地鐵工程基礎知識系列三：結構工程
閱讀次數 : 14981
發布時間 : 2010-05-17 01:00
一、地下車站結構分類
1、明挖車站
?
在條件允許時，應盡量采用矩形框架結構的車站型式，根據使用及軌面高程的要求車站可布置成雙層，三層和四層等各種型式。矩形結構的最大優點是地下空間利用較充分且適用性強，能用于各種功能要求的地下車站。
?
明挖車站的圍護結構，可采取地下連結墻、鉆孔灌注樁、人工挖也樁等支護型式。圍護結構既作為開挖時的支護結構，也可作為車站主體結構的側壁（或側壁的一部分）。
?
2、暗挖車站
?
當多個車站位于城市主干部的交通要道上，當城市交通不容許封路改道，可考慮采用暗挖法施工。地下管線較多，遷移困難，或道路狹窄，地面房屋拆遷困難時，亦可考慮采用暗挖車站。
?
暗挖是鐵路隧道施工中常見的一種施工方法。暗挖車站有對地面影響小、房屋管理線拆遷最小等特點。
?
暗挖車站斷面可根據車站規模大小，采用單層、雙層、單跨、雙跨、三跨等多種型式。
?
3、明暗結合式車站
?
明暗結合式車站是指沿車站縱向明挖和暗挖相結合的車站。
?
當站址位置一部分有條件進行拆遷明挖，同時不影響地面交通；另一部分由于地面交通或其它因素的限制不允許進行明挖施工時，可考慮采用明暗結合式車站。
?
4、半明半暗式車站
?
是指沿車站橫向的明挖與暗挖相結合車站?？捎糜诘缆藩M窄、地面房屋拆遷困難之處，或由于地面交通限制地段，一側明挖，另一側行車隧道采用礦山法施工。
?
二、區間隧道結構
?
1、?矩形斷面
?
當采用明挖法施工時，區間隧道一般采用矩形框架的結構型式。其斷面內輪廓與地鐵設備限界最為接近，斷面凈空可得到充分利用。
?
根據線路設置條件，單線隧道一般為單孔矩形斷面，雙線隧道一般采用雙孔矩形斷面，中間設隔墻分開，以利于區間隧道通風。
?
2、?馬蹄形斷面
?
采用礦山法暗挖施工的隧道，一般均采用馬蹄形斷面的結構型式。根據線路設置條件可采用單線隧道或雙線隧道的斷面型式。但由于雙線隧道斷面較大，拱部埋深相對較淺，地面沉降不易控制，工程風險較大。因此，區間隧道一般宜采用單線隧道的型式。
?
3、?圓形斷面
?
采用盾構法施工時，隧道斷面為圓形。單線區間隧道的內徑為5.60m（5.40m），一般采用裝配式鋼筋砼管片襯砌。
?
三、高架結構工程
?
城市軌道交通根據工程地質條件、城市環境、線網規劃等因素，為節省城市軌道交通系統建設總投資，縮短建設周期，有時采用高架結構線路。高架工程包括高架區間和高架車站兩部分。
?
高架區間常采用連續梁、連續和懸臂三種基本形式。根據城市軌道交通的特點以及整體道床和無縫線路的要求，一般地段多采用簡支或連續體系，在特殊地段（跨河、涌、谷地）也可采用懸臂體系。根據結構受力、經濟、施工方法及城市景觀等要求，目前，比較適合城市軌道交通高架橋梁斷的形式有下承式槽型梁結構、預應力混凝土箱梁結構，預應力混凝土板梁結構、后張法預應力混凝土T型梁結構等型式。
?
高架車站屬地上高架結構，軌道列車運行于結構最上層。作為一種新的結構形式，高架結構既非單一的房屋結構，也非單一的橋梁結構，而是橋梁和房建融合在一起的結構體系。高架車站站臺層們于結構最上層，與區間高架橋連接。目前，高架車站多為2-4層。高架車站常見的結構型式有鋼盤混凝土空間框架式結構、橋梁式結構、框架橋梁式結構三種。
?
空間框架結構屬橋梁，房建結合方案（簡稱：“橋建合一”）。該結構是先形成高架車站的空間框架，再于其上形成連續板梁，同時將橋墩作為房屋框架結構的一部分。橋梁式結構屬橋建結合方案。高架站先形成橋梁結構（梁、墩柱、基礎），再在橋上布置站臺。橋梁結構可選擇的斷面形式有箱梁、T型梁、板梁和槽形梁等。墩柱常用的結構形式有T形墩、雙柱墩、V形墩和Y形墩。高架車站中的墩柱應具有足夠的強度和穩定性，應避免在軌道列車作用下產生過大位移。
?
框架橋梁式結構屬橋建分離方案。主體結構分為兩部分，即車站建筑和高架橋。車站建筑包在高架橋之外，高架橋從房屋建筑中穿過，二者在結構上完全分開，受力明確，傳力簡潔。
?
四、地下車站及隧道施工方法
?
施工方法對結構型式的確定和地鐵土建工程造價有決定性影響。施工方法的選定，一方面受沿線工程地質和水文地質條件、環境條件（地面建筑物和地下構筑物的現狀、道路寬度、交通狀況等）、地鐵的功能要求、線路平面位置、隧道埋置深度及開挖寬度等多種因素的制約，同時也會對施工期間的地面交通和城市居民的正常生活、工期、工程的難易程度、城市規劃的實施、地下空間的開發利用和運營效果等產生直接影響。
?
地鐵施工方法的確定，必須因地制宜、統籌兼顧、選擇技術可靠、水平先進、經濟合理的斷面型式和施工方法，一般來講，地下車站有明挖、蓋挖和暗挖三種方法，隧道有明挖和暗挖兩種施工辦法。
?
1、?明挖法
?
明挖法是指挖開地面，由上向下開挖土石方至設計標高后，自基底由下向上順作施工，完成隧道主體結構，最后回填基坑或恢復地面的施工方法。明挖法施工程序一般可以分為4大步：維護（圍護）結構施工→內部土方開挖→工程結構施工→管線恢復及覆土。
?
明挖施工的特點是可以適用于各種不同的地質情況，減少線路埋深，施工工藝簡單，技術成熟。由于地鐵線路一般都在城市的主干道上或居民密集區地帶，這給明挖法施工增加了難度，就是如何減少對地面交通的干擾，如何避免對城市居民生活的影響，以及地下管線的密集程度，這已關系到明挖施工法能否成立的關鍵。區間隧道大部分都在道路下方行走，不適宜采用明挖法施工，僅在高架線到地下線的過渡段，以及特殊地段采用。
?
2、?蓋挖法
?
蓋挖車站視基坑開挖與結構澆注順序的不同，有兩種基本的施工方法：即蓋挖順作法和逆作法。
?
1）?蓋挖順作法
?
在圍護結構與中間支承樁上鋪設臨時鋼梁及路面板以恢復交通，此后即在臨時路面板掩護下進行開挖，開挖到底，再由下面上回筑內部結構，最后覆土及鋪裝路面。這種施工方法實施步驟為：圍護—鋪臨時路面—開挖—支撐—修筑主體結構—回填土—鋪裝路面。
?
2）?蓋挖逆作法
?
在鋪設的臨時路面板下暗挖，按需設置支撐挖一層土澆筑一層板，挖至坑底澆筑底板。施工工序為：圍護—鋪設臨時路面—開挖—支撐—修筑下一層主體—回填土—鋪裝路面。
?
3、暗挖法
?
1）?礦山法
?
地鐵施工采用的礦山法，是近年來為適應城市淺埋暗挖隧道的需要而發展起來的一施工方法，也稱淺埋暗挖法。目前已在北京地鐵和廣州地鐵一號線廣泛使用。其斷面根據地鐵限界要求一般設計為馬碲形斷面，采用復合式襯砌。
?
淺埋暗挖法施工，工藝簡單、靈活，可以根據不同地層條件及時修正、變更。它充分利用圍巖的自穩能力，而在軟弱地層中則用超前支護加強圍巖的自穩能力，在圍巖失穩之前及時進行支護—初期支護。其施工方案及施工步驟一般根據地層圍巖分類及上部建筑物條件來確定。
?
暗挖車站的具體施工方法及施工步驟，可根據各站所處的地理位置、地面環境條件、車站斷面型式和埋深及工程地質情況分別采用不同的施工方案，如“中洞法”、“柱洞法”、“眼睛工法（眼鏡法）”及“CRD”工法等。
?
2）?盾構法
?
一般是指由盾構機實施開挖、并同時拼裝襯砌預制管片而形成隧道的工法。配合島式車站，盾構法施工其結構斷面形式一般為單線雙洞圓形隧道。
?
盾構法施工中最主要的特點是采用了稱為盾構機的獨特施工機具，該機器是一個能同時支撐地層壓力且又能在地層中向前推進的鋼管結構（簡稱盾體），在其前方設置的刀盤中安裝有各種刀具通過轉動切割土體并向螺旋輸運器或管道輸送，同時在尾部周邊布置一圈千斤頂作后座支力，盾構機向前掘進一定距離后，在盾尾殼內即及時安裝襯砌環，并以此不斷循環，所以在盾構機所到之處，就是隧道形成之時。顯然盾構法施工是具前隧道施工中最具機械化，最有安全質量保障和在均質及軟土層中適應性強、速度最快的先進施工技術工藝。