多拱双层式暗挖地铁车站施工技术与综合比选分析

赵德毅

(天津市地下铁道集团有限公司)

1 工程概况

K城市2号线设计中部采用三拱双柱双层结构形式。三拱双柱双层结构的 H为15.9 m，L为 175.0 m，W 为23.3 m，有效站台中心处拱顶最厚覆土12.5 m。车站范围内自上而下主要地质情况为：粉细砂层与中粗砂层，粉质粘土与粉土互层，圆砾卵石层。

2 多拱双层式车站施工技术分析

多拱双层式车站桩柱法施工顺序可分为以下八步。

(1)对上下六个要施工的导洞超前预支护，以“先下后上，先边后中”的原则开挖上下六个导洞，施工导洞临时支护，封闭初支，各导洞开挖至纵向贯通。(2)施工上层边导洞内的钻孔桩和冠梁，成桩后剩余部分以水泥浆液回填。(3)在上层中心部位的2、3、A、B导洞内架设主体侧洞钢架，下部与导洞预埋钢筋焊接，施工主体中洞超前支护、设置钢拉杆。(4)施工拱部导洞间超前预支护，对称开挖并施工二衬。(5)开挖中导洞间上部土体至中板，浇筑站厅层中板及侧墙，施作柱间拱部二衬。(6)分三层开挖两侧上部土体，架设钢管支撑基础顶面，导洞剩余部分回填，施作两边跨结构拱部二衬。(7)由上至下开挖土体至中板下0.5 m处，施工中板及中纵梁结构，浇筑地板混凝土。(8)浇筑剩余侧墙二衬，分段拆除钢管撑。

3 暗挖地铁车站隧道模型的建立

3.1 计算假定

(1)土体材料假定为均匀连续体，且各向同性。

(2)不考虑地下水的水分迁移对车站隧道施工过程中的影响。

(3)采用Mohr-Coufomb准则假定车站隧道在弹塑性范围内变化，且其破坏形式是塑性的。

(4)利用MIDAs/GTS有限元软件计算时，假定E，ρ，C，φ值不变且E和μ不随土层的深度变化而变化。

3.2 单元的选择

(1)初期支护的单元模型选取Beam单元。

(2)选取PLANE单元模拟车站隧道周边的土体和二次衬砌。

(3)利用MIDAs/GTS有限元软件改变指定区域材料性质来模拟施工进程。

3.3 计算范围及边界约束条件

(1)根据实测经验，车站隧道的影响范围为车站隧道跨度的3倍，故选取左右边界距隧道侧60 m，下边界选取至隧道底50 m。

(2)两侧边界水平位移为零，下侧边界竖向位移为零。

3.4 计算参数

K城市2号线所在处的岩土类型及其参数如表1所示，初期支护及二次衬砌的弹性模量取混凝土弹性模量，其力学特性参数如表2所示。

表1 K城市2号线某站的计算土层参数

表2 计算输入支护参数

4 多拱双层式暗挖地铁车站隧道模型结果分析

4.1 PBA 法

利用PBA法开挖的地铁车站拱顶沉降随施工步的变化曲线与车站施工完成后地表的沉降槽曲线见图1、图2。

图1 车站隧道拱顶沉降历时曲线

由图2可得，利用PBA法暗挖车站隧道的拱实测沉降值为35.10 mm，地面的最大沉降值为27.97 mm，沉降槽宽度约为70 m。由有限元法模拟得的塑性可知：此法开挖的车站隧道对土体的扰动主要分布在车站隧道拱脚处，对车站上部的土体扰动也有少量的影响，但扰动区的范围不大。

4.2 桩柱法

采用柱洞法开挖的三拱双柱双层暗挖地铁车站的地表变形与地层塑性区分布，车站隧道的拱顶沉降随施工步的变化曲线与车站施工完成后地表的沉降槽曲线见图3。

图2 地表沉降槽曲线

图3 车站隧道拱顶沉降历时曲线

由图3可得，利用桩柱法暗挖挖的车站隧道的拱顶实测沉降值为39.78 mm，地面最大沉降值为32.45 mm，沉降槽宽度约为72 m。另外，此法开挖的车站隧道周围土体的塑性区与洞桩法开挖的塑性区位置差异不是很大。

5 多拱双层式暗挖地铁车站施工技术的综合比选分析

三拱双柱双层结构形式的暗挖地铁车站的PBA法、桩柱法的有限元模拟参数结果如表3所示。

表3 数值模拟分析结果汇总表

两种暗挖技术的详细比较见表4。

表4 暗挖技术的详细比较

续表4

6 结束语

多拱双层式的暗挖地铁车站的两种暗挖施工方法各自有其特点点，当首先要考虑沉降，再次考虑施工进度，最后考虑整个项目工程预算时，优先推荐采用洞桩法施工多拱双层式暗挖地铁车站。在进行地铁车站建设活动时，我们应灵活地依据不同的环境因素解决工程上遇到的问题。施工方应严格执行设计方提供的技术方案及按照设计文件中的施工步骤认真施工。同时，驻工地设计方也应根据实际的环境因素及实际情况对原有的技术方案进行优化设计。保证合作、均衡的施工模式有利于城市地铁车站施工进度和施工安全。

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［1］贺长俊，蒋中庸，刘昌用，等.浅埋暗挖法隧道施工技术的发展［J］.市政技术，2009，27(3)：274-279.

［2］关宝树.隧道工程施工要点集［M］.人民交通出版社，2003.

［3］王梦恕.地下工程浅埋暗挖施工技术通论［M］.合肥：安徽教育出版社，2004.