特大斷面地鐵隧道臨時支護拆除研究

戴 錦 程

(深圳金棟建工科技有限公司，廣東 深圳 518101)

0 引言

隨著近年來我國城市軌道交通的迅猛發展，復雜的、多線交叉的地鐵隧道越來越多。開挖斷面大小也屢創新高。石家莊地鐵1 號線中山廣場站—解放廣場站區間暗挖配線斷面最大寬度14.3 m，高度10.75 m[1]。北京地鐵四號線陶至菜區間停車線、渡線大跨斷面最大寬度達到15.53 m，高度11.91 m[2]。

目前，國內對于隧道大斷面的研究主要集中在公路隧道領域，研究的內容主要局限于大斷面開挖工序及受力機制。在大斷面臨時支撐拆除方面，僅有嚴宗雪[3]、李凌宜[4]、康宇[5]、董亥興等[6]通過數值分析就大斷面的臨時支護拆除做了相關研究；敖巖[2]在實際施工中就大斷面臨時支護拆除做了一些有益的探索。

相對于大斷面臨時支撐拆除的重要性，現有研究相對比較欠缺，對其研究存在現實的緊迫性。

1 工程概況

深圳地鐵10號線涼帽山車輛段出入線隧道分別由甘坑站及涼帽山站站前接出，自北向南敷設，后向東轉入涼帽山車輛段。其中，出入線以“人”字形交匯后并行為單洞雙線隧道，與2號牽出線隧道交匯并行為單洞三線隧道。出入線隧道總長1 997.2 m，單洞三線隧道長53.8 m，開挖所形成的特大斷面寬21.64 m，高15.6 m，如圖1所示。

大斷面共設置2道臨時豎撐+2道臨時橫撐，呈“井”字型，如圖2所示。

設計施工工序如圖3所示。隧道縱向施工分6段，每段長5.0 m～9.0 m。二襯分3層澆筑，第1層仰拱高度4.47 m(及回填面以上40 cm)，第2層邊墻高度為5.137 m(及臨時支撐第一層橫隔板以下1 m)，第3層頂拱高度為5.468 m(頂拱全部完成)。

臨時支撐拆除考慮兩種施工方案：1)考慮每間隔一榀臨時支撐拆除一榀，待本施工段(最大分段長度不大于9.0 m)二襯澆筑完成后拆除剩余臨時支撐。2)考慮一次性拆除全段臨時支撐后施作二襯。

2 數值分析

2.1 分析工況介紹

綜合考慮施工工況及臨時支撐拆除方案，本此分析主要計算步驟如下：

1)初始地應力場分析，位移進行清零；

2)按設計施工工序施作初期支護及臨時支撐，記錄該步圍巖位移及內力情況。

3)按臨時支撐拆除方案分別計算各方案引起的圍巖位移及內力變化情況。

為更好監測斷面各部位位移及內力變化，計算監測布點如圖4所示。

2.2 材料參數選取

根據勘察報告，計算巖土體物理力學材料參數取值見表1。管棚加固區按照相關規范及經驗取值。

表1 各地層主要物理力學參數

2.3 數值分析模型建立

數值分析模型左右邊界考慮外擴2倍洞徑取50 m，底邊界考慮下延40 m，縱向考慮一個最大施工段9.0 m。共建立節點111 648，單元114 870個。模型左右、前后邊界為可動鉸支座，底邊界為固定鉸支座，見圖5。

2.4 位移分析

兩種拆除臨時支撐方案的水平及豎向位移變化如圖6～圖9所示。

通過圖6～圖9分析可知，第一種拆除臨時支撐方案：水平向位移變化在隧道兩側墻大于仰拱和拱頂位置，且第二階段拆除臨時支撐的位移變化較第一種階段拆除大。整個拆除臨時支撐引起的最大位移變化達到4.4 mm(左側邊墻291號監測點)。豎向位移變化也呈現類似于水平向位移變化的規律，但在數值上遠大于水平向位移，最大達到10.7 mm(拱頂50號監測點)。第二種拆除臨時支撐方案：拆除臨時支撐導致的位移變化較第一種方案變化不是特別顯著，最大水平位移為4.7 mm(左側邊墻291號監測點)，最大豎向位移為11.8 mm(拱頂50號監測點)。

2.5 結構內力分析

對比支撐拆除兩種方案結構內力變化。第一種拆除臨時支撐方案：拆撐前豎向臨時支撐承受最大軸力為386 kN，拆除第一階段臨時支撐后豎向臨時支撐最大軸力為868 kN，待全部臨時支撐拆除后，初期支護承受主要荷載，其最大軸力361 kN。對比第二種拆除臨時支撐方案，最終拆除臨時支撐后，初期支護承受的最大軸力為422 kN，支護結構內力增加17%。

3 結語

通過對特大斷面臨時支撐拆除兩種方案的對比分析，得出如下結論：

1)第一種拆除方案對位移控制較第二種方案更優，但控制力度有限。如果考慮施工工期的因素，第二種拆撐方案不失為一種更優方案。

2)該類型的特大斷面最大位移主要發生在拱頂，兩種方案對拱頂的位移控制效果比較接近。

3)兩種拆撐方式對于初期支護結構內力控制第一方案較第二種方案有較大優勢。