楊建軍

（中鐵十八局集團(tuán)第一工程公司，河北保定072750）

1 工程概況

青島地鐵一期工程的清江路站位于清江路與哈爾濱路交匯附近，是3號線的中間站，車站主體位于哈爾濱路下方，車站為地下二層10m島式暗挖車站，地下一層為站廳層，站廳由中部的公共區(qū)及兩端的設(shè)備管理用房兩部分組成；地下二層為站臺層，由設(shè)備管理用房區(qū)、乘車區(qū)及軌道區(qū)三部分組成.車站有效站臺中心里程為K12＋398.669，起點(diǎn)里程為K12＋331.019，終點(diǎn)里程為K12＋520.019，車站總長189.0m，隧道開挖總寬度20.36m，總高度17.352m.主體隧道拱頂覆土厚度6.2～8.7m，拱頂圍巖Ⅲ～Ⅴ級；車站共設(shè)3座出入口、2座風(fēng)亭、1處無障礙出入口、1處消防專用出入口，車站設(shè)有混合變電所.

本站主體采用暗挖施工［1］，二襯外設(shè)全包柔性防水層.車站主體大里程端穿越圍巖斷裂帶，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法分9塊進(jìn)行開挖施工，其他地段采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法分6塊進(jìn)行開挖施工.

車站施工順序依次為，開挖車站兩端1＃、2＃臨時施工豎井，待豎井襯砌澆筑完成后，側(cè)向開洞進(jìn)行兩側(cè)風(fēng)道施工，待風(fēng)道襯砌澆筑完成后，進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)施工，最后施做出入口及消防疏散口等附屬結(jié)構(gòu)，完成車站施工.

2 車站開挖施工方案

車站主體結(jié)構(gòu)采用暗挖法施工；出入口部采用明挖法施工.

暗挖車站按礦山法原理組織施工，施工過程中嚴(yán)格堅持監(jiān)控量測，開挖采用光面爆破技術(shù).車站主體采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行施工，穿越中風(fēng)化花崗巖地層段采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法分6塊進(jìn)行開挖施工，必要時加設(shè)臨時橫支撐，施工期間依據(jù)巖石的完整性及自穩(wěn)能力進(jìn)行開挖工法的優(yōu)化；風(fēng)道采用CRD法施工［2］，風(fēng)道挑高段分6塊、標(biāo)準(zhǔn)段分4塊進(jìn)行開挖施工；本站主體及附屬結(jié)構(gòu)大部位于巖層，施工期間嚴(yán)格控制爆破進(jìn)尺，減小爆破震動，局部敏感地段必要時采用無振爆破.

風(fēng)道、車站主體結(jié)構(gòu)暗洞開挖采用多功能作業(yè)臺架，風(fēng)動鑿巖機(jī)鉆孔，光面爆破.圍巖破碎洞段采用風(fēng)鎬配合小型挖機(jī)進(jìn)行開挖.嚴(yán)格控制超欠挖，軟弱圍巖地段采用微震光面爆破技術(shù)或非爆破開挖，以減輕對圍巖的擾動和破壞.爆破采用塑料導(dǎo)爆管非電起爆系統(tǒng)，毫秒微差有序起爆，減小進(jìn)尺及裝藥量，減輕震動，振速控制不大于2cm／s.

施工豎井周圍地面進(jìn)行防水、排水處理，嚴(yán)防地面水侵入豎井周邊土體［3］.車站洞內(nèi)施工期間設(shè)置縱、橫向盲溝排除基坑內(nèi)滲水，消除底板施工期間的水壓力，滲水利用集水井集中抽排.集水井的設(shè)置根據(jù)施工分段及水量大小妥善確定［4］.

3 圍巖支護(hù)工藝對隧道開挖的影響分析

論文分別選取了兩種支護(hù)工藝，一種是隧道開挖之后，施作初期支護(hù)和臨時支護(hù)，先不做二次襯砌，不拆臨支直至隧道開挖完畢；另一種隧道開挖過程中，邊開挖，邊施作初期支護(hù)和臨時支護(hù)，拆臨支，施作二次襯砌.通過比較分析暫不做二襯開挖（工況4）和邊挖邊做二襯（工況2）這兩種支護(hù)工藝開挖后的圍巖應(yīng)力、襯砌結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與變形、管棚的應(yīng)力及工后地表沉降，來研究圍巖支護(hù)工藝對隧道開挖的影響.為了縮短模型的計算時間，模擬的施工過程不包括車站主體的施工.

3.1 圍巖與襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析

暫不做二襯和邊挖邊做二襯的應(yīng)力統(tǒng)計見表1.由表1可知，隧道施工后，采用暫不做二襯工藝的圍巖最大壓應(yīng)力相對較大一些，而襯砌結(jié)構(gòu)的最大拉應(yīng)力相對較大些；而采用邊挖邊做二襯工藝時，圍巖的最大拉應(yīng)力相對較大一些，襯砌結(jié)構(gòu)的最大壓應(yīng)力較大一些；這說明，采用暫不做二襯工藝時，圍巖承受的壓應(yīng)力更多，而采用邊挖邊做二襯工藝時，襯砌結(jié)構(gòu)承受的壓力更多.

表1 暫不做二襯和邊挖邊做二襯的應(yīng)力統(tǒng)計表

3.2 工后沉降分析

暫不做二襯和邊挖邊做二襯的位移統(tǒng)計見表2.由表2可知，隧道施工后，采用邊挖邊做二襯工藝的地表最大沉降值和拱頂最大沉降值相對暫不做二襯工藝較大一些，地表最大沉降值變化幅值為116.14%，拱頂最大沉降值變化幅值為86.09%；兩種方法仰拱的最大隆起值無太大變化，變化幅值只有－0.50%；等值位移圖的形狀基本相似.這說明，在隧道拆臨支作二次襯砌的施工過程中，還會對圍巖有二次擾動的作用，施工時，要盡量縮短拆臨時支護(hù)和封閉二襯的時間，減小圍巖的位移釋放率.

表2 暫不做二襯和邊挖邊做二襯的位移統(tǒng)計表

在地表上的風(fēng)道中心軸線上和車站中心軸線上選取兩條路徑，得到的工后沉降曲線如圖1所示.由圖1可知，采用邊挖邊做二襯工藝的地表沉降值相對暫不做二襯工藝要大許多，這主要是因?yàn)闀翰蛔龆r時，風(fēng)道的中心處有臨時支護(hù)支撐著；兩者的沉降曲線形狀基本相似.

圖1 暫不做二襯和邊挖邊做二襯襯砌結(jié)構(gòu)工后沉降曲線圖

4 開挖速度對隧道開挖的影響分析

開挖速度（掌子面向前推進(jìn)的速度）對隧道開挖的影響，可以通過改變每次開挖的步長來進(jìn)行模擬研究，論文分別選取一倍開挖步長（掌子面每次向前推進(jìn)一個單元，2m左右）和兩倍開挖步長（掌子面每次向前推進(jìn)兩個單元，4m左右）來進(jìn)行研究.通過比較分析采取一倍開挖步長進(jìn)行開挖時（工況1）和采取兩倍開挖步長進(jìn)行開挖時（工況2）的圍巖應(yīng)力、襯砌結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與變形、管棚的應(yīng)力及工后地表沉降，來研究開挖速度對隧道開挖的影響.為了縮短模型的計算時間，模擬的施工過程不包括車站主體的施工.

4.1 圍巖與襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析

一倍開挖步長和兩倍開挖步長的應(yīng)力統(tǒng)計見表3.由表3可知，隧道施工后，采用一倍開挖步長的襯砌結(jié)構(gòu)的最大拉應(yīng)力相對較大些，增幅為11.27%；而采用兩倍開挖步長圍巖的最大拉應(yīng)力相對較大一些，增幅為138.24%，襯砌結(jié)構(gòu)的最大壓應(yīng)力較大一些，增幅為11.40%；這說明，開挖速度的加快，會使得圍巖的拉應(yīng)力增加比較明顯.

表3 一倍開挖步長和兩倍開挖步長的應(yīng)力統(tǒng)計表

4.2 工后沉降分析

暫不做二襯和邊挖邊做二襯的位移統(tǒng)見表4.由表4可知，隧道施工完畢后，采用一倍開挖步長進(jìn)行開挖時的地表最大沉降值和拱頂最大沉降值相對兩倍開挖步長較大一些，變化幅值不大，只有8.33%和5.21%；仰拱的最大隆起值反而較小一些，變化幅值為2.67%，開挖速度的加快，會使得土體的回彈量增加.兩種的等值位移圖的形狀基本一致.

表4 暫不做二襯和邊挖邊做二襯的位移統(tǒng)計表

在地表風(fēng)道中心軸線上和車站中心軸線上選取兩條路徑，得到的工后沉降曲線如圖2所示.由圖2可知，在車站中心軸線和風(fēng)道中心軸線的工后地表沉降曲線基本相似，采用一倍開挖步長所產(chǎn)生的地表沉降相對采用兩倍開挖步長開挖時所產(chǎn)生的地表沉降要大一些.這是因?yàn)椋_挖的速度越快，圍巖開挖后處于未支護(hù)的時間越短，圍巖位移釋放的越小，地表的沉降值也會越小.因此，適當(dāng)控制隧道開挖過程的速度，可以有效的控制地表的沉降.

圖2 一倍開挖步長和兩倍開挖步長開挖時的工后地表沉降對比圖

5 開挖方法對隧道開挖的影響分析

論文分別選取了兩種開挖方法，一種是CRD工法開挖完風(fēng)道以后，再用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行車站主體的開挖；另一種是臺階法開挖完風(fēng)道以后，再用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行車站主體的開挖.通過比較分析CRD工法開挖（工況4）和臺階法（工況3）開挖后的圍巖應(yīng)力、襯砌結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與變形、管棚的應(yīng)力及工后地表沉降，來研究隧道開挖方法對隧道開挖的影響.

5.1 圍巖與襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析

CRD工法和臺階法的應(yīng)力統(tǒng)計見表5.由表5可知，隧道施工后，采用臺階法的圍巖最大壓應(yīng)力相對CRD工法大18.12%，最大拉應(yīng)力相對小6.10%；而臺階法襯砌結(jié)構(gòu)的最大拉應(yīng)力相對CRD工法大99.42%，最大壓應(yīng)力相對大190.43%.可以看出，采用臺階法施工時，襯砌結(jié)構(gòu)的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力相對要大許多，開挖方法對襯砌結(jié)構(gòu)的受力影響比較大.

表5 CRD工法和臺階法的應(yīng)力統(tǒng)計表

5.2 工后沉降分析

由表6可知，隧道施工后，采用臺階法的地表最大沉降值相對CRD工法較大5.26%；兩者的拱頂最大沉降值相差不大，而仰拱隆起值CRD工法相對較大一些，變化幅值為14.71%.等值位移圖的形狀不一致，采用臺階法進(jìn)行開挖的沉降影響范圍要比采用CRD工法進(jìn)行開挖的沉降影響范圍要大，相比而言，CRD工法施工起來更安全.

表6 CRD工法和臺階法的位移統(tǒng)計表

在地表風(fēng)道中心軸線上和車站中心軸線上選取兩條路徑，得到的工后沉降曲線如圖3所示.

由圖3可知，在車站中心軸線上，CRD工法和臺階法的沉降曲線相似，沉降中心都在風(fēng)道與車站中心附近，臺階法的沉降值相對更大些.在風(fēng)道中心軸線上，采用CRD工法進(jìn)行開挖的的地表只有一個沉降槽，位于風(fēng)道與車站交叉處；而采用臺階法進(jìn)行開挖的地表有兩個沉降槽，除了風(fēng)道與車站交叉處有個大沉降槽以外，風(fēng)道開挖處還有一個小的沉降槽.

圖3 CRD工法和臺階法工后地表沉降對比圖

6 結(jié) 論

（1）管棚的施作（圍巖的注漿）使得圍巖的物理性質(zhì)有所改變，對周圍土體有擴(kuò)張的作用；隧道開挖時，開挖處的巖體應(yīng)力得到釋放，地應(yīng)力由剩余巖體和支護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)，致使圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力增加；開挖過程中周圍巖體向洞內(nèi)收斂，因而發(fā)生地層損失；

（2）隧道進(jìn)行另一方向的開挖時，由于空間效應(yīng)，土體的收斂速率增長比較明顯，且在風(fēng)道與車站交叉處，襯砌結(jié)構(gòu)的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力比較集中，尤其壓應(yīng)力增長比較明顯；

（3）風(fēng)道施工的過程中，地表的最大沉降位置隨著掌子面的推進(jìn)向前推進(jìn)，其本處于開挖巖體的中心部位，隨著車站主體的開挖，地表的最大沉降位置迅速轉(zhuǎn)移到風(fēng)道與車站交叉的中心部位，且車站主體的開挖對已施工完畢的風(fēng)道上面的地表的沉降還有一定的影響作用；

（4）隧道開挖速度的增加，會使得圍巖和襯砌結(jié)構(gòu)的拉應(yīng)力增加，壓應(yīng)力減少，拱頂?shù)某两禍p小，而仰拱的隆起值增加，地表的沉降減少；臺階法相對CRD工法施工，襯砌結(jié)構(gòu)的拉應(yīng)力與壓應(yīng)力要增加許多，開挖方法對襯砌結(jié)構(gòu)的受力影響比較大；考慮路面荷載時，地表沉降槽相對較平緩一些，拱頂和地表沉降值也相對較大一些.

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