初支拱盖法中的地铁车站开挖施工

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【摘要】初支拱盖法是一种新颖的地铁车站的开挖支护形式，其开挖过程中围岩及支护稳定特征有待进一步研究。本文针对贵阳地铁油榨街车站，采用数值仿真的方法，研究了初支拱盖法开挖过程中车站变形及支护应力分布，在此基础上，分析了施工过程中需要注意的关键位置，为今后类似工程的设计施工提供一定的参考。

【关键词】初支拱盖法；地表沉降；应力计算

国内外地铁车站的施工方法主要分为3类，分别为明挖法、暗挖法和盖挖法。明挖法施工地铁车站通常运用于城市交通和环境允许的情况下。明挖法施工的施工方法简单，施工成本较低，工期较短，安全性较高。所以在城市地下工程发展初期都首选明挖法作为施工方法。盖挖法施工是指先从地表向下开挖，随后施作顶盖并封闭，恢复地表路面，最后在封闭的顶盖下施作剩余的工程，下部结构施工可采用顺作或者逆作法进行。一般情况下，在施工地铁车站的时候，施工单位需要占用车站，这会对一定区域内的交通会产生比较大的影响，造成交通堵塞。当地铁车站不是位于主干道上时，施工方可以在一定时间内把一部分车站封闭，确保剩余车道可以正常通车，这时采用盖挖法施工能减小建设地铁车站对区域内交通的影响。初支拱盖法是以拱盖法为基础，先分部开挖拱部并支护，通过围岩与初支形成整体支撑体系，保证车站主体开挖时安全稳定，尤其适用于硬岩车站开挖的施工工法，且对地面交通产生影响很小[1]。

1工程概况

贵阳地铁油榨街站址处属岩溶槽谷地貌，现状为硬化路面，地面标高1058.39~1061.51m，相对高差0~4.0m，地势总体呈东高西低状。站址范围内上覆第四系人工填土、红黏土，第四系覆盖层厚度约3.7~10.50m，下伏基岩为三叠系安顺组白云岩、泥质白云岩，中风化岩层顶面埋深一般约7.6~10.0m，局部可达19.6m，岩层呈单斜状，地址构造简单。站内不良地质有岩溶、人工填土、红黏土等。油榨街车站为2层岛式车站，采用曲拱直墙结构形式，上部以双侧壁导坑法开挖形成工作面，模筑500mm厚拱盖后，以喷锚初支分部开挖下部断面，开挖形成断面后从下至上完成二衬结构。

2初支盖挖法施工过程

车站主要施工步骤如下：三通一平（含地下管线的保护和改迁）→风井施工→开挖风井风道→以双侧壁导坑法开挖车站上部结构→在导坑内模筑拱盖→待拱盖强度达到设计要求后向下分层开挖车站下部结构→铺设防水层，由下到上浇筑二衬→施作内部结构。

3施工过程数值仿真

3.1有限元模型建立

根据地勘单位给出的土样参数，确定模型参数，具体参数见表1。为了消除边界效应，数值模型左右尺寸取3倍车站跨度，数值计算模型底部采用固定约束，左右两侧约束水平位移。

3.2计算结果

根据实际开挖过程进行有限元数值计算，计算得出最终位移沉根据计算结果分析可知车站拱顶沉降为16.6cm，在施工中注意预留足够变形量，防止侵限；最大地表沉降为11.0cm，位于拱顶正上方，该沉降＜规范允许值，地表沉降满足要求。根据计算结果分析可知，锚杆所受轴向最大拉应力为69MPa，位于拱顶附近及车站下层侧墙上部区域，应注意该范围内锚杆的施工质量；最大压应力为104MPa，位于拱盖底部围岩基础位置，应注意该范围内锚杆的施工质量；以上锚杆应力满足要求[2]。根据计算结果分析可知，拱盖所受轴向最大压应力为19MPa，满足强度要求。从以上分析可知，采用拱盖初支分部开挖最终的沉降和初支强度满足规范要求，在实际施工中是可行的。

4结束语

综上所述，文章针对拱盖初支盖挖法，以贵阳地铁车站为例，采用数值仿真研究了地铁车站分部开挖过程，得出了开挖后车站最终地表沉降和初支应力分布情况，计算结果表明地表最大沉降满足规范要求，计算了拱顶最大沉降值，为施工预留变形提供参考，并确定了初支锚杆最大拉压应力分布区域，指出了施工过程中应该重点注意的位置，为今后类似工程的设计施工提供一定的参考。

参考文献

[1]李强.暗挖拱盖法在地铁中的应用[J].建筑技术开发，2016（03）：152~153.

[2]范育辉.重庆轨道交通浅埋暗挖地铁车站快速施工方案比选[J].隧道建设，2011（S2）：187~190.

作者:张婕 单位:中铁十六局集团路桥工程公司