初支拱蓋法中的地鐵車站開挖施工

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【摘要】初支拱蓋法是一種新穎的地鐵車站的開挖支護(hù)形式，其開挖過程中圍巖及支護(hù)穩(wěn)定特征有待進(jìn)一步研究。本文針對貴陽地鐵油榨街車站，采用數(shù)值仿真的方法，研究了初支拱蓋法開挖過程中車站變形及支護(hù)應(yīng)力分布，在此基礎(chǔ)上，分析了施工過程中需要注意的關(guān)鍵位置，為今后類似工程的設(shè)計(jì)施工提供一定的參考。

【關(guān)鍵詞】初支拱蓋法；地表沉降；應(yīng)力計(jì)算

國內(nèi)外地鐵車站的施工方法主要分為3類，分別為明挖法、暗挖法和蓋挖法。明挖法施工地鐵車站通常運(yùn)用于城市交通和環(huán)境允許的情況下。明挖法施工的施工方法簡單，施工成本較低，工期較短，安全性較高。所以在城市地下工程發(fā)展初期都首選明挖法作為施工方法。蓋挖法施工是指先從地表向下開挖，隨后施作頂蓋并封閉，恢復(fù)地表路面，最后在封閉的頂蓋下施作剩余的工程，下部結(jié)構(gòu)施工可采用順作或者逆作法進(jìn)行。一般情況下，在施工地鐵車站的時候，施工單位需要占用車站，這會對一定區(qū)域內(nèi)的交通會產(chǎn)生比較大的影響，造成交通堵塞。當(dāng)?shù)罔F車站不是位于主干道上時，施工方可以在一定時間內(nèi)把一部分車站封閉，確保剩余車道可以正常通車，這時采用蓋挖法施工能減小建設(shè)地鐵車站對區(qū)域內(nèi)交通的影響。初支拱蓋法是以拱蓋法為基礎(chǔ)，先分部開挖拱部并支護(hù)，通過圍巖與初支形成整體支撐體系，保證車站主體開挖時安全穩(wěn)定，尤其適用于硬巖車站開挖的施工工法，且對地面交通產(chǎn)生影響很小[1]。

1工程概況

貴陽地鐵油榨街站址處屬巖溶槽谷地貌，現(xiàn)狀為硬化路面，地面標(biāo)高1058.39~1061.51m，相對高差0~4.0m，地勢總體呈東高西低狀。站址范圍內(nèi)上覆第四系人工填土、紅黏土，第四系覆蓋層厚度約3.7~10.50m，下伏基巖為三疊系安順組白云巖、泥質(zhì)白云巖，中風(fēng)化巖層頂面埋深一般約7.6~10.0m，局部可達(dá)19.6m，巖層呈單斜狀，地址構(gòu)造簡單。站內(nèi)不良地質(zhì)有巖溶、人工填土、紅黏土等。油榨街車站為2層島式車站，采用曲拱直墻結(jié)構(gòu)形式，上部以雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖形成工作面，模筑500mm厚拱蓋后，以噴錨初支分部開挖下部斷面，開挖形成斷面后從下至上完成二襯結(jié)構(gòu)。

2初支蓋挖法施工過程

車站主要施工步驟如下：三通一平（含地下管線的保護(hù)和改遷）→風(fēng)井施工→開挖風(fēng)井風(fēng)道→以雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖車站上部結(jié)構(gòu)→在導(dǎo)坑內(nèi)模筑拱蓋→待拱蓋強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后向下分層開挖車站下部結(jié)構(gòu)→鋪設(shè)防水層，由下到上澆筑二襯→施作內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

3施工過程數(shù)值仿真

3.1有限元模型建立

根據(jù)地勘單位給出的土樣參數(shù)，確定模型參數(shù)，具體參數(shù)見表1。為了消除邊界效應(yīng)，數(shù)值模型左右尺寸取3倍車站跨度，數(shù)值計(jì)算模型底部采用固定約束，左右兩側(cè)約束水平位移。

3.2計(jì)算結(jié)果

根據(jù)實(shí)際開挖過程進(jìn)行有限元數(shù)值計(jì)算，計(jì)算得出最終位移沉根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析可知車站拱頂沉降為16.6cm，在施工中注意預(yù)留足夠變形量，防止侵限；最大地表沉降為11.0cm，位于拱頂正上方，該沉降＜規(guī)范允許值，地表沉降滿足要求。根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析可知，錨桿所受軸向最大拉應(yīng)力為69MPa，位于拱頂附近及車站下層側(cè)墻上部區(qū)域，應(yīng)注意該范圍內(nèi)錨桿的施工質(zhì)量；最大壓應(yīng)力為104MPa，位于拱蓋底部圍巖基礎(chǔ)位置，應(yīng)注意該范圍內(nèi)錨桿的施工質(zhì)量；以上錨桿應(yīng)力滿足要求[2]。根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析可知，拱蓋所受軸向最大壓應(yīng)力為19MPa，滿足強(qiáng)度要求。從以上分析可知，采用拱蓋初支分部開挖最終的沉降和初支強(qiáng)度滿足規(guī)范要求，在實(shí)際施工中是可行的。

4結(jié)束語

綜上所述，文章針對拱蓋初支蓋挖法，以貴陽地鐵車站為例，采用數(shù)值仿真研究了地鐵車站分部開挖過程，得出了開挖后車站最終地表沉降和初支應(yīng)力分布情況，計(jì)算結(jié)果表明地表最大沉降滿足規(guī)范要求，計(jì)算了拱頂最大沉降值，為施工預(yù)留變形提供參考，并確定了初支錨桿最大拉壓應(yīng)力分布區(qū)域，指出了施工過程中應(yīng)該重點(diǎn)注意的位置，為今后類似工程的設(shè)計(jì)施工提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)

[1]李強(qiáng).暗挖拱蓋法在地鐵中的應(yīng)用[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2016（03）：152~153.

[2]范育輝.重慶軌道交通淺埋暗挖地鐵車站快速施工方案比選[J].隧道建設(shè)，2011（S2）：187~190.

作者:張婕 單位:中鐵十六局集團(tuán)路橋工程公司