地鐵工程扣大拱腳crd法分層開挖在分離島式暗挖車站施工中的應(yīng)用技術(shù)

扣大拱腳CRD法分層開挖在分離島式暗挖車站施工中的應(yīng)用【內(nèi)容提要】隨著地鐵工程的飛速發(fā)展，暗挖車站施工越來(lái)越受到廣泛重視。本文介紹的扣大拱腳CRD法施工，選用三維有限差分計(jì)算軟件FLAC3D進(jìn)行計(jì)算分析，并通過(guò)試驗(yàn)室模擬受力狀態(tài)，動(dòng)畫演示及數(shù)據(jù)分析等措施，進(jìn)行了橫通道8步分層開挖施工的可行性分析，確定方案的可行性及重點(diǎn)受力施工部位的加強(qiáng)支護(hù)措施。從而確定了暗挖車站采用扣大拱腳CRD法分層開挖的方案。【關(guān)鍵詞】暗挖車站CRD法扣大拱腳FLAC3D計(jì)算軟件分層開挖1引言暗挖車站施工方法復(fù)雜多樣，目前較常見的有CRD法、中洞法、側(cè)洞法、洞樁法等。如何根據(jù)工程的環(huán)境特點(diǎn)、地質(zhì)條件、工期、安全性、經(jīng)濟(jì)性要求確定最佳的施工方案已成了現(xiàn)代地鐵修建的首要課題。傳統(tǒng)方案設(shè)計(jì)僅局限于通過(guò)受力計(jì)算確定方案，缺少動(dòng)態(tài)分析，易造成材料浪費(fèi)、關(guān)鍵部位缺少補(bǔ)強(qiáng)措施等弱點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，數(shù)值模擬成為解決巖土工程問(wèn)題的重要手段，本文選用三維有限差分計(jì)算軟件FLAC3D進(jìn)行土質(zhì)、巖石和其他材料的三維結(jié)構(gòu)受力特性模擬和塑性流動(dòng)分析，準(zhǔn)確地模擬材料的塑性破壞和流動(dòng)。找出了原橫通道設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)，通過(guò)扣大拱腳法將橫通道原設(shè)計(jì)10步開挖調(diào)整為8步分層開挖；將車站正線原設(shè)計(jì)8步開挖調(diào)整為6步分層開挖，大大加快了地鐵施工的進(jìn)度及安全性。2工程概況及原設(shè)計(jì)施工方案某暗挖車站為地下雙層分離島式車站，覆土厚度約6.8m。結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段總寬度為41.5m，結(jié)構(gòu)埋深約為24.5m。其中豎井尺寸長(zhǎng)×寬×高為：12.4m×6.0m×30m；通過(guò)豎井施工的橫通道尺寸寬×高為：10.8×22.0m，尺寸寬×高為：10.0×16.1m。車站正線車站所在范圍在華北路中間，沿華北路方向有高架橋一座，高架橋?yàn)殡p柱多跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，高架橋橋樁外邊緣距離車站主體結(jié)構(gòu)外墻凈距3.0m，距離隧道底部3.472～15.322m不等。本區(qū)間范圍內(nèi)上層覆蓋雜填土層6～8m，下伏全風(fēng)化鈣質(zhì)板巖、中風(fēng)化鈣質(zhì)板巖，橫通道第1層位于軟弱地層中，下層為硬巖，呈現(xiàn)“上軟下硬”現(xiàn)象。地下水中等～豐富。原設(shè)計(jì)豎井采用倒掛井壁法施工，井內(nèi)設(shè)置支撐明梁，每斷面采用兩道橫支撐+四道腳撐的內(nèi)支撐形式。原設(shè)計(jì)步驟如下：豎井施工完成后開馬頭門進(jìn)行橫通道施工，橫通道采用CRD法施工，分10步開挖到底。橫通道完成后，再開馬頭門進(jìn)行主體正線施工，正線施工采用CRD法施工，分8步開挖到底。原設(shè)計(jì)方案弊端分析：因車站覆蓋層較薄，按照原設(shè)計(jì)橫通道1、2層，正線1層大部分位于雜填土或全風(fēng)化巖層中，圍巖自穩(wěn)條件差，施工風(fēng)險(xiǎn)較大。此外，按照原設(shè)計(jì)豎井開挖30m到底后才能進(jìn)行橫通道施工，橫通道施工22m深度到底再進(jìn)行正線施工的方案，不僅要多次搭設(shè)施工平臺(tái)，且不利于施工流水作業(yè)，進(jìn)入正線施工階段較晚，施工進(jìn)展緩慢。為克服以上不利因素，本文重點(diǎn)對(duì)分層開挖的可行性進(jìn)行了研究。3數(shù)值模擬模型的建立及模擬計(jì)算結(jié)果3.1FLAC3D的簡(jiǎn)介FLAC3D由美國(guó)Itasca公司開發(fā)的，能夠進(jìn)行土質(zhì)、巖石和其他材料的三維結(jié)構(gòu)受力特性模擬和塑性流動(dòng)分析。通過(guò)調(diào)整三維網(wǎng)格中的多面體單元來(lái)擬合實(shí)際結(jié)構(gòu)(實(shí)體)。單元材料可采用線性或非線性本構(gòu)模型，在外力作用下，當(dāng)材料發(fā)生屈服流動(dòng)后，網(wǎng)格能夠相應(yīng)的變形和移動(dòng)(大變形模式)。FLAC3D能夠非常準(zhǔn)確地模擬材料的塑性破壞和流動(dòng)。是一個(gè)求解三維巖土工程問(wèn)題的最理想工具之一。FLAC3D即便模擬的系統(tǒng)是靜態(tài)的，仍采用了動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)方程，這使得FLAC3D在模擬物理失穩(wěn)過(guò)程(而不是數(shù)學(xué)上不收斂)不存在數(shù)值上的障礙。FLAC3D包含了三維網(wǎng)格。三維網(wǎng)格由整體坐標(biāo)系x，y，z系統(tǒng)所確定，不同于FLAC3D程序，它是由行列方式確定。這就比較靈活地產(chǎn)生和定義三維空間參數(shù)。3.2數(shù)值模型建模鞠首先確定卡各地層的滔壓縮系數(shù)飲、壓縮模召量、變形眨模量粘聚葬力、內(nèi)摩批擦角、承澤載力特征忽值、滲透尚系數(shù)等京巖石物理沈力學(xué)性質(zhì)濟(jì)。丘采用三維勒立體模型郵，模擬研止究范圍：泡垂直長(zhǎng)度譽(yù)為唇131牧m脫，嘉深飯度為祝60偉m皺，寬度為度38.5滿m食，模擬研爽究免4森地層模型但，分藥類餅3慘個(gè)力學(xué)材旺料本構(gòu)模尤型，彈性酒模型，止莫爾庫(kù)倫祝模型及應(yīng)馬力軟化模妖型。骨數(shù)值模擬圣研究采用奮模擬現(xiàn)場(chǎng)跟實(shí)際過(guò)程秋，模擬自船重應(yīng)力、制豎井開挖猴及橫通待道拖8倡步梁CR擋D劉法開挖，牢豎享井開挖每雄次進(jìn)尺崖為拖1.5搏m嗎，橫通道歲每次進(jìn)尺微為恭1.5維m斯。李模擬穩(wěn)定籌時(shí)間運(yùn)用序迭低代唱200滅0搜次，支架敞支護(hù)模擬填運(yùn)用迭友代插200極0鳥次，穩(wěn)定墨后進(jìn)入下唉一個(gè)循環(huán)挨。每次循抄環(huán)記錄迭更代過(guò)程中覺(jué)不平衡力冊(cè)，巖層不當(dāng)同層位下羨沉位移此等箏。爸記錄迭代澇過(guò)程中的凡不平衡力露及模型中終關(guān)鍵點(diǎn)的推豎向位移搖變形動(dòng)畫陳等。嚷3.謙3請(qǐng)模擬結(jié)果攪分析角模胞豎井橫通西道施工灶至沾8.0沖m雄，及最終賄開挖完成爹受力情況噴如離圖貪1暫、畝2脊所示。季圖頓1禿派原設(shè)計(jì)豎吉井橫通蜜道旗CRD蒼8離步開挖施尊工工法開饞挖測(cè)到帳8已m肢應(yīng)力分布居圖劣2毒柱豎井、橫哲通道施篩工尿CRD挨8辰步開挖施檢工工法的駝最終狀態(tài)勇結(jié)論：基程于數(shù)值模柱擬結(jié)果圍笑巖變形規(guī)疑律如下：痰在豎井施逗工過(guò)程中融，圍巖變鎖形主要以迅豎井橫斷叔面圍巖收斥縮為主，娛圍巖豎直戚方向變形挪較小。豎駱井底板在癥上覆荷載鎖作用下井朵口范圍內(nèi)紛沒(méi)有約束泥而出現(xiàn)了隨一定的向絮上鼓起的秤現(xiàn)象。僅販在豎井施宿工過(guò)程中恥，已有鋼暫格柵混凝敗土可以保筍持井壁穩(wěn)幻定。熊在橫通道是施工過(guò)程批中，圍巖濾變形表現(xiàn)若為豎井與喪橫通道開六口的馬頭喇門附近位教置，變形弄以拱頂下震沉為主。優(yōu)在超前小痛導(dǎo)管注漿紅的嚴(yán)格的蔬力學(xué)參數(shù)訪和支護(hù)強(qiáng)拼度與鋼格啦柵混凝土蠅支護(hù)可以勁保障拱頂枝巖層的穩(wěn)陸定戚。秩8毛步超CR弊D較法施工橫好通道法的水模擬過(guò)程朱中，在超慚前小導(dǎo)管釋注漿加固授有效保障戲下，對(duì)其忽他鵝步碌圍巖的變厲形影響不丹大。但在維模擬過(guò)程績(jī)中發(fā)現(xiàn)耳當(dāng)吼1容，搜2巧步開挖初念期時(shí)，對(duì)無(wú)井壁圍巖租及橫通道梁圍巖影響旅較大，建企議垂在幟1嚇，槐2專步開挖時(shí)趨，應(yīng)將對(duì)炊橫通道圍魚巖的加固筋和補(bǔ)強(qiáng)。潑4嶄橫通矩道詢1扁層的補(bǔ)強(qiáng)球措施毫4.詞1砌扣大拱腳姐方案提出粘通過(guò)模擬施計(jì)算，確棋定了在第庸一層壩（盾1繩、浪2呼步）增加花噴射混凝閘土系梁、夾鎖腳錨桿型的扣大拱惡腳方案，憲將原設(shè)炎計(jì)齒1趣0晶步開挖調(diào)請(qǐng)整塘為嚷8政步開挖。筍扣大拱建腳釣CR芒D藥法施工方孤案見禽圖險(xiǎn)3月。德圖擾3慮佳扣大拱禁腳涂CR謹(jǐn)D降法施工方爛案釋4.2撕車扣大拱腳慮聯(lián)系縱梁蟻施工方案懇在橫通道置第錯(cuò)1濕層開挖時(shí)怪，將格柵陣拱架拱腳帽處擴(kuò)害大哄1.2刮m慧，并采瓦用缸4牢根鎖腳錨腹桿鎖定，醫(yī)后將擴(kuò)大幸部分采用兵網(wǎng)噴混凝酸土噴射密渴實(shí)，形成掠一道縱向回混凝土系息梁，確保萍拱部穩(wěn)定博。施工過(guò)磚程中，因攔受開挖斷烘面影響，顧系梁施工蓬較困難，錘可采用簽每千5.0呼m語(yǔ)段進(jìn)行一徒次噴射砼鑼方案。誼5鵲豎井、橫準(zhǔn)通道施工攪方案及步僑驟放5.擇1秀豎井施工焰方案吊豎井支護(hù)麗形式采用槍：鋼格脖柵另+仁連接碎筋悅+朝鋼筋什網(wǎng)細(xì)+代噴射混凝躺土。鋼筋漿網(wǎng)采淺用浪φ刻8@15忘0mm×以150m縱m螞網(wǎng)格，雙淹層滿鋪。稅鋼格柵之精間公用機(jī)Φ屢2辣2腫的豎向拉貿(mào)筋連接，賽環(huán)向間器距齡1.0崗m減內(nèi)外交錯(cuò)畜呈梅花形段布置，網(wǎng)據(jù)噴尼C2綿5敞混凝篩土栗350m塞m暈厚。船在開洞標(biāo)權(quán)高范圍勿內(nèi)籍,貸馬頭門拱持頂標(biāo)高處估，豎井井槍壁格柵鋼貪拱架需加垃密，為三端榀格柵間撤距搭45c望m琴。格柵安扭裝好后，膽及時(shí)施作供臨時(shí)支撐為系統(tǒng)，考根慮開馬頭傭門施工需銷要，臨時(shí)予支撐布置柴位置及支逝撐形式適黨當(dāng)調(diào)整，拖為保證開仍洞后坑內(nèi)鋪結(jié)構(gòu)穩(wěn)定功，在豎井脖靠橫通道減馬頭門一濫側(cè)設(shè)置一竊明梁，明辜梁在豎井沉開挖完成犯后采用雙還拼寒I4沒(méi)5痛工字鋼對(duì)雀焊形式，響并用錨管林錨固于井屬壁上，以仔便于豎井扇開挖到橫些通道底板奸一層高度沸后換撐。慈豎井臨時(shí)悶支撐及明態(tài)梁結(jié)構(gòu)圖檢見跑圖律4衫。賊圖羨4賀積豎井臨時(shí)量支撐及明利梁結(jié)構(gòu)圖亭5.撲2牙橫通道即傳正線施工撓5.2.難1刪總體施工困原則贈(zèng)風(fēng)道及車肯站主體大永斷面采用姿扣大業(yè)拱枝CR榨D禿法施工。文為保證第涉一層開挖敞后拱腳落革于基巖上奏，風(fēng)殊道刺8雪步漏4膝層開挖、嶼車站主侍體夾6團(tuán)步丟3箏層開挖，裙每層高度蟻控制描在唉5.0爭(zhēng)m希，豎井開尤挖到風(fēng)道約每層底部衛(wèi)時(shí)進(jìn)行風(fēng)煎道開挖。躍風(fēng)道開挖烏前施工明探梁，通過(guò)組噴射砼找聾平，加鋼距板墊片等鉆措施，使倚明梁緊貼繡巖壁，并箏與馬頭門撓加強(qiáng)格柵輩連接成整萬(wàn)體，采號(hào)用敲Φ誤4恐2市錨管鎖定鑼。明梁施棉工完成后皆進(jìn)行豎井堆內(nèi)臨時(shí)支單撐換撐，遇后進(jìn)行當(dāng)飄前層風(fēng)道惹開挖，風(fēng)幣道施工中美隔壁與明暖梁緊靠，猛并連接牢皆固，確保楊明梁穩(wěn)定旱。酸原則上風(fēng)走道及車站的主體一層澤采用人工盞開挖配合咸機(jī)械、風(fēng)皮鎬等措施患，必要時(shí)霞進(jìn)行局部牲爆破施工痕，距離橋柔墩豆6螞m灑范圍內(nèi)進(jìn)賓行爆破時(shí)艙，提前在撤開挖輪廓迷線外打設(shè)鄭空炮眼，坡采取非鉆侍爆法施工綱，以減小左對(duì)橋梁樁難基礎(chǔ)周圍趨土層的擾鹽動(dòng)。拆5.2.鄭2歐風(fēng)道施工探步驟抬5.2.胳2.醬1眨第一啊層頑1創(chuàng)、帽2野步開挖路明梁施工踢完成并進(jìn)床行臨時(shí)支測(cè)撐換撐，財(cái)首先進(jìn)行爆第一層第字一步開挖博，人工開棉挖。進(jìn)入擁馬頭門前朝首先于拱招部雙部排跪Φ蒼42*3標(biāo).25m勻m梅、松L=6.范0扔m骨超前小導(dǎo)槳管進(jìn)行注綱漿，加固券地層。鑿納除風(fēng)道開鄉(xiāng)挖輪廓內(nèi)而初期支護(hù)柔。開挖風(fēng)漏道（預(yù)騾留殃3c殺m侵沉降量）菜，勿開挖后立樓即噴件射在5c吵m跨砼封閉掌森子面，架達(dá)立風(fēng)道鋼侄格柵并于跪掌子面打派設(shè)下一循收環(huán)戒Φ炕42*3柄.25m綱m仰、框L=3.災(zāi)0m尺雙排超前栽支護(hù)小導(dǎo)上管，塵每菠2肢榀鋼格柵呆一循環(huán)，巧導(dǎo)管環(huán)向除間顆距梳0.3m燙，架設(shè)第獻(xiàn)一層中隔竄壁及臨時(shí)叼仰拱。每貍榀鋼格柵誓及中隔壁鳴拱腳處設(shè)鵲置鎖腳錨酸管鎖定。般使初期支場(chǎng)護(hù)盡早封訂閉成環(huán)，離格柵、鎖荒腳錨管、甩超前支護(hù)梅注漿小導(dǎo)皂管應(yīng)相互婦焊接，以司形成聯(lián)合蒸支護(hù)。先唐開圾挖友1碼步進(jìn)惹尺域10.0散m親，臂2會(huì)步跟泉進(jìn)纏5.0農(nóng)m義。悶中隔壁及檢臨時(shí)仰拱勸采匠用輸I22屈a傅工字只鋼料+為雙層鋼筋頁(yè)網(wǎng)檔片批+尋縱向連接謀筋掘@1.0囑m勇雙排梅花堵形交錯(cuò)布貴置抗+300麥m怨m氧噴射混凝繡土，中隔屯壁應(yīng)與拱碌頂及側(cè)墻計(jì)預(yù)埋鋼板扎焊接牢固縮。同時(shí)應(yīng)雁保證預(yù)埋舌鋼板后的倦噴射混凝培土密實(shí)無(wú)竄空洞墓，筋I(lǐng)22艇a沿工字鋼間記距與格柵玻間距相同摧。在橫通竊道與車站移主體交叉煙處，為保著證車站主蠶體施工機(jī)有械正常運(yùn)像轉(zhuǎn)，此處興第鄰1滿層臨時(shí)仰季拱適當(dāng)抬搶高，以保對(duì)證施工所地需的凈空嬌高度。垃風(fēng)道施工記步驟如壩圖柴5參所示。萌圖柜5羽什豎井馬頭予門及橫通染道佛1湖層施工結(jié)偽構(gòu)圖肆風(fēng)道第一令層覆蓋層帝較薄，且驗(yàn)巖體風(fēng)化膊程度高，顆拱頂自穩(wěn)養(yǎng)能力差，戀所以必須按將拱腳處耐虛碴清理罩干凈，使輩拱腳坐落蠅在原巖層牌上，避免說(shuō)產(chǎn)生應(yīng)力穿集中現(xiàn)象價(jià)，如存在拾超挖現(xiàn)象殲，采用噴寨射砼填充詞，拱腳座廊落在混凝鄉(xiāng)土墊層上手。盼益噴射砼前寧應(yīng)將拱腳芒處的積水楚抽干，保瑞證噴射混始凝土的強(qiáng)鎮(zhèn)度。夏5.2.竭2.2猶第二習(xí)層瓣3塘、飽4紛步開挖雞繼續(xù)開挖船豎井到逮第布2旋層底板標(biāo)臺(tái)高，向下艙延伸明梁素，并與上莫部明梁焊霸接成一整療體，同樣談深知入傍2序?qū)酉禄ǚ角?.0誠(chéng)m罷，鑿除風(fēng)方開挖輪廓失內(nèi)初期支寶護(hù)，安裝拘風(fēng)狠道卸2鈴層加強(qiáng)環(huán)搬鋼格柵，局換撐后進(jìn)健行橫通茂道夢(mèng)2隨層開挖及巧初襯（揚(yáng)第優(yōu)2蜂層以下，男包含桿第佳2技層在內(nèi)，能風(fēng)道靠區(qū)什間側(cè)打設(shè)適注漿加強(qiáng)肝錨幣管伙Φ酸42*3油.25m英m斤，筆L=4.屯5葬m秋，漠@100輕0*10蚊0下0阻梅花形布訊置），風(fēng)披道邊挖邊局架設(shè)中隔錢壁及臨時(shí)厲仰拱鄰。者1濕、汽2劫層同時(shí)開秧挖并保持肚同步進(jìn)尺尖，甚2斧層誤先開瞧挖鍵3穩(wěn)步進(jìn)獎(jiǎng)尺掌10.0做m羊，哨4芳步跟炕進(jìn)僻5.0旦m源。施工步澤驟如貧圖適6跡所示侄（懲2殊層開挖至志車站主體不范圍時(shí)打憑設(shè)車站主導(dǎo)體馬頭門壘超前支護(hù)蹤小導(dǎo)管）座。除圖牙6肅判橫通板道鄉(xiāng)2姑層施工結(jié)摟構(gòu)圖北5.2.趟2.爛3陪后續(xù)工程紛施工測(cè)后續(xù)施工站每層施工宮步驟為：比豎井開挖弓支糊護(hù)場(chǎng)康—和—棍脈施工明梁工并換秧?yè)慰×А陸翳彸緦臃禉M通道輪吩廓內(nèi)豎井鋪初助襯申橋—般—環(huán)禮安裝風(fēng)道曉加強(qiáng)格敢柵寶督—率—難計(jì)橫通道開惕挖、初襯梢（包含中虹隔壁及臨廟時(shí)仰拱）隆。各層按畫照開挖步慮距進(jìn)行開王挖支護(hù)，匙直至豎井震施工到底錢，鋼格柵射封閉成環(huán)醋。夫同理，