半盖挖法施工过程中隧道变形和应力重分布规律

2021-01-30 181 上传者：管理员

摘要：文中以广州市轨道交通十一号线流花路站超大断面隧道施工为研究背景，采用数值模拟技术对超大断面隧道半盖挖法施工全过程进行了分析。模拟结果表明，采用半盖挖法施工能满足流花路站施工的稳定性要求。

关键词：
半盖挖法施工
城市地铁
超大断面隧道
轨道施工
隧道工程
加入收藏

1、研究背景

广州市轨道交通十一号线流花路站为地下两层（高19.6m、宽30m）双柱岛式车站，车站全长696.55m，标准段宽为26.15m，隧道埋深20.4m，总建筑面积41674m2。车站由主体隧道和配线段组成，其中主体结构长为271.5m，配线长425.05m，配线段根据有一长89.7m的明挖段，采用半盖挖法施工。

半盖挖法又称半盖挖逆作法，是结合传统明挖法和盖挖法两种方法的优点而提出的一种适用于交通繁忙地段城市大断面地下空间的施工方法。其主要施工流程一般是只封锁拟建地下空间上方道路的半边，采用明挖法施工，另外半边正常交通，从明挖区域进行盖挖施工，逆作永久地下结构环板作为基坑支撑体系，以克服传统盖挖施工出土困难、施工环境差的缺点，又节约了大量临时混凝土支撑的制作与拆除施工。同时，以环板作为基坑支护体系加强了基坑稳定性，以线带点支撑，加强了基坑变形的控制能力[1,2,3,4,5]。

本文以广州市轨道交通十一号线流花路站超大断面隧道施工为研究背景，采用数值模拟技术对超大断面隧道半盖挖法施工全过程进行了分析，分析结果用于指导隧道设计和施工。

2、工程地质环境

车站场地范围地层从上至下大致为：素填土、淤泥质土、粉质粘土、全风化粗砂岩、强风化粗砂岩、中风化粗砂岩和微风化粗砂岩。配线段暗挖隧道主要位于微风化层中，主体暗挖隧道主要位于中风化层和微风化泥层，大里程端局部位于强风化层。

地下水有层状基岩裂隙水和第四系松散层孔隙水：（1）层状基岩裂隙水赋存于碎屑岩的强风化带和中风化带，大部分被泥质充填，地下水赋存条件较差，但局部裂隙发育地段或构造破碎带，其水量较丰富，具承压性。（2）第四系松散层孔隙水主要赋存于冲、洪积砂层，分布不连续，局部呈透镜体分布，厚度不一，富水性一般，属中等透水层。河湖相沉积淤泥、淤泥质土层透水性弱，为相对隔水层。冲积-洪积黏性土层、残积土层和岩石全风化带，含水较贫乏，透水性弱。人工填土中主要为上层滞水。相对隔水层以下的砂土、粉土具微承压性。场地地下水位埋深1.5～7.7m，地下水较丰富。第四系松散层孔隙水主要赋存在海陆交互相淤泥质粉细砂<2-2>、淤泥质中粗砂<2-3>和冲洪积中粗砂<3-2>、砾砂层<3-3>中，含水层分布不均匀，局部呈透镜体状分布，富水性较好，透水性中等～强，为潜水类型；层状基岩裂隙水主要赋存在碎屑岩的强风化带和中风化带中，强～中风化岩裂隙较发育，赋水性较好，渗透性弱，层状基岩裂隙水含水层上履地层主要为残积土、全风化岩，为相对隔水层，基岩裂隙水具承压性。

3、半盖挖法施工全过程数值模拟

采用FLAC3D有限差分通用程序对流花路站半盖挖法施工全过程进行三维有限元数值模拟分析。

3.1 计算模型和计算参数

根据实际开挖情况模拟隧道开挖全过程。考虑到计算模型的边界效应影响，计算模型尺寸取120m×120m×100m（长×宽×高）。土体、超前加固区、回填混凝土和二次衬砌及桩基采用实体单元模拟，初期支护采用平面板单元模拟，砂浆锚杆和钢管柱采用植入式桁架模拟。结构长89.7m，宽30m，高20m，横撑斜撑竖向间距10m，见图1所示。模型上表面为地表，为自由边界，无约束。左右及前后侧面为相应垂直该面的水平约束（即左右边界：x方向水平约束Ux=0；前后边界：y方向水平约束Uy=0），模型底面为固定边界（z方向竖直方向约束Uz=0）。

流花路站工程范围内地形略有起伏，根据车站详勘资料，勘探场地在地貌上属冲洪积平原，地层以第四纪冲积、洪积土层为主。车站结构顶拱主要位于粉质粘土层中，该地层无不良地质作用。围岩和混凝土采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型模拟，计算参数见表1。

3.2 计算结果及分析

计算模拟半盖挖法实际施工全过程。底部上浮最大值为6.26mm，满足城市隆沉标准（±30mm）的相关要求。最大应力为4.14MPa。满足C40混凝土的容许应力12.7MPa(C40）要求，表明隧道结构安全，设计合理。

4、结论

通过本项工作，可以得出如下结论：本文以广州市轨道交通十一号线流花路站超大断面隧道施工为研究背景，采用数值模拟技术分析了半盖挖法施工过程中隧道变形和应力重分布规律，计算结果表明，流花路暗挖隧道半盖挖法施工中土体和结构位移和结构受力均满足要求，支护结构安全，设计合理。

参考文献：

[1]卿淞.半盖挖逆作法施工技术[J].现代隧道技术,2006(Z1):488-491.

[2]郭海柱,张庆贺,朱继文,等.地铁十字换乘车站施工关键技术研究[J].岩石力学与工程学报,2008,27(Zl):3229-3236.

[3]吴小将.同站厅平行换乘地铁车站深基坑施工变形控制研究[D],上海:同济大学,2006.

[4]孔祥鹏,刘国彬,廖少明.明珠线二期上海体育馆地铁车站穿越施工对地铁一号线车站的影响[J].岩石力学与工程学报,2004,23(5):821-825.

[5]姚燕明,孙巍,陈绪禄,等.老车站纵向约束长度对换乘站基坑变形影响的敏感性分析[J].岩石力学与工程学报,2004,23(4):676-681.

周文,唐雄,张飞,陈寿根.超大断面地铁车站半盖挖施工稳定性分析[J].江西建材,2021(01):203-204.