交通运输职称论文发表浅议轨道支护结构设计

　　摘要：在城市轨道交通建设中，结构设计方案常涉及到大尺寸开洞结构的受力问题，如盾构施工竖井、轨排工作井等。此类结构由于受吊装构件的特殊要求，对其支护形式有一定的限制，即在较长的范围内不能设置内支撑，结构设计均优先考虑基坑支护独立受力设计方案。结合武汉地铁2号线一期工程金色雅园站轨排井的实际设计经验，对轨排井支护结构的选择及其要点进行了分析，为类似工程设计提供参考和依据。

　　关键词：轨道交通,轨排井,围护结构,主体结构

　　在轨道交通建设中，轨排均需通过轨排井由地面吊入一定深度的隧道内，钢轨每节长度一般为25m，为满足铺轨需要，单个轨排井井口预留开洞的净长约28m，净宽需约5.0m左右。目前对轨排井段的结构设计均优先考虑基坑支护独立受力设计方案，鉴于轨排井基地吊装构件要求，在较长的范围内不能设置支撑，一般采用“桁架式”悬臂围护结构、围护墙+锚索结构等形式，武汉长江一级阶地为典型软土地区，基坑开挖分为内淤泥层及粉土、粉砂互层较厚，采用悬臂结构必然造成较高的工程造价，且安全性也较难保证;而在高地下水及淤泥地层施工锚索困难、锚固力也较难保证及施工锚索造成的地下障碍物给周边地块开发带来很大限制，武汉建委明确规定需要取得地块业主同意。根据武汉轨道交通2号线一期工程金色雅园站工程地质条件、水文地质条件及锚索不可侵入周边地块要求，设计研究轨排井的支护结构采用临时开挖围护+内支撑及主体结构外扩形成桁架框架体系共同受力的设计。

　　1、工程概况

　　武汉轨道交通2号一期工程金色雅园站位于金雅二路中段沿金雅二路下方布置，车站设置存车线，为地下两层岛式站台车站，结构外包全长530.2m，标准段宽18.5m，标准段基坑深度约16.1m。根据总体设计及工程筹划的要求，在车站北端设置轨排基地，车站北端顶、中板均预留了2个28m×7.75m的轨排井兼做盾构始发井，待铺轨完毕后封孔处理。

　　2、工程地质及水文地质

　　金色雅园站位于金雅二路中段金色雅园小区内，周边为建成及在建建筑，场地属长江冲积一级阶地，车站地层从上至下依次为：(1-1)层杂填土、(3-1)a层粘土、(3-1)层粘土、(3-3)层淤泥质粉质粘土、(3-4)层粉质粘土夹粉土、粉砂、(3-5)粉质粘土、粉土、粉砂互层，车站底板位于(3-4)层粉质粘土夹粉土、粉砂。地质参数见表1。

　　地下水类型为潜水及微承压含水层，其中：潜水主要赋存于(1-1)杂填土层，稳定水位埋深为1.2～4.3m;微承压含水层主要赋存于(3-4)层粉质粘土夹粉土、粉砂，(3-5)层粉质粘土、粉土、粉砂互层中，与长江、汉江具有一定的水力联系，承压水水头约为地面以下4.65m.

　　3 、轨排井的支护结构设计

　　3.1 支护结构方案

　　根据以上工程地质、水文地质条件及周边环境要求(周边地块业主不同意采用锚索影响其后期开发)，本工程不具备围护结构+锚索的支护方案的条件，且地层存在较厚的淤泥质软土及承压含水层的粉土、粉砂层，地下水水位较高，轨排井处基坑深度达到了17.8m采用悬臂式工字型地下连续墙投资较高，轨排井的支护设计不具备优先考虑基坑支护独立受力设计方案，因此研究后确定采用临时开挖围护+内支撑及主体结构外扩形成桁架框架体系共同受力的设计方案，其中基坑开挖期间根据武汉地区的施工经验推荐采用800mm地下连续墙+竖向4道钢支撑方案具体见图1围护结构横剖面图;轨排井使用阶段通过基坑外扩在主体结构侧墙上增设3道水平框架和4道竖向框架，地下连续墙与底板、侧墙和框架组成空间受力体系，共同承担轨排孔使用期间的各种荷载，具体见图2 结构横剖面图。

　　3.2支护结构计算分析

　　1)基本概况

　　拟定结构尺寸：侧墙厚度800mm，水平向加强深梁高4750mm，宽1000mm，竖向肋梁高4750mm，宽1100mm。顶面覆土3.75米，水位取到地面计算。具体见图3 结构计算图。

　　2)计算分析

　　轨排井结构是三维空间受力体系，应采用三维空间板、梁模型进行计算，并辅以二维平面框架验算。二维平面框架取最不利的轨排孔跨中断面，水平框架以弹性支座模拟，支座刚度取框架跨中挠度倒数。平面计算的缺点是不能完全考虑竖向、水平框架与底板、侧墙和地下连续墙的共同作用，无法精确反映轨排井结构受力，内力计算数值大，不经济;优点是直观简洁，有利于概念设计和初步确定结构受力数量级和结构构件尺寸。

　　轨排井结构空间有限元计算可以实现水平、竖向结构体系相互作用的自动计算，避免了对水平框架侧向刚度的近似模拟，可以得到相对精确的内力结果，有利于工程安全和节约造价。

　　4、结语：

　　目前，该站轨排井已经铺轨完成，经受了大跨度、高水压的考验，通过本站轨排井支护结构设计和实施取得了以下经验：

　　1)对于需要在结构上预留较大洞口的情况，采取结构本身加强及设置环框的形式，也可以解决这一特殊要求，相对于传统的轨排井段悬臂支护结构、围护墙+锚索等基坑支护方式，本支护结构设计通过采取分不同施工工况采取不同的支护形式，很好解决基坑开挖和轨排井使用期的结构受力安全问题，减少了对周边地块开发的影响。

　　2)轨排井的轨排孔是大跨度结构，设计难度大，设计过程中，个方应密切合作，按照“保证功能、安全适用、经济合理”的原则确定设计标准和设计方案。

　　3)本站轨排井主要结合盾构端头井设置，如有条件时可以分开设置，进一步优化轨排孔的尺寸，初步核算可优化28.0m×3.5m,可以减少基坑外扩量，节约工程投资。

　　4)在城市轨道交通中由于锚索采用会给周边后期工程的建设遗留地下障碍物影响后期施工，城区中城市轨道交通基坑支护设计应慎重考虑采用该支护形式。

　　参考文献：

　　[1]施仲衡、张弥、宋敏华等，《地下铁道设计与施工》西安;陕西科学技术出版社，2006

　　[2]胡云峰，《地铁车站增设轨排孔方案比选及实施》地下工程与隧道，2011年第3期。