòu)件或截面配筋計(jì)算，理論和實(shí)際計(jì)算方法已非常成熟。但很多設(shè)計(jì)人員還經(jīng)常算錯(cuò)。

2、現(xiàn)行地下類(lèi)結(jié)構(gòu)規(guī)范版本低、種類(lèi)單一、內(nèi)容不全，各規(guī)范間相互矛盾。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中存在很多疑惑。

1）《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》2005年版，一直未更新。

2）《地下鐵道設(shè)計(jì)規(guī)范》2003年版，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)部分僅幾頁(yè)，滿足不了設(shè)計(jì)要求。

3）《城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》正式稿遲遲不發(fā)布，且送審稿與審定稿存在多處矛盾和錯(cuò)誤。

3、暗挖法施工的地下結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中存在很大的不確定性。設(shè)計(jì)人員應(yīng)在設(shè)計(jì)階段充分考慮設(shè)計(jì)余量，在施工過(guò)程中隨時(shí)做好動(dòng) 態(tài)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備。

4、業(yè)主方相應(yīng)人員已具備了很高的專業(yè)知識(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)人員素質(zhì)要求更高。

3、  結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 混凝土結(jié)構(gòu)承載力設(shè)計(jì)的發(fā)展

從歷史來(lái)看，混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)先后經(jīng)歷了容許應(yīng)力法、破損階段設(shè)計(jì)法、多系數(shù)界限狀態(tài)設(shè)計(jì)法、概率極限設(shè)計(jì)法，目前《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》就是采用的概率極限設(shè)計(jì)法。

1、如果單從承載力設(shè)計(jì)方法來(lái)考慮，允許應(yīng)力或破損階段法至少落后現(xiàn)行混凝土規(guī)范半個(gè)世紀(jì)。

2、當(dāng)然，《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》沿用有一定的原因，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的解釋，是因?yàn)榈叵陆Y(jié)構(gòu)、特別是深埋隧道類(lèi)，是荷載計(jì)算不清晰造成的。

3、若采用允許應(yīng)力或破損階段法設(shè)計(jì)，所有的鋼筋、混凝土等參數(shù)不應(yīng)該選用混凝土規(guī)范上的，因?yàn)榛�本統(tǒng)計(jì)原理不一樣。

圖1 結(jié)構(gòu)承載力設(shè)計(jì)的發(fā)展示意圖

3.2地鐵區(qū)間隧道的荷載取值

1、礦山法隧道基本原則：

深埋隧道荷載按照塌落拱計(jì)算、淺埋隧道按照松散荷載計(jì)算、超淺埋隧道按照全土柱加地面動(dòng)、靜荷載計(jì)算。在我們實(shí)際工作中，可參照以下步驟進(jìn)行荷載選取：

1）初判：只有當(dāng)覆土大于2（或2.5）倍塌落拱高度時(shí)，采用塌落拱計(jì)算荷載。

2）建議礦山法隧道按照《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算豎向荷載。首先判斷荷載等效高度（類(lèi)似于塌落拱）。

當(dāng)埋深時(shí)，按照深埋處理，荷載取為；

當(dāng)埋深時(shí)，按照淺埋荷載計(jì)算，按公式計(jì)算（計(jì)算較為繁瑣）；

當(dāng)埋深時(shí)，按照超淺埋荷載計(jì)算，取全土柱荷載。

2、盾構(gòu)法隧道荷載計(jì)算方法：

1）盾構(gòu)法計(jì)算荷載采用太沙基公式計(jì)算，已經(jīng)在國(guó)內(nèi)各家設(shè)計(jì)院及主流參考書(shū)籍中取得共識(shí)。

2）一般可以參考12m覆土作為一個(gè)深淺埋的分界，但注意最終計(jì)算應(yīng)以太沙基公式計(jì)算為準(zhǔn)。

3）上述計(jì)算中如何考慮土層的c、φ值。

4）應(yīng)注意如何考慮活載組合。

3.3 地鐵區(qū)間隧道合算、分算的問(wèn)題

1）隧道分算與合算原則與車(chē)站一致，一般是按照土層的滲透系數(shù)確定。

2）應(yīng)注意合算或是分算，隧道與車(chē)站結(jié)構(gòu)存在明顯區(qū)別！

對(duì)于純圓型結(jié)構(gòu)，在承受四周均布荷載的情況下只產(chǎn)生軸力、不產(chǎn)生彎矩。對(duì)于盾構(gòu)這種圓形結(jié)構(gòu)，在承受近似于均布荷載的水壓力情況下，水壓力對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生軸向力，結(jié)構(gòu)趨于安全。故采用水土合算趨于安全（即計(jì)算的軸力偏小，彎矩偏大）。

對(duì)于馬蹄形結(jié)構(gòu)，采用水土合算還是分算，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況確定。一般情況下合算計(jì)算偏于安全。

3.4 地鐵區(qū)間隧道線路曲線

1）區(qū)間線路應(yīng)注意限界偏移值。

2）區(qū)間縱斷面應(yīng)注意最低點(diǎn)不處于直線坡度最低點(diǎn)，而是偏向于小坡度方向。具體里程應(yīng)根據(jù)計(jì)算確定。

3）應(yīng)準(zhǔn)確的計(jì)算最低點(diǎn)里程和標(biāo)高。

4）一般豎曲線不建議進(jìn)入車(chē)站，若進(jìn)入車(chē)站，建筑設(shè)計(jì)人員可以直接從線路圖中量取出去，誤差不大。

5）在左右坡度一致的情況下，最低點(diǎn)與軌道最低點(diǎn)重合。

3.5 地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

1）地面建筑一般設(shè)防目標(biāo)：三水準(zhǔn)、兩階段設(shè)防。即小震不壞、中震可修、大震不倒。

2）地下結(jié)構(gòu)設(shè)防目標(biāo)：二水準(zhǔn)、一階段設(shè)防。即小震不壞、中震不壞、大震可修。一階段表示為采用設(shè)防地震烈度下，采用設(shè)防烈度地震參數(shù)進(jìn)行地震驗(yàn)算，通過(guò)概念設(shè)計(jì)或構(gòu)造措施滿足罕遇地震設(shè)防要求。

3）地震安全評(píng)估報(bào)告的取值：50年使用年限時(shí)，多遇地震為50年超越概率為63.2%的地震參數(shù)，重現(xiàn)期為50年；100年使用年限時(shí)，采用設(shè)防烈度地震100年超越概念為10%的地震參數(shù)，重現(xiàn)期475年。

3.6 地鐵區(qū)間隧道超前支護(hù)

1）在一般情況下應(yīng)優(yōu)先選用格柵鋼架。

2）除非隧道內(nèi)搶險(xiǎn)等特殊情況，一般情況下不應(yīng)采用型鋼鋼架支護(hù)，原因如下：

很多人認(rèn)為型鋼鋼架強(qiáng)度高是最大的優(yōu)點(diǎn)。但是無(wú)論是格柵鋼架還是型鋼鋼架，在與混凝土聯(lián)合受力以后，兩者的剛度差別不大；

隧道開(kāi)挖前2榀鋼架不受力，也不存在及時(shí)受力的問(wèn)題；

型鋼鋼架背后無(wú)法噴射混凝土，容易形成空隙。且與噴射混凝土結(jié)合不好。

3）一般情況下，超前支護(hù)小導(dǎo)管長(zhǎng)度應(yīng)該為臺(tái)階高度+1m。所以，小導(dǎo)管長(zhǎng)度3.5m是指臺(tái)階高度2.5m的情況。

4、  施工配合

地鐵設(shè)計(jì)不用于民建設(shè)計(jì)的區(qū)別，其中一個(gè)就是施工配合的不同。因?yàn)榘凑盏罔F設(shè)計(jì)規(guī)范和一般的地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，地鐵設(shè)計(jì)一般采用的是動(dòng)態(tài)化設(shè)計(jì)，這就要求設(shè)計(jì)人員應(yīng)該全天候的參與到地鐵施工工程中去，在施工配合中不斷的改進(jìn)設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)。

4.1 盾構(gòu)機(jī)過(guò)站、平移或調(diào)頭

在市區(qū)施工地下結(jié)構(gòu)時(shí)，由于地面交通的限制，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)需要在車(chē)站內(nèi)進(jìn)行盾構(gòu)始發(fā)、平移、過(guò)站、甚至調(diào)頭的情況。 在這里，簡(jiǎn)要介紹一下盾構(gòu)機(jī)過(guò)站的一般流程：

1）在盾構(gòu)到達(dá)前準(zhǔn)備好盾構(gòu)機(jī)接收托架及鋼板，托架放置于鋼板之上，鋼板面上涂抹黃油；

2）接收盾構(gòu)，使其完全放置于接收托架之上，斷開(kāi)盾構(gòu)機(jī)與后配套；

3）將盾構(gòu)機(jī)連同托架一起，通過(guò)千斤頂，橫向平推至適當(dāng)位置，開(kāi)始縱向平推過(guò)站。

4）推至車(chē)站另一端后，安裝盾構(gòu)機(jī)及后配套，安裝反力架，準(zhǔn)備始發(fā)。

圖2  盾構(gòu)機(jī)托架

圖3盾構(gòu)機(jī)過(guò)站   

 圖4 千斤頂

4.2 盾構(gòu)端頭加固

盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)出洞時(shí)需進(jìn)行加固，一般采用始發(fā)8m，到達(dá)6m的加固長(zhǎng)度。

有些地區(qū)采用始發(fā)6m（或4m），到達(dá)8m的加固長(zhǎng)度，理由如下：

1）盾構(gòu)始發(fā)時(shí)，地層處于加載過(guò)程。盾構(gòu)管片間密封較好。

2）盾構(gòu)到達(dá)時(shí)，地層處于卸載過(guò)程，盾構(gòu)刀盤(pán)無(wú)土壓力，管片間推力相對(duì)減小。這段范圍一般是從盾構(gòu)機(jī)機(jī)頭出端墻開(kāi)始，所有一般不小于一個(gè)盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)度，即8m。

有些施工單位，在盾構(gòu)機(jī)始發(fā)及到達(dá)部位，對(duì)管片間施加緊固鐵片，以保證始發(fā)和接收端的盾構(gòu)管片環(huán)間緊密貼合。

圖5 盾構(gòu)管片間緊固鋼片

5、  總結(jié)

作為一名員工，對(duì)于公司最好的回報(bào)莫過(guò)于在內(nèi)踏實(shí)認(rèn)真的工作、在外時(shí)刻銘記公司的利益。同時(shí)，只有在各種工作中磨練和經(jīng)歷并善于總結(jié)，才會(huì)成為一名真正合格的員工。