地鐵下穿施工工法對既有車站變形控制優(yōu)化研究

摘 要：隨著我國城市蓬勃迅猛的發(fā)展，城市地下線路的網絡建設是不可避免的[1]。網絡建設將導致新線路和以往線路的交叉，隧道施工下穿既有構筑物案例不斷出現。為了研究新建區(qū)間隧道下穿既有地鐵車站的地層變形規(guī)律與控制方法，本文依托深圳地鐵7號線區(qū)間隧道下穿既有4號線福民車站實際工程，基于FLAC3D三維有限差分軟件，建立三維有限差分模型。根據實際施工條件和地質參數，對地鐵下穿既有車站工況進行模擬，探究車站變形規(guī)律。研究表明：隧道具體開挖方式對車站結構變形有較大影響，全斷面法與臺階法施工產生沉降明顯大于CRD法，同時全斷面法沉降發(fā)育過于集中，為了便于施工變形控制，應盡量選用CRD法施工。

關鍵詞：地鐵車站;下穿施工;開挖方法;變形優(yōu)化;數值模擬

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.064

1 引言

隨著我國城市蓬勃迅猛的發(fā)展，城市地下線路的網絡建設是不可避免的[1]。網絡建設將導致新線路和以往線路的交叉，隧道施工下穿既有構筑物案例不斷出現。為了防止地鐵施工使既有構筑物沉降過大從而導致坍塌的事故發(fā)生，同時也為了施工安全，研究地鐵下穿施工工法變形優(yōu)化就非常有意義[2]。經過多年的研究和積累，國內外學者隧道施工對既有地下結構變形的影響、分析和經驗預測方法有了長足的進步，預測實際工程問題可以達到相對簡單和準確。但是在實際工程運用中還是存在一些問題：例如，對結構變形有重要影響的因素，如混凝土施工方法、輔助施工方法、實際土層分層等，分析方法難以考慮。這些方面是數值模擬方法的優(yōu)點，因此可以運用大型數值模擬軟件FLAC3D，來研究在不同的地鐵施工工況下下穿既有車站的變形規(guī)律。

2 工程概述

深圳地鐵7號線7304-2標皇崗村～福民區(qū)間全長392.499m，右線全長396.077m?；省^(qū)間隧洞零距離下穿既有4號線福民站，下穿段右線長28.059m，左線長28.877m，斷面形式為矩形，寬6.6m，高7.885m;左右線隧道平行布置，凈距為8.9m;隧道軸線與既有4號線福民站軸線呈75度夾角。

3 數值計算模型與分析方法

3.1 數值計算模型建立

本文利用大型數值模擬軟件Flac3D，依據深圳地鐵7號線下穿富民車站實際工況，建立一個和實際工況接近的三維數值模型。在實際工況下，車站全長216.1m，下穿區(qū)間寬度為28.8m，綜合考慮邊界影響效應和簡化建模，模型的尺寸為126*28.8*50m。數值模型如圖所示1。

3.2 力學參數

3.3 邊界約束

對模型施加的約束條件，在x、y和z軸方向都施加各自的法向約束，模型，模型上邊界不施加約束，為自由面。

4 數值計算結果分析

表2是測點沉降統計情況進行對比分析，表中的數據內容為5個施工過程的時間節(jié)點處車站底板的沉降占最終沉降的比例。

對比CRD法和臺階法，如表2所示為其施工工藝下車站底板沉降發(fā)育曲線圖?？梢钥闯觯滠囌镜装宄两蛋l(fā)育曲線趨勢比較接近，但是沉降數值有所不同。當右線即將通過測點斷面時，CRD法和臺階法的沉降變形都不明顯，不同的是CRD法右線中點沉降8.7%，向下略微沉降，但是臺階法右線中點沉降-0.8%，略微隆起;但CRD法左線中點沉降-11.1%，臺階法左線中點沉降-8.2%，都發(fā)生隆起現象，但是沉降比例略微不同，數值也不同。說明在左線隧道未施工時，右線隧道施工使左線隧道發(fā)生隆起，在施工中應該注意該現象并施加相應的防護措施。當右線通過測點后，CRD法和臺階法右線中點沉降比例都為50%左右，但對于左線中點沉降比例，CRD法是8.9%，臺階法是22.2%，臺階法沉降比例比較大。說明左線施工未施工時，右線隧道施工后使左線隧道發(fā)生大幅度沉降，并且臺階法的沉降比例比CRD法大。當施工步驟進行到左線即將通過測點時，CRD法右線中點沉降比例從50.3%增加到60.8%，臺階法右線中點沉降從49.3%增加到51.5%;CRD法左線中點沉降比例從8.9%增加到21.1%，臺階法右線中點沉降從21.6%增加到28.1%，變化不太明顯，但是CRD法略大于臺階法。當左線通過測點時，CRD法和臺階法都發(fā)生大幅度的沉降，沉降比例都達到90%左右。可以看出，CRD法在控制沉降方面優(yōu)于臺階法。

對比CRD法和全斷面法，其發(fā)育曲線和發(fā)育規(guī)律有較大的不同，具體的不同體現在：從表2中可以看出，在右線即將通過測點斷面時，CRD法和全斷面法沒有差別;當右線通過測點后，右線中點的沉降比例都是增加到50%左右，但是左線中點的沉降比例不同，CRD法從-11.1%增加到8.9%，全斷面法從-13.1%增加到20.1%，說明臺階法施工時，左線未施工時，右線施工對左線的影響更大。在左線通過測點后，臺階法施工仍然使左右線中點發(fā)生先在沉降，并且說明臺階法在右線穿越斷面后續(xù)施工仍造成測線沉降顯著發(fā)育，尤其當雙線貫通后沉降明顯增加，說明左右線隧道開挖存在較強的相互影響關系?？梢钥闯?，CRD法在控制沉降方面優(yōu)于全斷面法。

綜上所述，CRD法應該盡可能使用。

5 結論

本文利用大型數值Flac3D軟件建立了深圳地鐵7號線下穿富民車站三維數值模型，并根據實際工況對下穿施工中所采用的工法進行了模擬，研究其對既有車站變形規(guī)律的影響，有以下結論。

對于沉降發(fā)育曲線和發(fā)育規(guī)律，CRD法與臺階法的最終沉降云圖變化趨勢相似，測點沉降主要發(fā)生在左右線隧道穿越測點斷面時，左右線開挖互相有影響，但是臺階法的沉降量比較大。全斷面法施工沉降分布規(guī)律略有不同，其車站沉降發(fā)生在隧道通過測點斷面過程中以及通過后，左右線隧道開挖存在較強的相互影響關系。綜上所述，在地鐵施工中應該盡量選取CRD法。

參考文獻：

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作者簡介：周石喜（1974-），男，湖南邵東人，碩士，工程師，主要研究方向：地下結構。