中车建设工程有限公司 北京 100078
摘要：文章在结合某市地铁车站工程概况为例子背景下，主要对拱盖法暗挖技术展开研究，以供其他项目建设提供一定参考。
关键词：地铁车站；供盖法；暗挖技术；研究
1工程概况
某市地铁某路站为地下双层岛式暗挖车站，位于主干道路与支路交叉口，沿南北方向敷设。车站总长228.5m，站台宽度11m，车站主体标准段开挖总宽度19.6m，总高度16.61m，结构覆土深度为10.61m，采用拱盖法施工，利用风井、风道作为施工通道。该地区地质多为上覆盖第四系土层，下部为花岗岩基岩，呈现“上软下硬”的特点。
2实施方案
通过对浅埋暗挖法分析比较，结合“上软下硬”的地层条件，提出了单拱大跨大拱脚复合式衬砌排水型车站型式。根据隧道围岩破坏机理和隧洞设计计算方法，拟合断面及构件尺寸。上部拱盖初期支护厚度350mm，二次衬砌厚度最薄处为600mm，边墙初期支护厚150mm，二次衬砌厚500mm，构造底板厚300mm。该结构型式充分利用围岩的承载能力和稳定性，上半断面借鉴双侧壁导坑法进行开挖，在弱爆破的条件下进行扣拱施工，二衬两端以大拱脚的形式坐落在稳定基岩上；为保证拱底的稳定性，大拱脚纵向形成纵梁，一旦扣拱完成，在拱盖的保护下向下爆破开挖，相当于盖挖法的后续施工。
拱盖法施工工序为：（1）开挖上半断面左右侧导洞，施做初期支护；（2）开挖上半断面中导洞，施做初期支护；（3）施做托梁，分段拆除临时支撑，施做拱部防水及模筑拱盖二衬；（4）在拱盖的保护下，分层分段进行下部开挖，并及时施做初期支护；（5）施做底板、边墙二衬及内部结构。拱盖法施工步序如图1所示。
3计算结果分析
采用FLAC3D有限差分软件对施工过程进行模拟，着重分析拱盖处岩性变化对地表沉降影响、拱脚位移及应力的影响、覆土厚度变化对地表沉降的影响。
3.1拱盖岩性变化施工数值分析
将加固区、左右导洞、中洞以及直墙分步放坡开挖进行分组建模，同时对不同区域的初次衬砌和二次衬砌也进行分组，开挖模拟时对各分组赋各自的本构模型。为了研究岩层对拱盖法施工的影响，特拟定数值分析的5种计算方案(见表1)。其中,工况1中各岩层厚度为实际地层情况，拱盖、拱脚范围的地层均为微风化花岗岩，工况4、5是为了研究拱部地层对沉降和支护结构稳定性的影响。
通过计算，前3种工况比较接近，最大沉降4.3mm；工况4最大沉降74.7mm；工况5最大沉降103.2mm。后2种工况地表沉降均较大，和前3种工况有量级上的差别，说明地表沉降量的大小和拱盖以上地层有很大关系，开挖部分以上地层较弱时，地表的沉降量也会比较大。第5种拱肩到拱脚范围为强风化花岗岩，而第4种方案中该范围内地层为中风化花岗岩，第5种方案计算得到的地表沉降值比第4种方案大28.60%，说明拱盖处岩层对控制变形起到一定约束作用。
通过对比分析得到如下结论：1）拱顶以上岩层的性质对地表沉降影响较大，地层越弱，开挖后地表沉降越大。2）拱脚落在中、微风化花岗岩岩层，在高边墙开挖阶段对拱盖稳定都没有太大的影响。3）拱顶以上岩层为强风化花岗岩时施工需要加强超前支护，严控循环进尺，保证拱盖稳定。
3.2拱脚岩性对位移和应力的影响数值分析
根据GB50218—2014《工程岩体分级标准》中的岩体基本质量指标（BQ）的规定，分别取拱脚所处的岩体级别为1～5级，分5种工况进行数值计算（见表2）。本次数值模拟拆除中隔壁后的拱脚水平位移、竖向位移、水平应力、竖向应力，对计算结果进行分析。
通过计算对比分析可以得到如下结论：1）岩体性质对拱脚变形的影响显著，拱脚岩体变差，拱脚处的水平、竖向位移均增大，特别是5级围岩竖向位移迅速增至5.2mm。2）拱脚处的水平、竖向应力随着岩体性质变差呈增大趋势。4级围岩最大竖向应力为2.41MPa，但处于5级岩体中的应力有所减小，这是因为5级岩体是破碎岩体，无法承受过大的应力。3）各种工况下，拱脚处的竖向位移值均大于水平位移值，竖向应力值均大于水平应力值。
3.3不同覆土厚度对地表沉降影响的数值分析
改变隧道上部土层的厚度对应调整拱顶的覆岩厚度，分5种工况分别进行数值模拟。同样模拟到拆除左右临时支撑这一步。通过查看并提取出各工况在各个开挖步序地表的最大沉降值，绘制成变化曲线。通过计算分析可以得出，5种工况地表沉降变化规律基本一致，覆岩变厚沉降略微减少，说明在覆盖层厚度一定的情况下，拱顶超过一定岩层厚度（本次模拟3m左右），土层厚度变化对地表沉降的影响很小。
4施工及监测
在施工过程中，对地表沉降、隧道拱顶沉降、隧道净空收敛、初期支护格栅钢筋应力及二衬钢筋应力均进行全过程监测。由于本站地质情况较好，监测地表沉降最大值为6mm；二衬钢筋应力在量测初期应力波动较大，后期趋于稳定，且最大应力不超过4MPa，二衬浇筑养护完成后，钢筋应力基本无变化，可见围岩充分发挥了自承能力，二次衬砌仅作为运营期间的安全储备。
5结语
针对某市地区地层“上软下硬”的地质特点，对拱盖法不同地层条件下进行有限元数值模拟分析，通过现场变形及应力监测，形成如下结论：1）同安路站结合地质情况埋深取值10.6m，拱盖法拱顶覆岩及拱脚均处于稳定岩层，断面和构件取值合理，较好控制了沉降变形，保证了施工安全，提高了施工进度。2）拱顶以上岩层的性质对地表沉降影响较大，地层越弱，开挖后地表沉降越大。拱顶以上为强风化花岗岩时施工需要加强超前支护。3）拱顶中风化花岗岩厚度超过3m时，岩体厚度变化对地表沉降影响不大。围岩充分发挥了自承能力，二衬钢筋应力较小。4）岩体性质对拱脚变形的影响显著，拱脚岩体变差，拱脚处的水平、竖向位移均增大，应尽量保证拱脚处于中风化花岗岩层，否则，需要采取加强措施。
参考文献
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论文作者:吴文朋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/19
标签：应力论文; 地表论文; 工况论文; 岩层论文; 地层论文; 拱顶论文; 厚度论文; 《基层建设》2019年第3期论文;