黄土地区地铁PBA暗挖车站风道与车站导洞交叉段施工优化

殷展博

陕西建工集团股份有限公司，陕西 西安 710000

近年来，随着城市交通轨道事业的发展，地铁建设里程不断增加，地铁明挖车站的施工受到地质条件、地面交通、地下管线及建（构）筑物、工期等多方面影响，给地铁建设带来诸多阻碍，暗挖车站的PBA法施工具有不影响交通、无管线迁改等优势，在国内外地铁建设中得到了越来越广泛的应用。

为保证地铁运营期间的安全，可从通风、防火和救援等方面出发，在车站两端头设置风道。地铁暗挖车站与风道交叉部位结构受力复杂，交接处应力较集中，是结构的薄弱环节，同时又是施工的咽喉。因此，只有充分了解该段结构的受力特征和空间施工力学特性，以及施工中最大地表沉降点的位置和地表沉降变化趋势，才能选择合理的施工方法和有效的加强措施，保证施工质量和安全，同时降低造价、提高工效。为确保交叉段施工的安全，文章采用三维有限元分析方法，对西安地铁2号线二期工程施工总承包1标段何家营站施工过程进行动态模拟，分析交叉段的地表位移和结构主应力变化规律，提出相应的施工建议，为类似工程及相应分析研究提供参考。

1 工程概况

何家营站为230m站台岛式车站，三跨双柱地下二层现浇直墙三连拱结构，结构标准段宽21.9m，总高16.5m；车站主体结构拱部埋深13.3～24.8m，均为老黄土。车站北端、南端分别设置1号、2号风道，车站正线东侧共设置3个施工竖井，由北向南分别为1号、2号和3号施工竖井，通过施工竖井开挖横通道提供作业面开展车站正线导洞施工，上导洞采用台阶法施工，下导洞采用CD法施工，车站与风道横断面图如图1所示。

图1 车站正线导洞与1号风道横断面图（单位：mm）

1号施工竖井距离北侧1号风道施工距离22.8m，其中由于工期安排，为加快北端风道施工进度，车站交叉段先施作大断面风道，风道断面尺寸为13.3m×24m，考虑风道开挖跨度较大，风道采用CRD法设置5层共10部风道进行初期支护施工。

2 模型建立

2.1 模型边界及单元选取准则

该模型选取车站1号施工竖井与1号风道交叉段区域，计算土体采用修正莫尔库伦本构关系，土体采用实体单元模拟，竖井、风道及车站正线导洞的喷混+格栅钢架采用2D板单元模拟，角撑以及对撑采用1D桁架单元模拟，风道及车站正线导洞的喷混+工字钢形成的临时支撑采用2D板单元模拟，锁脚锚管及管棚采用1D植入式桁架单元模拟，注浆加固区采用实体单元模拟。

2.2 计算模型

利用Midas/GTS软件开展该工程施工阶段分析，该项目建立三维模型边界尺寸为80m×180m×75m，所建立的计算模型如图2、图3所示。

图2 计算图形网格模型

图3 竖井、风道及车站正线导洞模型

2.3 材料参数选取

各层土体参数通过岩土工程勘察报告、西安地区典型黄土地层有限元数值分析的相关文献综合及现场取样试验予以确定，模拟计算参数如表1所示。

表1 计算参数

3 结果分析

此次计算主要基于竖井、西侧风道及车站正线导洞的施工过程模拟，重点对比研究车站正线导洞交叉段施工对1号风道初期支护结构的力学效应。

3.1 上导洞交叉段施工至接口处初支阶段

（1）地表沉降。车站正线上导洞开挖1号风道接口处初期支护结构阶段，地表最大沉降值为6.28mm，发生在风道对应的地表区域，同时车站正线导洞地表区域沉降最大值为4.83mm。

（2）风道初支结构变形。车站正线下1导洞开挖至毗邻1号风道初期支护结构阶段，风道初支结构最大沉降值在拱顶约为8.93mm，隆起在风道底部约为17.56mm，水平位移最大值发生在第9部风道约为3.56mm。

（3）风道初支结构内力。车站正线下1导洞开挖至毗邻1号风道初期支护结构阶段，风道初支结构几乎均处于受压状态，底部隆起区域中隔壁轴力较大；风道初支结构仅外围闭合成环格栅钢架弯矩较大，中隔壁及仰拱弯矩很小。

3.2 下导洞交叉段施工至接口处初支阶段

（1）地表沉降。车站正线下1导洞开挖至1号风道接口处初期支护结构阶段，地表最大沉降值为7.14mm，发生在风道对应的地表区域，同时车站正线导洞地表区域沉降最大值为5.33mm。

（2）风道初支结构变形。车站正线下1导洞开挖至毗邻1号风道初期支护结构阶段，风道初支结构最大沉降值在拱顶约为9.21mm，隆起在风道底部约为18.95mm，水平位移最大值发生在第9部风道约为4.62mm。

（3）风道初支结构内力。车站正线下1导洞开挖至毗邻1号风道初期支护结构阶段，风道初支结构几乎均处于受压状态，底部隆起区域中隔壁轴力较大；风道初支结构仅外围闭合成环格栅钢架弯矩较大，中隔壁及仰拱弯矩很小。

4 结论

（1）车站正线上导洞施工对风道初支结构的变形及内力影响较小。

（2）车站正线下导洞施工对风道初支结构的变形及内力影响较大，施工时应注意交叉段的施工安全。

（3）下1、下4导洞施工会增大风道初支结构的变形及内力，尤其下2、下3导洞施工导致风道初支结构的变形及内力增幅较为显著。

（4）风道与车站交叉处出现明显的应力集中，施工过程中应对拱顶和交叉处进行注浆加固，并预留10m安全施工距离。