摘要：随着我国经济的发展，城市化进程的逐步提高，城市人口数量急剧的增加，由此产生的城市交通拥堵问题也越来越严重。城市轨道交通作为国际化大都市现代交通工具的标志，不仅是城市科技和生产力水平的体现，也是解决城市交通拥堵综合问题的有效方案，同时也为城市的发展提供了新的活力。洞桩法作为地铁车站的设计及施工的方法之一，由于其具有占地小、拆迁量少、不影响城市既有交通等优点，在城市核心区具有极高的应用价值[1]。本文详细分析了洞桩法设计中存在的问题及解决的方法。
关键词：地铁车站；洞桩法；结构设计；暗挖法
0 引言
地铁车站作为城市轨道交通中重要的组成部分，国内早期的车站均采用明挖法施工。目前，地铁车站根据周边环境、地质构造等因素，通常采用明挖法、暗挖法和盖挖法进行设计及施工。在暗挖法中，主要分为洞桩法与分部开挖法，分部开挖法又分为中洞法、侧洞法、柱洞法和双侧壁导坑法。
洞桩法相比于其他工法，主要的优点在于对地表的沉降控制比较显著，其次是断面利用率高、临时支撑少、施工作业面大、后期土方利于机械化作业，可以施工速度快，缩短施工周期。因此，洞桩法在地铁车站的施工中，具有越来越广阔的前景。但是，由于该方法施工工艺复杂，施工难度大，结构力系转换频繁，给洞桩的设计增加了不小的难度，需要对洞桩法的设计进行系统的研究和分析。
1 洞桩法的设计难点
目前，洞桩法在设计和施工方面都缺乏系统的分析和研究，尤其是设计方面更是缺乏统一的标准。洞桩法在施工中，涉及到结构受力的多变以及复杂转换，在设计中，往往采用工程类比法，小导洞、边桩及钢管柱等结构设计参数的选取都按照经验选取，导致安全系数取值的差异，进而造成施工成本的浪费。设计主要存在如下几方面的问题：
（1）洞桩法应用的边界条件不明确，比如，该方法使用的地层相关研究的缺失，导致施工工序的不明确，当按照工程类比法进行设计时，容易产生资源的浪费；
（2）在导洞断面尺寸以及初期支护结构参数的选取方面没有进行系统的研究，没有一定的理论指导，随意性大，由此导致工程成本难以进行估计及控制；
（3）对洞桩法施工引起的变形特点及地形沉降没有进行系统的研究，在设计中，无法根据变形的规律采取合理的设计方案对地基沉降进行有效的控制。
本文分别从以上三个控制要素对车站施工洞桩法的设计进行研究，同时，对车站的主要受力构件的设计进行分析。
2 车站设计
2.1 施工竖井及通道设计
洞桩法全暗挖车站的施工竖井设计主要包括竖井的数量及位置选择、施工竖井的类型选取。施工竖井的数量应该根据现场场地条件、施工工期的要求及工程整体的筹划等。通常，B型车6节编组的线路模式，暗挖车站的长度一般为180~190m，通常采用两个施工竖井；A型车8节编组的线路模式，暗挖车站的长度一般为200~220m，通常采用三个施工竖井。暗挖横通道分为贯通式和分离式，两者各有利弊，贯通式出土料方便，但土方开挖量大，分离式相反。
2.2施工导洞设计
施工导洞的设计主要包括施工导洞尺寸的选取及开挖顺序的选择。
确定施工导洞的影响因素主要有以下三个方面：导洞内进行施工操作的空间要求；导洞的结构安全性及抗变形能力；周边环境的敏感性。
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施工导洞的开挖顺序对车站自身的结构受力及周边环境具有很大的影响[2]。主要表现在以下两个方面：
（1）从地表沉降方面，先上后下的导洞施工顺序，由于先行开挖的上层导洞在下层导洞上部形成了一个刚度较大的护拱，从而对下层导洞开挖的时地层的沉降将有所减小，先下而上的导洞施工方式则不存在此类有利因素；
（2）在导洞结构受力方面，先下而上的导洞施工顺序，下导洞的开挖增加了上导洞的结构内力。通常情况下，下导洞的结构内力最大值大于上导洞，因此先上后下的导洞施工顺序对导洞整体受力较为有利[2]。
从工期、降水方面，先上后下的导洞施工顺序也较为有利。
2.3边桩及中柱设计
边桩结构主要承受拱顶传来的竖向荷载及侧向土压力，其设计主要受水平土压力及车站所处场地地质条件密切相关[3]。
中柱时车站在施工和使用过程中的主要竖向受力构件，一般采用钢管混凝土柱。钢管混凝土柱的设计通常采用以下三种方式：
（1）双梁绕柱。此类方法的梁纵筋在钢管两侧通过，在节点处连续，不必截断。其工作机理是利用连续纵梁传递弯矩，依靠钢管柱牛腿传递剪力，节点抗弯刚度较弱，钢管柱传递弯矩小。
（2）环梁绕柱。此类方法利用钢筋混凝土环梁传递弯矩，依靠钢管柱牛腿传递剪力，节点抗弯刚度较弱，钢管柱传递弯矩小，但是有利于梁柱在任意角度的连接。
（3）单梁包柱。此类方式的梁两侧纵筋在钢管两侧通过，中间纵筋断开并焊接于上下钢板焊接，依靠钢管柱牛腿传递剪力。该节点抗弯刚度较强，钢管柱传递弯矩大，但节点区混凝土的浇筑比较困难。
2.4扣拱设计
采用洞桩法施工地铁车站时，扣拱施工所造成的地表沉降占施工全过程的比例较大，因此，扣拱施工顺序的优化对于有效控制或减少地表沉降具有重要的意义。合理的开挖和支护顺序是扣拱施工的关键问题，一般情况下拱部土体的开挖顺序与扣拱顺序一致[4]。
在一般情况下，对于三跨车站，若中跨跨度大于边跨跨度，优先选择先边后中的扣拱顺序，若中跨跨度等于边跨跨度，先中后边和先边后中的扣拱顺序均可；若中跨跨度小于边跨跨度，优先选择先中后边的扣拱顺序。对于其他跨数的车站结构，应进行详细的分析。
3结束语
洞桩法在地铁车站建设中被应用的越来越广泛，但是国内一致缺乏对其系统的研究，无法对车站的建设成本有良好的把控。本文从施工竖井及横通道设计、施工导洞设计、边桩及中柱设计和扣拱设计四个方面，分别在车站自身风险及周边环境风险两个控制要素，分析了洞桩法设计中要重点把握的方向，用于车站的设计。
参考文献：
[1]罗富荣, 汪玉华, 郝志宏. 地铁车站洞桩法设计与施工关键技术[专著][M]. 中国铁道出版社, 2015.
[2]宋月光, 杨慧林, 李涛. 地铁洞桩法施工阶段地下洞室的受力分析[J]. 铁道标准设计, 2005(7):97-99.
[3]朱泽民. 地铁暗挖车站洞桩法施工技术[J]. 四川建筑, 2006, 26(5):63-65.
[4]汪国锋, 黄瑞金, 刘建伟. 北京地铁10号线团结湖站洞桩法扣拱施工技术[J]. 铁道标准设计, 2008(12):204-207.
作者简介：曹守坤（1991-），男，汉族，山东省临沂市,就职于天津市市政工程设计研究院，硕士研究生。
论文作者:曹守坤
论文发表刊物:《基层建设》2018年第21期
论文发表时间:2018/9/10
标签：车站论文; 竖井论文; 顺序论文; 钢管论文; 地铁论文; 弯矩论文; 结构论文; 《基层建设》2018年第21期论文;