李磊

摘要：結(jié)合某地鐵車站暗挖施工，采用模擬計(jì)算方法簡(jiǎn)化邊樁結(jié)構(gòu)及支護(hù)結(jié)構(gòu)，分析導(dǎo)洞及車站施工期間對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的影響。研究結(jié)果表明：導(dǎo)洞施工階段對(duì)地表沉降影響顯著，導(dǎo)洞施工至其前后一個(gè)洞徑范圍內(nèi)地表沉降速率顯著加快，其余區(qū)域施工期間地表沉降較??；但是支護(hù)結(jié)構(gòu)部分修建完成后，車站主體施工對(duì)地表沉降影響明顯減小。支護(hù)橫向及縱向受力規(guī)律相似，均在導(dǎo)洞施工期間受力較大，車站主體施工期間分別占最大應(yīng)力值變化的39%和35.1%。

關(guān)鍵詞：地表沉降；導(dǎo)洞開(kāi)挖；地鐵暗挖；受力分析

0? ?引言

城市地鐵系統(tǒng)作為緩解交通壓力的有效手段，已經(jīng)在越來(lái)越多的城市中推廣應(yīng)用[1-2]。地鐵工程建設(shè)期間常采用暗挖施工，具有拆遷占地少、不擾民、不干擾交通的特點(diǎn)，但是其對(duì)地層地表變形影響較大，如果施工不合理，將造成極大的交通隱患[3]。王夢(mèng)恕等[4]創(chuàng)建并完善了地下工程淺埋暗挖法設(shè)計(jì)與施工配套技術(shù)；趙文等[5]采用STS（steel tube slab）管幕功法作為淺埋地鐵暗挖的新型施工手段，解決了實(shí)際工程問(wèn)題，確保了地鐵暗挖車站管幕結(jié)構(gòu)的成功實(shí)施。

本文基于豐西二號(hào)路與規(guī)劃康辛路十字交口處的看丹站西端地鐵工程，結(jié)合有限元模擬計(jì)算方法，針對(duì)導(dǎo)洞及車站施工期間地層地表變形及支護(hù)受力展開(kāi)研究，以期為同類型施工工程提供理論分析思路。

1? ?工程概述

施工區(qū)間位于看丹站西端，出站后施工路線由東向西敷設(shè)，自康辛路開(kāi)始止于榆樹(shù)莊站。施工期間存在下穿市政管線風(fēng)險(xiǎn)，因此施工前對(duì)周邊地下管線進(jìn)行復(fù)探，對(duì)管線雨水、污水滲流情況采取超前探測(cè)。本段區(qū)間里程位于行車路段下方，施工基底處于建筑垃圾填土內(nèi)。暗挖區(qū)間采用管幕法進(jìn)行施工，區(qū)間浮土厚度為7.2～7.7m。

本段基底設(shè)置管幕結(jié)構(gòu)區(qū)間，整體位于雜填土①層，考慮該土層的地基承載能力，結(jié)構(gòu)基底設(shè)置承載樁。地層探測(cè)結(jié)果顯示，土層依次為雜填土①層、卵石④層、⑤層、黏土巖⑥層及礫巖⑦層。施工區(qū)間潛水面西部高、東部低，2018年12月下旬，測(cè)得施工站點(diǎn)西部地下水位標(biāo)高為30m，施工站點(diǎn)東部地下水位標(biāo)高約為25m。本段施工區(qū)間基底承載樁布設(shè)位置在地下水位上方，因此不考慮地下水影響。

2? ?主要施工流程

本區(qū)間段主要采用管幕施工，其主要工藝流程為：機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)→掌子面注漿加固→頂進(jìn)位置破樁開(kāi)孔→吊裝鋼管就位→頂進(jìn)鋼管、鋼管頂進(jìn)糾偏→鋼管頂進(jìn)合格檢驗(yàn)→依次調(diào)整感鋼管頂進(jìn)就位→管間清理和螺栓就位→管內(nèi)管間混凝土灌注→完工退場(chǎng)。

初支結(jié)構(gòu)施工完成后進(jìn)行左右線洞內(nèi)承載樁施工，承載樁施工可由堵頭墻向臨時(shí)豎井口出施工（由南側(cè)向北側(cè)施工），以便于二襯結(jié)構(gòu)施工。

3? ?計(jì)算模型簡(jiǎn)化

將邊樁結(jié)構(gòu)及管幕結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為連續(xù)墻和矩形結(jié)構(gòu)體，將連續(xù)墻單元厚度設(shè)置為0.688m。依據(jù)抗彎剛度等效原則，將管幕結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為矩形結(jié)構(gòu)。對(duì)管幕結(jié)構(gòu)采用單調(diào)靜壓試驗(yàn)，獲得其荷載-變形曲線，取其線性段剛度作為等效橫向剛度。荷載-變形曲線如圖1所示。

4? ?力學(xué)性能分析

4.1? ?導(dǎo)洞施工對(duì)地表沉降影響

隨導(dǎo)洞開(kāi)挖施工進(jìn)行，不同區(qū)間地表沉降量變化形勢(shì)不同。導(dǎo)洞開(kāi)挖完成后地表沉降變化如圖2所示。從圖2可以看出，不同導(dǎo)洞開(kāi)挖過(guò)后地表沉降量呈現(xiàn)低谷形，左下導(dǎo)洞最先開(kāi)挖，其最大沉降量大約在中部區(qū)域，距兩端約70m，為2.13mm。隨后右下導(dǎo)洞開(kāi)挖過(guò)程，其地表沉降量最高沉降達(dá)3.28mm，較左下導(dǎo)洞開(kāi)挖完成后下降了1.15mm，左下、右下導(dǎo)洞完成后沉降量占總沉降量87.9%。

最后左上導(dǎo)洞和右上導(dǎo)洞開(kāi)挖對(duì)地表沉降影響較小，地表沉降值最大分別達(dá)到3.56mm和3.73mm，較右下導(dǎo)洞施工完成后僅增大了0.45mm。同時(shí)還可以發(fā)現(xiàn)，地表最大沉降量均反映在剖面中部區(qū)域，由兩端向中間發(fā)展不斷增大，呈現(xiàn)波谷形趨勢(shì)。

4.2? ?導(dǎo)洞施工對(duì)地表沉降縱向影響

圖3為導(dǎo)洞施工期間地表沉降縱向影響曲線。其中，監(jiān)測(cè)斷面位置為距地表-12m處，d表示導(dǎo)洞直徑，從圖3可以看出，開(kāi)挖至導(dǎo)洞附近對(duì)地表沉降影響極大，沉降量在導(dǎo)洞開(kāi)挖至-12m及開(kāi)挖至-22m后地表沉降量速率減緩，且各導(dǎo)洞開(kāi)挖后地表沉降規(guī)律相似。這是由于開(kāi)挖前地層處于密實(shí)狀態(tài)，導(dǎo)洞開(kāi)挖完成后施工區(qū)域封閉，上覆土被人工夯實(shí)，因此地表沉降放緩。

各導(dǎo)洞在開(kāi)挖至導(dǎo)洞附近2d范圍，地表沉降量分別達(dá)到其導(dǎo)洞開(kāi)挖總沉降量68.1%、71.8%、71%、77.8%。此時(shí)導(dǎo)洞開(kāi)挖導(dǎo)致附近土體形成鏤空層，容易出現(xiàn)土體沉降。導(dǎo)洞開(kāi)挖完成1d后，地表沉降基本穩(wěn)定，地層無(wú)明顯變形發(fā)生，各導(dǎo)洞地表沉降量分別占其導(dǎo)洞總沉降量的10.4%、9.4%、16.1%、11.1%。

4.3? ?車站主體施工對(duì)地表沉降影響

車站主體施工期間對(duì)地表沉降影響見(jiàn)圖4。從圖4可以看出，各層施工對(duì)地表沉降影響規(guī)律均由兩端向中部位置發(fā)展，各層施工期間對(duì)應(yīng)最大地表沉降量分別為3.95mm、4.14mm、4.25mm，沉降區(qū)域主要控制在距地表40～90m之間。同時(shí)可以看出，由于支護(hù)結(jié)構(gòu)形成，車站主體施工階段對(duì)地表沉降影響較小。

4.4? ?支護(hù)橫向受力分析

隨施工進(jìn)行支護(hù)所受應(yīng)力逐漸增大，不同施工階段對(duì)支護(hù)受力影響不同。支護(hù)受力一方面隨施工工序開(kāi)展逐漸增大，另一方面不同施工階段，支護(hù)受力相應(yīng)增加。在車站主體施工階段，橫向支護(hù)應(yīng)力發(fā)展緩慢，僅從0.411MPa增大至0.615MPa，導(dǎo)洞施工階段支護(hù)橫向應(yīng)力增量占總應(yīng)力值的61%。其余車站主體開(kāi)挖期間，橫向應(yīng)力值占最大應(yīng)力變化39%。支護(hù)橫向應(yīng)力變化狀況如表1所示。

4.5? ?支護(hù)縱向受力分析

支護(hù)縱向應(yīng)力變化狀況如表2所示。從表2可知，下方導(dǎo)洞開(kāi)挖對(duì)支護(hù)縱向受力幾乎沒(méi)有影響，下方導(dǎo)洞埋置位置較深距支護(hù)較遠(yuǎn)，因此下方導(dǎo)洞開(kāi)挖完成后，最終支護(hù)縱向應(yīng)力值僅0.068MPa。同時(shí)還可以看出，車站主體施工階段對(duì)支護(hù)縱向受力影響較小，負(fù)一層至負(fù)三層開(kāi)挖期間應(yīng)力數(shù)值由0.281MPa升至0.433MPa，增長(zhǎng)應(yīng)力值占最大應(yīng)力值的35.1%，導(dǎo)洞開(kāi)挖期間應(yīng)力數(shù)值由0增大至0.271MPa，占最大應(yīng)力值的62.6%。主要是由于車站主體施工過(guò)程中支護(hù)系統(tǒng)已經(jīng)完成部分，有一定支撐作用，使得支護(hù)縱向受力影響不大。

5? ?結(jié)束語(yǔ)

地鐵工程建設(shè)期間常采用暗挖施工，具有拆遷占地少、不擾民、不干擾交通的特點(diǎn)，但是其對(duì)地層地表變形影響較大，如果施工不合理，將造成極大的交通隱患。本文結(jié)合某地鐵車站暗挖施工，采用模擬計(jì)算方法簡(jiǎn)化邊樁結(jié)構(gòu)及支護(hù)結(jié)構(gòu)，分析導(dǎo)洞及車站施工期間對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的影響。針對(duì)某地鐵車站暗挖施工期間支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，得出以下結(jié)論：

施工期間地表沉降規(guī)律為車站中部沉降區(qū)域最大，向兩端發(fā)展逐漸減弱，形成低谷形。下側(cè)導(dǎo)洞施工期間對(duì)沉降影響較顯著，導(dǎo)洞施工完成后沉降量最大值為3.73mm。

導(dǎo)洞施工至其周圍2d范圍對(duì)地表沉降影響最顯著。在此期間，開(kāi)挖地表沉降量達(dá)到總沉降量的68.1%～77.8%，其余部位開(kāi)挖對(duì)地表沉降影響不大。車站主體施工期間引起的地表沉降量區(qū)間在3.95mm～4.25mm，對(duì)地表變形影響不大。

施工期間，支護(hù)結(jié)構(gòu)橫向受力及縱向受力最大值分別為0.615MPa和0.433MPa，導(dǎo)洞施工對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)受力影響顯著。由于支護(hù)系統(tǒng)部分完成，車站主體施工期間對(duì)支護(hù)受力影響較小。

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