摘 要 分析了地铁明挖区间与车站围护结构设计的不同之处，采用分段设计、施作日字型环框梁、优化支撑布置的方式，左右线箱体间设置板撑和中隔墙后做等方式，优化了明挖区间围护结构设计。

关键词 地铁明挖区间 围护结构 支撑布置 封闭冠梁 中隔墙

 

      长沙地铁 2 号线长沙火车南站 ～ 光达站区间，Y( Z) DK21 + 210 ～ Y( Z) DK21 + 527． 900 段由于覆土较浅，不足 6 m，不满足盾构施工的条件，因此采用明挖法施工。同时在 Y( Z) DK21 + 210 ～ Y( Z)DK21 + 223． 600 段设置盾构始发井，Y( Z) DK20 +212． 000 ～ Y ( Z) DK20 + 226． 900 段设置盾构到达井。Y( Z) DK226． 900 ～ Y( Z) DK21 + 210． 000 采用盾构法施工。

      盾构始发井为单层双跨矩形框架结构，基坑尺寸: 长 ×宽 × 深 =24． 700 m ×13． 600 m ×14． 900 m，基坑安全等级为二级。基坑围护采用Ф1 000@1 300 mm钻孔灌注桩，桩间设Ф600( 三重管) 的旋喷桩止水。基坑开挖时竖向采用三道支撑，三道支撑均为 Ф600，t =16 mm 钢管支撑，水平间距3 ～3．5 m。

      明挖区间为单层单跨矩形框架结构，明挖区间( 未含盾构始发井) 基坑尺寸: 长 × 宽 × 深 =304．3 m× ( 19． 3 ～ 20． 8) m × ( 8． 0 ～ 12． 5) m。基坑安全等级为二级。基坑采用采用Ф800@1 100 mm 的钻孔灌注桩，桩间设Ф600( 三重管) 的旋喷桩止水。YDK21 +223． 600 ～ YDK21 + 297． 150 竖向设置两道支撑，其余设置一道支撑。除第一道支撑在出土孔前后设置两道混凝土支撑( 800 mm ×800 mm) 外，其余支撑均为Ф600，t =16 mm 钢管支撑。

 

      明挖区间和车站结构有以下 4 个主要不同:( 1) 车站所在纵坡通常坡度较缓，一般为 0． 2%。明挖区间则不同，本段明挖区间前半段位于 2． 7%的纵坡上，后半段位于0．2%的纵坡上; ( 2) 车站通常为双层框架结构，冠梁距离顶板较近。明挖区间为单层框架结构，冠梁与顶板竖向距离较大，一旦支撑拆除，围护结构悬臂段较长; ( 3) 车站主体结构为一整体结构，明挖区间( 不含盾构井) 则通常分为左右两个独立箱体; ( 4) 车站盾构井段左右线间不用隔离封闭，盾构区间施工时，左右线可以互通，方便了施工。明挖区间始发井段，因为运营时通风的要求，左右线间必须隔离封闭，给盾构区间施工带来了不便。

      由于以上 4 个因素，明挖区间和车站围护结构设计存在种种不同。

      根据地质情况计算分析，为了保证基坑的安全，围护结构设计必须分段考虑。

      盾构始发井段竖向采用三道支撑，支撑不随线路走坡。明挖区间 YDK21 + 223． 6 ～ YDK21 +297． 150段竖向采用两道支撑，其中第一道支撑不随线路走破，第二道支撑随线路走坡。明挖区间YDK21 + 297． 150 ～ YDK21 + 527． 9 段竖向采用一道支撑，支撑不随线路走坡。

      盾构始发井基坑底部位于中风化泥质粉砂岩( 5 － 2) ，围护结构嵌固深度为 3 m，桩底标高为17． 081; 明挖区间 YDK21 + 223． 6 ～ YDK21 + 297． 150段基坑底部位于强风化泥质粉砂岩( 5 －1) ，围护结构嵌固深度为 4 ～ 5 m，桩底标高为18．525; 明挖区间YDK21 + 297． 150 ～ YDK21 + 335． 400段基坑底部位于强风化泥质粉砂岩( 5 －1) ，围护结构嵌固深度为 4 ～5 m，桩底标高为20． 749; 明挖区间 YDK21 + 335． 400～ YDK21 + 527． 9段基坑底部位于强风化泥质粉砂岩( 5 －1) 和卵石层( 2 －5) ，围护结构嵌固深度为 4 ～5 m，桩底标高为 22． 94。

      明挖区间一般段，顶板施作完成后，回填覆土，并拆除支撑，不存在什么问题。但是对于盾构始发井段和出土孔段，顶板施作完成后，并不能回填覆土，且竖向支撑必须拆除，以便于盾构区间施工时管片和土方的吊运。因此，在盾构区间施工过程中，明挖区间盾构始发井段和出土孔段，主体结构顶板以上围护结构存在较长的悬臂段，地面超载、管片堆载、吊机等施工机械荷载和地层土压力均由顶板和冠梁承受，基坑围护结构处于非常不利的状态，必须特别设计。

      ( 1) 盾构始发井和明挖区间出土孔段顶板框梁和围护结构冠梁必须按照最不利状态设计。最不利状态是: 顶板施作完成后，竖向支撑被拆除，地面存在管片堆载和吊机等施工机械荷载。因此盾构始发井和出土孔段顶板框梁和围护结构冠梁尺寸，通常都要比车站相应结构的尺寸大。

      ( 2) 盾构始发井段围护结构冠梁应封闭，采用日字型环框梁，以改善受力。如图 1 所示。

      值得注意的是: 日字型环框梁中间部分，必须待明挖区间部分主体完成并完成覆土后施作，否则就要采用如图 2 所示的支撑方案。

      ( 3) 优化明挖区间出土孔范围支撑布置

      明挖区间一般段采用钢支撑，水平间距为3． 5 m，出土孔段支撑避开顶板出土孔位置，前后采用钢筋混凝土支撑( 800 mm × 800 mm) ，水平间距为 9 m。这样布置既保证了受力，又为盾构施工期间的出土提供了便利( 见图 3) 。

      明挖区间左右线除了盾构井段，是两个相互独立的框架箱体，这和明挖车站是一个统一整体是不同的。这就决定了明挖区间围护设计存在如下种种不同。

      ( 1) 基坑计算时，明挖区间顶板和底板不能按照刚性铰考虑。同时明挖区间顶板做完后，就可以填土。因此明挖区间基坑计算的控制阶段往往是开挖阶段，车站基坑计算的控制阶段往往是回筑阶段。

      ( 2) 明挖区间箱体间可以适当预留核心土，起到反压的作用，这对基坑稳定是有利的。但是考虑到预留核心土会导致施工作业面积狭小，带来种种不便，因此应慎重对待。

      ( 3) 可以在箱体间的空地上设置集水井和排水渠，以解决基坑施工期间的排水问题; 同时可以设置泄水孔，解决施工期间主体结构的抗浮问题，也避免了像车站那样在主体结构底板设置泄水孔，对主体结构的种种损害。

      ( 4) 左右线箱体间必须有必要的连接和支撑，否则箱体间在施工和运营时容易发生较大的相对位移，这主要是因为:

      ①箱体间的回填土很难做到密实，一旦支撑拆除，箱体间的位移难免。

      ②运营后，箱体一边是钢筋混凝土围护，一边是回填土，刚度左右不均，在地震和地面荷载的作用下，容易产生相对位移。

      为此，在左右线箱体间顶底板位置设置钢筋混凝土板撑。板撑断面尺寸为0．6 m ×0．6 m，每6 m 设置一道，施工缝处和顶板开洞处必须设置( 见图4) 。

      因为通风的要求，运营时明挖区间左右线间必须隔离封闭，因此明挖区间始发井段通常的做法是在左右线间施作钢筋混凝土中隔墙。这种做法存在一个问题: 如果中隔墙先做，盾构施工阶段，左右线被完全隔离，资料、机具和人员不能互通，给施工带来了不便。如果中隔墙后做，则盾构施工期间，底板跨度太大，不利于受力。

      更好的做法是采用梁柱结构: 顶、底板设置顶纵梁和底纵梁，纵梁通过中柱和壁柱连接，构成一封闭框架结构。待盾构施工完成后，采用封堵材料隔离左右线空间，如图 5 所示。这样既满足了受力和运营时通风要求，又保证了施工期间的便利。

      本文分析了地铁明挖区间与车站围护结构设计的不同之处。分别采用分段设计、支撑走坡的方式解决明挖区间纵坡坡度较大的问题; 采用日字型环框梁和优化支撑布置的方式，解决明挖区间围护结构局部地段悬臂段较长，受力不利的问题; 采用明挖区间左右线箱体间设置板撑的方式，解决了其相对位移的问题。采用中隔墙后做的方式，解决了盾构始发井结构在盾构施工过程中左右线互通的问题。

 

1 施仲衡． 地下铁道设计与施工［M］． 西安: 陕西科学技术出版社，2006

2 郑杰． 狭长超深的地铁区问段基坑明挖施工技术［J］． 建筑施工，2010( 03)