黃土地區地鐵PBA暗挖車站風道與車站導洞交叉段施工優化

殷展博

陜西建工集團股份有限公司，陜西 西安 710000

近年來，隨著城市交通軌道事業的發展，地鐵建設里程不斷增加，地鐵明挖車站的施工受到地質條件、地面交通、地下管線及建（構）筑物、工期等多方面影響，給地鐵建設帶來諸多阻礙，暗挖車站的PBA法施工具有不影響交通、無管線遷改等優勢，在國內外地鐵建設中得到了越來越廣泛的應用。

為保證地鐵運營期間的安全，可從通風、防火和救援等方面出發，在車站兩端頭設置風道。地鐵暗挖車站與風道交叉部位結構受力復雜，交接處應力較集中，是結構的薄弱環節，同時又是施工的咽喉。因此，只有充分了解該段結構的受力特征和空間施工力學特性，以及施工中最大地表沉降點的位置和地表沉降變化趨勢，才能選擇合理的施工方法和有效的加強措施，保證施工質量和安全，同時降低造價、提高工效。為確保交叉段施工的安全，文章采用三維有限元分析方法，對西安地鐵2號線二期工程施工總承包1標段何家營站施工過程進行動態模擬，分析交叉段的地表位移和結構主應力變化規律，提出相應的施工建議，為類似工程及相應分析研究提供參考。

1 工程概況

何家營站為230m站臺島式車站，三跨雙柱地下二層現澆直墻三連拱結構，結構標準段寬21.9m，總高16.5m；車站主體結構拱部埋深13.3～24.8m，均為老黃土。車站北端、南端分別設置1號、2號風道，車站正線東側共設置3個施工豎井，由北向南分別為1號、2號和3號施工豎井，通過施工豎井開挖橫通道提供作業面開展車站正線導洞施工，上導洞采用臺階法施工，下導洞采用CD法施工，車站與風道橫斷面圖如圖1所示。

圖1 車站正線導洞與1號風道橫斷面圖（單位：mm）

1號施工豎井距離北側1號風道施工距離22.8m，其中由于工期安排，為加快北端風道施工進度，車站交叉段先施作大斷面風道，風道斷面尺寸為13.3m×24m，考慮風道開挖跨度較大，風道采用CRD法設置5層共10部風道進行初期支護施工。

2 模型建立

2.1 模型邊界及單元選取準則

該模型選取車站1號施工豎井與1號風道交叉段區域，計算土體采用修正莫爾庫倫本構關系，土體采用實體單元模擬，豎井、風道及車站正線導洞的噴混+格柵鋼架采用2D板單元模擬，角撐以及對撐采用1D桁架單元模擬，風道及車站正線導洞的噴混+工字鋼形成的臨時支撐采用2D板單元模擬，鎖腳錨管及管棚采用1D植入式桁架單元模擬，注漿加固區采用實體單元模擬。

2.2 計算模型

利用Midas/GTS軟件開展該工程施工階段分析，該項目建立三維模型邊界尺寸為80m×180m×75m，所建立的計算模型如圖2、圖3所示。

圖2 計算圖形網格模型

圖3 豎井、風道及車站正線導洞模型

2.3 材料參數選取

各層土體參數通過巖土工程勘察報告、西安地區典型黃土地層有限元數值分析的相關文獻綜合及現場取樣試驗予以確定，模擬計算參數如表1所示。

表1 計算參數

3 結果分析

此次計算主要基于豎井、西側風道及車站正線導洞的施工過程模擬，重點對比研究車站正線導洞交叉段施工對1號風道初期支護結構的力學效應。

3.1 上導洞交叉段施工至接口處初支階段

（1）地表沉降。車站正線上導洞開挖1號風道接口處初期支護結構階段，地表最大沉降值為6.28mm，發生在風道對應的地表區域，同時車站正線導洞地表區域沉降最大值為4.83mm。

（2）風道初支結構變形。車站正線下1導洞開挖至毗鄰1號風道初期支護結構階段，風道初支結構最大沉降值在拱頂約為8.93mm，隆起在風道底部約為17.56mm，水平位移最大值發生在第9部風道約為3.56mm。

（3）風道初支結構內力。車站正線下1導洞開挖至毗鄰1號風道初期支護結構階段，風道初支結構幾乎均處于受壓狀態，底部隆起區域中隔壁軸力較大；風道初支結構僅外圍閉合成環格柵鋼架彎矩較大，中隔壁及仰拱彎矩很小。

3.2 下導洞交叉段施工至接口處初支階段

（1）地表沉降。車站正線下1導洞開挖至1號風道接口處初期支護結構階段，地表最大沉降值為7.14mm，發生在風道對應的地表區域，同時車站正線導洞地表區域沉降最大值為5.33mm。

（2）風道初支結構變形。車站正線下1導洞開挖至毗鄰1號風道初期支護結構階段，風道初支結構最大沉降值在拱頂約為9.21mm，隆起在風道底部約為18.95mm，水平位移最大值發生在第9部風道約為4.62mm。

（3）風道初支結構內力。車站正線下1導洞開挖至毗鄰1號風道初期支護結構階段，風道初支結構幾乎均處于受壓狀態，底部隆起區域中隔壁軸力較大；風道初支結構僅外圍閉合成環格柵鋼架彎矩較大，中隔壁及仰拱彎矩很小。

4 結論

（1）車站正線上導洞施工對風道初支結構的變形及內力影響較小。

（2）車站正線下導洞施工對風道初支結構的變形及內力影響較大，施工時應注意交叉段的施工安全。

（3）下1、下4導洞施工會增大風道初支結構的變形及內力，尤其下2、下3導洞施工導致風道初支結構的變形及內力增幅較為顯著。

（4）風道與車站交叉處出現明顯的應力集中，施工過程中應對拱頂和交叉處進行注漿加固，并預留10m安全施工距離。