發(fā)布時(shí)間：2020-03-16所屬分類：建筑師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：以某地鐵車站工程項(xiàng)目為例，對(duì)大斷面暗挖地鐵車站雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工序展開(kāi)了詳細(xì)的介紹。同時(shí)，結(jié)合工程特點(diǎn)，通過(guò)建模分析，進(jìn)行了施工工序優(yōu)化，達(dá)到了施工安全、高效的目標(biāo)。 關(guān)鍵詞：大斷面;地鐵車站;雙側(cè)壁導(dǎo)坑法;施工工序 1 工程概況 某地鐵站
摘要：以某地鐵車站工程項(xiàng)目為例，對(duì)大斷面暗挖地鐵車站雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工序展開(kāi)了詳細(xì)的介紹。同時(shí)，結(jié)合工程特點(diǎn)，通過(guò)建模分析，進(jìn)行了施工工序優(yōu)化，達(dá)到了施工安全、高效的目標(biāo)。
關(guān)鍵詞：大斷面;地鐵車站;雙側(cè)壁導(dǎo)坑法;施工工序
1 工程概況
某地鐵站位于城市中央公園東側(cè)，總長(zhǎng)203.8 m，為島式雙層車站。車站整體寬22.67 m，高18.72 m，主體最大開(kāi)挖跨度23.72 m，開(kāi)挖高度22.74 m，整體開(kāi)挖面積 534.27 m2 ，整個(gè)工程的施工均采用直墻斷面及復(fù)合式襯砌。車站圍巖主要為砂質(zhì)泥巖，圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)，覆土厚度21.53～30.26 m。由于該地鐵站緊靠公園東側(cè)道路主干線，道路寬22 m，車流量較大;西側(cè)為2棟14層住宅樓，地下管線較多，故采用雙側(cè)壁的方式施工(圖1)。
2 基本理論為了進(jìn)一步滿足施工需求，提升施工效率，降低成本，施工方式最先選擇全斷面法，最后確定為雙側(cè)壁導(dǎo)坑法[1] 。為了進(jìn)一步提升施工安全水平，避免周圍的圍巖出現(xiàn)變形等情況，就要轉(zhuǎn)變以往的施工順序，從而可以清晰地看出，當(dāng)技術(shù)工作人員在提升工作質(zhì)量后，施工斷面劃分效率會(huì)提高，但是在結(jié)構(gòu)穩(wěn)固且具有較少受力的情況時(shí)，整個(gè)施工的過(guò)程會(huì)更加復(fù)雜，工序相較而言更鈍[2] 。為更好地處理這兩者之間的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上選擇更加合適的施工方式，就需要有關(guān)部門給予重視并及時(shí)解決發(fā)生的重要問(wèn)題。總而言之，當(dāng)前亟待解決的主要問(wèn)題包括開(kāi)挖尺寸以及施工的順序等。
2.1 水平分層模型
該模型主要是以斷面為根據(jù)，將斷面分成若干大小，根據(jù)正確的施工順序，相關(guān)專業(yè)的施工人員先將土體挖開(kāi)，但是要注意開(kāi)挖的速度，保證開(kāi)挖速度均勻，避免出現(xiàn)因開(kāi)挖的高度過(guò)高從而造成土體卸載過(guò)快及周邊的應(yīng)力增長(zhǎng)過(guò)快，反而不利于洞室的保護(hù)。在這一過(guò)程中，最為經(jīng)典的便是采用臺(tái)階施工的方法進(jìn)行開(kāi)挖，主要是將斷面劃分成多個(gè)部分，從而保證其具有極強(qiáng)的適應(yīng)力，由于整體的施工效率較高，可以在第一時(shí)間采用支護(hù)閉合，進(jìn)而有效地保證開(kāi)挖面的穩(wěn)定性[3] 。臺(tái)階法演化存在多種施工類型，特別是斷面中存在不同臺(tái)階情況時(shí)，便可以采用仰拱的方式來(lái)進(jìn)行施工，以此來(lái)分析臺(tái)階法的施工，還可以按照水平方向來(lái)分解成不同的層次，分別設(shè)置全斷面的開(kāi)挖以及三臺(tái)階的開(kāi)挖，具體情況需要相關(guān)工作人員根據(jù)實(shí)際情況和機(jī)械情況而定，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
對(duì)于臺(tái)階法的施工，可以選擇同一水平的分層優(yōu)化模型(圖2)，當(dāng)不同條件下，結(jié)合實(shí)際情況來(lái)選擇最為恰當(dāng)且合適的方案[4] 。將斷面分隔并進(jìn)行開(kāi)挖，適用于當(dāng)施工的目標(biāo)已經(jīng)明確的情況下進(jìn)行，這樣可以有效避免施工中可能存在的失誤，分層臺(tái)階的高度也需要盡可能地視施工以及實(shí)際的經(jīng)濟(jì)情況而定。然而，在對(duì)實(shí)際的施工方案進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中，僅僅需要對(duì)水平分層優(yōu)化模型的主要參數(shù)進(jìn)行集合確定，并在此基礎(chǔ)上確定最后使用的方案，對(duì)備選方案進(jìn)行對(duì)比，以此來(lái)尋求最有價(jià)值的方案來(lái)應(yīng)用到施工的過(guò)程中。
2.2 橫向分塊模型
橫向分塊模型施工主要是根據(jù)斷面進(jìn)行橫向分塊，并且按照順序來(lái)挖土體，以此來(lái)當(dāng)作支護(hù)結(jié)構(gòu)，避免開(kāi)挖程度過(guò)深所造成的周邊應(yīng)力變化過(guò)快，從而影響洞室的高效施工。當(dāng)前施工團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行施工的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)使用以下幾種方式進(jìn)行隧道的挖掘和施工，其中的原理都是水平分層的施工，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分別開(kāi)挖，到最后進(jìn)行全面開(kāi)挖，當(dāng)采用橫向分塊的方式施工時(shí)，最開(kāi)始需要挖隧道的一端，將斷面中間當(dāng)作隔壁，并對(duì)另一側(cè)進(jìn)行開(kāi)挖。當(dāng)分為2個(gè)部分時(shí)，可以有效地減少跨度，促使隧道施工可以選擇最為合適的底層，根據(jù)圍巖的不穩(wěn)定性來(lái)開(kāi)挖。若是在施工的過(guò)程中并不能更好地滿足安全方面的要求時(shí)[5-6] ，就可以在這一方法的基礎(chǔ)上增加隔壁，這種方法稱之為隔壁法。隔壁法需要結(jié)合隧道項(xiàng)目工程的實(shí)際施工情況進(jìn)行施工和分割，在此基礎(chǔ)上劃分小區(qū)塊來(lái)達(dá)到減小跨度的目的，還要在開(kāi)挖的過(guò)程中做到每一個(gè)工序都可以自動(dòng)封閉，以此來(lái)保護(hù)隧道圍巖的結(jié)構(gòu)安全，并保證施工的順利進(jìn)行，當(dāng)采用另外一種施工方式，且這種方式不能更好地滿足施工要求時(shí)，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法便是一個(gè)更好的選擇，在這一方式中需要將斷面分成3塊，并在中間的核心土區(qū)分為上下臺(tái)階，對(duì)于左右兩側(cè)的導(dǎo)坑尺寸也要進(jìn)行明確，避免出現(xiàn)寬度過(guò)大的情況[7] 。因此，當(dāng)前常見(jiàn)的幾種隧道開(kāi)挖類型主要都是采用橫向分塊來(lái)減跨隧道橫面(圖3)，以此來(lái)保證整體施工的安全高效。
從圖3可以看出，在這一分隔斷面中的橫向間距是固定的，這類方式都可以放在同一的橫向分塊模型中，當(dāng)j等于不同的數(shù)值時(shí)，都有具體的施工方式，主要分為全斷面開(kāi)挖以及水平分層開(kāi)挖等施工方式。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在j≥3 時(shí)使用，并且在案例中的橫向洞群開(kāi)挖以及隧道開(kāi)挖都可以應(yīng)用在橫向分塊模型中，也能化解很多更難的施工，若在施工的過(guò)程中不考慮特定開(kāi)挖，便會(huì)有不同的隧道施工挖掘方式[8] 。相關(guān)專業(yè)的技術(shù)人員在進(jìn)行具體施工中，為了提升整個(gè)施工項(xiàng)目的質(zhì)量和速度，需要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)橫向優(yōu)化模型進(jìn)行分析和參數(shù)方向的確定，以此來(lái)分化成其他的方案，并對(duì)其進(jìn)行對(duì)比，從而選擇出最為適合的方案。
2.3 平面分區(qū)模型
水平分層模型平面開(kāi)挖的順序?yàn)閒xy=f [(i, h), ( j, w)]，并在實(shí)際優(yōu)化方案中，需要對(duì)模型中的4個(gè)重要的參數(shù)進(jìn)行幾何確定，以此來(lái)確定具體的模型優(yōu)化，在進(jìn)行決策分析的過(guò)程中也需要對(duì)這幾個(gè)方案進(jìn)行比選，通過(guò)分析比較來(lái)確定最為合適的方案。
2.4 縱向分段模型
在這一階段施工的過(guò)程中特別注意的是開(kāi)挖部分以及開(kāi)挖的間距，特別是對(duì)于一些城市地區(qū)的地鐵隧道，更要積極地采用縱向分段的開(kāi)挖模式。當(dāng)前一些城市中的地鐵隧道的工程便使用了這一模式進(jìn)行施工，相關(guān)專業(yè)的施工人員需要結(jié)合隧道設(shè)置的參數(shù)等在地鐵隧道采用一定長(zhǎng)度斷面的分段建造方式(圖4)。相關(guān)的技術(shù)施工人員對(duì)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的隧道進(jìn)行優(yōu)化分析，并在實(shí)際施工的過(guò)程中沿著縱向分段優(yōu)化采用預(yù)留核心土進(jìn)行開(kāi)挖[9] 。在開(kāi)挖的過(guò)程中根據(jù)參數(shù)等進(jìn)行縱向分段數(shù)的集合，當(dāng)前較為常見(jiàn)的多數(shù)都是長(zhǎng)短臺(tái)階法等施工方法。但是在實(shí)際施工的過(guò)程中也需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)調(diào)整開(kāi)挖存在的差異。
在具體施工優(yōu)化的過(guò)程中，為了確定最終的優(yōu)化模型，就需要結(jié)合縱向的分段優(yōu)化方面的參數(shù)確定，在這一施工過(guò)程中進(jìn)行的縱向分段優(yōu)化模型也可以當(dāng)成fz=f(k, l)。
2.5 三維分塊模型
在相關(guān)技術(shù)人員對(duì)實(shí)際的隧道進(jìn)行開(kāi)挖施工的過(guò)程中，具體需要對(duì)1個(gè)三維方向的結(jié)構(gòu)空間進(jìn)行施工，實(shí)際的隧道開(kāi)挖也需要對(duì)3個(gè)方向進(jìn)行具體的分析，也需要對(duì)3個(gè)不同方向的施工養(yǎng)護(hù)，通過(guò)高效的養(yǎng)護(hù)來(lái)保證隧道修建水平和質(zhì)量的達(dá)標(biāo)(圖5)。
3 優(yōu)化分析
3.1 開(kāi)挖斷面分塊
為了進(jìn)一步保證施工方案得以順利的實(shí)現(xiàn)，此次優(yōu)化分析的情況主要按照?qǐng)D1中所提供的設(shè)計(jì)方案對(duì)站廳層施工。在施工的過(guò)程中采用分層的臨時(shí)仰拱，主要是由于上述的分塊具有較小的空間，在進(jìn)行機(jī)械施工的過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生一定的局限，不僅不利于工人的施工，更是不利于機(jī)械的進(jìn)入，這就需要對(duì)特大斷面隧道采用特殊的施工方式[10] (圖6)。為了保證隧道修建項(xiàng)目的順利完成，并可以在施工中順利高效地運(yùn)行，避免不必要的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生，那么，修建施工技術(shù)人員就需要設(shè)置開(kāi)挖的支護(hù)參數(shù)[11] 。若是在這一過(guò)程中僅僅對(duì)開(kāi)挖的次序進(jìn)行分析，基于控制變量以及實(shí)際尺寸模型的情況，此次方案需要優(yōu)化等距循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺，平面分區(qū)優(yōu)化理論模型為fxy=f [(i, h), ( j, w)]。
在這一過(guò)程中繼續(xù)采用9步開(kāi)挖工法，也就是i =j=3，在這過(guò)程中，施工人員僅僅是對(duì)參數(shù)h進(jìn)行優(yōu)化，為了更好地貼合實(shí)際的施工情況，并提升整體的施工質(zhì)量，就要將第1部分調(diào)整到車站廳層，保證施工的車輛可以在隧道中自由行駛，進(jìn)行高效的開(kāi)挖工作，以此來(lái)對(duì)后續(xù)的施工組織進(jìn)行優(yōu)化，與此同時(shí)，還需要對(duì)第3部分按照順序進(jìn)行調(diào)整，這一工序減少了仰拱區(qū)的上方幾部分，也能增加核心土區(qū)的面積，更是有利于保證施工期間隧道的安全穩(wěn)定，也有利于在后續(xù)施工中的高效以及質(zhì)量的提升[12-13] 。
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在施工中對(duì)每個(gè)分塊進(jìn)行了更改，由于實(shí)際開(kāi)挖面積發(fā)生了變化，這是數(shù)據(jù)和參數(shù)等方面引起的，參數(shù)發(fā)生了變化更是造成了隧道施工開(kāi)挖過(guò)程的改變，以往所設(shè)計(jì)的開(kāi)挖順序需要與實(shí)際的施工情況相結(jié)合，并對(duì)其進(jìn)行合理的調(diào)整和優(yōu)化。
3.2 開(kāi)挖斷面分塊優(yōu)化數(shù)值分析
3.2.1 約束條件
在施工過(guò)程中，若是相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員對(duì)上述分塊及子洞室開(kāi)挖，并且每個(gè)分塊的開(kāi)挖順序是一致的，開(kāi)挖的支護(hù)所使用的設(shè)計(jì)參數(shù)需要保證固定，不可因?yàn)閷?shí)際情況的變化而發(fā)生改變。在這過(guò)程中需要考慮該參數(shù)的結(jié)果，就要對(duì)分塊巖土采取一次成型的開(kāi)挖方式。
3.2.2 工序
在大斷面隧道進(jìn)行開(kāi)挖的過(guò)程中，需要根據(jù)實(shí)際的開(kāi)挖方案以及施工力學(xué)進(jìn)行具體的分析，在分析過(guò)程中由于會(huì)涉及到大量的計(jì)算，為了有效地減少整體的計(jì)算量，并減少誤差[14] ，從而做到高效施工，便要選擇合理的施工計(jì)算模型，對(duì)于這一施工模型來(lái)講，選擇FLAC3D軟件最為合適，這一軟件具有合適的參數(shù)建模計(jì)算，并且易于收斂(圖7)。
在通過(guò)上述分析研究后得知，相關(guān)專業(yè)的施工技術(shù)人員仍然可以按照以往原有的方式進(jìn)行開(kāi)挖施工(圖8、圖 9)。
1)需要對(duì)兩側(cè)進(jìn)行開(kāi)挖，當(dāng)對(duì)兩側(cè)開(kāi)挖完畢后，需要挖剩下的部分，由于側(cè)壁導(dǎo)坑的形狀與橢圓形相似，且導(dǎo)坑的具體寬度為實(shí)際的1/4左右，那么具體的開(kāi)挖方式需要采用弱爆，在爆破的過(guò)程中需要注意實(shí)際的裝藥量。
2)專業(yè)的技術(shù)人員需要采用臺(tái)階施工的方式，對(duì)臺(tái)階的實(shí)際長(zhǎng)度進(jìn)行固定，并在此基礎(chǔ)上分別向左右兩側(cè)錯(cuò)開(kāi)一定的距離。
3)在開(kāi)挖過(guò)程中需要根據(jù)圍巖地質(zhì)條件以及施工初期支護(hù)鋼架的間距確定，也要對(duì)仰拱進(jìn)行及時(shí)的確定和跟進(jìn)，以此來(lái)在最短的時(shí)間形成防護(hù)欄。
4)在開(kāi)挖后，相關(guān)專業(yè)的技術(shù)人員需要采用專業(yè)的機(jī)械對(duì)圍巖進(jìn)行精確度的測(cè)量，特別是對(duì)具體的測(cè)量數(shù)據(jù)和反饋結(jié)果進(jìn)行分析，以此來(lái)確保洞身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，也有利于進(jìn)行支護(hù)參數(shù)方面的調(diào)整[15] 。
4 優(yōu)化效益分析
4.1 施工安全
在對(duì)整個(gè)施工項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化后，右側(cè)壁導(dǎo)洞的檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示整體的施工結(jié)構(gòu)安全達(dá)標(biāo)。
4.2 施工工效
分塊原設(shè)計(jì)斷面以三角形的形式呈現(xiàn)，且開(kāi)挖面積較小，并不適用于機(jī)械出渣，在對(duì)爆破清理完畢后，需要采用相關(guān)的機(jī)械來(lái)將其運(yùn)輸出洞口，對(duì)其爆破后需要根據(jù)具體情況來(lái)預(yù)留合適的土石方計(jì)算。
當(dāng)采用了優(yōu)化方案后，上述第1塊和第2塊的面積變大，站廳層進(jìn)入后也更加有利于進(jìn)行高效的施工，并且能夠在最大程度上節(jié)省時(shí)間。
4.3 經(jīng)濟(jì)效益
通過(guò)優(yōu)化分析，原設(shè)計(jì)斷面并不利于在最大程度上出渣，需要對(duì)其進(jìn)行爆破處理，并采用機(jī)械裝運(yùn)出洞，在進(jìn)行優(yōu)化分析后，優(yōu)化后的方案相比較于原來(lái)的方案更加合適，也較有利于機(jī)械出渣，并不需要采用專業(yè)的機(jī)械入洞運(yùn)渣[16-17] 。
5 結(jié)語(yǔ)
雙側(cè)壁導(dǎo)坑法是一項(xiàng)較為常見(jiàn)的隧道開(kāi)挖的施工方法，更是當(dāng)前隧道開(kāi)挖技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，這種方法憑借著安全高效、沉陷更低等優(yōu)勢(shì)在地鐵車站施工的過(guò)程中得到了普遍的應(yīng)用。此次研究分析了某地鐵站的實(shí)際運(yùn)行情況，并分析了雙側(cè)壁導(dǎo)坑法應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，在此基礎(chǔ)上取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，可供其他類似工程參考。
