【摘 要】針對(duì)青島地區(qū)地層上軟下硬的地質(zhì)特點(diǎn)，以地鐵 2 號(hào)線同安路站為例，提出了無(wú)柱單拱大跨斷面的拱蓋法開(kāi)挖方式，并對(duì)拱蓋法不同地層條件下進(jìn)行有限元數(shù)值模擬分析和現(xiàn)場(chǎng)施工變形監(jiān)測(cè)，得出如下結(jié)論：拱頂以上巖層的性質(zhì)對(duì)地表沉降影響較大;拱頂中風(fēng)化花崗巖厚度超過(guò) 3m 時(shí)，圍巖能充分發(fā)揮自承載能力，巖體厚度變化對(duì)地表沉降影響不大;拱腳應(yīng)處于穩(wěn)定巖層中，以保證結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定。

　　【關(guān)鍵詞】上軟下硬地層;拱蓋法;數(shù)值模擬

　　1 工程概況

　　青島地鐵 2 號(hào)線同安路站為地下雙層島式暗挖車站，位于深圳路與同安路交叉口，沿深圳路南北方向敷設(shè)。車站總長(zhǎng) 228.5m，站臺(tái)寬度 11m，車站主體標(biāo)準(zhǔn)段開(kāi)挖總寬度 19.6m，總高度 16.61m，結(jié)構(gòu)覆土深度為 10.61m，采用拱蓋法施工，利用風(fēng)井、風(fēng)道作為施工通道。

　　2 實(shí)施方案

　　通過(guò)對(duì)淺埋暗挖法分析比較，結(jié)合“上軟下硬”的地層條件，提出了單拱大跨大拱腳復(fù)合式襯砌排水型車站型式。根據(jù)隧道圍巖破壞機(jī)理和隧洞設(shè)計(jì)計(jì)算方法，擬合斷面及構(gòu)件尺寸。上部拱蓋初期支護(hù)厚度 350mm，二次襯砌厚度最薄處為 600mm，邊墻初期支護(hù)厚 150mm，二次襯砌厚 500mm，構(gòu)造底板厚 300mm。該結(jié)構(gòu)型式充分利用圍巖的承載能力和穩(wěn)定性，上半斷面借鑒雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行開(kāi)挖，在弱爆破的條件下進(jìn)行扣拱施工，二襯兩端以大拱腳的形式坐落在穩(wěn)定基巖上;為保證拱底的穩(wěn)定性，大拱腳縱向形成縱梁，一旦扣拱完成，在拱蓋的保護(hù)下向下爆破開(kāi)挖，相當(dāng)于蓋挖法的后續(xù)施工。

　　3 計(jì)算結(jié)果分析

　　采用 FLAC3D 有限差分軟件對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行模擬，著重分析拱蓋處巖性變化對(duì)地表沉降影響、拱腳位移及應(yīng)力的影響、覆土厚度變化對(duì)地表沉降的影響[1]。

　　3.1 拱蓋巖性變化施工數(shù)值分析將加固區(qū)、左右導(dǎo)洞、中洞以及直墻分步放坡開(kāi)挖進(jìn)行分組建模，同時(shí)對(duì)不同區(qū)域的初次襯砌和二次襯砌也進(jìn)行分組，開(kāi)挖模擬時(shí)對(duì)各分組賦各自的本構(gòu)模型。為了研究巖層對(duì)拱蓋法施工的影響，特?cái)M定數(shù)值分析的 5 種計(jì)算方案(見(jiàn)表 1)。其中,工況 1 中各巖層厚度為實(shí)際地層情況，拱蓋、拱腳范圍的地層均為微風(fēng)化花崗巖，工況 4、5 是為了研究拱部地層對(duì)沉降和支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。

　　3.2 拱腳巖性對(duì)位移和應(yīng)力的影響數(shù)值分析

　　根據(jù) GB 50218—2014《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》中的巖體基本質(zhì)量指標(biāo)(BQ)的規(guī)定，分別取拱腳所處的巖體級(jí)別為 1～5 級(jí)，分 5 種工況進(jìn)行數(shù)值計(jì)算(見(jiàn)表 2)。本次數(shù)值模擬拆除中隔壁后的拱腳水平位移、豎向位移、水平應(yīng)力、豎向應(yīng)力，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析。

　　3.3 不同覆土厚度對(duì)地表沉降影響的數(shù)值分析

　　改變隧道上部土層的厚度對(duì)應(yīng)調(diào)整拱頂?shù)母矌r厚度，分 5 種工況分別進(jìn)行數(shù)值模擬(見(jiàn)表 3)。同樣模擬到拆除左右臨時(shí)支撐這一步。通過(guò)查看并提取出各工況在各個(gè)開(kāi)挖步序地表的最大沉降值，繪制成變化曲線。

　　4 施工及監(jiān)測(cè)

　　在施工過(guò)程中，對(duì)地表沉降、隧道拱頂沉降、隧道凈空收斂、初期支護(hù)格柵鋼筋應(yīng)力及二襯鋼筋應(yīng)力均進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)測(cè)。由于本站地質(zhì)情況較好，監(jiān)測(cè)地表沉降最大值為 6mm;二襯鋼筋應(yīng)力在量測(cè)初期應(yīng)力波動(dòng)較大，后期趨于穩(wěn)定，且最大應(yīng)力不超過(guò) 4MPa，二襯澆筑養(yǎng)護(hù)完成后，鋼筋應(yīng)力基本無(wú)變化，可見(jiàn)圍巖充分發(fā)揮了自承能力，二次襯砌僅作為運(yùn)營(yíng)期間的安全儲(chǔ)備。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　針對(duì)青島地區(qū)地層“上軟下硬”的地質(zhì)特點(diǎn)，對(duì)拱蓋法不同地層條件下進(jìn)行有限元數(shù)值模擬分析，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)變形及應(yīng)力監(jiān)測(cè)，形成如下結(jié)論： 1)同安路站結(jié)合地質(zhì)情況埋深取值 10.6m，拱蓋法拱頂覆巖及拱腳均處于穩(wěn)定巖層，斷面和構(gòu)件取值合理，較好控制了沉降變形，保證了施工安全，提高了施工進(jìn)度。 2)拱頂以上巖層的性質(zhì)對(duì)地表沉降影響較大，地層越弱，開(kāi)挖后地表沉降越大。拱頂以上為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖時(shí)施工需要加強(qiáng)超前支護(hù)。 3)拱頂中風(fēng)化花崗巖厚度超過(guò) 3m 時(shí)，巖體厚度變化對(duì)地表沉降影響不大。圍巖充分發(fā)揮了自承能力，二襯鋼筋應(yīng)力較小。 4)巖體性質(zhì)對(duì)拱腳變形的影響顯著，拱腳巖體變差，拱腳處的水平、豎向位移均增大，應(yīng)盡量保證拱腳處于中風(fēng)化花崗巖層，否則，需要采取加強(qiáng)措施。

　　【參考文獻(xiàn)】

　　【1】GB/T 50218—2014 工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[S].

　　【2】張光權(quán)，杜子建，宋錦泉，等.地鐵車站拱蓋法施工沉降監(jiān)測(cè)分析及控制對(duì)策[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2012，31(S1)：3413-3420.

　　【3】李豐果.重慶軌道交通暗挖大跨及重疊隧道施工技術(shù)[J].隧道建設(shè)， 2010(5)：554-560.

　　相關(guān)推薦：哪些期刊可以發(fā)表有關(guān)地鐵施工的文章