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地铁工程基础知识系列三:结构工程

编辑:管理用户 阅读次数: 发布时间:2010-05-17

一、地下车站结构分类
1、明挖车站
 
在条件允许时,应尽量采用矩形框架结构的车站型式,根据使用及轨面高程的要求车站可布置成双层,三层和四层等各种型式。矩形结构的最大优点是地下空间利用较充分且适用性强,能用于各种功能要求的地下车站。
 
明挖车站的围护结构,可采取地下连结墙、钻孔灌注桩、人工挖也桩等支护型式。围护结构既作为开挖时的支护结构,也可作为车站主体结构的侧壁(或侧壁的一部分)。
 
2、暗挖车站
 
当多个车站位于城市主干部的交通要道上,当城市交通不容许封路改道,可考虑采用暗挖法施工。地下管线较多,迁移困难,或道路狭窄,地面房屋拆迁困难时,亦可考虑采用暗挖车站。
 
暗挖是铁路隧道施工中常见的一种施工方法。暗挖车站有对地面影响小、房屋管理线拆迁最小等特点。
 
暗挖车站断面可根据车站规模大小,采用单层、双层、单跨、双跨、三跨等多种型式。
 
3、明暗结合式车站
 
明暗结合式车站是指沿车站纵向明挖和暗挖相结合的车站。
 
当站址位置一部分有条件进行拆迁明挖,同时不影响地面交通;另一部分由于地面交通或其它因素的限制不允许进行明挖施工时,可考虑采用明暗结合式车站。
 
4、半明半暗式车站
 
是指沿车站横向的明挖与暗挖相结合车站。可用于道路狭窄、地面房屋拆迁困难之处,或由于地面交通限制地段,一侧明挖,另一侧行车隧道采用矿山法施工。
 
二、区间隧道结构
 
1、 矩形断面
 
当采用明挖法施工时,区间隧道一般采用矩形框架的结构型式。其断面内轮廓与地铁设备限界最为接近,断面净空可得到充分利用。
 
根据线路设置条件,单线隧道一般为单孔矩形断面,双线隧道一般采用双孔矩形断面,中间设隔墙分开,以利于区间隧道通风。
 
2、 马蹄形断面
 
采用矿山法暗挖施工的隧道,一般均采用马蹄形断面的结构型式。根据线路设置条件可采用单线隧道或双线隧道的断面型式。但由于双线隧道断面较大,拱部埋深相对较浅,地面沉降不易控制,工程风险较大。因此,区间隧道一般宜采用单线隧道的型式。
 
3、 圆形断面
 
采用盾构法施工时,隧道断面为圆形。单线区间隧道的内径为5.60m(5.40m),一般采用装配式钢筋砼管片衬砌。
 
三、高架结构工程
 
城市轨道交通根据工程地质条件、城市环境、线网规划等因素,为节省城市轨道交通系统建设总投资,缩短建设周期,有时采用高架结构线路。高架工程包括高架区间和高架车站两部分。
 
高架区间常采用连续梁、连续和悬臂三种基本形式。根据城市轨道交通的特点以及整体道床和无缝线路的要求,一般地段多采用简支或连续体系,在特殊地段(跨河、涌、谷地)也可采用悬臂体系。根据结构受力、经济、施工方法及城市景观等要求,目前,比较适合城市轨道交通高架桥梁断的形式有下承式槽型梁结构、预应力混凝土箱梁结构,预应力混凝土板梁结构、后张法预应力混凝土T型梁结构等型式。
 
高架车站属地上高架结构,轨道列车运行于结构最上层。作为一种新的结构形式,高架结构既非单一的房屋结构,也非单一的桥梁结构,而是桥梁和房建融合在一起的结构体系。高架车站站台层们于结构最上层,与区间高架桥连接。目前,高架车站多为2-4层。高架车站常见的结构型式有钢盘混凝土空间框架式结构、桥梁式结构、框架桥梁式结构三种。
 
空间框架结构属桥梁,房建结合方案(简称:“桥建合一”)。该结构是先形成高架车站的空间框架,再于其上形成连续板梁,同时将桥墩作为房屋框架结构的一部分。桥梁式结构属桥建结合方案。高架站先形成桥梁结构(梁、墩柱、基础),再在桥上布置站台。桥梁结构可选择的断面形式有箱梁、T型梁、板梁和槽形梁等。墩柱常用的结构形式有T形墩、双柱墩、V形墩和Y形墩。高架车站中的墩柱应具有足够的强度和稳定性,应避免在轨道列车作用下产生过大位移。
 
框架桥梁式结构属桥建分离方案。主体结构分为两部分,即车站建筑和高架桥。车站建筑包在高架桥之外,高架桥从房屋建筑中穿过,二者在结构上完全分开,受力明确,传力简洁。
 
四、地下车站及隧道施工方法
 
施工方法对结构型式的确定和地铁土建工程造价有决定性影响。施工方法的选定,一方面受沿线工程地质和水文地质条件、环境条件(地面建筑物和地下构筑物的现状、道路宽度、交通状况等)、地铁的功能要求、线路平面位置、隧道埋置深度及开挖宽度等多种因素的制约,同时也会对施工期间的地面交通和城市居民的正常生活、工期、工程的难易程度、城市规划的实施、地下空间的开发利用和运营效果等产生直接影响。
 
地铁施工方法的确定,必须因地制宜、统筹兼顾、选择技术可靠、水平先进、经济合理的断面型式和施工方法,一般来讲,地下车站有明挖、盖挖和暗挖三种方法,隧道有明挖和暗挖两种施工办法。
 
1、 明挖法
 
明挖法是指挖开地面,由上向下开挖土石方至设计标高后,自基底由下向上顺作施工,完成隧道主体结构,最后回填基坑或恢复地面的施工方法。明挖法施工程序一般可以分为4大步:维护(围护)结构施工→内部土方开挖→工程结构施工→管线恢复及覆土。
 
明挖施工的特点是可以适用于各种不同的地质情况,减少线路埋深,施工工艺简单,技术成熟。由于地铁线路一般都在城市的主干道上或居民密集区地带,这给明挖法施工增加了难度,就是如何减少对地面交通的干扰,如何避免对城市居民生活的影响,以及地下管线的密集程度,这已关系到明挖施工法能否成立的关键。区间隧道大部分都在道路下方行走,不适宜采用明挖法施工,仅在高架线到地下线的过渡段,以及特殊地段采用。
 
2、 盖挖法
 
盖挖车站视基坑开挖与结构浇注顺序的不同,有两种基本的施工方法:即盖挖顺作法和逆作法。
 
1) 盖挖顺作法
 
在围护结构与中间支承桩上铺设临时钢梁及路面板以恢复交通,此后即在临时路面板掩护下进行开挖,开挖到底,再由下面上回筑内部结构,最后覆土及铺装路面。这种施工方法实施步骤为:围护—铺临时路面—开挖—支撑—修筑主体结构—回填土—铺装路面。
 
2) 盖挖逆作法
 
在铺设的临时路面板下暗挖,按需设置支撑挖一层土浇筑一层板,挖至坑底浇筑底板。施工工序为:围护—铺设临时路面—开挖—支撑—修筑下一层主体—回填土—铺装路面。
 
3、暗挖法
 
1) 矿山法
 
地铁施工采用的矿山法,是近年来为适应城市浅埋暗挖隧道的需要而发展起来的一施工方法,也称浅埋暗挖法。目前已在北京地铁和广州地铁一号线广泛使用。其断面根据地铁限界要求一般设计为马碲形断面,采用复合式衬砌。
 
浅埋暗挖法施工,工艺简单、灵活,可以根据不同地层条件及时修正、变更。它充分利用围岩的自稳能力,而在软弱地层中则用超前支护加强围岩的自稳能力,在围岩失稳之前及时进行支护—初期支护。其施工方案及施工步骤一般根据地层围岩分类及上部建筑物条件来确定。
 
暗挖车站的具体施工方法及施工步骤,可根据各站所处的地理位置、地面环境条件、车站断面型式和埋深及工程地质情况分别采用不同的施工方案,如“中洞法”、“柱洞法”、“眼睛工法(眼镜法)”及“CRD”工法等。
 
2) 盾构法
 
一般是指由盾构机实施开挖、并同时拼装衬砌预制管片而形成隧道的工法。配合岛式车站,盾构法施工其结构断面形式一般为单线双洞圆形隧道。
 
盾构法施工中最主要的特点是采用了称为盾构机的独特施工机具,该机器是一个能同时支撑地层压力且又能在地层中向前推进的钢管结构(简称盾体),在其前方设置的刀盘中安装有各种刀具通过转动切割土体并向螺旋输运器或管道输送,同时在尾部周边布置一圈千斤顶作后座支力,盾构机向前掘进一定距离后,在盾尾壳内即及时安装衬砌环,并以此不断循环,所以在盾构机所到之处,就是隧道形成之时。显然盾构法施工是具前隧道施工中最具机械化,最有安全质量保障和在均质及软土层中适应性强、速度最快的先进施工技术工艺。



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