“暗挖逆筑法”施工力學分析

摘 要：“暗挖逆筑法”是一種新穎的地下工程施工方法。根據該工法的施工步驟，本文主要對施工過程中的重要工況進行了力學計算和模擬分析，文章最后還補充了部分現場監測資料。
關鍵詞：暗挖法、逆筑法、監控量測、地鐵

（一）“暗挖逆筑法”簡介
北京地鐵天安門西站是國內首次采用“暗挖逆筑法”施工的大型地下工程，車站典型橫斷面如圖1所示，施工步驟示于圖2，主要包括：

圖1 車站橫斷面圖（單位：cm）


圖2 主要施工步驟圖

1． 開挖上、下八條導洞，施作網噴混凝土臨時支護結構；
2． 澆筑下部導洞內的條形基礎，在導洞內從上往下進行人工挖孔、澆筑邊樁、安裝鋼管柱，澆筑邊樁和鋼管柱上的邊縱梁、縱向天梁；
3． 開挖柱間上部土體，施作拱部初期支護；
4． 拆除導洞臨時支護結構，從上往下逆筑模筑混凝土。
（二） 施工力學分析
施工力學分析共包含兩部分內容，即平面有限元模擬計算（應用2D-σ程序）和空間力學分析（應用Supersap91程序）。
1． 平面有限元模擬計算
平面有限元主要用于施工過程中的地層動態模擬，滿足工程施工的環境控制要求。
（1） 計算參數及計算網絡
根據地質詳勘資料、設計文件及以往的計算分析經驗，可選取表1所示的計算參數。計算網絡示于圖3。
地層及支護結構計算參數 表1


圖3 計算網絡圖

（2） 計算結果
下面主要給出各主要施工階段的地表沉降曲線（圖4）和塑性區域（圖5）。

圖4 計算地表沉降曲線


圖5 塑性區圖

2．空間力學分析
空間力學分析采用“荷載—結構”模型，主要用來進行結構檢算。下面給出典型的、最不利受力階段（開挖柱間上部土體）的計算簡化模型和計算結果。
（1） 計算簡化模型
上述典型的、最不利受力階段（開挖柱間上部土體）的結構狀態及簡化計算模型分別示于圖6、圖7和圖8。

圖6 最不利結構受力狀態


圖7 計算簡化模型1（未考慮防水板作用）


圖8 計算簡化模型2（模擬防水板作用）

（2） 計算結果
考慮到上述狀態系臨時的、最不利的受力狀態，故荷載取為“土壓力+結構自重+施工荷載”，計算結果示于圖9、圖10。

圖9 簡化模型1支護結構計算內力（單位：kN．m）


圖10 簡化模型2支護結構計算內力（單位：kN．m）

（三） 現場實測資料
1． 地表沉降
典型實測地表沉降曲線示于圖11，對照圖4所示的計算結果有兩點需作進一步說明：
（1）實測地表沉降值與計算值基本吻合，主要是因為北京地區有較多的“暗挖法”施工實例，計算參數的選擇相對合理。
（2）兩邊拱施工階段所得的地表沉降實測結果和計算值有一定差異，其主要原因是施工存在的地層損失（指結構與地層間存在的空隙）在模擬計算中沒有得到充分反應。

圖11 典型實測地表沉降曲線

2． 結構受力
為節省篇幅，本文僅給出車站核心受力結構—鋼管柱的實測結果（表2）。

鋼管受力實測結果 表2

對照表2、圖9和圖10幾組結果可知：采用彈簧單元（只傳遞壓力，不傳遞拉力、剪力和彎矩）來模擬內外層結構間防水板的力學效果較為理想。