摘要:北京地铁十号线安定路站—北土城东站区间穿越安定路,由于路面下管线密布故采用矿山法施工,设计为双连拱结构。文章介绍地铁双连拱结构的设计及施工方法。

　　0　前言

　　双连拱隧道在公路、铁路隧道中已有较多的应用,但在地铁隧道中的应用并不多见,而且地铁的双连拱隧道设计和施工与以岩石为主的公路、铁路隧道有明显不同。下面将结合北京地铁设计实例对双连拱隧道的设计进行探讨。

　　1　工程概况

　　北京地铁十号线安定路站—北土城东站区间在靠近安定路站处,由于区间穿越安定路,安定路车流量比较大,并且路下管线密布,因此该段区间采用矿山法施工,设计为双连拱结构。隧道埋深大约9m,断面尺寸如图1所示。

　　隧道穿越的土层为粉质粘土④层和粉土⑥2层。根据地勘报告,结构已进入潜水位,施工前需人工降水。根据本区间的水文地质情况,采用大口井“抽渗结合”的方法降水,将潜水位降低到结构底板以下约1m处。

　　2　施工方法

　　双连拱隧道常用的施工方法为中导洞法,即先施工中导洞,然后浇筑中隔墙,在中隔墙形成承载能力后,再进行侧洞开挖,最后施作侧洞衬砌以形成双连拱结构。根据本段隧道的情况,要求先将中导洞贯通,然后再开挖两侧洞,这样既可以通过中导洞了解该隧道的土层地质状况,又能更好保证两侧洞施工安全。其施工步骤如下:

　　1)打超前小导管对拱顶土层预支护。

　　2)上、下台阶法开挖中导洞,并施作初期支护。

　　3)铺设防水层浇筑中隔墙。

　　4)上、下台阶法分别开挖左右两侧洞,并施作初期支护。

　　5)分段拆除内部临时支护,施作防水层,浇筑二次衬砌,完成结构施工。

　　3　初衬支护参数

　　初衬采用C20喷射混凝土,小导管Φ42@300,L=3500mm,外倾角5°,纵向间距为1500mm。钢格栅由4根Φ25钢筋焊接而成,每榀格栅间距500mm,钢筋网Φ6@200mm×200mm,双侧布置。格栅纵向拉结筋22,环向间距500mm,单侧布置。

　　4　结构设计

　　4.1　荷载组合

　　采用的荷载组合如下:

　　①基本组合构件强度计算;②短期效应组合构件抗裂验算;③抗震偶然组合构件强度验算;④人防偶然组合构件强度验算。

　　4.2　主要荷载取值

　　1)结构自重:钢筋混凝土重度γ=25kN/m3。

　　2)地层竖向压力:本隧道覆土厚度为9m,为浅埋暗挖隧道,因此按计算截面以上全部土柱重量考虑;地层水平压力:采用朗肯土压力理论,施工阶段外侧取主动土压力,使用阶段取静止土压力。

　　3)地面超载:20kPa。

　　4)地震荷载:按8度地震烈度考虑。

　　5)人防荷载:5级人防,地面空气冲击波超压峰值ΔPm=0.1MPa。

　　4.3　结构计算

　　计算方法采用荷载—结构法。对施工阶段和使用阶段分别进行内力计算,初期支护单独承载时,采用符合文克尔假定的弹性支承链杆来体现围岩的弹性抗力。弹性支承的一端与支护在节点处铰接,只传递轴向压力。侧向支承链杆水平方向布置,仰拱底面的支承链杆垂直布置。

　　初期支护与二次衬砌共同承载时,两层衬砌之间的相互传力作用以桁架单元模拟,每一桁架单元的两端与其相应的内外层梁单元节点相铰接。桁架单元只考虑承受压力,桁架单元径向设置。同时考虑在长期使用过程中,外部荷载因初期支护材料性能退化和刚度下降向二次衬砌转移。

　　4.3.1　初衬计算

　　初衬的计算按照施工步骤对每一工况分别进行计算,然后将所有工况的计算结果进行比较,确定控制截面的内力,计算结果见图2、图3、图4。初衬计算时,水土压力按水土合算考虑。

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