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 摘要:随着我国地铁建设进程的加快,浅埋暗挖法在地铁建设中得到广泛应用。选择合理的施工工法和施工工序有利于规避风险、加快进度和节约投资。本文以徐州地铁车站为依托,借助于有限元软件Midas/GTS建立数值计算模型,主要对徐州某单层暗挖地铁车站的单洞采用CRD法进行了开挖过程的数值模拟,研究了车站开挖时的位移场,得出了最佳的开挖工序。

关键词:浅埋暗挖;开挖工序

起初,我国地铁车站的施工方法:为明挖法、盖挖法以及暗挖法;前期暗挖法以浅埋暗挖法[1-3]为主,其中,暗挖法主要分为全断面法、台阶法、分部开挖法等。分部开挖法分为双侧壁导坑法、洞桩法、中洞法、中隔壁法、交叉中隔壁法(CRD)、环形开挖预留核心土法等[4]。本文针对徐州地铁1号线某车站周边环境和围岩情况,重点开展了实际工程地铁车站CRD工法施工工序的比选,希望能为同类型的施工提供借鉴和思路。

一、建模

1.1隧道尺寸及块体划分在本次数值计算中,隧道断面尺寸为宽9.21m,高9.35m,隧道外围是2.5m厚的锚杆加固区,初期支护为15cm的C25混凝土,中隔墙及临时横撑为15cm的刚架,CRD法的块体划分情况、开挖顺序分别如图1、表1所示。1.2模型材料参数及施工顺序计算模型中,隧道围岩假定为均质各向同性材料,选取常用的弹塑性本构模型、Mohr-Coulomb屈服准则进行非线性静力分析,其余材料均使用线弹性本构关系。CRD工法的岩土材料参数选取如表2所示。

二、CRD工法不同工序模拟结果对比分析

与应力相比,隧道开挖过程中的位移显现情况是防止隧道失稳更重要的指标,尤其是作为浅埋隧道顶板的下沉量,更是控制隧道开挖变形量的重点。结合数值模拟结果,从隧道位移云图分析,以得到CRD法不同开挖工序的围岩位移的演化规律。同样的,位移云图也无法通过量化数据来判定开挖顺序的优劣,不将其作为判定工序优劣的指标。与应力数据分析时的侧重不同,对待位移数据,主要参考隧道不同部位随开挖扰动形成的最终位移量值。选取同部位不同施工顺序的位移量绝对值最大及最小值,两者做比较,得出其百分比,同时对隧道各部位按位移量大小采用最优、较好、较差和最差四个等级进行评价。由图3和表5中的最优及最差工法位移量比值可知,不同开挖顺序产生的位移量差别很大,在隧道工程施工方案选择中,合适的施工顺序非常必要。隧道不同部位的评价结果从整体上分析,第一种开挖顺序是最合理的,若考虑拱顶在浅埋隧道失稳中的权重,第二种开挖工序最优。将两者结合起来,仅就位移量,可判定隧道CRD法不同开挖方案的合理性排序为第一种、第二种、第三种、第四种。

综上,隧道CRD法不同开挖方案合理性评价项目有塑性区、应力和位移等三方面,由于塑性区与应力、位移在浅埋隧道施工中权重不同,最终位移量值显得更重要,鉴于此情况,本文重点模拟、考虑了位移量的评价结果,综述所述,隧道CRD法不同开挖方案以第一种最为合理。

参考文献

[1]FengWeiXing,WangKeli&LiuYong.Theconstructionmethodofstartingtunnelinginspecialgeologicalcondition[J].ComputerMethodandAdvancesinGeomechanics,Yuan(Ed.)1997,Balkema,Rotterdam:1413-1417.

[2]H.F.Schweiger,H.SchullerandR.Potter.Someremakson2-d-modelsfornumericalstimulationofundergroundconstructionwithcomplexcrosssections[J].ComputerMethodandAdvancesinGeomechanics,Yuan(Ed.)1997,Balkema,Rotterdam:1303-1308.

[3]R.K.Geol,J.K.Jethwa,B.B.Dhar.effectoftunnelsizeonsupportressure[J].Int.J.RockMech.MinSci.&Geomech.Abstr.,1996,33(7):749-755.

[4]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].安徽:安徽教育出版社,2004.

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