唐 雄，熊志富，唐賢金，陳壽根

(1.中鐵二局第四工程有限公司，四川 成都 610031;2.西南交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，四川 成都 610031)

1 研究背景

廣州市軌道交通十一號(hào)線呈環(huán)形線路，線路經(jīng)由天河區(qū)、白云區(qū)、越秀區(qū)、荔灣區(qū)和海珠區(qū)，線路全長(zhǎng)44.2 km，全部采用地下敷設(shè)方式，全線共設(shè)32座車(chē)站。流花路站為地下兩層(高19.6 m、寬30 m)雙柱島式車(chē)站，車(chē)站全長(zhǎng)696.55 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬為26.15 m，隧道埋深20.4 m，總建筑面積41 674 m2。車(chē)站由主體隧道和配線段組成，如圖1所示。其中主體隧道主要位于中/微風(fēng)化泥質(zhì)砂巖層，開(kāi)挖跨度達(dá)30.399 m，最大開(kāi)挖斷面面積達(dá)554.9 m3，采用洞樁法施工。

圖1 流花路站三維立體示意圖(單位：m)

洞樁法又稱(chēng)PBA(Pile Beam Arch)工法，以對(duì)地層不產(chǎn)生大的擾動(dòng)為目標(biāo)，通過(guò)多個(gè)分離小導(dǎo)洞和樁、梁相結(jié)合在地下形成樁、柱和梁聯(lián)合受力的框架支護(hù)體系，并在其支護(hù)體系的保護(hù)下開(kāi)挖站廳層和站臺(tái)層與后續(xù)的城市地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)施工[1-5]。PBA 法首次應(yīng)用于北京地鐵1號(hào)線天安門(mén)西站的施工中，隨后在北京地鐵復(fù)八線天安門(mén)西站，北京地鐵10 號(hào)線，北京地鐵4 號(hào)線海淀黃莊站、沈陽(yáng)地鐵1 號(hào)線的青年大街站得到推廣應(yīng)用。地鐵車(chē)站主要有三拱雙柱雙層式，雙拱單柱雙層式和單拱無(wú)柱雙層式三種結(jié)構(gòu)型式。流花路站主體段采用三拱雙柱雙層式結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2所示。本文以廣州市軌道交通十一號(hào)線流花路站超大斷面隧道施工為研究背景，采用數(shù)值模擬方法，對(duì)超大斷面地鐵車(chē)站洞樁法施工穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，分析結(jié)果用于指導(dǎo)隧道設(shè)計(jì)和施工。

圖2 流花路站洞樁法施工隧道斷面(單位：mm)

2 車(chē)站主體洞樁法施工過(guò)程

車(chē)站主體部分洞樁法施工步驟主要包括：①施工小導(dǎo)洞，先在車(chē)站大斷面上部沿縱向開(kāi)挖4個(gè)小導(dǎo)洞，小導(dǎo)洞完成后在洞內(nèi)采用人工及機(jī)械成孔施做邊樁及中柱，施做邊樁冠梁，架立邊導(dǎo)洞內(nèi)主拱的格柵鋼架，并按要求支護(hù)；②施工頂縱梁結(jié)構(gòu)，并預(yù)留主拱二襯的鋼筋接頭，敷設(shè)防水層，回填縱梁上的空間；③開(kāi)挖主拱土體，施做主拱初期支護(hù)；④逐段拆除小導(dǎo)洞邊墻，鋪設(shè)防水層，立模澆筑主拱二襯；⑤向下開(kāi)挖土體至負(fù)一層中板底下1.5 m位置，并及時(shí)支護(hù)，敷設(shè)側(cè)墻防水層，施做負(fù)一層中板、邊樁冠梁；⑥向下開(kāi)挖土體至基底位置，施做側(cè)墻系統(tǒng)錨桿、噴射混凝土、鋪設(shè)防水層，澆筑邊樁冠梁、底板、下層側(cè)墻；⑦再施做下一層側(cè)墻，施做內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

3 洞樁法施工全過(guò)程的數(shù)值模擬

采用FLAC 3D有限差分通用程序?qū)Φ罔F隧道與既有鐵路橋之間的相互影響進(jìn)行全過(guò)程三維有限元數(shù)值模擬分析。

3.1 計(jì)算模型和計(jì)算參數(shù)

根據(jù)實(shí)際開(kāi)挖情況模擬隧道開(kāi)挖全過(guò)程?？紤]到計(jì)算模型的邊界效應(yīng)影響，計(jì)算模型尺寸取120 m×30 m×90 m(長(zhǎng)×寬×高)。采用實(shí)體單元模擬土體、超前加固區(qū)、回填混凝土和二次襯砌及樁基，平面板單元模擬初期支護(hù)，用植入式桁架模擬砂漿錨桿和鋼管柱。四個(gè)開(kāi)挖導(dǎo)洞為5 m×5.5 m，系統(tǒng)錨桿長(zhǎng)3 m，間距2 m，小導(dǎo)管和大管棚加固區(qū)簡(jiǎn)化成注漿加固圈，厚度為1 m，主要位于車(chē)站頂部及導(dǎo)洞兩側(cè)，計(jì)算模型如圖3所示。模型上表面為地表，為自由邊界，無(wú)約束。左右及前后側(cè)面為相應(yīng)垂直該面的水平約束(即左右邊界：x方向水平約束Ux=0；前后邊界：y方向水平約束Uy=0)，模型底面為固定邊界(z方向豎直方向約束Uz=0)。

流花路站工程范圍內(nèi)地形略有起伏，根據(jù)車(chē)站詳勘資料，勘探場(chǎng)地在地貌上屬?zèng)_洪積平原，地層以第四紀(jì)沖積、洪積土層為主。車(chē)站結(jié)構(gòu)頂拱主要位于粉質(zhì)黏土層中，該地層無(wú)不良地質(zhì)作用。錨桿、小導(dǎo)管及超前注漿通過(guò)加強(qiáng)土體參數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)。圍巖和混凝土采用Mohr-Coulomb彈塑性本構(gòu)模型模擬，計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

(a)模型整體

表1 材料的力學(xué)性能參數(shù)

3.2 計(jì)算結(jié)果及分析

計(jì)算模擬如第2節(jié)所述的洞樁法施工全過(guò)程，循環(huán)進(jìn)尺為1 m。開(kāi)挖完成后，數(shù)值模擬位移云圖見(jiàn)圖4所示，從圖中可以看出，車(chē)站頂部下沉最大值為1.95 cm，底部上浮最大值為1.39 cm，滿(mǎn)足城市隆沉標(biāo)準(zhǔn)(±30 mm)的相關(guān)要求。最大主應(yīng)力云圖見(jiàn)圖5所示，從圖中可以看出，最大應(yīng)力為12.5 MPa。滿(mǎn)足C40混凝土的容許應(yīng)力12.7 MPa(C40)要求，表明隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)安全，設(shè)計(jì)合理。

圖4 豎向位移云圖

圖5 最大主應(yīng)力云圖

4 結(jié) 論

通過(guò)本項(xiàng)工作，可以得出如下結(jié)論：①洞樁法通過(guò)多個(gè)分離小導(dǎo)洞和樁、梁相結(jié)合在地下形成樁、柱和梁聯(lián)合受力的框架支護(hù)體系，并在其支護(hù)體系的保護(hù)下開(kāi)挖站廳層和站臺(tái)層與后續(xù)的城市地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)施工，對(duì)大斷面城市地鐵施工非常有效；②計(jì)算結(jié)果表明隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)安全，設(shè)計(jì)合理。

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