地鐵車(chē)站小直徑管幕－橫梁支護(hù)參數(shù)優(yōu)化分析

摘 要：【目的】管幕工法可以顯著減少開(kāi)挖引起的地層擾動(dòng)，目前被廣泛應(yīng)用于地下空間建設(shè)中。但當(dāng)前管幕工法存在管間連接復(fù)雜、施工周期長(zhǎng)等問(wèn)題，因此提出了一種新型管幕支護(hù)體系?！痉椒ā客ㄟ^(guò)有限差分軟件ＦＬＡＣ３Ｄ建立了小直徑管幕－橫梁暗挖法施工車(chē)站的精細(xì)化模型，研究了管幕間距、管幕剛度、橫梁數(shù)量、橫梁剛度等支護(hù)參數(shù)對(duì)地表沉降和管幕變形的影響，并對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化分析。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)值模型進(jìn)行了驗(yàn)證，并與采用其他工法的類(lèi)似車(chē)站進(jìn)行了對(duì)比?！窘Y(jié)果】橫梁數(shù)量對(duì)地表沉降和管幕變形的影響十分顯著，隨著橫梁數(shù)量的增加，地表沉降和管幕變形最大值總體上呈現(xiàn)二次函數(shù)減小的趨勢(shì)。管幕間距的增加不會(huì)對(duì)地表沉降及管幕變形最大值產(chǎn)生明顯影響。管幕剛度對(duì)地表沉降和管幕變形最大值具有較大的影響，管幕剛度為２Ｋ時(shí)管幕的承載能力得到充分利用，抗彎剛度不再是控制變形的關(guān)鍵因素。橫梁剛度在０５Ｄ～３Ｄ范圍時(shí)，地表沉降和管幕變形最大值均與橫梁剛度呈二次函數(shù)關(guān)系。當(dāng)橫梁剛度由２Ｄ增加至３Ｄ時(shí)，地表沉降和管幕變形最大值的變化幅度并不明顯，減小幅度在３％以內(nèi)，這說(shuō)明橫梁剛度為２Ｄ時(shí)，橫梁的抗彎性能已經(jīng)得到充分利用，繼續(xù)增大抗彎剛度不會(huì)對(duì)變形值產(chǎn)生明顯影響，反而會(huì)造成工程材料的浪費(fèi)?！窘Y(jié)論】在既定的控制標(biāo)準(zhǔn)條件下，施工時(shí)可根據(jù)實(shí)際需求和現(xiàn)場(chǎng)條件來(lái)選擇小直徑管幕與橫梁的參數(shù)組合，本文給出了地表沉降控制標(biāo)準(zhǔn)為３０ｍｍ時(shí)的小直徑管幕和橫梁參數(shù)的合理匹配關(guān)系。與相似的地鐵車(chē)站對(duì)比，小直徑管幕－橫梁暗挖法在滿足地表沉降控制標(biāo)準(zhǔn)的條件下極大地縮短了施工周期，值得進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。本文提出了一種修建地鐵車(chē)站的新型管幕支護(hù)體系，并對(duì)該支護(hù)體系的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化分析，可以為當(dāng)前地下空間建設(shè)提供借鑒和參考。

關(guān) 鍵 詞：小直徑管幕；橫梁；數(shù)值分析；地表沉降；管幕變形；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)；優(yōu)化分析；施工周期

中圖分類(lèi)號(hào)：ＴＵ４１ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ 文章編號(hào)：１０００－１６４６（２０２５）０１－０１１４－１０

管幕工法作為一種新型的暗挖工法，能夠很好地適用于城市地鐵修建［１－５］，其利用頂管機(jī)將鋼管頂進(jìn)形成支護(hù)結(jié)構(gòu)，在支護(hù)結(jié)構(gòu)下方開(kāi)挖土體作為主體結(jié)構(gòu)［６－７］。該技術(shù)自２０世紀(jì)引入我國(guó)后便迅速發(fā)展，演化出了多種管幕工法，例如管幕預(yù)筑法［８］和ＳＴＳ工法［９］等，但上述方法都存在頂管精度要求高、鋼管占用空間大、工期長(zhǎng)等缺點(diǎn)，為了更好地解決這些問(wèn)題，提出了一種小直徑管幕－橫梁暗挖法。該工法結(jié)合了小直徑頂管技術(shù)、管幕施工技術(shù)、導(dǎo)洞開(kāi)挖及橫梁施工等技術(shù)，具有施工擾動(dòng)小、頂管精準(zhǔn)、空間利用率大等優(yōu)點(diǎn)［１０］。

部分學(xué)者對(duì)管幕支護(hù)參數(shù)進(jìn)行了研究。ＬＵ等［１１］通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究了鋼管參數(shù)變化對(duì)咬合管幕結(jié)構(gòu)抗彎性能的影響。ＤＯＮＧ等［１２］分析了加勁肋對(duì)ＳＳＣＰ管幕結(jié)構(gòu)極限承載力的影響。賈鵬蛟等［１３－１５］通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究了鋼管間距、鋼管直徑、管間混凝土強(qiáng)度等參數(shù)變化對(duì)ＳＴＳ管幕結(jié)構(gòu)抗彎承載力和抗彎剛度的影響。有些學(xué)者則對(duì)管幕結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性進(jìn)行了研究。肖俊航［１６］通過(guò)數(shù)值模擬分析了ＳＴＳ管幕結(jié)構(gòu)在加載過(guò)程中的非線性作用機(jī)理及敏感性參數(shù)對(duì)管幕結(jié)構(gòu)抗彎性能的影響規(guī)律。劉云安［１７］考慮到ＳＴＳ管幕施工過(guò)程中鋼管偏移產(chǎn)生的影響，研究了相鄰鋼管錯(cuò)位連接時(shí)管幕結(jié)構(gòu)的抗彎性能。關(guān)永平等［１８］通過(guò)數(shù)值軟件在不同荷載階段下對(duì)ＳＴＳ管幕結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力進(jìn)行研究，總結(jié)了鋼管壁厚、翼緣板厚度和螺栓直徑等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)管幕結(jié)構(gòu)延性的影響規(guī)律。

目前研究多集中于管間有復(fù)雜連接形式的管幕結(jié)構(gòu)，對(duì)于小直徑管幕－橫梁暗挖法的研究較少?；诖?，本文采用有限差分軟件ＦＬＡＣ３Ｄ對(duì)沈陽(yáng)地鐵四號(hào)線市府大路站的施工過(guò)程進(jìn)行了精細(xì)化建模，研究了管幕間距、管幕剛度、橫梁剛度和橫梁數(shù)量等參數(shù)對(duì)地表沉降和管幕變形最大值的影響，并利用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)值模型進(jìn)行了驗(yàn)證，再與采用其他工法修建的類(lèi)似車(chē)站在地表沉降和施工周期兩方面進(jìn)行對(duì)比分析。