長春地鐵解放大路站基于三維數(shù)值模擬的地鐵車站施工工法優(yōu)化分析

戴文亭， 武　皓， 孫明志， 郝佰洲， 曹耀兮

(吉林大學(xué)交通學(xué)院， 吉林 長春　130022)

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長春地鐵解放大路站基于三維數(shù)值模擬的地鐵車站施工工法優(yōu)化分析

戴文亭， 武皓*， 孫明志， 郝佰洲， 曹耀兮

(吉林大學(xué)交通學(xué)院， 吉林 長春130022)

摘要：為了對地鐵車站施工工法進行優(yōu)化分析，依托長春地鐵解放大路站工程，采用數(shù)值模擬方法建立數(shù)值模型，從中軸線上方地表沉降、拱頂沉降和拱頂應(yīng)力3方面對6導(dǎo)洞PBA工法、8導(dǎo)洞PBA工法以及一次扣拱暗挖逆作法進行了對比分析，得到： 1)在施工過程中，3種工法的中軸線上方地表沉降、拱頂沉降和拱頂應(yīng)力變化規(guī)律存在明顯差異； 2)通過綜合對比分析，一次扣拱暗挖逆作法最優(yōu)，6導(dǎo)洞PBA工法最差。得到的對比分析結(jié)果對現(xiàn)場施工具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：地鐵車站； 施工工法； 6導(dǎo)洞PBA工法； 8導(dǎo)洞PBA工法； 一次扣拱暗挖逆作法； 數(shù)值模擬； FLAC3D； 地表沉降； 拱頂沉降； 拱頂應(yīng)力

0引言

伴隨著城市軌道交通的發(fā)展，地鐵車站的建設(shè)成為目前軌道交通建設(shè)中最突出的難題。地鐵車站往往位于城市中心區(qū)域，修建地鐵車站開挖范圍大，施工步序多，施工過程中不可避免地會對周圍道路和建筑等造成影響[1-3]。目前國內(nèi)外地鐵車站施工主要采用PBA法和一次扣拱暗挖逆作法等。姚君華等[4]和李皓等[5]利用有限差分程序FLAC3D，對PBA工法導(dǎo)洞不同開挖順序進行數(shù)值模擬，得出最優(yōu)開挖順序；李曉霖[6]利用FLAC軟件，對PBA工法的施工過程進行了數(shù)值模擬，分析了施工過程中土體的擾動情況、車站結(jié)構(gòu)的內(nèi)力轉(zhuǎn)換和變化情況，以及施工完成后車站結(jié)構(gòu)的位移情況；黃美群[7]結(jié)合工程實踐，闡述了一次扣拱暗挖逆作法的技術(shù)核心和要點，并指出了該工法的應(yīng)用前景；許洪偉等[8]通過分析各種車站的結(jié)構(gòu)形式和施工方法，歸納了暗挖地鐵車站的結(jié)構(gòu)形式和工法選取原則；郭海柱等[9]采用有限元法對地鐵車站換乘段蓋挖法、半蓋挖法和明挖法等工法進行了數(shù)值模擬，分析結(jié)果可為地鐵車站換乘站的設(shè)計和施工提供參考。

本文在前人研究成果的基礎(chǔ)上，依托長春地鐵解放大路站工程，采用數(shù)值模擬分析方法將3種工法綜合在一起，從中軸線上方地表沉降、拱頂沉降和拱頂應(yīng)力3方面對6導(dǎo)洞PBA工法、8導(dǎo)洞PBA工法以及一次扣拱暗挖逆作法3種工法進行優(yōu)化分析。與其他已有的研究工作相比，本研究可以更直觀具體地發(fā)現(xiàn)3種工法的不同和優(yōu)劣，可為后續(xù)施工提供指導(dǎo)。

1工程概況

長春地鐵解放大路站位于人民大街與解放大路十字路口交匯處，沿南北向跨路口設(shè)置。本站為地鐵1號線和2號線換乘車站，在區(qū)間配有聯(lián)絡(luò)線和單渡線。1號線車站主體為島式站臺，站臺為標(biāo)準(zhǔn)雙層、三跨拱頂直墻結(jié)構(gòu)，采用一次扣拱暗挖逆作法施工。2號線車站主體為側(cè)式站臺，標(biāo)準(zhǔn)雙層、雙跨拱頂直墻結(jié)構(gòu)，采用6導(dǎo)洞PBA工法施工。車站主體結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。

圖1　1號線車站結(jié)構(gòu)

圖2　2號線車站結(jié)構(gòu)

工程范圍內(nèi)的地層由第四系全新統(tǒng)人工填土層、第四系中更新統(tǒng)沖洪積黏性土和砂土、白堊紀(jì)泥巖組成。工程范圍內(nèi)的地下水共分為3層，第1層為表層孔隙性潛水，第2層為淺層承壓水，第3層為巖石裂隙水。

2模型建立

數(shù)值模擬采用FLAC3D有限差分程序[10-12]。將模型簡化為4個土層，從上至下填土層厚2 m，黏土層厚8 m，粗砂層厚2 m，其余為泥巖層。假定地表和各土層均勻水平分布，不考慮地下水的影響，土體材料采用摩爾-庫侖本構(gòu)模型，混凝土材料采用彈性模型。導(dǎo)洞超前支護管棚和小導(dǎo)管注漿簡化為2 m厚的注漿加固層。采用全斷面開挖方式。地層和材料的應(yīng)力、應(yīng)變均在彈塑性范圍內(nèi)變化，地應(yīng)力場由自重應(yīng)力自動生成。

考慮到尺寸效應(yīng)，整個模型取寬80 m、高60 m、縱向15 m計算。6導(dǎo)洞PBA工法、8導(dǎo)洞PBA工法和一次扣拱暗挖逆作法3種工法的車站主體長度為15 m，凈寬為21.6 m，覆土厚度為9.5 m，底板埋深為26 m。3種工法的模型如圖3—5所示。

圖3　6導(dǎo)洞PBA工法模型

圖4　8導(dǎo)洞PBA工法模型

圖5　一次扣拱暗挖逆作法模型

Fig. 5Model of cast in-situ arch and cut-and-cover top-down method

材料參數(shù)的選取依據(jù)勘測單位提供的土工實驗數(shù)據(jù)和原位實驗結(jié)果，同時結(jié)合本地經(jīng)驗，最終選取的材料參數(shù)如表1所示。

表1　材料參數(shù)

3結(jié)果分析

3.16導(dǎo)洞PBA工法分析

在不同的施工階段，開挖過程對整體的影響不同。本次分析從中軸線上方地表沉降、拱頂沉降以及拱頂應(yīng)力3方面，將整個施工階段分為7個階段進行分析。1)導(dǎo)洞開挖階段； 2)邊樁、中柱及底板施工階段； 3)外頂初期支護施工階段； 4)內(nèi)頂初期支護施工階段； 5)頂二次襯砌施工階段； 6)中板施工階段； 7)下二次襯砌施工階段。

3.1.1中軸線上方地表沉降

以模型中斷面為基準(zhǔn)，選擇中軸線上方地表沉降監(jiān)測點。6導(dǎo)洞PBA工法的地表沉降監(jiān)測點布置情況如圖6所示。

圖6　6導(dǎo)洞PBA工法地表監(jiān)測點布置

Fig. 6Layout of monitoring points of ground surface settlement of Metro station constructed by 6-pilot PBA method

6導(dǎo)洞PBA工法施工時，不同施工階段中軸線上方地表沉降量變化如圖7所示，各施工階段沉降量分配比例如圖8所示。

當(dāng)整體施工完成時，6導(dǎo)洞PBA工法中軸線上方地表最終沉降值為99.84 mm；內(nèi)頂初期支護施工和中板施工時，地表沉降量變化較大。

3.1.2拱頂沉降

以模型中斷面為基準(zhǔn)，選擇主體拱頂處的沉降監(jiān)測點。6導(dǎo)洞PBA工法的拱頂沉降監(jiān)測點布置情況如圖9所示。

圖7　6導(dǎo)洞PBA工法中軸線上方地表沉降變化

Fig. 7Settlement of ground surface above tunnel axial line of each construction step of 6-pilot PBA method

圖8　6導(dǎo)洞PBA工法各施工階段沉降量分配比例

Fig. 8Settlement percentage of each construction step of 6-pilot PBA method

圖9　6導(dǎo)洞PBA工法拱頂監(jiān)測點布置

Fig. 9Layout of monitoring points of crown settlement of Metro station constructed by 6-pilot PBA method

不同施工階段拱頂監(jiān)測點處的沉降量變化如圖10所示。

圖10　6導(dǎo)洞PBA工法拱頂沉降對比

Fig. 10Crown settlement of each construction step of 6-pilot PBA method

由圖10分析可知： 在導(dǎo)洞開挖、邊樁、中柱、底板施工以及外頂初期支護施工階段，監(jiān)測點2處的沉降大于監(jiān)測點1、3處的沉降；隨著施工的進行，監(jiān)測點1、3處的沉降量增加較快，大于監(jiān)測點2處的沉降量；當(dāng)整體完成時，拱頂最大沉降量達到102 mm，3個監(jiān)測點處的最終沉降量相差不大。

3.1.3拱頂應(yīng)力

以模型中斷面為基準(zhǔn)，選擇主體拱頂處的應(yīng)力監(jiān)測點。6導(dǎo)洞PBA工法的拱頂應(yīng)力監(jiān)測點布置情況如圖9所示。不同施工階段拱頂監(jiān)測點處的應(yīng)力值變化如圖11所示。

圖11　6導(dǎo)洞PBA工法拱頂應(yīng)力變化

Fig. 11Crown stress of each construction step of 6-pilot PBA method

首先分析監(jiān)測點1、3位置處的應(yīng)力變化。在導(dǎo)洞開挖及邊樁、中柱、底板施工階段，拱頂應(yīng)力值基本不變；隨著外頂初期支護和內(nèi)頂初期支護的施工，拱頂應(yīng)力值迅速增大，在內(nèi)頂初期支護完成時達到最大值(0.55 MPa)；在車站二次襯砌結(jié)構(gòu)施工時，需要破除導(dǎo)洞初期支護結(jié)構(gòu)，完成初期支護到二次襯砌的受力轉(zhuǎn)換，頂二次襯砌完成時，拱頂應(yīng)力值迅速減小為0.12 MPa；之后隨著施工的進行，拱頂應(yīng)力值基本不變。

然后分析監(jiān)測點2位置處的應(yīng)力變化。導(dǎo)洞施工完成后，隨著邊樁、中柱和底板的施工，拱頂應(yīng)力值減??；內(nèi)頂初期支護完成時，拱頂應(yīng)力值增大，隨后基本保持不變，拱頂應(yīng)力值最大為0.4 MPa。

3.28導(dǎo)洞PBA工法分析

本次分析從中軸線上方地表沉降、拱頂沉降以及拱頂應(yīng)力3方面，將整個施工階段分為7個階段進行分析。1)導(dǎo)洞開挖階段； 2)邊樁、中柱及底板施工階段； 3)外頂初期支護施工階段； 4)內(nèi)頂初期支護施工階段； 5)頂二次襯砌施工階段； 6)中板施工階段； 7)下二次襯砌施工階段。

3.2.1中軸線上方地表沉降

以模型中斷面為基準(zhǔn)，選擇中軸線上方地表沉降監(jiān)測點。8導(dǎo)洞PBA工法的地表沉降監(jiān)測點布置情況如圖12所示。

圖12　8導(dǎo)洞PBA工法地表監(jiān)測點布置

Fig. 12Layout of monitoring points of ground surface settlement of Metro station constructed by 8-pilot PBA method

8導(dǎo)洞PBA工法施工時，不同施工階段中軸線上方地表沉降量變化如圖13所示，各施工階段沉降量分配比例如圖14所示。

圖13　8導(dǎo)洞PBA工法中軸線上方地表沉降變化

Fig. 13Settlement of ground surface above tunnel axial line of each construction step of 8-pilot PBA method

圖14　8導(dǎo)洞PBA工法各施工階段沉降量分配比例

Fig. 14Settlement percentage of each construction step of 8-pilot PBA method

當(dāng)整體施工完成時，8導(dǎo)洞PBA工法中軸線上方地表最終沉降值為81 mm；導(dǎo)洞施工階段和頂二次襯砌施工階段，地表沉降量變化較大。

3.2.2拱頂沉降

以模型中斷面為基準(zhǔn)，選擇主體拱頂處的沉降監(jiān)測點。8導(dǎo)洞PBA工法的拱頂沉降監(jiān)測點布置情況如圖15所示。

8導(dǎo)洞PBA工法施工時，不同施工階段拱頂監(jiān)測點處的沉降量變化如圖16所示。

圖15　8導(dǎo)洞PBA工法拱頂監(jiān)測點布置

Fig. 15Layout of monitoring points of crown settlement of Metro station constructed by 8-pilot PBA method

圖16　8導(dǎo)洞PBA工法拱頂沉降對比

Fig. 16Crown settlement of each construction step of 8-pilot PBA method

由圖16分析可知： 在導(dǎo)洞開挖和邊樁、中柱及底板施工階段，監(jiān)測點2處的沉降大于監(jiān)測點1、3處的沉降；隨著施工的進行，監(jiān)測點1、3處的沉降量迅速增加，明顯大于監(jiān)測點2處的沉降量； 當(dāng)整體完成時，拱頂最大沉降量達到93 mm； 3個監(jiān)測點處的最終沉降量相差較大，沉降差達到41 mm。

3.2.3拱頂應(yīng)力

以模型中斷面為基準(zhǔn)，選擇主體拱頂處的應(yīng)力監(jiān)測點。8導(dǎo)洞PBA工法的拱頂應(yīng)力監(jiān)測點布置情況如圖15所示。不同施工階段拱頂監(jiān)測點處的應(yīng)力值變化如圖17所示。

圖17　8導(dǎo)洞PBA工法拱頂應(yīng)力變化

Fig. 17Crown stress of each construction step of 8-pilot PBA method

首先分析監(jiān)測點1、3位置處的應(yīng)力變化。前幾步施工過程中，拱頂應(yīng)力值基本不變，應(yīng)力值最大為0.2 MPa；當(dāng)頂二次襯砌施工完成時，拱頂應(yīng)力減小到0.15 MPa，之后基本穩(wěn)定不變。

然后分析監(jiān)測點2位置處的應(yīng)力變化。在導(dǎo)洞開挖和邊樁、中柱及底板施工階段，拱頂應(yīng)力值基本不變；隨著外頂初期支護和內(nèi)頂初期支護的施工，監(jiān)測點2處的應(yīng)力值不斷增大，在內(nèi)頂初期支護完成時達到最大值(0.37 MPa)；在車站二次襯砌結(jié)構(gòu)施工時，需要破除導(dǎo)洞初期支護結(jié)構(gòu)，完成初期支護到二次襯砌的受力轉(zhuǎn)換，頂二次襯砌完成時，拱頂應(yīng)力值迅速減小為0.26 MPa；之后隨著施工的進行，拱頂應(yīng)力值基本不變。

3.3一次扣拱暗挖逆作法分析

本次分析從中軸線上方地表沉降、拱頂沉降以及拱頂應(yīng)力3方面，將整個施工階段分為6個階段進行分析。1)導(dǎo)洞開挖階段； 2)邊樁、中柱及底板施工階段； 3)洞內(nèi)扣拱階段； 4)中跨拱施工階段； 5)上部結(jié)構(gòu)施工階段； 6)下部結(jié)構(gòu)施工階段。

3.3.1中軸線上方地表沉降

以模型中斷面為基準(zhǔn)，選擇中軸線上方地表沉降監(jiān)測點。一次扣拱暗挖逆作法的地表沉降監(jiān)測點布置情況如圖18所示。

圖18　一次扣拱暗挖逆作法地表監(jiān)測點布置

Fig. 18Layout of monitoring points of ground surface settlement of Metro station constructed by cast in-situ arch and cut-and-cover top-down method

一次扣拱暗挖逆作法施工時，不同施工階段中軸線上方地表沉降量變化如圖19所示，各施工階段沉降量分配比例如圖20所示。

圖19　一次扣拱暗挖逆作法中軸線上方地表沉降變化

Fig. 19Settlement of ground surface above tunnel axial line of each construction step of cast in-situ arch and cut-and-cover top-down

當(dāng)整體施工完成時，一次扣拱暗挖逆作法中軸線上方地表最終沉降值為71.37 mm；導(dǎo)洞施工階段的地表沉降量最大，占總沉降量的51%。

圖20　一次扣拱暗挖逆作法各施工階段沉降量分配比例

Fig. 20Settlement percentage of each construction step of cast in-situ arch and cut-and-cover top-down method

3.3.2拱頂沉降

以模型中斷面為基準(zhǔn)，選擇主體拱頂處的沉降監(jiān)測點。一次扣拱暗挖逆作法的拱頂沉降監(jiān)測點布置情況如圖21所示。

圖21　一次扣拱暗挖逆作法拱頂監(jiān)測點布置

Fig. 21Layout of monitoring points of tunnel crown settlement of Metro station constructed by cast in-situ arch and cut-and-cover top-down method

一次扣拱暗挖逆作法施工時，不同施工階段拱頂監(jiān)測點處的沉降量變化如圖22所示。

圖22　一次扣拱暗挖逆作法拱頂沉降對比

Fig. 22Crown settlement of each construction step of cast in-situ arch and cut-and-cover top-down method

由圖22分析可知： 在導(dǎo)洞開挖、邊樁、中柱及底板施工和洞內(nèi)扣拱階段，監(jiān)測點2處的沉降要略小于監(jiān)測點1、3處的沉降；隨著施工的進行，監(jiān)測點2處的沉降量迅速增加，明顯大于監(jiān)測點1、3處的沉降量；當(dāng)整體完成時，監(jiān)測點2處的最終拱頂沉降量達到79.84 mm； 3個監(jiān)測點處的最終沉降量相差較大，沉降差達到18.2 mm。

3.3.3拱頂應(yīng)力

以模型中斷面為基準(zhǔn)，選擇主體拱頂處的應(yīng)力監(jiān)測點。一次扣拱暗挖逆作法的拱頂應(yīng)力監(jiān)測點布置情況如圖21所示。不同施工階段拱頂監(jiān)測點處的應(yīng)力值變化如圖23所示。

圖23　一次扣拱暗挖逆作法拱頂應(yīng)力變化

Fig. 23Crown stress of each construction step of cast in-situ arch and cut-and-cover top-down method

首先分析監(jiān)測點1、3位置處的應(yīng)力變化。施工過程對左右拱頂位置處的應(yīng)力影響不大，拱頂應(yīng)力值變化很小。

然后分析監(jiān)測點2位置處的應(yīng)力變化。在導(dǎo)洞開挖、邊樁、中柱及底板施工和洞內(nèi)扣拱階段，拱頂應(yīng)力值基本不變，為0.31 MPa；隨著中跨拱的施工，監(jiān)測點2處的應(yīng)力值減小為0.15 MPa；隨著上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的施工，拱頂應(yīng)力值基本不變。

43種工法的對比分析

結(jié)合以上對3種工法的分析，從中軸線上方地表沉降、拱頂沉降、拱頂應(yīng)力以及施工方法4方面，對比分析3種工法的不同。

4.1中軸線上方地表沉降

首先選取導(dǎo)洞開挖完成，邊樁、中柱和底板完成，扣拱完成，上部結(jié)構(gòu)完成和整體施工完成5個階段的沉降值，對比分析3種工法。3種工法中軸線上方地表沉降對比如圖24所示，各工法沉降量分配如表2所示。

圖24　3種工法中軸線上方地表沉降對比

Fig. 24Comparison and contrast among three construction methods in terms of ground surface settlement above tunnel axial line

由圖24分析可得： 當(dāng)導(dǎo)洞開挖完成時，6導(dǎo)洞PBA工法的沉降量最小，一次扣拱暗挖逆作法的沉降量最大；隨著施工的進行，6導(dǎo)洞PBA工法的沉降量增加較快，當(dāng)整體完成時，6導(dǎo)洞PBA工法沉降量最大為99.84 mm，一次扣拱暗挖逆作法沉降量最小為71.4 mm，8導(dǎo)洞PBA工法沉降量為81 mm。

表2各工法沉降量分配

Table 2Settlement percentage of each construction step of different construction methods

6導(dǎo)洞PBA工法工序比例/%8導(dǎo)洞PBA工法工序比例/%一次扣拱暗挖逆作法工序比例/%導(dǎo)洞開挖15導(dǎo)洞開挖33導(dǎo)洞開挖51邊樁、中柱、底板11邊樁、中柱、底板11邊樁、中柱、底板5外頂初期支護2外頂初期支護14洞內(nèi)扣拱7內(nèi)頂初期支護22內(nèi)頂初期支護7中跨拱14頂二次襯砌16頂二次襯砌20上部結(jié)構(gòu)13中板21中板2下部結(jié)構(gòu)14下二次襯砌13下二次襯砌13

由表2分析可得： 6導(dǎo)洞PBA工法內(nèi)頂初期支護施工和中板施工時，沉降量變化較大； 8導(dǎo)洞PBA工法導(dǎo)洞施工和頂二次襯砌施工時，沉降量變化較大； 一次扣拱暗挖逆作法導(dǎo)洞施工階段，沉降量變化最大。

4.2拱頂沉降

3種工法的拱頂沉降對比如表3所示。

表3各工法拱頂沉降對比

Table 3Comparison and contrast among three construction methods in terms of crown settlement

工法最大沉降監(jiān)測點位置最終沉降量/mm監(jiān)測點最終沉降差/mm6導(dǎo)洞PBA工法1、31024.28導(dǎo)洞PBA工法1、39341一次扣拱暗挖逆作法279.8418.2

由表3分析可得，3種工法的最大拱頂沉降出現(xiàn)的位置不同，6導(dǎo)洞PBA工法最終沉降量最大，8導(dǎo)洞PBA工法最終監(jiān)測點沉降差最大。

4.3拱頂應(yīng)力

3種工法的拱頂應(yīng)力對比如表4所示。

表4各工法拱頂應(yīng)力對比

Table 4Comparison and contrast among three construction methods in terms of crown stress

工法最大應(yīng)力監(jiān)測點位置最大應(yīng)力出現(xiàn)工序最大拱頂應(yīng)力值/MPa6導(dǎo)洞PBA工法1、3內(nèi)頂初期支護0.558導(dǎo)洞PBA工法2內(nèi)頂初期支護0.37一次扣拱暗挖逆作法2洞內(nèi)扣拱0.31

由表4分析可得，3種工法的最大拱頂應(yīng)力出現(xiàn)的位置和施工工序不同，6導(dǎo)洞PBA工法最大拱頂應(yīng)力值最大，一次扣拱暗挖逆作法最大拱頂應(yīng)力值最小。

4.4施工方法

PBA工法[13]是將蓋挖及分步暗挖法有機結(jié)合起來，先施工小導(dǎo)洞，在導(dǎo)洞內(nèi)施工圍護邊樁、中柱、底梁和頂梁,當(dāng)梁和柱完成后,再施工拱頂結(jié)構(gòu),形成由邊樁、中柱(拱)、頂?shù)琢?、頂拱共同?gòu)成的初期受力體系，承受施工過程中的荷載；然后在頂蓋的保護下，逐層向下開挖土體，施作二次襯砌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，最終形成由初期支護和二次襯砌組合而成的永久承載體系[14-15]。

一次扣拱暗挖逆作法的施工步驟為： 1)在地下結(jié)構(gòu)設(shè)計空間對應(yīng)的頂部主體和底部主體分別開挖至少1對上導(dǎo)洞和下導(dǎo)洞，每對導(dǎo)洞為一跨，進行洞壁的初期支護； 2)在下導(dǎo)洞底部敷設(shè)防水層，在防水層上澆筑下層框架結(jié)構(gòu)底板； 3)從上導(dǎo)洞施作邊樁和中間立柱； 4)在上導(dǎo)洞拱頂敷設(shè)防水層，澆筑拱頂永久結(jié)構(gòu)； 5)采用暗挖法開挖2個上導(dǎo)洞之間的中間跨土體，形成中跨上導(dǎo)洞，并施作中跨上導(dǎo)洞拱頂永久結(jié)構(gòu)； 6)鑿除上導(dǎo)洞底部初期支護，向下開挖土體，澆筑結(jié)構(gòu)側(cè)墻和中樓板； 7)開挖下導(dǎo)洞頂部初期支護和中樓板之間的剩余部分立體，同時鑿除下導(dǎo)洞頂部初期支護，并澆筑剩余側(cè)墻結(jié)構(gòu)，封閉偶數(shù)結(jié)構(gòu)底板[16]。

一次扣拱暗挖逆作法施工風(fēng)險小，施工場地大，施工速度快，采用較少數(shù)目的大導(dǎo)洞，解決了傳統(tǒng)暗挖工法開挖分塊多、結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)化次數(shù)多、施工空間小、施工效率低和圍巖重復(fù)擾動等問題。

5結(jié)論與討論

本文以長春地鐵解放大路站為工程背景，采用FLAC3D進行數(shù)值模擬，對比分析了6導(dǎo)洞PBA工法、8導(dǎo)洞PBA工法和一次扣拱暗挖逆作法3種工法，得出以下結(jié)論。

1)在中軸線上方地表沉降方面，6導(dǎo)洞PBA工法最終沉降量最大，一次扣拱暗挖逆作法最終沉降量最??；不同工法的沉降量分配比例有差異。

2)在拱頂沉降方面，6導(dǎo)洞PBA工法最終沉降量最大，一次扣拱暗挖逆作法最終沉降量最小；不同工法最大沉降量出現(xiàn)時，所在的監(jiān)測點位置不同。

3)在拱頂應(yīng)力方面，6導(dǎo)洞PBA工法最大拱頂應(yīng)力值最大，一次扣拱暗挖逆作法最大拱頂應(yīng)力值最?。?種PBA工法均存在明顯的受力轉(zhuǎn)化過程，最大拱頂應(yīng)力出現(xiàn)在內(nèi)頂初期支護施工時；不同工法最大應(yīng)力出現(xiàn)時，所在的監(jiān)測點位置不同。

4)對比PBA工法，一次扣拱暗挖逆作法施工環(huán)節(jié)較少，能盡早形成穩(wěn)定的主要受力體系，結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)化次數(shù)較少，施工作業(yè)效率較高。

綜合以上結(jié)論，3種工法中，一次扣拱暗挖逆作法最優(yōu)，8導(dǎo)洞PBA工法次之，而6導(dǎo)洞PBA工法最差。

本文從中軸線上方地表沉降、拱頂沉降以及拱頂應(yīng)力3方面，較好地對比論證了3種工法的不同，為后續(xù)施工提供了一定經(jīng)驗，對現(xiàn)場施工具有指導(dǎo)意義。但本文研究仍存在不足之處，如： 沒有對地鐵工程運營過程中發(fā)生的工后沉降進行系統(tǒng)完善的研究，沒有對施工過程中的關(guān)鍵節(jié)點(初期支護到二次襯砌的受力轉(zhuǎn)換過程)進行重點分析，后續(xù)工作應(yīng)針對以上不足進行研究。

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Optimization of Construction Methods for Jiefanglu Station of

Changchun Metro Using Three-dimensional (3D) Numerical Simulations

DAI Wenting, WU Hao*, SUN Mingzhi, HAO Baizhou, CAO Yaoxi

(SchoolofTransportation,JilinUniversity,Changchun130022,Jilin,China)

Abstract:In this paper, comparison and contrast is made among three constructions methods, i.e., 6-pilot PBA method, 8-pilot PBA method, and cast in-situ arch and cut-and-cover top-down method, in terms of ground surface settlement above tunnel axial line, crown settlement and crown stress. The numerical simulation model of Jiefanglu Station of Changchun Metro is established, so as to analyze the optimization of construction method. The study results show that: 1) The ground surface settlement above the tunnel axial line, crown settlement and crown stress of the three construction methods are different； 2) The cast in-situ arch and cut-and-cover top-down method is superior to 6-pilot PBA method and 8-pilot PBA method for this project, and the 6-pilot PBA method is the worst. The results achieved can provide reference for construction of similar projects in the future.

Keywords:Metro station; construction method; 6-pilot PBA method; 8-pilot PBA method; one-time cast-in-situ arch and cut-and-cover top-down method; numerical simulation; ground surface settlement; crown settlement; crown stress

中圖分類號：U 455

文獻標(biāo)志碼：B

文章編號：1672-741X(2016)01-0012-08

DOI:10.3973/j.issn.1672-741X.2016.01.002

作者簡介：第一 戴文亭(1964—)，男，江蘇徐州人，2001年畢業(yè)于吉林大學(xué)，地質(zhì)工程專業(yè)，博士，教授，現(xiàn)從事地質(zhì)、隧道及地下工程方面的教學(xué)、研究工作。E-mail: daiwenting64@163.com。*通訊作者： 武皓， E-mail: 664020565@qq.com。

基金項目：吉林大學(xué)橫向課題(3R1133142417)

收稿日期：2015-07-02; 修回日期: 2015-09-25