孟 超 江益辉 吴春冬
（中铁工程设计咨询集团有限公司，北京，100055）
【摘 要】以在建的莞惠城际铁路东莞东城南站大跨度暗挖车站与暗挖站厅层连接通道重叠隧道为例，分为“先下后上”与“先上后下”施工顺序，对复杂地质条件下大跨度重叠隧道施工引起的沉降及变形规律进行了数值模拟研究，为设计与施工提供参考。
【关键词】城际铁路；重叠隧道；数值模拟；暗挖车站
1 概述
随着城市轨道交通的开发，地下可利用空间也将越来越少，在城市轨道交通隧道修建过程中必将面临越来越多的重叠隧道。与单洞隧道开挖不同，重叠隧道后开挖隧道施工会对先开挖隧道地层变形形成叠加效应，严重时可能导致洞身破坏，使得设计与施工难度加大。
由于城市轨道周边地面建筑物和各种地下管线众多，对隧道施工产生的地表沉降有着严格的限制要求，因此，对隧道地表沉降做出较为准确的预测和采取相应的控制地表沉降的措施就显得十分重要，怎样选择良好的施工方法和施工顺序已成为目前地下工程科研工作的重点。
暗挖隧道埋深浅、跨度大、围岩差，隧道水平和竖向净距小，同时对地表沉降控制要求高，在类似工程中也非常罕见。在隧道施工前，预先对方案进行数值模拟分析，比较各优缺点，最后选择合理的方案再进行论证分析进行实施是极为必要的。
2 工程概况
东莞东城南站是莞惠城际铁路第三座地下车站，位于东莞市莞长路（G107国道）和长泰路丁字交汇处，车站总长274.33m，为地下岛式车站。车站横跨长泰路部分为暗挖三连拱隧道；其上方为两条暗挖站厅层连接隧道，与暗挖车站竖向平行，暗挖站厅层连接通道与暗挖车站净距为6.00m。
车站暗挖段拱顶埋深约为20.00m，主体结构高度为13.00m，跨度为30.46m，开挖断面面积为352.18m2；主体结构主要位于W3强风化混合片麻岩与W2弱风化混合片麻岩中。
两条暗挖站厅层连接通道拱顶埋深约为8.00m，主体结构高度为6.50m，跨度为6.70m，净距10.70m，开挖断面面积为41.32m2；主体结构主要位于粉质粘土与W4全风化混合片麻岩中。
隧道断面关系及拟采用施工工序见下图1。
图1 暗挖车站与站厅层连接通道断面关系及拟采用施工工序图（单位：mm）
3 数值模拟
（1）模拟工况
①“先上后下”施工顺序。
②“先下后上”施工顺序。
暗挖车站采用“侧洞法”开挖，两侧洞均采用CRD法开挖，中洞采用台阶法开挖。
暗挖站厅层连接通道采用CRD法开挖。
（2）模拟程序
MIDAS/GTS（岩土与隧道分析系统）软件由韩国MIDAS公司开发。该软件代表了当前工程软件发展的最新技术，在隧道工程与特殊结构领域为我们提供了一个崭新的解决方案。自从1989年以来，MIDAS公司致力于有限元分析与仿真方面的研究，而GTS就是在其基础上发展而形成的。
（3）模型尺寸
模型模拟尺寸横向取开挖跨度7倍，模型下边界距离站台层拱底为开挖高度的3倍，兼顾建模的便捷与准确性，模型计算范围取为215m×75m。模型上边界为自由边界，无约束；左右边界受到水平方向的约束；下边界受到竖直方向的约束。
（4）计算参数
①力学参数：根据地勘报告及《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）选取力学参数，对威严预加固体，按适当提高地质参数考虑。
②支护结构参数：隧道采用复合式衬砌结构形式，初期支护采用C25喷混凝土、格栅钢架和临时型钢支撑（I25a），二衬及顶、底纵梁采用C45模筑钢筋混凝土。
4 计算结果
两种不同施工顺序地表沉降值如图2所示。从图中可以看出，两种施做方法导致的地表位移沉降变化趋势基本一致，“先下后上”法施地表沉降最大值为9.23mm，“先上后下”法地表沉降最大值为10.36mm。分别选取两种施做方法下通道拱顶、通道拱底和车站拱顶、车站拱底的位移进行监测分析，其位移变化曲线分别如图3、图4、图5和图6所示。从四个关键点处的位移变化曲线可以看出，两种施工顺序引起的位移，除通道拱底部位基本相当，其余三处位移都是“先下后上”法较小。“先上后下”法在第14施工阶段时，通道便已施做完毕，从图3和图4可以看出，从第14阶段后直至施工结束，“先上后下”法对通道的拱顶和拱底的位移影响比“先下后上”法大，即采用“先上后下”法时，车站的施做将会对通道产生比较大的影响，不利于通道衬砌的稳定，甚至对通道衬砌产生破坏。反之，采用先下后上施做法，在第21施工阶段车站结构就已施做完毕，而后续的通道施做则基本不对车站周围的围岩位移产生影响，如图5和图6所示。
图2 两种施做方法的最终地表沉降值
图6 车站拱底位移随施工阶段变化曲线
5 结论及建议
（1）重叠隧道后开挖隧道施工会对先开挖隧道地层变形形成叠加效应，在设计时必须要考虑隧道之间的相互影响。
（2）采用“先上后下”法时，后期开挖的下部车站结构会对先期施做的通道结构产生较大的沉降位移，不利于通道结构的稳定，“先下后上”法引起的地表沉降也较小，故推荐施工顺序为“先下后上”。
（3）大跨暗挖车站采用“侧洞法”开挖，在施工过程中地面和洞周位移变化均较为平缓，且变形值可以控制在规范要求的范围内，说明设计方案比较合理，对施工具有指导意义。
参考文献：
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论文作者:孟超,江益辉,吴春冬
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年8月供稿
论文发表时间:2015/12/7
标签：隧道论文; 车站论文; 位移论文; 通道论文; 地表论文; 结构论文; 拱顶论文; 《工程建设标准化》2015年8月供稿论文;