多拱雙層式暗挖地鐵車站施工技術(shù)與綜合比選分析

趙德毅

(天津市地下鐵道集團有限公司)

1 工程概況

K城市2號線設(shè)計中部采用三拱雙柱雙層結(jié)構(gòu)形式。三拱雙柱雙層結(jié)構(gòu)的 H為15.9 m，L為 175.0 m，W 為23.3 m，有效站臺中心處拱頂最厚覆土12.5 m。車站范圍內(nèi)自上而下主要地質(zhì)情況為：粉細砂層與中粗砂層，粉質(zhì)粘土與粉土互層，圓礫卵石層。

2 多拱雙層式車站施工技術(shù)分析

多拱雙層式車站樁柱法施工順序可分為以下八步。

(1)對上下六個要施工的導洞超前預(yù)支護，以“先下后上，先邊后中”的原則開挖上下六個導洞，施工導洞臨時支護，封閉初支，各導洞開挖至縱向貫通。(2)施工上層邊導洞內(nèi)的鉆孔樁和冠梁，成樁后剩余部分以水泥漿液回填。(3)在上層中心部位的2、3、A、B導洞內(nèi)架設(shè)主體側(cè)洞鋼架，下部與導洞預(yù)埋鋼筋焊接，施工主體中洞超前支護、設(shè)置鋼拉桿。(4)施工拱部導洞間超前預(yù)支護，對稱開挖并施工二襯。(5)開挖中導洞間上部土體至中板，澆筑站廳層中板及側(cè)墻，施作柱間拱部二襯。(6)分三層開挖兩側(cè)上部土體，架設(shè)鋼管支撐基礎(chǔ)頂面，導洞剩余部分回填，施作兩邊跨結(jié)構(gòu)拱部二襯。(7)由上至下開挖土體至中板下0.5 m處，施工中板及中縱梁結(jié)構(gòu)，澆筑地板混凝土。(8)澆筑剩余側(cè)墻二襯，分段拆除鋼管撐。

3 暗挖地鐵車站隧道模型的建立

3.1 計算假定

(1)土體材料假定為均勻連續(xù)體，且各向同性。

(2)不考慮地下水的水分遷移對車站隧道施工過程中的影響。

(3)采用Mohr-Coufomb準則假定車站隧道在彈塑性范圍內(nèi)變化，且其破壞形式是塑性的。

(4)利用MIDAs/GTS有限元軟件計算時，假定E，ρ，C，φ值不變且E和μ不隨土層的深度變化而變化。

3.2 單元的選擇

(1)初期支護的單元模型選取Beam單元。

(2)選取PLANE單元模擬車站隧道周邊的土體和二次襯砌。

(3)利用MIDAs/GTS有限元軟件改變指定區(qū)域材料性質(zhì)來模擬施工進程。

3.3 計算范圍及邊界約束條件

(1)根據(jù)實測經(jīng)驗，車站隧道的影響范圍為車站隧道跨度的3倍，故選取左右邊界距隧道側(cè)60 m，下邊界選取至隧道底50 m。

(2)兩側(cè)邊界水平位移為零，下側(cè)邊界豎向位移為零。

3.4 計算參數(shù)

K城市2號線所在處的巖土類型及其參數(shù)如表1所示，初期支護及二次襯砌的彈性模量取混凝土彈性模量，其力學特性參數(shù)如表2所示。

表1 K城市2號線某站的計算土層參數(shù)

表2 計算輸入支護參數(shù)

4 多拱雙層式暗挖地鐵車站隧道模型結(jié)果分析

4.1 PBA 法

利用PBA法開挖的地鐵車站拱頂沉降隨施工步的變化曲線與車站施工完成后地表的沉降槽曲線見圖1、圖2。

圖1 車站隧道拱頂沉降歷時曲線

由圖2可得，利用PBA法暗挖車站隧道的拱實測沉降值為35.10 mm，地面的最大沉降值為27.97 mm，沉降槽寬度約為70 m。由有限元法模擬得的塑性可知：此法開挖的車站隧道對土體的擾動主要分布在車站隧道拱腳處，對車站上部的土體擾動也有少量的影響，但擾動區(qū)的范圍不大。

4.2 樁柱法

采用柱洞法開挖的三拱雙柱雙層暗挖地鐵車站的地表變形與地層塑性區(qū)分布，車站隧道的拱頂沉降隨施工步的變化曲線與車站施工完成后地表的沉降槽曲線見圖3。

圖2 地表沉降槽曲線

圖3 車站隧道拱頂沉降歷時曲線

由圖3可得，利用樁柱法暗挖挖的車站隧道的拱頂實測沉降值為39.78 mm，地面最大沉降值為32.45 mm，沉降槽寬度約為72 m。另外，此法開挖的車站隧道周圍土體的塑性區(qū)與洞樁法開挖的塑性區(qū)位置差異不是很大。

5 多拱雙層式暗挖地鐵車站施工技術(shù)的綜合比選分析

三拱雙柱雙層結(jié)構(gòu)形式的暗挖地鐵車站的PBA法、樁柱法的有限元模擬參數(shù)結(jié)果如表3所示。

表3 數(shù)值模擬分析結(jié)果匯總表

兩種暗挖技術(shù)的詳細比較見表4。

表4 暗挖技術(shù)的詳細比較

續(xù)表4

6 結(jié)束語

多拱雙層式的暗挖地鐵車站的兩種暗挖施工方法各自有其特點點，當首先要考慮沉降，再次考慮施工進度，最后考慮整個項目工程預(yù)算時，優(yōu)先推薦采用洞樁法施工多拱雙層式暗挖地鐵車站。在進行地鐵車站建設(shè)活動時，我們應(yīng)靈活地依據(jù)不同的環(huán)境因素解決工程上遇到的問題。施工方應(yīng)嚴格執(zhí)行設(shè)計方提供的技術(shù)方案及按照設(shè)計文件中的施工步驟認真施工。同時，駐工地設(shè)計方也應(yīng)根據(jù)實際的環(huán)境因素及實際情況對原有的技術(shù)方案進行優(yōu)化設(shè)計。保證合作、均衡的施工模式有利于城市地鐵車站施工進度和施工安全。

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［1］賀長俊，蔣中庸，劉昌用，等.淺埋暗挖法隧道施工技術(shù)的發(fā)展［J］.市政技術(shù)，2009，27(3)：274-279.

［2］關(guān)寶樹.隧道工程施工要點集［M］.人民交通出版社，2003.

［3］王夢恕.地下工程淺埋暗挖施工技術(shù)通論［M］.合肥：安徽教育出版社，2004.