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算軟件FLAC3D進行計算分析，并通過試驗室模擬受力狀態(tài)，動畫演示及數(shù)據(jù)分析等措施，進行了橫通道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受力施工部位的加強支護措施。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計算軟件分層開挖1引言暗挖車站施工方法復雜多樣，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、地質(zhì)條件、工期、安全性、經(jīng)濟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)方案設計僅局限于通過受力計算確定方案，缺少動態(tài)分析，易造成材料浪費、關(guān)鍵部位缺少補強措施等弱點。隨著計算機的廣泛應用，數(shù)值模擬成為解決巖土工程問題的重要手段，本文選用三維有限差分計算軟件FLAC3D進行土質(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分析，準確地模擬材料的塑性破壞和流動。找出了原橫通道設計的薄弱環(huán)節(jié)，通過扣大拱腳法將橫通道原設計10步開挖調(diào)整為8步分層開挖；將車站正線原設計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度及安全性。2工程概況及原設計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)標準段總寬度為41.5m，結(jié)構(gòu)埋深約為24.5m。其中豎井尺寸長×寬×高為：12.4m×6.0m×30m；通過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，高架橋為雙柱多跨連續(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，下伏全風化鈣質(zhì)板巖、中風化鈣質(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。原設計豎井采用倒掛井壁法施工，井內(nèi)設置支撐明梁，每斷面采用兩道橫支撐+四道腳撐的內(nèi)支撐形式。原設計步驟如下：豎井施工完成后開馬頭門進行橫通道施工，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。原設計方案弊端分析：因車站覆蓋層較薄，按照原設計橫通道1、2層，正線1層大部分位于雜填土或全風化巖層中，圍巖自穩(wěn)條件差，施工風險較大。此外，按照原設計豎井開挖30m到底后才能進行橫通道施工，橫通道施工22m深度到底再進行正線施工的方案，不僅要多次搭設施工平臺，且不利于施工流水作業(yè)，進入正線施工階段較晚，施工進展緩慢。為克服以上不利因素，本文重點對分層開挖的可行性進行了研究。3數(shù)值模擬模型的建立及模擬計算結(jié)果3.1FLAC3D的簡介FLAC3D由美國Itasca公司開發(fā)的，能夠進行土質(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分析。通過調(diào)整三維網(wǎng)格中的多面體單元來擬合實際結(jié)構(gòu)(實體)。單元材料可采用線性或非線性本構(gòu)模型，在外力作用下，當材料發(fā)生屈服流動后，網(wǎng)格能夠相應的變形和移動(大變形模式)。FLAC3D能夠非常準確地模擬材料的塑性破壞和流動。是一個求解三維巖土工程問題的最理想工具之一。FLAC3D即便模擬的系統(tǒng)是靜態(tài)的，仍采用了動態(tài)運動方程，這使得FLAC3D在模擬物理失穩(wěn)過程(而不是數(shù)學上不收斂)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性質(zhì)濟。丘采用三維勒立體模型郵，模擬研止究范圍：泡垂直長度譽為唇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慘個力學材旺料本構(gòu)模尤型，彈性酒模型，止莫爾庫倫祝模型及應馬力軟化模妖型。骨數(shù)值模擬圣研究采用奮模擬現(xiàn)場跟實際過程秋，模擬自船重應力、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尺崖為拖1.5搏m嗎，橫通道歲每次進尺微為恭1.5維m斯。李模擬穩(wěn)定籌時間運用序迭低代唱200滅0搜次，支架敞支護模擬填運用迭友代插200極0鳥次，穩(wěn)定墨后進入下唉一個循環(huán)挨。每次循抄環(huán)記錄迭更代過程中覺不平衡力冊，巖層不當同層位下羨沉位移此等箏。爸記錄迭代澇過程中的凡不平衡力露及模型中終關(guān)鍵點的推豎向位移搖變形動畫陳等。嚷3.謙3請模擬結(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禿派原設計豎吉井橫通蜜道旗CRD蒼8離步開挖施尊工工法開饞挖測到帳8已m肢應力分布居圖劣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)在超前小痛導管注漿紅的嚴格的蔬力學參數(shù)訪和支護強拼度與鋼格啦柵混凝土蠅支護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程朱中，在超慚前小導管釋注漿加固授有效保障戲下，對其忽他鵝步碌圍巖的變厲形影響不丹大。但在維模擬過程績中發(fā)現(xiàn)耳當吼1容，搜2巧步開挖初念期時，對無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專步開挖時趨，應將對炊橫通道圍魚巖的加固筋和補強。潑4嶄橫通矩道詢1扁層的補強球措施毫4.詞1砌扣大拱腳姐方案提出粘通過模擬施計算，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，憲將原設炎計齒1趣0晶步開挖調(diào)請整塘為嚷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3月。德圖擾3慮佳扣大拱禁腳涂CR謹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1濕層開挖時怪，將格柵陣拱架拱腳帽處擴害大哄1.2刮m慧，并采瓦用缸4牢根鎖腳錨腹桿鎖定，醫(yī)后將擴大幸部分采用兵網(wǎng)噴混凝酸土噴射密渴實，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語段進行一徒次噴射砼鑼方案。誼5鵲豎井、橫準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麗形式采用槍：鋼格脖柵另+仁連接碎筋悅+朝鋼筋什網(wǎng)細+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。船在開洞標權(quán)高范圍勿內(nèi)籍,貸馬頭門拱持頂標高處估，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，膽及時施作供臨時支撐為系統(tǒng)，考根慮開馬頭傭門施工需銷要，臨時予支撐布置柴位置及支逝撐形式適黨當調(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5痛工字鋼對雀焊形式，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風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，風殊道刺8雪步漏4膝層開挖、嶼車站主侍體夾6團步丟3箏層開挖，裙每層高度蟻控制描在唉5.0爭m希，豎井開尤挖到風道約每層底部衛(wèi)時進行風煎道開挖。躍風道開挖烏前施工明探梁，通過組噴射砼找聾平，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格柵輩連接成整萬體，采號用敲Φ誤4恐2市錨管鎖定鑼。明梁施棉工完成后皆進行豎井堆內(nèi)臨時支單撐換撐，遇后進行當飄前層風道惹開挖，風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。酸原則上風走道及車站的主體一層澤采用人工盞開挖配合咸機械、風皮鎬等措施患，必要時霞進行局部牲爆破施工痕，距離橋柔墩豆6螞m灑范圍內(nèi)進賓行爆破時艙，提前在撤開挖輪廓迷線外打設鄭空炮眼，坡采取非鉆侍爆法施工綱，以減小左對橋梁樁難基礎周圍趨土層的擾鹽動。拆5.2.鄭2歐風道施工探步驟抬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床行臨時支測撐換撐，財首先進行爆第一層第字一步開挖博，人工開棉挖。進入擁馬頭門前朝首先于拱招部雙部排跪Φ蒼42*3標.25m勻m梅、松L=6.范0扔m骨超前小導槳管進行注綱漿，加固券地層。鑿納除風道開鄉(xiāng)挖輪廓內(nèi)而初期支護柔。開挖風漏道（預騾留殃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，架達立風道鋼侄格柵并于跪掌子面打派設下一循收環(huán)戒Φ炕42*3柄.25m綱m仰、框L=3.災0m尺雙排超前栽支護小導上管，塵每菠2肢榀鋼格柵呆一循環(huán)，巧導管環(huán)向除間顆距梳0.3m燙，架設第獻一層中隔竄壁及臨時叼仰拱。每貍榀鋼格柵誓及中隔壁鳴拱腳處設鵲置鎖腳錨酸管鎖定。般使初期支場護盡早封訂閉成環(huán)，離格柵、鎖荒腳錨管、甩超前支護梅注漿小導皂管應相互婦焊接，以司形成聯(lián)合蒸支護。先唐開圾挖友1碼步進惹尺域10.0散m親，臂2會步跟泉進纏5.0農(nóng)m義。悶中隔壁及檢臨時仰拱勸采匠用輸I22屈a傅工字只鋼料+為雙層鋼筋頁網(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布貴置抗+300麥m怨m氧噴射混凝繡土，中隔屯壁應與拱碌頂及側(cè)墻計預埋鋼板扎焊接牢固縮。同時應雁保證預埋舌鋼板后的倦噴射混凝培土密實無竄空洞墓，筋I22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有械正常運像轉(zhuǎn)，此處興第鄰1滿層臨時仰季拱適當抬搶高，以保對證施工所地需的凈空嬌高度。垃風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)圖肆風道第一令層覆蓋層帝較薄，且驗巖體風化膊程度高，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，避免說產(chǎn)生應力穿集中現(xiàn)象價，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。盼益噴射砼前寧應將拱腳芒處的積水楚抽干，保瑞證噴射混始凝土的強鎮(zhèn)度。夏5.2.竭2.2猶第二習層瓣3塘、飽4紛步開挖雞繼續(xù)開挖船豎井到逮第布2旋層底板標臺高，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m罷，鑿除風方開挖輪廓失內(nèi)初期支寶護，安裝拘風狠道卸2鈴層加強環(huán)搬鋼格柵，局換撐后進健行橫通茂道夢2隨層開挖及巧初襯（揚第優(yōu)2蜂層以下，男包含桿第佳2技層在內(nèi)，能風道靠區(qū)什間側(cè)打設適注漿加強肝錨幣管伙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），風披道邊挖邊局架設中隔錢壁及臨時厲仰拱鄰。者1濕、汽2劫層同時開秧挖并保持肚同步進尺尖，甚2斧層誤先開瞧挖鍵3穩(wěn)步進獎尺掌10.0做m羊，哨4芳步跟炕進僻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打憑設車站主導體馬頭門壘超前支護蹤小導管）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)工程紛施工測后續(xù)施工站每層施工宮步驟為：比豎井開挖弓支糊護場康—和—棍脈施工明梁工并換秧撐俊六—惜—瓣戶鑿除本層返橫通道輪吩廓內(nèi)豎井鋪初助襯申橋—般—環(huán)禮安裝風道曉加強格敢柵寶督—率—難計橫通道開惕挖、初襯梢（包含中虹隔壁及臨廟時仰拱）隆。各層按畫照開挖步慮距進行開王挖支護，匙直至豎井震施工到底錢，鋼格柵射封閉成環(huán)醋。夫同理，