地鐵車站大拱蓋施工技術(shù)研究

程繼彤

（貴陽市城市軌道交通集團有限公司，貴州貴陽 550002）

0 引言

隨著不斷加快的城市化進程，人口密度的不斷增加使得城市交通的負荷也越來越大，嚴重影響到人們的生活質(zhì)量。為解決這一問題，人們開始將目光轉(zhuǎn)向地下空間，地鐵交通應(yīng)運而生。作為地鐵建設(shè)中的重要構(gòu)成，車站的施工成為人們研究的主要方向。

1 工程概況

陽明祠站主體隧道以礦山法進行施工，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖拱部，形成拱蓋后，下部采用臺階分部法開挖。加強初支拱蓋施作，使其達到達到一定強度后，拆除拱部內(nèi)部分隔墻等臨時支護，并以臺階法開挖支護下部，二次襯砌采用模板臺車模筑混凝土。為確保施工質(zhì)量和安全性，施工期間加強隧道洞內(nèi)及地面、周邊構(gòu)筑物的監(jiān)測，若有異常，應(yīng)及時報告，以便處理。大拱蓋、襯砌結(jié)構(gòu)不得侵入建筑凈空，結(jié)構(gòu)混凝土外美內(nèi)實，強度滿足要求，無滲漏水。架立桿基地必須滿足地基承載力要求。

2 施工技術(shù)

在陽明祠站南端利用1號風亭組豎井、北端2號風亭組內(nèi)增加臨時施工豎井作為物流通道，由施工豎井轉(zhuǎn)向臨時施工橫通道進入車站站廳層施工，其接口位置位于車站曲墻上，進入車站后，先施工橫向通道，架設(shè)門型鋼架形成支護，施工超前大管棚后完成體系轉(zhuǎn)換進行車站上半部鉆爆開挖，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖形成工作面、模筑大拱蓋后，以錨噴構(gòu)筑法開挖下半部斷面，開挖形成斷面后由里向外施工各出入口并順筑完成二襯結(jié)構(gòu)，最后施工中柱、中板以及風道等附屬設(shè)施。

初支大拱蓋的施工方法為C30混凝土模筑，其共由兩部分組成，分別是拱蓋縱梁和大拱蓋；拱蓋縱梁和大拱蓋分別是鋼筋混凝土和鋼拱架混凝土結(jié)；大拱蓋內(nèi)部設(shè)置有間距為50cm的I25b鋼拱架。鋼拱架安裝時需貼靠拱蓋內(nèi)表面進行設(shè)置，并確保內(nèi)腹有40mm以上的保護層，鋼架間以φ25縱向連接筋進行連接；初支和二支的連接結(jié)構(gòu)應(yīng)穿入初支內(nèi)300mm以上。

2.1 拱蓋縱梁施工

在開挖完上半部分后即需施工拱蓋縱梁。拱蓋縱梁施工中國的小平板鋼膜安裝應(yīng)在鋼筋綁扎完后再進行，待兩者安裝牢固后再進行縱梁混凝土的澆筑。確?；椎刭|(zhì)條件滿足要求后再施工拱蓋縱梁，若現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)地質(zhì)條件不滿足要求時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場條件開閘加固措施。

2.2 施工技術(shù)

應(yīng)在拱圈范圍內(nèi)的臨時支撐拆除后再進行初支大拱蓋鋼拱架的安裝。在拆除臨時支撐時應(yīng)以人工風鎬的方式進行鑿除；臨時支撐拆除時需將支護工字鋼保存下來，以確保鋼拱架得以穿越和拼裝。在完成鋼拱架的拼裝后需采用縱向連接筋連接和加固拱底的錨固鋼筋；在初期支護強度滿足設(shè)計要求后，即可將臨時支撐全部拆除。

2.2.1 大拱蓋施工

以鋼管支撐體系進行標準段大拱蓋的施工，鋼管支撐體系的施工順序為：先施工平板鋼膜，確保其厚度有5cm；再進行鋼拱架拱圈的施工，以0.5m的依次布置，最后施工鋼管支撐體系，鋼管類型為φ76×4.5mm?？赏ㄟ^鋼筋將鋼拱架拱肋位置連接成整體，以上下兩排鋼管的方式支撐拱蓋右側(cè)拱腳，所用鋼管規(guī)格應(yīng)為鋼管支撐體系相同，并以0.5m的間距進行布置。

2.2.2 橫通道處大拱蓋施工

站橫通道處大拱蓋采用支架+扣件式滿堂腳手架現(xiàn)澆法施工，支架拱部采用扣件式滿堂腳手架，底部采用工字鋼支架支撐。支架體系由上至下依次為：5cm厚平板組合鋼模、間距0.5m的I20b鋼拱架背帶拱肋、縱向10cm×10cm方木、扣件式支架體系、工字鋼支架。鋼拱架背帶拱肋間采用鋼筋連接成整體。

3 有限元分析

該地鐵車站施工共將其劃分成兩部分，以循環(huán)開挖的方式進行上部分的施工，以分層開挖的方式進行下部分的施工。

車站開挖順序為：先對左右導(dǎo)洞進行開挖，以10m的開挖進尺將其開挖成上下臺階的方式，其中上臺階要比下臺階長4m；再對中導(dǎo)洞進行開挖，先開挖第二和第三部分的中導(dǎo)洞，并開挖成臺階形式，比起左右導(dǎo)洞中導(dǎo)洞應(yīng)滯后4m，再開挖第一部分中導(dǎo)洞，并使其比第二和第三部分滯后2m，施加10m的大拱蓋并將支撐拆除以及對核心土進行10m的開挖；根據(jù)上述循環(huán)至上部開挖完成；分層進行下部土體的開挖并施加二次襯砌。

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，當前多數(shù)地下工程問題都得到有效解決。在近十幾年的發(fā)展中，有限元分析法逐漸發(fā)展成熟，本文將利用該種方法對該車站施工進行模擬。采用有限元分析軟件MIDAS/GTS對車站施工進行仿真模擬，通過對比實測數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)，獲取施工時車站的變形規(guī)律。在模擬時，需以不同步驟來模擬施工的各項工序。該項步驟可通過激活和鈍化模型單元的方式實現(xiàn)。建立模型時需包含各項施工步驟，并將各部分參數(shù)都設(shè)定好，主要包含拱蓋、土體和襯砌等部分的參數(shù)。在本文中，主要針對該車站施工時的地表沉降量進行模擬，地鐵施工斷面模擬如圖1所示。

圖1 隧道開挖斷面劃分模擬

該模型的分析主要劃分為三個階段，即拱蓋施工前的導(dǎo)洞開挖、拱蓋施工后核心土和下部土體的開挖。限于篇幅，本文將直接給出該模型的研究成果。

采用有限元分析軟件MIDAS/GTS對車站施工進行仿真模擬，通過對比實測數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)，獲取施工時車站的變形規(guī)律。

對比模擬結(jié)果以及現(xiàn)場觀測可知，在施工時地表的最大變形出現(xiàn)在拱頂部位。分析原因可知，臨時支撐拆除后進行核心土的開挖是導(dǎo)致地表出現(xiàn)最大變形的主要原因，對此，本文將通過改變施工參數(shù)的方式對施工進行優(yōu)化，所得結(jié)果如下所示。

3.1 改變進尺長度

將原施工方案中以施加拱蓋10m后再開挖核心土的方式改為施加拱蓋6m后即開始核心土的開挖施工，兩種方案下地表變形情況如圖2所示。

圖2 地表沉降變形曲線

對圖2進行分析可知，相比于原方案中地表的最終沉降量，優(yōu)化后的施工方案僅有-14.3mm的地表沉降量，且相比之下，地表的沉降速率也有了明顯下降。表明降低進尺長度能夠使圍巖穩(wěn)定性得到較大的改善，從而能夠有效降低施工時的支護變形，確保施工安全。但降低進尺長度會使施工周期明顯增長，從而對施工成本造成影響，因此在施工時可根據(jù)現(xiàn)場條件適當調(diào)整降低近進尺長度的大小，以在確保施工安全的基礎(chǔ)上使其對施工周期的影響較小。

3.2 增加支護剛度

增強二次初支剛度，使其彈性模量提高到35×103kPa，保持其他施工參數(shù)不變。

圖3 地表沉降變形模擬結(jié)果

從圖3可知，相比于原始方案，優(yōu)化后的施工方案僅有-15.3mm的地表沉降量，沉降量降低幅度較明顯，并且其沉降速率也有明顯下降，表明提高拱蓋強度能夠有效降低施工變形，進一步確保施工安全性。但拱蓋強度的提高會使得材料成本增大，因此在施工時可根據(jù)現(xiàn)場需要適當提高拱蓋強度，以在確保安全性的基礎(chǔ)上降低其對工期的影響。

4 結(jié)語

本文以陽明祠站初支拱蓋開挖為背景，采用有限元分析的方法，結(jié)合理論數(shù)據(jù)和實測結(jié)果對其施工過程進行分析。通過有限元分析結(jié)果可知，在大拱蓋隧道施工時導(dǎo)致地表出現(xiàn)較大變形的原因主要在于核心土的開挖。對其原因進行分析，本文對改變施工進尺和增強支護剛度兩種方式進行模擬，結(jié)果表明，上述兩種方案均能使車站的地表沉降顯著降低。