基于上软下硬地层中洞法施工工艺优化分析

基于上软下硬地层中洞法施工工艺优化分析

赵树林

赵树林

北京市轨道交通建设有限公司北京市10000

摘要：乌鲁木齐地铁1号线工程下穿老城区环境复杂，周边道路拥挤，车站施工在传统的明挖条件下封闭道路不具备实施条件，因此迫切需要解决，在地质条件复杂，埋深较浅，拱部卵层砾石层混合，下部风化岩层的暗挖车站一系列施工工艺问题，本文在对比分析双侧壁导洞、中洞法、盖拱、CRD工法的优缺点，从地理位置，经济，安全和政治等多方面因素考虑确定进行中洞法施工。新兴街站根据车站两端围岩性质和实际工期的需求，确定了大里程端先立中柱再进行侧洞开挖，小里程端侧洞完成后再立中柱施工的施工工艺，通过实际监测数据分析，采用优化后的中洞法暗挖地铁车站施工，现场实测沉降量和数值模拟计算值相比有较大的安全系数的，并对初支结构根据实际情况进行了参数优化，为乌鲁木齐岩层条件下的暗挖车站施工积累了成功的经验。

关键词：中洞法；围岩；数值模拟；参数优化

1工程概况

新兴街站是1号线工程的中间站。位于南北向犁华街-南湖路与东西向新民东街、新民西街交叉路口的南侧，主体沿犁华街呈南北向布置。有效站台中心里程为YDK6+485.350，车站起点里程为YDK6+349.737（ZDK6+350.204），终点里程为YDK6+590.841（ZDK6+591.460）。车站为暗挖地下两层岛式车站，站台宽度11米，有效站台长度140米，车站主体总长度241.104m，标准段宽20.5m，车站底板埋深20.27m，有效站台中心里程处的顶板覆土厚度约13.0m。

周边建筑物密集，东侧有秦琮小区、新疆邮电犁铧街住宅小区沿街7～8层住宅楼，西侧有6层宏大电器广场、11层苏商大酒店及7层临街住宅楼。

新兴街场地地下管网密集，沿犁华街南北向敷设有电力、电信、热力、给水、燃气、路灯电缆等管线。控制性的管线主要是DN400给水管，1300×2000电力沟，1300×2000电信管沟，2条Φ800热力管，Φ400排水管等。

根据地层沉积年代、成因类型及勘察结果，车站场地内主要地层由人工填土层、第四系全新统冲、洪积卵石层及下伏的侏罗系、二叠系泥岩、砂岩构成。

根据现场调查以及勘察资料，本车站基岩主要由侏罗系和二叠系泥岩、砂岩组成，岩层产状：330～350°∠60～75°，岩体类型呈层状结构，砂岩和泥岩呈互层状分布,节理裂隙较为发育。

车站总长241.105m，标准段宽20.5m，底板埋深28～35m，覆土10～17m,为双层单柱两跨单拱结构，结构位于中风化泥岩、中风化砂岩和微风化砂岩层。

图1新兴街站地质剖面图

2方案比选

2.1各工法特点

中洞法是先开挖隧道中部形成中洞，开挖过程中及时施做临时支护及初期支护形成强有力的稳定支撑，承受施工引起的围岩荷载，然后再对称开挖两侧边洞，并浇筑隧道中柱，完成洞内的主体结构。

双侧壁导坑法是先开挖隧道左右两侧导洞，开挖过程中及时施做临时支护及初期支护形成有效支撑，抵抗围岩变形，左右导坑施工完成后进行中导洞的开挖。

拱盖法施工是一种新的施工工艺，是拱和盖的结合，是地铁车站盖挖法施工和扣拱施工的结合，多应用于采用暗挖钻爆法施工的地铁车站，拱盖法是在明挖法、盖挖法和PBA工法基础上创建的适用于特殊地层的一种暗挖施工方法。

CRD法适用于开挖跨度较大，对围岩沉降变形控制严格的隧道施工，采用CRD法开挖，开挖的每一步都各自封闭成环，兼有台阶法和双侧壁导坑法的优点，有利于围岩稳定，保证施工安全，是一种适用于软弱地层的隧道施工方法。

2.2各工法有限元分析

根据每种工法的开挖工况，建立有限元模型，进行数据模拟分析。

2.2.1围岩位移分析

从最终开挖的围岩位移值分析，按照中洞法进行施工其最终沉降值小于其他三种工法，从控制围岩变形和施工过程中安全综合考虑，中洞法要优于其他三种工法。

图12地表测点沉降值统计柱状图

大里程端先立中柱工况下断面最大监测点沉降-19.81mm，与理论计算基本吻合。其中中洞开挖过程中总沉降量为-5.0mm，占总沉降量的25.24%，两侧边导洞同时开挖过程中总沉降量-13.5mm，占总沉降量68.15%，冬季施工及停工期间总沉降量为2.52%，车站主体施做二衬拆撑总沉降量-0.80mm，占总沉降量慢慢4.09%，由此可见，边导洞开挖过程中的“群洞效应”造成的总沉降量最大。

图15大里程端工况典型断面测点沉降时间历程曲线

5结论

1、通过数值分析，对比各种工法数值模拟计算，在乌鲁木齐老旧城区道路拥挤地段、围岩情况类似条件下暗挖车站施工时推荐采用中洞法施工；

2、通过实测，大里程端9个小导洞全部开挖完成累计地表及拱顶沉降为18mm，小里程端9个小导洞全部开挖完成实际地表及拱顶沉降为4.8mm，故在大里程至小里程85m处开始施做中立柱是合理的；

3、根据大量数据实际监测数据分析，采用中洞法进行暗挖地铁车站施工，现场实测最大沉降与理论数值模拟一致，施工过程中未发生预警，验证了中洞法暗挖工艺优化的可行性。

6参考文献：

[1]《地铁设计规范》(GB50307-2003).

[2]《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999(2003版)）.

[3]《乌鲁木齐市轨道交通工程建设安全风险技术管理体系（试行）》.

[4]《乌鲁木齐轨道交通1号线工程勘察报告》（新兴街站）