徐 帥，趙繼浪，諶萬(wàn)里

(1.中國(guó)華西企業(yè)股份有限公司，四川成都610081;2.四川省工程咨詢研究院，四川成都610012;3.四川省第一建筑工程公司，四川成都610081)

1 地下工程開(kāi)挖方案的確定

地下工程一般是采用分期或分部開(kāi)挖，是與工程地質(zhì)條件、施工機(jī)械設(shè)備、支護(hù)材料、支護(hù)設(shè)備、施工工藝等有關(guān)系，也與巖土力學(xué)和施工單位的施工經(jīng)驗(yàn)、組織能力相關(guān)聯(lián)。

地下工程動(dòng)態(tài)施工的力學(xué)和開(kāi)挖優(yōu)化原理指出，地下洞室開(kāi)挖應(yīng)分期分塊，逐步開(kāi)挖形成設(shè)計(jì)形狀的要求。因此，從動(dòng)態(tài)規(guī)劃來(lái)說(shuō)，其開(kāi)挖方案應(yīng)該是多種多樣的。但是在實(shí)際的工程施工中，受制于場(chǎng)地、機(jī)械、地質(zhì)條件和施工單位的技術(shù)水平和組織管理能力等因素，其優(yōu)化的施工方案只能是施工單位所能接受的幾種方案之一，所以，所做的優(yōu)化也只能是相對(duì)的最優(yōu)化的施工方案。但是，仍然可以大大減少設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理等工程參與各方的工作量，有利于降低工程成本，加快工程進(jìn)度，確保施工安全。同時(shí)也應(yīng)該看到，在城市建設(shè)的工程中，相對(duì)的最優(yōu)化施工開(kāi)挖方案能夠較有效的節(jié)省資金、加快工程進(jìn)度、保證工程質(zhì)量、滿足工程項(xiàng)目建設(shè)的需要。

在目前的地下工程施工中，分層分段臺(tái)階開(kāi)挖，小斷面挖進(jìn)是一種應(yīng)用相當(dāng)普遍的施工方法。在軟弱圍巖中的地下工程的施工主要有雙側(cè)壁導(dǎo)洞正臺(tái)階法、中導(dǎo)洞掘進(jìn)法、下導(dǎo)洞適度超前全斷面臺(tái)階施工方法等。由于這幾種施工方法各自具有不同的施工工藝要求，并且其開(kāi)挖后圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)狀態(tài)也不相同，如何選擇合理的施工方法，保證地下工程施工安全。本文針對(duì)以上三種施工方法，通過(guò)簡(jiǎn)要分析比較，以期就該類型工程施工方法上找到一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)上安全的施工方法。

2 計(jì)算模型和有關(guān)參數(shù)的確定

筆者在計(jì)算時(shí)，假定以IV類圍巖為例，考慮以平面應(yīng)變的二維彈塑性有限元為模型，其計(jì)算有關(guān)參數(shù)假定為表1所示，進(jìn)行有關(guān)有限元計(jì)算。

表1 計(jì)算的相關(guān)力學(xué)參數(shù)

通過(guò)對(duì)其相應(yīng)的三種開(kāi)挖步驟和支護(hù)過(guò)程的分析，并對(duì)以上結(jié)果進(jìn)行計(jì)算分析后可得到如下結(jié)論。

(1)通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果的數(shù)值分析，本文所述的三種施工方法在各自優(yōu)化開(kāi)挖施工步驟施工作業(yè)后可能引起的洞室拱頂最大下沉量分為雙側(cè)壁導(dǎo)洞正臺(tái)法51.5、65.3、81.4 mm(各個(gè)開(kāi)挖步驟過(guò)程中的沉降量，下同)等，中導(dǎo)洞掘進(jìn)法為32.8、52.9、66.9 mm等，而下導(dǎo)洞適度超前全斷面臺(tái)階法為51.9、66.0、82.0 mm等。其中施工過(guò)程中出現(xiàn)的最大沉降量均在施工最后階段出現(xiàn)，分別為97.8、99.3、98.4 mm，也即整體開(kāi)挖與支護(hù)完成后，采用中導(dǎo)洞掘進(jìn)法所引起的拱頂下沉量最大，下導(dǎo)洞適度超前法次之，而采用雙側(cè)壁導(dǎo)洞施工法引起的拱頂下沉量最小。另外，三種施工方案所產(chǎn)生的水平最大內(nèi)斂位移分別為：中導(dǎo)洞掘進(jìn)法28.6 mm，雙側(cè)壁導(dǎo)洞法28.3 mm，下導(dǎo)洞適度超前全斷臺(tái)階面法28.4 mm。因此，采用這三種比較先進(jìn)的施工方法所產(chǎn)生的變形相差不大。

(2)通過(guò)對(duì)其地下工程襯砌的彎矩和軸力的計(jì)算分析后可以發(fā)現(xiàn)，采用雙側(cè)壁導(dǎo)洞正臺(tái)階法施工時(shí)，地下工程襯砌所承受的彎矩和軸力相對(duì)較小，而采用中導(dǎo)洞掘進(jìn)法和下導(dǎo)洞適度超前全斷面施工法時(shí)地下工程襯砌所承受的彎矩和軸力相對(duì)較大。結(jié)合三種開(kāi)挖方法下地下工程襯砌的受力特點(diǎn)，分析其內(nèi)力的分布情況可以認(rèn)為地下工程襯砌的內(nèi)力特點(diǎn)為拱腰和拱頂?shù)妮S力較大，而彎矩的分布則相對(duì)較均勻，在邊墻腳部彎矩和軸力均出現(xiàn)較強(qiáng)的應(yīng)力集中。根據(jù)對(duì)該地下工程有限元數(shù)值計(jì)算的結(jié)果，綜合分析洞室開(kāi)挖時(shí)三種施工方案所引起的拱頂沉降及水平位移大小，可以認(rèn)為若地下工程襯砌所承受的內(nèi)力較小，則拱頂沉降及水平位移大，反之，若地下工程襯砌所承受的內(nèi)力較大，則拱頂沉降及水平位移小。

通過(guò)對(duì)Ⅳ類軟弱圍巖條件下三種施工方案的有限元數(shù)值分析，從地下工程開(kāi)挖引起的襯砌拱頂下沉量及水平位移大小、襯砌彎矩與軸力大小與分布等方面計(jì)算結(jié)果相比較，筆者認(rèn)為：采用下導(dǎo)洞適度超前全斷面法要比中導(dǎo)洞掘進(jìn)法、雙側(cè)壁導(dǎo)洞正臺(tái)階法安全經(jīng)濟(jì)，在施工過(guò)程中可以結(jié)合實(shí)際情況優(yōu)先考慮，以保證施工的順利進(jìn)行。