王德峰

(中鐵二十三局集團第八工程有限公司，四川成都 610091)

1 工程概況

某地鐵車站，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，臨時中隔墻采用25 cm的C25噴射混凝土及長2.5 m，φ22普通砂漿錨桿支護，以Ⅰ20a支撐加強，鋼支撐標(biāo)準(zhǔn)段每75 cm一榀，加強段50 cm一榀，臨時型鋼拱架縱向采用φ22鋼筋連接，其環(huán)向間距1 m。拱部120°范圍內(nèi)設(shè)置雙層φ42小導(dǎo)管，側(cè)墻設(shè)單層φ42小導(dǎo)管。具體車站斷面圖如圖1所示。隧道的施工步序為:1)左側(cè)導(dǎo)洞上臺階開挖;2)左側(cè)導(dǎo)洞上臺階施作初支及底板型鋼橫撐;3)右側(cè)導(dǎo)洞上臺階開挖;4)右側(cè)導(dǎo)洞上臺階施作初支及底板型鋼橫撐;5)左側(cè)導(dǎo)洞中臺階開挖;6)左側(cè)導(dǎo)洞中臺階施作初支及底板型鋼橫撐;7)右側(cè)導(dǎo)洞中臺階開挖;8)右側(cè)導(dǎo)洞中臺階施作初支及底板型鋼橫撐;9)左側(cè)導(dǎo)洞下臺階開挖;10)左側(cè)導(dǎo)洞下臺階施作初支;11)右側(cè)導(dǎo)洞下臺階開挖;12)右側(cè)導(dǎo)洞下臺階施作初支;13)核心土上臺階開挖;14)核心土上臺階施作初支;15)核心土中臺階開挖;16)核心土下臺階開挖;17)核心土下臺階施作初支;18)拆除支撐;19)二襯混凝土澆筑;20)內(nèi)部梁、板、柱澆筑;每道工序的縱向間距不應(yīng)大于6 m，并且應(yīng)隨開挖、隨支護。為了有效模擬施工過程中的各個力學(xué)參數(shù)的變化，及時掌握施工的安全信息，運用有限差分軟件對施工過程進行了數(shù)值模擬。

圖1 某地鐵車站雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工的斷面圖

2 計算平臺及基本參數(shù)

本次三維數(shù)值模擬采用地層與結(jié)構(gòu)共同作用的三維地層結(jié)構(gòu)模型，計算平臺為大型巖土工程專業(yè)有限差分軟件Flac3D。地層、初期支護、臨時支撐、二次襯砌，均采用實體單元來進行模擬。實體單元的內(nèi)力狀況由應(yīng)力來表示。由于結(jié)構(gòu)的三維復(fù)雜性，為了便于計算，抓住問題的主要矛盾，減少計算時間，提高計算效率，本次數(shù)值模擬對原結(jié)構(gòu)模型進行了簡化處理，不考慮排水固結(jié)問題，并采用荷載釋放來體現(xiàn)開挖、支護等的物理力學(xué)過程，隧道開挖荷載釋放10%，臨時支撐荷載釋放80%，最終二次襯砌釋放10%。本次計算模擬的地層采用傳統(tǒng)的摩爾—庫侖理想彈塑性本構(gòu)模型，混凝土襯砌采用彈性模型，根據(jù)已有的地勘報告，基本力學(xué)參數(shù)如表1，表2所示。

表1 地層參數(shù)

表2 混凝土結(jié)構(gòu)參數(shù)

3 三維有限差分模擬計算

3.1 三維有限差分模型

整體模型總共66 340個節(jié)點，62 190個單元，邊界條件為在模型底部豎向位移約束，前后、左右位移也約束，如圖2所示。

3.2 計算結(jié)果

1)左上側(cè)導(dǎo)洞施工完畢后的結(jié)果。從圖3可以看出地層的最大位移約為12 mm，最大的地表沉降約為10 mm，在計算過程中，沒有考慮地下水的滲流固結(jié)作用，以及假設(shè)施工過程中小導(dǎo)管注漿良好以及臨時支撐施工質(zhì)量效果良好。由圖4，圖5可以得出，初期支護的最大壓應(yīng)力約為1.6 MPa，最大拉應(yīng)力約為0.2 MPa，處于安全可控范圍之內(nèi)。

圖2 整體三維模型

圖3 左上側(cè)導(dǎo)洞開挖完后的整體沉降位移

圖4 左上側(cè)導(dǎo)洞開挖完后初期支護的最大主應(yīng)力

圖5 左上側(cè)導(dǎo)洞開挖完后初期支護的最小主應(yīng)力

2)右側(cè)中導(dǎo)洞施工完畢后的結(jié)果。由圖6可以得出:隧道的最大拱頂沉降約為12.8 mm，最大地表沉降約為11 mm，說明中導(dǎo)洞的開挖對地表位移的影響不大，位移處于可控狀態(tài)。由圖7，圖8可以看出初期支護的最大壓應(yīng)力約為1.77 MPa，最大拉應(yīng)力約為1.4 MPa，處于可控范圍之內(nèi)。

圖6 右側(cè)中導(dǎo)洞施工完畢后的整體Y向位移

圖7 右側(cè)中導(dǎo)洞施工后初期支護的最大主應(yīng)力

圖8 右側(cè)中導(dǎo)洞施工后初期支護的最小主應(yīng)力

3)下側(cè)中導(dǎo)洞施工完畢后的結(jié)果。由圖9可以得出:隧道的最大拱頂沉降約為16.5 mm，最大地表沉降約為14.5 mm，位移處于可控狀態(tài)。由圖10，圖11可以看出初期支護的最大壓應(yīng)力約為4.3 MPa，最大拉應(yīng)力約為0.5 MPa，說明應(yīng)力狀態(tài)進一步重分布了，并且處于可控范圍之內(nèi)。

圖9 下側(cè)中導(dǎo)洞施工完畢后的整體Y向位移

圖10 下側(cè)中導(dǎo)洞施工后初期支護的最大主應(yīng)力

圖11 下側(cè)中導(dǎo)洞施工后初期支護的最小主應(yīng)力

4 結(jié)語

淺埋暗挖地鐵車站，因地層體積損失及排水固結(jié)的影響勢必會引起既有路面的沉降變形或開裂，為了確保周邊建(構(gòu))筑物和工程的安全，除在開挖掘進上采取必要的盡量減少地層沉降的措施外，非常有必要對地表沉降進行及時的監(jiān)測，以及運用數(shù)值分析的手段掌握、評估當(dāng)前施工的安全狀態(tài)，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施，把安全事故杜絕在搖籃里。

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