李亞勇，鄧怡虎，靳曉光，馮源升

(1.重慶大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400045；2.中國市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司， 四川 成都 610081)

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暗挖地鐵車站施工通道與車站轉(zhuǎn)換段施工方法研究

李亞勇1，鄧怡虎2，靳曉光1，馮源升1

(1.重慶大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400045；2.中國市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司， 四川 成都 610081)

暗挖地鐵車站轉(zhuǎn)換段設(shè)計(jì)文件中通常采用門形爬坡法，然而由于這種方法轉(zhuǎn)換步序較多，在實(shí)際工程中采用較少?；谝延泄こ探?jīng)驗(yàn)，提出采用扇形擴(kuò)挖法進(jìn)行轉(zhuǎn)換段施工。以重慶市鳳天路地鐵車站為依托，利用數(shù)值模擬研究門形爬坡法和扇形擴(kuò)挖法2種施工方法的優(yōu)缺點(diǎn)。著重對(duì)比2種施工方法所引起的圍巖位移、應(yīng)力分布，支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，以及圍巖的塑性區(qū)分布。研究結(jié)果表明：除支護(hù)結(jié)構(gòu)最小主應(yīng)力外，扇形擴(kuò)挖法所引起的圍巖變形、應(yīng)力、支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力及塑性區(qū)半徑均小于門形爬坡法。將扇形擴(kuò)挖法用于鳳天路地鐵車站轉(zhuǎn)換段施工，轉(zhuǎn)換段施工所消耗工期為20d較門形爬坡法節(jié)約工期12d，扇形擴(kuò)挖法較門形爬坡法更有利于控制施工工期。因而，扇形擴(kuò)挖法較門形爬坡法更適合暗挖地鐵車站轉(zhuǎn)換段施工。

隧道轉(zhuǎn)換段；門形爬坡法；扇形擴(kuò)挖法；施工力學(xué)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國地鐵建設(shè)處于高速發(fā)展時(shí)期。在城市繁華區(qū)域、交通要道和人口密集地段，為了不破壞現(xiàn)有的交通條件，不影響工程周邊居民的日常生活，越來越多的地鐵車站采用暗挖法進(jìn)行施工。暗挖法施工中施工通道與車站隧道轉(zhuǎn)換段施工工序復(fù)雜、結(jié)構(gòu)體系受力轉(zhuǎn)換頻繁，圍巖變形、應(yīng)力以及支護(hù)結(jié)構(gòu)受力較復(fù)雜[1-4]。此外，轉(zhuǎn)換段施工往往是制約隧道施工工期的關(guān)鍵。因而有必要對(duì)轉(zhuǎn)換段施工方法進(jìn)行研究。

暗挖地鐵車站施工通道與車站轉(zhuǎn)換段屬于交叉隧道的一種情況，一些學(xué)者已經(jīng)對(duì)交叉隧道進(jìn)行了研究[5-9]。例如，靳曉光等[10]通過有限元數(shù)值模擬，研究了分離式隧道中間的橫通道在不同施工方案和動(dòng)態(tài)施工過程對(duì)主隧道圍巖與初支結(jié)構(gòu)力學(xué)行為的影響。張志強(qiáng)等[11]針對(duì)高速公路主隧道與車行橫通道組成空間結(jié)構(gòu)，采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)以及三維有限元數(shù)值模擬的研究手段，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)施工力學(xué)效應(yīng)研究。李玉峰等[12]歸納分析了交叉隧道工程在施工技術(shù)、施工力學(xué)行為、爆破震動(dòng)影響、監(jiān)控量測(cè)技術(shù)以及預(yù)加固技術(shù)等方面的研究現(xiàn)狀與不足，指出了今后研究的重點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。

與常規(guī)交叉隧道不同，暗挖地鐵車站轉(zhuǎn)換段由小斷面施工通道進(jìn)入大斷面車站隧道，施工通道與車站隧道斷面相差懸殊，導(dǎo)致暗挖地鐵車站轉(zhuǎn)換段施工方法與常規(guī)交叉隧道有很大區(qū)別。而目前國內(nèi)外關(guān)于暗挖地鐵車站轉(zhuǎn)換段施工方法的研究還很少。本文以重慶市軌道交通環(huán)線鳳天路車站為依托，利用三維有限元分析軟件MIDAS-GTS分析設(shè)計(jì)中廣泛采用的門形爬坡法及本文提出的扇形擴(kuò)挖法兩種施工方法的優(yōu)缺點(diǎn)?；谘芯拷Y(jié)論，將扇形擴(kuò)挖法用于鳳天路地鐵車站轉(zhuǎn)換段施工，對(duì)其施工效果進(jìn)行驗(yàn)證。研究成果不僅豐富了轉(zhuǎn)換段施工力學(xué)研究的內(nèi)容，還為轉(zhuǎn)換段的設(shè)計(jì)及施工提供了依據(jù)。

1　工程概況及轉(zhuǎn)換段施工方法

1.1工程概況

重慶市軌道交通環(huán)線鳳天路車站為環(huán)線第4座車站，其位于風(fēng)天大道正下方，呈南北走向。鳳天路車站起點(diǎn)里程為YDK4+974.512m，終點(diǎn)里程為YDK5+183.516m，總長(zhǎng)209m。有效站臺(tái)中心里程處軌面設(shè)計(jì)高程為257.017m，車站主體為直線，站前局部為曲線，站后區(qū)間設(shè)交叉渡線，車站站臺(tái)區(qū)為地下雙層標(biāo)準(zhǔn)島式暗挖車站，采用12m寬的島式站臺(tái)。車站主體內(nèi)部采用單柱和雙柱兩種結(jié)構(gòu)形式，斷面開挖寬度為23.440m，交叉渡線局部加寬24.190m，開挖高度為20.710m，拱頂巖土層厚度20.54～24.98m(中風(fēng)化巖層厚度為8.59～22.4m)，開挖斷面為直墻圓拱斷面，為淺埋隧道，局部為超淺埋隧道。

1.2轉(zhuǎn)換段施工方法

1.2.1門形爬坡法

據(jù)調(diào)查，重慶市暗挖地鐵車站設(shè)計(jì)文件中大多采用門形爬坡法進(jìn)行轉(zhuǎn)換段施工，如二郎車站、鳳天路站以及沙坪壩站等。然而，由于這種方法施工工藝復(fù)雜，轉(zhuǎn)換步序較多，且施工工期較長(zhǎng)，實(shí)際施工中采用這種施工方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換段施工的較少。設(shè)計(jì)中采用的門形爬坡法施工過程如圖1所示，其具體施工過程如下：施工通道采用全斷面開挖，當(dāng)其開挖至與車站邊界線接口位置時(shí)，在施工通道與車站結(jié)合部位立三榀門形拱架。由于施工通道斷面小且拱頂標(biāo)高低于車站拱頂標(biāo)高，因此在施工通道與車站接口位置挑高通道，按照車站輪廓線向外上挑至拱頂。隨后向上以12%的坡度進(jìn)行轉(zhuǎn)換段開挖，開挖寬度與施工通道寬度相同，直至開挖至車站隧道另一側(cè)輪廓線位置。轉(zhuǎn)換段共分為8部分進(jìn)行開挖，開挖后進(jìn)行門形拱架及初期支護(hù)施做。隨工作面掘進(jìn)沿車站隧道頂部輪廓線架立環(huán)向鋼支撐，通過多次開挖將車站隧道頂部拱架封閉成環(huán)，轉(zhuǎn)換段開挖至車站邊界位置，完成轉(zhuǎn)換段施工。

圖1　門形爬坡法Fig.1 Door type climbing method

1.2.2扇形擴(kuò)挖法

為了克服門形爬坡法施工工藝復(fù)雜，轉(zhuǎn)換步序多且施工周期長(zhǎng)的缺點(diǎn)?；诠こ虒?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出扇形擴(kuò)挖法進(jìn)行轉(zhuǎn)換段施工(如圖2)，其具體施工過程如下：施工通道采用全斷面開挖，施工通道開挖至與車站邊界線接口位置時(shí)，在通道架設(shè)門形拱架，將施工通道上挑至車站拱頂位置。之后進(jìn)入轉(zhuǎn)換部位施工，將轉(zhuǎn)換部位劃分為3個(gè)“扇形擴(kuò)挖體”進(jìn)行開挖。轉(zhuǎn)換段開挖寬度與施工通道寬度相同，開挖后隨即進(jìn)行門形拱架及初期支護(hù)的支護(hù)。隨工作面掘進(jìn)沿車站拱頂輪廓線架立環(huán)向鋼支撐，通過多次擴(kuò)挖將車站上部拱架封閉成環(huán)，完成轉(zhuǎn)換段施工。經(jīng)初步對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)扇形擴(kuò)挖法較門形爬坡法具有單次開挖面積大，轉(zhuǎn)換施工次數(shù)少，以及施工對(duì)圍巖擾動(dòng)次數(shù)少的優(yōu)點(diǎn)。此外，由圖2可以看出扇形擴(kuò)挖法沿著施工通道底部進(jìn)行開挖，避免了施工通道向上沿12%的坡度施工所帶來的施工困難和風(fēng)險(xiǎn)。

圖2　扇形擴(kuò)挖法Fig.2 Sector expansion method

2　有限元數(shù)值模擬

2.1三維有限元模型建立

選取施工通道與車站隧道轉(zhuǎn)換段作為研究區(qū)域，施工通道與車站隧道斷面尺寸如圖3、圖4所示。利用三維有限元分析軟件Midas-GTS建立兩種轉(zhuǎn)換段施工方法所對(duì)應(yīng)的有限元分析模型(如圖4所示)。為了減小邊界條件對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，模型寬度取為160m(隧道左右兩側(cè)取3倍洞徑)；頂面視工程地勢(shì)條件而定，取平均厚度18m；地表上覆土層為素填土和粉質(zhì)粘土，厚度為0.6～1m，數(shù)值模擬中不予考慮；底部邊界至隧道底部取為50m(約為2.5倍隧道洞高)；為反映隧道施工過程對(duì)轉(zhuǎn)換段位移和受力的影響，模型縱向計(jì)算長(zhǎng)度取為80m。模型上表面定義為自由面，其余各面施加法向位移約束。

2.2計(jì)算參數(shù)

隧道場(chǎng)地圍巖以砂質(zhì)泥巖為主，局部夾雜砂巖薄層，圍巖等級(jí)為Ⅳ級(jí)。數(shù)值模擬中巖土體采用莫爾-庫倫本構(gòu)模型，利用實(shí)體單元進(jìn)行模擬。初期支護(hù)采用C25混凝土，厚度為300mm。初期支護(hù)和錨桿均采用各向同性彈性本構(gòu)模型，分別利用平面板單元及一維線單元進(jìn)行模擬。隧道二次襯砌在施工變形穩(wěn)定后施做，為安全強(qiáng)度儲(chǔ)備，數(shù)值模擬中不予考慮。根據(jù)地質(zhì)勘察資料和室內(nèi)物理、力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算中所采用材料的物理、力學(xué)參數(shù)如表1所示。

2.3隧道開挖支護(hù)步驟

施工通道采用全斷面開挖，每次開挖進(jìn)尺4m，開挖后隨即進(jìn)行初期支護(hù)施做，數(shù)值模擬中施工階段分為25個(gè)施工步進(jìn)行開挖。施工通道與車站隧道轉(zhuǎn)換段分別根據(jù)圖1和2所示的施工方法進(jìn)行施工。轉(zhuǎn)換段施工完成后，利用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法同時(shí)進(jìn)行車站隧道大里程和小里程方向的施工，將車站隧道劃分為9部分進(jìn)行開挖(如圖3(a))。車站隧道左側(cè)導(dǎo)洞領(lǐng)先右洞10m進(jìn)行施工，每次掘進(jìn)長(zhǎng)度2m，開挖后隨即進(jìn)行初期支護(hù)施做；上、中、下臺(tái)階間滯后距離均為10m。車站隧道中間核心采用臺(tái)階法進(jìn)行破除，臺(tái)階之間支護(hù)距離為10m。轉(zhuǎn)換段及車站隧道共分為60個(gè)施工步進(jìn)行模擬。

3　數(shù)值模擬有效性驗(yàn)證

為研究2種施工方法引起的轉(zhuǎn)換段變形，在轉(zhuǎn)換段選取5個(gè)特征點(diǎn)(如圖5)，數(shù)值模擬中對(duì)5個(gè)特征點(diǎn)位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在進(jìn)行兩種施工方法數(shù)值模擬對(duì)比研究之前，首先通過對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果，研究數(shù)值模擬模型建立及選取材料參數(shù)選取的正確性。

隧道開挖完畢后，隧道轉(zhuǎn)換段位移云圖如圖6所示，從圖中可以看出施工通道與車站交叉口一側(cè)處圍巖變形量均大于遠(yuǎn)離交叉口一側(cè)。隧道拱頂最大沉降量位于施工通道與車站交叉口處，最大豎向變形量為6.27mm。最大水平位移位于拱腰部位，最大水平位移為2.52mm。

(a)模型正視圖；(b)模型等軸測(cè)視圖

(a)門形爬坡法；(b)扇形擴(kuò)挖法

Fig.4Schematicdiagramofconstructionmethodinconversionsection

表1　圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)物理力學(xué)參數(shù)

注：按等效剛度原則將格柵鋼拱架的彈性模量折算到初期支護(hù)上

圖5　特征點(diǎn)示意圖Fig.5 Arrangement of feature points

圖7為數(shù)值模擬中轉(zhuǎn)換段拱頂點(diǎn)a變形量隨施工步驟的變化曲線圖。為研究模擬結(jié)果的可靠性，在鳳天路車站ZDK5+150斷面布置拱頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)，用全站儀配合激光反射片的方法來監(jiān)測(cè)隧道拱頂?shù)某两滴灰?，拱頂?shù)谋O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖8。對(duì)比圖7和圖8可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)值模擬所得拱頂沉降變化趨勢(shì)與ZDK5+150斷面拱頂沉降曲線變化趨勢(shì)基本一致。ZDK5+150斷面拱頂沉降值為5.54mm，較數(shù)值模擬的結(jié)果6.66mm。經(jīng)分析，由于隧道拱頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)于初期支護(hù)施做之后布設(shè)，因而監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有一定的損失，導(dǎo)致監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)略小于數(shù)值模擬結(jié)果。但現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果相差較小，僅為1.12mm。因此，可認(rèn)為數(shù)值模擬所建立的模型和選用的材料參數(shù)能反映工程的實(shí)際情況。

(a)豎向位移；(b)水平位移圖6　轉(zhuǎn)換段位移云圖Fig.6 Contour of displacement in conversion section

圖7　拱頂沉降有限元計(jì)算結(jié)果Fig.7 Crown settlement calculated by numerical simulation

圖8　ZDK5+150斷面拱頂沉降現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Fig.8 Field monitoring data of crown settlement

4　計(jì)算結(jié)果分析

為了對(duì)門形爬坡法和扇形轉(zhuǎn)換擴(kuò)挖法兩種施工方法進(jìn)行對(duì)比分析，將兩種開挖方式產(chǎn)生的圍巖位移、應(yīng)力、支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力以及塑性區(qū)范圍進(jìn)行對(duì)比來判斷兩種施工方法下隧道及圍巖的穩(wěn)定性。

4.1隧道變形對(duì)比

表2為兩種轉(zhuǎn)換段施工方法中各個(gè)特征點(diǎn)的計(jì)算位移。由表2可知，門形爬坡法中個(gè)點(diǎn)的位移值均大于扇形擴(kuò)挖法。門形爬坡法引起的最大沉降量為6.658mm，扇形擴(kuò)挖法引起的最大沉降量為6.217mm。2種方法變形最大差值為0.542mm。經(jīng)分析產(chǎn)生這種情況是由于門形爬坡法每次開挖量較小，開挖階段較多，隧道施工對(duì)圍巖的擾動(dòng)次數(shù)較多所導(dǎo)致的。從控制轉(zhuǎn)換段圍巖變形的角度出發(fā)，扇形擴(kuò)挖法引起的圍巖的整體位移要比門形爬坡法更加均衡，更有利于控制隧道圍巖的穩(wěn)定性。

表2　特征點(diǎn)位移

注：門/扇=門形爬坡法位移/扇形擴(kuò)挖法位移

4.2圍巖應(yīng)力對(duì)比

圍巖應(yīng)力分布對(duì)施工方法選擇，支護(hù)措施選擇起著重要作用。將兩種施工方法計(jì)算得到的隧道拱頂、拱底圍巖最大、最小主應(yīng)力，以及拱腰部位剪應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比分析(如表3)。由表3可知，門形爬坡法開挖引起的圍巖應(yīng)力要普遍大于扇形擴(kuò)挖法。轉(zhuǎn)換段處拱頂最大主應(yīng)力相差最小，門形爬坡法所引起的拱頂最大主應(yīng)力較扇形擴(kuò)挖法大1.6%；拱底最大與最小主應(yīng)力均相差較大，門形爬坡法所引起的最大主應(yīng)力較扇形擴(kuò)挖法大98.4%，所引起的最小主應(yīng)力(即拉應(yīng)力)較扇形擴(kuò)挖法增大267.14%。2種方法引起的隧道拱肩、右拱腳部位剪應(yīng)力差值相對(duì)較小，門形爬坡法在拱肩處的剪應(yīng)力較扇形擴(kuò)挖法大15.7%，拱腳處的剪應(yīng)力較扇形擴(kuò)挖法大24.5%。以上兩種施工方法的圍巖應(yīng)力對(duì)比分析表明，扇形擴(kuò)挖法所引起的圍巖應(yīng)力較門形爬坡法有較大減小，從控制圍巖應(yīng)力及安全性的角度出發(fā)，扇形擴(kuò)挖法要優(yōu)于門形爬坡法。

表3　圍巖應(yīng)力對(duì)比

注：門/扇=門形爬坡法應(yīng)力/扇形擴(kuò)挖法應(yīng)力

4.3支護(hù)結(jié)構(gòu)主應(yīng)力對(duì)比

隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)作為隧道的維護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)隧道的穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。通過對(duì)比2種施工方法的引起的支護(hù)結(jié)構(gòu)主應(yīng)力及應(yīng)力集中程度研究?jī)煞N施工方法的優(yōu)缺點(diǎn)。表4為轉(zhuǎn)換段及未受影響斷面(距轉(zhuǎn)換段20m斷面)支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力。由表4可知，門形爬坡法及扇形擴(kuò)挖法引起的轉(zhuǎn)換段支護(hù)結(jié)構(gòu)最大主應(yīng)力分別為-16.05MPa和-13.71MPa，門形爬坡法引起的最大主應(yīng)力較扇形擴(kuò)挖法大17.1%，但兩種施工方法引起的最大主應(yīng)力均遠(yuǎn)小于混凝土的抗壓承載能力。門形及扇形兩種施工方法所引起的轉(zhuǎn)換段應(yīng)力集中系數(shù)分別為3.47和3.17，扇形擴(kuò)挖法所引起的應(yīng)力集中程度小于門形爬坡法。轉(zhuǎn)換段支護(hù)結(jié)構(gòu)最大主應(yīng)力遠(yuǎn)大于未受影響斷面的最大主應(yīng)力，隧道施工中應(yīng)加強(qiáng)轉(zhuǎn)換段支護(hù)措施。門形和扇形施工方法引起的最小主應(yīng)力分別為1.62MPa和1.84MPa，兩種施工方法引起的轉(zhuǎn)換段最小主應(yīng)力均為拉應(yīng)力，門形爬坡法引起的最小主應(yīng)力略小于扇形擴(kuò)挖法，兩種方法引起的最小主應(yīng)力均接近支護(hù)結(jié)構(gòu)的極限抗拉強(qiáng)度，由此可見，轉(zhuǎn)換段支護(hù)結(jié)構(gòu)傾向于發(fā)生張拉破壞。轉(zhuǎn)換段施工過程中為了避免轉(zhuǎn)換段支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生張拉破壞，施工中需提高轉(zhuǎn)換段支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度。由上述分析可見，除支護(hù)結(jié)構(gòu)最小主應(yīng)力外，扇形擴(kuò)挖法引起的支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力均小于門形爬坡法引起的應(yīng)力。從控制隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力提高支護(hù)結(jié)構(gòu)安全性的角度出發(fā)，扇形擴(kuò)挖法更優(yōu)于門形爬坡法。

4.4圍巖塑性區(qū)范圍對(duì)比

隧道轉(zhuǎn)換段施工通道的存在破壞了車站隧道的應(yīng)力傳遞路徑，這將導(dǎo)致轉(zhuǎn)換段圍巖應(yīng)力集中，接近屈服狀態(tài)。表5為2種施工方法所引起的圍巖塑性區(qū)半徑，從表5可以看出2種施工方法在拱腳處引起的塑性區(qū)半徑相同，均為7.45m。在拱腰范處，門形爬坡法及扇形擴(kuò)挖法引起的塑性區(qū)半徑分比為6.08m和5.22m，門形爬坡法引起的塑性區(qū)半徑要大于扇形擴(kuò)挖法。從控制圍巖塑性區(qū)范圍確保隧道圍巖穩(wěn)定性的角度出發(fā)，扇形擴(kuò)挖法要優(yōu)于門形爬坡法。

表4　支護(hù)結(jié)構(gòu)主應(yīng)力對(duì)比

注：K=轉(zhuǎn)換段最大主應(yīng)力/未受影響斷面最大主應(yīng)力；門/扇=門形爬坡法應(yīng)力/扇形擴(kuò)挖法應(yīng)力

表5　圍巖塑性區(qū)半徑

5　工程應(yīng)用

通過上述對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)，扇形擴(kuò)挖法在控制圍巖位移、應(yīng)力、支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力，以及塑性區(qū)半徑方面要明顯優(yōu)于門形爬坡法。基于本文的研究結(jié)果，將扇形擴(kuò)挖法用于鳳天路車站轉(zhuǎn)換段的施工，轉(zhuǎn)換段施工期間圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)均處于穩(wěn)定狀態(tài)，轉(zhuǎn)換段施工工期為20d。通過向施工單位咨詢，轉(zhuǎn)換段若采用門形爬坡法進(jìn)行施工，施工工期約為32d。轉(zhuǎn)換段采用扇形擴(kuò)挖法較門形爬坡法節(jié)約工期12d。由此可見，扇形擴(kuò)挖法除了在控制圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面優(yōu)于門形爬坡法，還有利于控制隧道施工進(jìn)度，節(jié)約工程造價(jià)。

6　結(jié)論

1)扇形擴(kuò)挖法引起的轉(zhuǎn)換段圍巖位移、位移均小于門形爬坡法，從控制轉(zhuǎn)換段圍巖穩(wěn)定性的角度，扇形擴(kuò)挖法優(yōu)于門形爬坡法。

2)除轉(zhuǎn)換段支護(hù)結(jié)構(gòu)最小主應(yīng)力外，扇形擴(kuò)挖法引起的轉(zhuǎn)換段支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力均小于門形擴(kuò)挖法，從控制支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力的角度，扇形擴(kuò)挖法由于門形爬坡法。2種施工方法引起的轉(zhuǎn)換段最小主應(yīng)力均為拉應(yīng)力，且接近支護(hù)結(jié)構(gòu)的極限抗拉強(qiáng)度。轉(zhuǎn)換段支護(hù)結(jié)構(gòu)傾向于發(fā)生張拉破壞。應(yīng)提高轉(zhuǎn)換段支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度避免轉(zhuǎn)換段支護(hù)結(jié)構(gòu)的張拉破壞。

3)扇形擴(kuò)挖法引起的塑性區(qū)半徑小于門形爬坡法。從控制轉(zhuǎn)換段圍巖、支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的角度，扇形擴(kuò)挖法均優(yōu)于門形爬坡法。

4)鳳天路地鐵車站轉(zhuǎn)換段采用扇形擴(kuò)挖法施工工期為20d，若采用門形擴(kuò)挖法施工工期約為32d。相比門形爬坡法，扇形擴(kuò)挖法更有利于控制施工進(jìn)度，節(jié)約工程造價(jià)。建議采用扇形擴(kuò)挖法進(jìn)行暗挖地鐵車站轉(zhuǎn)換段施工。

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Construction methods at the intersection betweenConstruction Channel and subway station

LIYayong1,DENGYihu2,JINXiaoguang1,FENGYuansheng1

(1.School of Civil Engineering, Chongqing University, Chongqing 400045, China;2.SouthwestMunicipalEngineeringDesign&ResearchInstituteofChina,Chengdu610081,China)

TheDoortypeclimbingmethodisgenerallyadoptedintheconversionsectionbetweenconstructionpassageandsubwaystationindesigndocument.However,itisnotwidelyusedinengineeringpracticeconsideringthecomplexswitchingprocess.Basedonengineeringexperiences,thesectorexpansionmethodwasputforward.FengtianlusubwaystationinChongqing,Chinawasselectedtocomparethesetwoconstructionmethodsthroughnumericalsimulation.Twothree-dimensionalnumericalmodelswereestablishedcorrespondingtodifferentconstructionmethods,andtheeffectivenessoftheestablishednumericalmodelwasvalidatedthroughfieldmonitoringdisplacement.Thenthedisplacementandstressdistributionofsurroundingrockmasses,internalforceofsupportingstructures,andtheradiusofplasticzoneswerehighlighted.Numericalresultsshowthatthedisplacement,stress,internalforceofsupportingstructures,andradiusofplasticzonesinducedbysectorexpansionmethodarealllessthanthatinducedbydoortypeclimbingmethodexceptfortheminimumstressofsupportingstructures.ThesectorexpansionmethodisusedinFengtianlusubwaystation.Consequently,theconstructionperiodis20days,and12daysweresavedcomparedtothedoortypeclimbingmethod.Thesectorexpansionmethodisbetterincontrollingconstructionperiodthanthedoortypeclimbingmethod.Itcanbeconcludedthatthesectorexpansionmethodismoresuitableforconstructionintunnelconversionsectionthanthedoortypeclimbingmethod.

Tunnelconversionsection;Sectorexpansionmethod;Doortypeclimbingexcavation;Constructionmechanics

2015-11-22

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51578091)

靳曉光(1967- )，男，河北東光人，教授，從事隧道及地下工程方面的研究；E-mail:Jxgcqu@163.com

TU91

A

1672-7029(2016)07-1352-07