楊 招 黃強兵② 肖雙全 茍玉軒 王友林

(①長安大學地質(zhì)工程系， 西安 710054， 中國)

(②長安大學西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點實驗室， 西安 710054， 中國)

(③北京市政路橋集團股份有限公司， 北京 100068， 中國)

(④陜西省城市地質(zhì)與地下空間工程技術(shù)研究中心， 西安 710068， 中國)

0 引 言

隨著我國社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市化進程的快速推進，城市人口密度急劇增大，城市地面交通面臨巨大壓力，交通擁堵現(xiàn)象十分普遍，這給城市居民生活和出行帶來了極大不便。為緩解城市交通壓力，我國正大力進行城市軌道交通建設(shè)，地鐵建設(shè)規(guī)模之大，前所未有。西安作為我國歷史名城，十三朝古都，旅游勝地，致力于成為國際化大都市，近年來地鐵建設(shè)正在快速推進中。然而，西安市地理位置上屬于內(nèi)陸盆地，特殊的地質(zhì)構(gòu)造條件，加上開采地下水，導致地裂縫地質(zhì)災害十分發(fā)育。近年來其活動逐步減緩，但仍對在建的西安地鐵構(gòu)成嚴重威脅，幾乎所有地鐵線路均不可避免地穿越地裂縫帶(彭建兵等， 2012； 黃強兵等， 2019a)。為了保證地鐵隧道穿越地裂縫場地的安全性，施工方法目前主要采用淺埋暗挖CRD工法，結(jié)構(gòu)上采取分段設(shè)縫、擴大斷面等防治措施應對地裂縫活動帶來的影響(黃強兵等， 2009a； 彭建兵等， 2012)。

關(guān)于西安地鐵地裂縫問題，國內(nèi)已開展了大量研究，主要集中在地裂縫錯動對已建隧道的影響和設(shè)防問題(黃強兵等， 2007， 2009b， 2019a； 孫萍等， 2008； 胡志平等， 2011)，很少涉及地裂縫場地施工影響研究(徐明祥等， 2020)。從隧道施工工法研究來看，以往主要開展了不同工法的比較分析，現(xiàn)有CRD工法優(yōu)化研究部分又側(cè)重于公路隧道、鐵路隧道及暗挖通道方面，針對城市地鐵隧道穿越地裂縫場地CRD工法優(yōu)化研究少之又少。如Masayasu et al. (1982)和Palmer et al. (2011)對淺埋暗挖隧道引起的地表沉降進行了三維邊界元分析及理論推導； Gonzalez et al. (2011)介紹了數(shù)值解和解析解在馬德里地鐵新建隧道中的應用，對約60個試驗段進行了數(shù)據(jù)采集及分析； 崔小鵬等(2010)針對CRD工法及三臺階七步開挖工法進行了對比分析，并做了綜合評價和改進； 王旭東等(2011)以青島地鐵某車站為例，運用有限元分析方法研究了覆跨比與地表位移的關(guān)系，并分析了不同覆跨比下的開挖穩(wěn)定性； 孔祥興等(2011)采用三維動態(tài)模擬和施工力學分析，研究了CRD工法與盾構(gòu)法隧道先后施工間相互影響作用； 陳夢月(2009)設(shè)計了6種不同的開挖與支護工況和兩種不同的施工工序，對廈門翔安隧道陸域淺灘段開挖過程進行了三維數(shù)值模擬分析； 許文鋒等(2009)以Ⅴ級圍巖條件下的某大跨度黃土隧道為研究對象，采用有限元數(shù)值模擬手段，對CRD工法中各個分部的開挖形狀、開挖順序以及支護形式進行了優(yōu)化研究； 王薇等(2017)和姚紅偉等(2018)以某城市地下公路淺埋暗挖隧道為研究對象，采用數(shù)值模擬手段，進行了CRD工法優(yōu)化與現(xiàn)場試驗研究； 黨維維(2009)、李夢莎(2015)和程飛(2018)基于淺埋暗挖隧道的施工方法、地層變形的影響因素、地表沉降規(guī)律及支護加固方法，對CRD工法進行了優(yōu)化分析。上述研究集中于CRD工法在黃土地區(qū)、陸域淺灘地區(qū)及地質(zhì)條件差的城市地段等方面的應用分析，未涉及到地裂縫場地地鐵隧道CRD工法施工優(yōu)化研究。針對傳統(tǒng)CRD工法如何更好地適用于地裂縫場地地鐵隧道施工，能否進行優(yōu)化，怎樣優(yōu)化，目前尚未有相關(guān)研究。

本文以西安地鐵6號線隧道暗挖施工穿越地裂縫場地為研究工程背景，采用有限元數(shù)值方法，對地裂縫場地傳統(tǒng)CRD工法和筆者提出的優(yōu)化CRD工法隧道開挖進行了三維動態(tài)模擬，結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測試驗結(jié)果，對比分析兩種工法下地表沉降、隧道拱頂沉降及隧道支護結(jié)構(gòu)壓力的變化規(guī)律，以期提出一種適用于地裂縫場地地鐵隧道施工的優(yōu)化CRD工法，為西安乃至其他地裂縫發(fā)育城市地鐵隧道穿越地裂縫場地施工提供科學借鑒和技術(shù)參考。

表1 計算參數(shù)

1 工程概況

西安地鐵6號線全長約為39.94 km，是西安市區(qū)向西南方向的一條骨干放射線路。西安地鐵6號線一期工程線路起于西安市高新區(qū)南端，規(guī)劃國鐵南客站； 在高新區(qū)向北沿西太路、亞迪路、錦業(yè)路、唐延路、高新路行進，在勞動南路設(shè)置一期工程終點站勞動南路站。一期工程線路長約20.52 km，均為地下線。其中丈八四路—丈八一路區(qū)間工程自丈八四路車站始，止于丈八一路車站，位于錦業(yè)路，與丈八三路和丈八二路相交，呈東西走向，區(qū)間設(shè)計里程為K21+758.800～K22+840.200，全長1081.400 m，分為盾構(gòu)段和暗挖段，暗挖段隧道設(shè)計為雙線隧道，其右線里程為K21+851.412～K21+996.412，斷面開挖跨度為9 m，高為9.2 m，隧道支護設(shè)計參數(shù)見圖1。

圖1 隧道支護設(shè)計參數(shù)(單位：mm)

本文以西安地鐵6號線丈八四路—丈八一路區(qū)間淺埋暗挖段右線K21+851.412～K21+996.412為研究對象，該區(qū)間隧道穿越f8地裂縫、1-1雜填土、2-1黃土狀土、2-2粉質(zhì)黏土、3-3粉質(zhì)黏土、3-4粉土、3-6中砂、4-3粉質(zhì)黏土等地層，隧道圍巖綜合分級為Ⅵ級。隧道埋深約為9.5 m，右線斷面的地質(zhì)剖面圖見圖2。其中f8地裂縫走向約NE43°，傾向SE，傾角約80°，與線路夾角約47°。

圖2 地質(zhì)剖面(單位：m)

2 優(yōu)化CRD施工方法

地鐵隧道過地裂縫場地原設(shè)計采取傳統(tǒng)CRD工法(圖3a)，在施工過程中嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、緊封閉、勤量測”的施工原則(王夢恕， 2010)。傳統(tǒng)CRD工法在施工過程中開挖面較小，施工工序多，臨時中隔壁布設(shè)拆除困難，而且由于下臺階處預留作業(yè)空間較小且有臨時中隔壁的存在，導致機械施工不便，對施工進度有一定影響。

圖3 開挖工序

基于傳統(tǒng)CRD工法存在上述問題，針對地裂縫場地本文對傳統(tǒng)的CRD工法進行如下優(yōu)化：(1)取消彎曲型臨時仰拱，布設(shè)直線型臨時仰拱； (2)改變導洞開挖順序；(3)取消下臺階臨時中隔壁，開挖縱向每2 m布設(shè)臨時鋼管支撐，便于拆除，減輕二次擾動； (4)提高臨時仰拱布設(shè)位置約1～1.5 m，縮小上臺階施工面，擴大下臺階施工面，減少人工開挖量，增大機械使用率，加快施工進度； (5)上臺階進行預留核心土環(huán)向開挖，進一步減輕對周圍土體擾動，其中核心土正面投影面積不少于開挖斷面的一半。圖3b為優(yōu)化CRD工法施工開挖工序。

3 三維動態(tài)開挖有限元模型的建立

3.1 有限元模型

為了對比分析傳統(tǒng)CRD工法和優(yōu)化CRD工法兩種工法的優(yōu)劣，采用Midas GTS有限元軟件，以西安地鐵6號線丈八四路—丈八一路區(qū)間淺埋暗挖段右線K21+851.412～K21+996.412為原型建立了有限元計算模型如圖4所示，模型尺寸為：長×寬×高=145 m×70 m×50 m，即豎向z為50 m，水平向x為70 m，縱向y為145 m。隧道埋深9.5 m，斷面為馬蹄型，地裂縫傾角為80°，與地鐵隧道走向夾角為47°。模型采用混合網(wǎng)格生成器進行網(wǎng)格劃分，對臨近隧道區(qū)域進行網(wǎng)格加密控制處理。模型左右兩端和前后兩側(cè)分別施加X方向和Y方向約束，底部施加Z方向約束。其中巖土體采用莫爾-庫侖本構(gòu)模型，初支噴混、中隔壁、臨時鋼支撐等隧道結(jié)構(gòu)均采用彈性本構(gòu)模型，地裂縫采用interface接觸單元來模擬，interface接觸單元參數(shù)與地裂縫參數(shù)一致，隧道結(jié)構(gòu)采用板單元來模擬(圖5)。數(shù)值模擬計算過程中，初始地應力場只考慮自重應力場，并做位移清零處理，方便后期數(shù)據(jù)處理。各層土體均視為連續(xù)均勻介質(zhì)，隧道初次襯砌不考慮體積膨脹，二次襯砌不做考慮，超前小導管注漿加固區(qū)域通過改變相應區(qū)域土層屬性來實現(xiàn)。開挖過程中合理運用Midas GTS自帶的荷載釋放系數(shù)功能，更好地實現(xiàn)土體開挖應力釋放，與實際應力重分布過程達到一致。

圖4 數(shù)值計算模型(單位：m)

圖5 地鐵隧道與地裂縫相交示意圖

傳統(tǒng)CRD工法循環(huán)開挖模擬過程為： ①超前支護； ②右上導洞一開挖支護； ③導洞一封閉成環(huán)5 m后，右下導洞二開挖支護； ④導洞二封閉成環(huán)10 m后，左上導洞三開挖支護； ⑤導洞三封閉成環(huán)5 m后，左下導洞四開挖支護。優(yōu)化CRD工法循環(huán)開挖模擬過程為： ①超前支護； ②右上導洞一環(huán)向部分開挖支護； ③右上導洞一核心部分開挖支護； ④導洞一封閉成環(huán)5 m后，左上導洞二環(huán)向部分開挖支護； ⑤左上導洞二核心部分開挖支護； ⑥左上導洞二封閉成環(huán)5 m后，右下導洞三開挖支護； ⑦右下導洞三封閉成環(huán)5 m后，左下導洞四開挖支護。開挖斷面及開挖模擬如圖6，圖7所示。

圖6 開挖斷面

圖7 開挖模擬示意圖

3.2 計算參數(shù)

根據(jù)勘察資料區(qū)間淺埋暗挖段主要地層為雜填土、黃土狀土、粉質(zhì)黏土①、粉質(zhì)黏土②及粉質(zhì)黏土③； 襯砌采用C25混凝土，厚度為250 mm； 地裂縫為軟弱結(jié)構(gòu)面，由粉土、細沙等松散物質(zhì)填充，地層、襯砌及地裂縫計算參數(shù)見表1。為模擬實際開挖情況，設(shè)計了初始地應力場平衡、地裂縫激活、超前支護、隧道開挖、鋼拱架安裝、鎖腳錨桿打設(shè)及噴射混凝土、拆除臨時支護等多個施工步驟進行初支循環(huán)施工模擬計算。

4 數(shù)值模擬與現(xiàn)場監(jiān)測對比分析

地鐵隧道開挖必然會引起地表沉降變形，而地表沉降量的大小直接關(guān)系著開挖場地及鄰近地表建(構(gòu))筑物和路面是否會發(fā)生變形破壞，因此施工過程中需要對地表沉降進行監(jiān)測，對地表特征點沉降和地表最終沉降變形進行分析。

4.1 地表特征點沉降分析

首先進行地表特征點沉降隨開挖進尺的變化規(guī)律研究，在開挖區(qū)間K21+851.412～K21+996.412內(nèi)于隧道中軸線上方地表選取特征點5個(圖8)，分別是點K21+865(位于上盤，距地裂縫60 m)、K21+895(位于上盤，距地裂縫30 m)、點K21+925(位于地裂縫帶)、K21+955(位于下盤，距地裂縫30 m)、K21+985(位于下盤，距地裂縫60 m)。提取這5個特征點的豎向位移變化數(shù)據(jù)，分別作傳統(tǒng)CRD工法地表特征點沉降曲線圖(圖9a)及優(yōu)化CRD工法地表特征點沉降曲線圖(圖9b)。

圖8 監(jiān)測點布設(shè)圖(單位：m)

圖9 不同工法地表特征點沉降隨開挖進尺的變化曲線

由圖9可知，隨開挖進尺增加地表特征點沉降曲線整體呈“反S型”，特征點沉降與離掌子面距離有關(guān)，距掌子面越遠，沉降越小。從上盤到下盤沉降出現(xiàn)明顯錯臺，且上盤特征點豎向位移值明顯大于下盤特征點，這說明了地鐵暗挖施工對上盤擾動大于下盤，地裂縫處最易發(fā)生擾動變形破壞。同時，優(yōu)化CRD工法各特征點沉降量明顯小于傳統(tǒng)CRD工法，整體減少約為14 mm，這說明地裂縫場地優(yōu)化CRD工法能更好地控制地面的沉降變形。

以特征點K21+895(位于上盤，距地裂縫30 m)為例，對比分析傳統(tǒng)CRD工法和優(yōu)化CRD工法兩者施工開挖時對地表特征點的擾動情況(圖10)。由圖可知，當從地裂縫上盤向下盤方向掘進時，地表特征點沉降變形特征大致可分為3個階段： ①開挖前微小變形階段， ②開挖時急劇下沉變形階段和③開挖后平穩(wěn)變形階段。傳統(tǒng)CRD工法整體沉降變形明顯大于優(yōu)化CRD工法，采用傳統(tǒng)CRD工法施工時，當開挖進尺為22.3 m即掌子面距特征點斷面21.7 m時特征點K21+895受到擾動產(chǎn)生微小變形，沉降量較小僅為1.53mm； 隨后特征點K21+895進入急劇下沉變形階段，且當掌子面位于特征點K21+895斷面處，沉降速率到達峰值； 直到當開挖進尺為94.8 m即掌子面距特征點斷面50.8 m時特征點K21+895進入平穩(wěn)變形階段，此時沉降量為23.1mm，后隨著開挖變形趨于穩(wěn)定，最大沉降量為24.4mm，超過區(qū)間地表沉降報警值24 mm。采用優(yōu)化CRD工法施工時，當開挖進尺為35.1 m即掌子面距特征點斷面8.9 m時特征點K21+895受到擾動產(chǎn)生微小變形，沉降量較小僅為1.24mm； 隨后特征點K21+895進入急劇下沉變形階段，且當掌子面位于特征點K21+895斷面處，下沉速率到達峰值； 直到當開挖進尺為83.6 m即掌子面距特征點斷面39.6 m時特征點K21+895進入平穩(wěn)變形階段，沉降量為7.25mm，后隨著開挖變形趨于穩(wěn)定，最大沉降量為8.39mm，遠小于區(qū)間地表沉降報警值24 mm。

圖10 不同工法地表特征點沉降變形過程對比

傳統(tǒng)CRD工法特征點K21+895微小變形階段為開挖進尺0～22.3 m段，即22.3 m； 急劇下沉變形階段為開挖進尺22.3～94.8 m段，即72.5 m； 平穩(wěn)變形階段為開挖進尺94.8～145 m段，即50.2 m。傳統(tǒng)CRD工法開挖特征點K21+895最大沉降速率為0.46，即每開挖進尺1 m，特征點K21+895豎向位移為0.46mm。優(yōu)化CRD工法特征點K21+895微小變形階段為開挖進尺0～35.1 m段，即35.1 m； 急劇下沉變形階段為開挖進尺35.1～83.6 m段，即48.5 m； 平穩(wěn)變形階段為開挖進尺83.6～145 m段，即61.4 m。優(yōu)化CRD工法開挖特征點K21+895最大沉降速率為0.21，即每開挖進尺1 m，特征點K21+895豎向位移為0.21mm。由此看出，優(yōu)化CRD工法微小變形階段和平穩(wěn)變形段的范圍較傳統(tǒng)CRD工法分別增大12.8 m、11.2 m，急劇下沉變形階段減小24 m，且其沉降速率、沉降量都有顯著減小，說明優(yōu)化CRD工法對地裂縫場地地層擾動較小，能保證施工掌子面穩(wěn)定性，確保地鐵隧道施工安全。

4.2 地表最終沉降分析

地鐵隧道開挖時對地表產(chǎn)生的擾動變形最大值一般位于隧道中軸線位置處，圖11給出了隧道中軸線地表最終沉降曲線。從圖中可以看出，兩種工法對隧道中軸線地表產(chǎn)生的擾動變形沉降曲線基本一致，均呈凹槽型，在地裂縫處有明顯錯臺，地裂縫上盤地表最終沉降量明顯大于下盤，地表最終沉降量峰值位于地裂縫帶位置的上盤一側(cè)。傳統(tǒng)CRD工法開挖對地裂縫上盤影響范圍為54.6 m，下盤影響范圍為43.3 m，影響區(qū)L1范圍為97.9 m； 地表最終沉降量最大值為32.14mm，位于開挖進尺68.87 m處即上盤距地裂縫11.13 m處。優(yōu)化CRD工法開挖對地裂縫上盤影響范圍為40.2 m，下盤影響范圍為36 m，影響區(qū)L2范圍為76.2 m； 地表最終沉降量最大值為15.12mm，位于開挖進尺72.5 m處即上盤距地裂縫7.5 m處。由此可見，優(yōu)化CRD工法施工開挖在地裂縫場地影響范圍較傳統(tǒng)CRD工法有明顯減小，上盤影響范圍減小約14.4 m，下盤影響范圍減小約7.3 m，總影響范圍減小21.7 m，約22.17%。優(yōu)化CRD工法地表最大沉降量減小17.02mm，約52.96%。

圖11 隧道中軸線地表最終沉降曲線

圖12為是現(xiàn)場監(jiān)測(傳統(tǒng)CRD工法)和數(shù)值模擬(優(yōu)化CRD工法)地表最終沉降量對比曲線圖，從圖中可以看出，現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)值模擬沉降曲線大致走勢基本吻合，均呈凹槽型，地裂縫上下盤有明顯的豎向位移錯臺現(xiàn)象，上盤地表豎向位移略大于下盤，最大沉降量都位于地裂縫帶位置的上盤一側(cè)。從具體數(shù)值上來看，現(xiàn)場監(jiān)測地表沉降量明顯大于數(shù)值模擬結(jié)果。這是因為數(shù)值模擬過程中未考慮地下水，而實際施工開挖過程中先進行了地下水的抽取，使得地下水水位下降15 m至距隧道拱底5 m處，從而造成弱透水層和含水層孔隙水位壓力降低，黏性土層孔隙水被擠出，導致黏性土產(chǎn)生壓密變形，從而引起地表急劇沉降。而本文僅對CRD工法施工開挖過程及優(yōu)化進行了分析，對地下水抽取未做考慮，后續(xù)將對地下水作用問題進一步研究。

圖12 數(shù)值模擬與現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果對比曲線

4.3 隧道拱頂沉降分析

淺埋暗挖施工過程中地鐵隧道拱頂沉降量的大小直接影響著其建成后能否正常投入使用和安全運營，故施工過程中需對地鐵隧道拱頂沉降進行實時監(jiān)測，以此來確保施工質(zhì)量。

為分析地鐵隧道拱頂沉降情況，現(xiàn)選取K21+900斷面拱頂作實時監(jiān)測(圖13)。傳統(tǒng)CRD工法和優(yōu)化CRD工法K21+900斷面拱頂沉降曲線走勢大體一致，均有初支閉合前急劇下沉階段、初支閉合后拆除中隔壁前緩慢下沉階段以及拆除中隔壁后穩(wěn)定變形階段等3個階段。傳統(tǒng)CRD工法開挖進尺為66.67 m即距K21+900斷面17.67 m時，隧道初期支護閉合； 開挖進尺為78.06 m即距K21+900斷面29.06 m時，臨時中隔壁拆除； K21+900斷面拱頂最終沉降量為35.89mm。優(yōu)化CRD工法開挖進尺為61.51 m即距K21+900斷面12.51 m時，隧道初期支護閉合； 開挖進尺為70.15 m即距K21+900斷面21.15 m時，臨時中隔壁拆除； K21+900斷面拱頂最終沉降量為16.32mm?？梢妰?yōu)化CRD工法初支閉合、中隔壁拆除時間明顯早于傳統(tǒng)CRD工法，且其沉降變形量降低了19.57mm，約54.53%。

圖13 K21+900斷面拱頂沉降曲線

這說明了優(yōu)化CRD工法對土層擾動次數(shù)少，產(chǎn)生的擾動變形小，初支閉合速度快，為傳統(tǒng)CRD工法的1.37倍(29.06/21.15)，更適應于地裂縫場地城市地鐵隧道淺埋暗挖施工。

圖14為現(xiàn)場監(jiān)測(傳統(tǒng)CRD工法)和數(shù)值模擬(優(yōu)化CRD工法)拱頂最終沉降對比曲線圖，從圖中可以看出數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測的隧道拱頂最終沉降量曲線基本相近，最大沉降量都位于地裂縫帶位置的上盤一側(cè)，且量值基本一樣，驗證了優(yōu)化CRD工法的合理性。兩條曲線區(qū)別在于數(shù)值模擬曲線地裂縫上下盤末端都較為平滑，而現(xiàn)場監(jiān)測曲線地裂縫上下盤末端都有著或大或小的起伏。這是由于地鐵隧道淺埋暗挖施工經(jīng)過地裂縫地段時，地裂縫作為一個軟弱結(jié)構(gòu)面，周圍土層易受到施工開挖擾動產(chǎn)生變形，從而對隧道頂部地層產(chǎn)生擠壓或拉張作用，造成隧道拱頂變形起伏； 再有就是現(xiàn)場施工的復雜性和不確定性可能導致拱頂變形不穩(wěn)定。

圖14 現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)值模擬拱頂最終沉降對比曲線

4.4 隧道支護結(jié)構(gòu)受力分析

采用傳統(tǒng)和優(yōu)化CRD工法進行地鐵隧道施工開挖都有臨時中隔壁布設(shè)、初期支護等工序，其受力情況決定著開挖需使用中隔壁材料強度和初期支護采用的鋼筋混凝土強度，以及隧道開挖的穩(wěn)定性和安全性。因此在K21+885斷面拱頂、拱底、左右拱腳、左右拱腰及臨時中隔壁等處布設(shè)測點，進行傳統(tǒng)和優(yōu)化CRD工法的隧道支護結(jié)構(gòu)壓力數(shù)據(jù)采集，具體數(shù)值如表2所示。

表2 K21+885斷面施工隧道支護結(jié)構(gòu)壓力(單位：MPa)

從表中可知優(yōu)化CRD工法左右拱腰、拱腳和拱底處的結(jié)構(gòu)壓力略大于傳統(tǒng)CRD工法，而拱頂和臨時中隔壁受力明顯小于傳統(tǒng)CRD工法，產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因是優(yōu)化CRD工法上側(cè)導洞開挖斷面減小且下部臨時中隔壁變?yōu)椴捎每v向每2 m布設(shè)臨時鋼管作支撐，其臨時中隔壁的承載能力降低，承擔荷載比例減小； 而初期支護承擔荷載比例增大。其中傳統(tǒng)CRD法初期支護承載比例為76.43%，臨時鋼支撐承載比例為23.57%； 優(yōu)化CRD工法初期支護承載比例為87.01%，臨時鋼支撐承載比例為12.99%； 初期支護承載比例上升10.58%，臨時鋼支撐承載比例下降10.58%。這也恰好說明了優(yōu)化CRD工法施工隧道主要受力位置是初期支護，和實際地鐵隧道周圍地層壓力最終主要由初期支護和二次支護承擔一致，并且優(yōu)化CRD工法簡化降低了拆除臨時中隔壁對地鐵隧道的二次擾動。因此，采用優(yōu)化CRD工法施工時，雖然左右拱腰、左右拱腳及拱底處結(jié)構(gòu)壓力增大，需要提高預注漿混凝土、鎖腰、鎖腳錨桿、縱向連接筋以及初支噴混的強度和數(shù)量來保障初期支護的穩(wěn)定性， 但是由于臨時中隔壁，臨時仰拱等臨時支護結(jié)構(gòu)壓力較小，使得其后期拆除時隧道結(jié)構(gòu)的整個受力體系轉(zhuǎn)變更為平穩(wěn)，更能保障隧道結(jié)構(gòu)的安全性，更能有效控制地鐵隧道最終變形量。

5 結(jié) 論

本文以西安地鐵6號線區(qū)間隧道淺埋暗挖段施工穿越地裂縫場地為研究工程背景，對傳統(tǒng)CRD工法和優(yōu)化CRD工法進行了數(shù)值模擬計算對比分析，結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了驗證，得出以下結(jié)論：

(1)傳統(tǒng)CRD工法和優(yōu)化CRD工法施工引起的地表沉降過程基本一致，均呈反S型變化，可分為3個變形階段：開挖前微小變形階段、開挖時急劇下沉變形階段以及開挖后平穩(wěn)變形階段。

(2)與傳統(tǒng)CRD工法相比，優(yōu)化CRD工法提高了臨時仰拱的位置，減小了上臺階的開挖面積，并用簡易臨時鋼管支撐替代下臺階臨時中隔壁，減輕了其拆除對周圍土體的擾動，從而保障了掌子面穩(wěn)定性，使得地表最大沉降量降低了52.96%，影響范圍減少了22.17%。

(3)與傳統(tǒng)CRD工法相比，優(yōu)化CRD工法隧道支護結(jié)構(gòu)受力主要由初期支護承擔，減少了臨時中隔壁、臨時仰拱等拆除產(chǎn)生的二次擾動，使得隧道結(jié)構(gòu)的整個受力體系轉(zhuǎn)變更為平穩(wěn)，隧道拱頂最終沉降量降低了54.53%。

(4)優(yōu)化CRD工法雖然需要提高預注漿混凝土、鎖腰、鎖腳錨桿、縱向連接筋以及初支噴混的強度和數(shù)量，但其擴大了下臺階施工面積，簡化了臨時支護拆除，方便了機械開挖出渣，整體施工進度加快為傳統(tǒng)CRD工法的1.37倍，整體工程效益提升。