尹骞
南京林业大学研究生院研究生210000
【摘要】随着我国城市经济的提升和建筑规模的扩大，如何保证城市交通的畅通性，成为人们重点关注的问题。如今我国各大城市都非常注重地铁的建设，由于地铁运行环境的独特性，能够有效起到缓解地面交通压力的作用。对于地铁建设中，盾构隧道结构以其施工安全、环保和成本控制等优势，受到广泛的应用。本文主要对某地区地铁区间进行了分析，即分析地忒盾构孙导结构设计荷载取值。地铁盾构隧道结构设计的工况以及管片构造的设计参数等。
【关键词】荷载工况；管片选型；盾构隧道
我国城市规模的不断扩大，外来人口也逐渐涌入城市，给城市交通带来压力。随着城市经济的提升和城市的规划，我国各大城市都开始注重地铁的建设。地铁高效性和独特的运行环境，有效缓解的城市地面交通压力。在对于地铁的建设和施工中，主要采用盾构隧道结构设计，因其具有安全、环保和成本低等优势，然而我国对于该种设计没有没有明确的设计规范，只能通过理论计算和工程类比进行设计。本文主要对隧道问题进行了研究，借此促进我国盾构隧道设计的发展。
一、地铁盾构隧道结构设计荷载取值
在地铁盾构隧道结构设计中，需要注重隧道围岩压力的准确性，如果存在荷载取值不当问题，则会给地铁工程造成一定的潜在风险。因此设计工作人员需要加强对实地的考察，综合考虑地质因素、埋深及盾构掘进等，并对考察的因素进行正确的分析。
一般铁路隧道规范公式、泰沙基理论公式以及全土柱法是用来设计荷载的主要方法。不过通过对实际情况的分析，铁路隧道规范公式中，对于覆土区主要有三种埋深情况，即为超前埋、浅埋和深埋等，不同的埋深情况需要采用不同的计算方法，而且埋深如果增大，则垂直荷载会出现较大的变化。目前对于浅埋的荷载计算公式参数还不够明确和完善，其与全土柱一样。而对于浅埋公式，则泰沙基理论荷载偏小，但其在深浅埋临界点出荷载计算值又较大。
本文主要以某城市地铁区间进行了研究，该地铁区间其中一段隧道覆土为21米。其主要采用花岗岩残积土，虽然该土层具有透水性佳，并能够在一定状态下保持较好的力学性质，但其存在遇水软化的问题。采用泰沙基理论进行计算，计算出塌落拱高度为7.53米，静止侧压力系数为0.43。通过对运行几年后的区间隧道监测可以发现，虽然在最初设计时，根据围岩秦光，其塌落拱及管片都符合要求，然而现在已经出现了管片破损和开裂的问题，共包含有裂纹1条，并存在位移和沉降问题。
导致管片出现皮损和位移的原因，主要是由于花岗岩具有透水性佳，并能够在一定状态下保持较好的力学性质，但其存在遇水软化的问题。在实际环境中，如果花岗岩残积土在浸水条件下，则会出现软化问题，甚至发生坍塌。而且上方靠近地面的位置有大规模的软弱体层，在采用盾构掘进时，会因为图层松动，而出现沉降问题。同时隧道接缝如果出现漏水问题，则也可能导致隧道丁岩土地的扰动，从而增加塌落拱高度，致使管片荷载也相应增加。通过验算可以发现，当塌落拱高度超过9米时，则会导致管片出现裂缝。
另外还需要注重勘察实验，明确隧道上部地层有没有出现变化。通过演示发现，不同岩土层物理力学指标或多或少都出现的变化，即承载力降低、工程性质变差，主要是由于地下水渗透而造成。通过上述分析可以了解到，如果盾构隧道月传地层为遇水易软化的烈性，应该采用全土柱荷载计算方式，明确管片配筋。对于埋深较大的问题，则需要注意塌落拱高度的富裕量。如果地层条件较好，则可以采用另外两种反复计算方式进行计算。
二、地铁盾构隧道结构设计的工况
对于地铁盾构隧道结构设计，需要注重考虑实际环境的变化，即外界条件滨化也会对隧道产生影响。因此在进行荷载计算时，还需要注重考虑外部边界条件。如本文研究的地铁区间，其运营已有多年，近年来逐渐出现管片变形、开裂等问题，其中裂纹主要为纵向，而且沉降问题也越来越严重。通过对各种因素的的调查发现，该地铁区间周边存在一个楼板，其是在近年来开始施工后，致使地面出现超载问题。由于该工程项目的基坑与地铁相邻，其中两者相邻最近的距离为5.7米。同时该地区还存在地下水丰富、地质差等问题。
通过上述情况表明，地铁周边可能会存在工程施工的环境变化的出现，特别是在地下室基坑施工中，会对隧道产生较严重的影响。因此为了保证盾构隧道永久运营，则在进行设计时，需要考虑全面。盾构隧道可以采用对环境变化敏感的预制拼装工艺，同时需要对设计工况考虑全面。如果隧道穿越的位置为工程开发区，则需要提前考虑隧道旁进行地下室基坑施工工况，主要内容包括卸载和失水。如果隧道上方存在高差变化大，监管难度大等问题，应该采用最大超载值。
目前我国城市规划中，地铁周边的物业开发较多，基本上已经形成地铁加物业的模式，但由于物业对地铁隧道的影响，因此需要注重对地铁的保护。目前我国对地铁周边的外部活动及结构外边线水平投影净距有明确的规定。然而目前我国还存在违反相关条例的问题，如南京地铁某区间，其与物业冀垦边线距离为50米，超过规定范围。通过对该地的监测可以发现，该区间隧道出现了渗漏问题、沉降问题和变形问题。
根据我国外部活动净距控制管理指标表，其钻深、顶管、隧道的地下结构应该大于6米，地面结构应该大于3米，高架结构应该大于3米，水下结构应该大于6米。对于基坑的地下结构、地面结构和高架结构，均需要大于6米。至于水下水下爆破，则均需要大于100米。不过在实际施工中，不能够完全按照相关条例规定，而需要注重对实际情况进行调查和分析，从而有效达到地铁保护的最大化效果。
三、地铁盾构隧道结构管片构造设计参数
对于地铁盾构隧道管片结构的设计，要注重管片的内径，管片的厚度、管片的宽度等。其中在进行盾构隧道内径设计时，首先需要考虑限界。根据调查可以发现，限界一般为5200毫米，应该通过限界考虑施工、测量、线路拟合等存在的误差情况，及不均匀沉降因素，从而明确隧道内径。
如果地质条件较好的城市，如武汉、深圳等地，可以将隧道内径定位5400毫米，对于地质条件较差的地区，如上海、宁都等地吗，可以将隧道内径定位5500毫米。本文所研究地铁隧道地区，应该采用5500毫米。
在实际施工过程中，隧道施工沉降和蛇形的误差量一般会超过200毫米，同时还存复合地层管片开裂的问题，因此需要扩大控制范围。另外周边存在的工程物业建设问题，也会导致管片开裂问题，因此为了防止此问题的出现，应该采用增大隧道内径的方式，从而会以后的加固处理提供足够的空间。对于管片的连接方式，目前主要采用的有直螺栓连接、弯螺栓连接等。其中弯螺栓连接较为简单方便，而直螺栓连接则较为复杂，需要借助相应的机械实现安装。通过对比发现，直螺栓连接比弯螺栓连接的抗弯性能较好，同时还具备抗裂能力，因此在施工中，可以采用直螺栓连接。
结束语
综上所述，随着我国城市规模的不断扩大，城市人口的不断增加，为了保证城市交通的畅通性，我国各大城市都非常注重地铁的建设。目前主要采用盾构隧道设计和施工，但在结构设计中需要结合实际情况进行，避免出现管片开裂、沉降等问题。通过上述分析可知，盾构隧道设计需要考虑围岩情况、外界条件变化情况等，同时还需要对管片内径、厚度、宽度、连接方式的选择等，有明确的设计，从而保证地铁能够长期运营。
参考文献：
[1]王建.地铁盾构隧道结构设计的工况及设计参数研究[J].城市轨道交通研究，2013，08：70-74.
[2]赵锴.石家庄地铁盾构隧道管片结构设计计算研究[J].市政技术，2015，06：112-114+164.