【摘 要】針對青島地區地層上軟下硬的地質特點，以地鐵 2 號線同安路站為例，提出了無柱單拱大跨斷面的拱蓋法開挖方式，并對拱蓋法不同地層條件下進行有限元數值模擬分析和現場施工變形監測，得出如下結論：拱頂以上巖層的性質對地表沉降影響較大;拱頂中風化花崗巖厚度超過 3m 時，圍巖能充分發揮自承載能力，巖體厚度變化對地表沉降影響不大;拱腳應處于穩定巖層中，以保證結構整體穩定。

　　【關鍵詞】上軟下硬地層;拱蓋法;數值模擬

　　1 工程概況

　　青島地鐵 2 號線同安路站為地下雙層島式暗挖車站，位于深圳路與同安路交叉口，沿深圳路南北方向敷設。車站總長 228.5m，站臺寬度 11m，車站主體標準段開挖總寬度 19.6m，總高度 16.61m，結構覆土深度為 10.61m，采用拱蓋法施工，利用風井、風道作為施工通道。

　　2 實施方案

　　通過對淺埋暗挖法分析比較，結合“上軟下硬”的地層條件，提出了單拱大跨大拱腳復合式襯砌排水型車站型式。根據隧道圍巖破壞機理和隧洞設計計算方法，擬合斷面及構件尺寸。上部拱蓋初期支護厚度 350mm，二次襯砌厚度最薄處為 600mm，邊墻初期支護厚 150mm，二次襯砌厚 500mm，構造底板厚 300mm。該結構型式充分利用圍巖的承載能力和穩定性，上半斷面借鑒雙側壁導坑法進行開挖，在弱爆破的條件下進行扣拱施工，二襯兩端以大拱腳的形式坐落在穩定基巖上;為保證拱底的穩定性，大拱腳縱向形成縱梁，一旦扣拱完成，在拱蓋的保護下向下爆破開挖，相當于蓋挖法的后續施工。

　　3 計算結果分析

　　采用 FLAC3D 有限差分軟件對施工過程進行模擬，著重分析拱蓋處巖性變化對地表沉降影響、拱腳位移及應力的影響、覆土厚度變化對地表沉降的影響[1]。

　　3.1 拱蓋巖性變化施工數值分析將加固區、左右導洞、中洞以及直墻分步放坡開挖進行分組建模，同時對不同區域的初次襯砌和二次襯砌也進行分組，開挖模擬時對各分組賦各自的本構模型。為了研究巖層對拱蓋法施工的影響，特擬定數值分析的 5 種計算方案(見表 1)。其中,工況 1 中各巖層厚度為實際地層情況，拱蓋、拱腳范圍的地層均為微風化花崗巖，工況 4、5 是為了研究拱部地層對沉降和支護結構穩定性的影響。

　　3.2 拱腳巖性對位移和應力的影響數值分析

　　根據 GB 50218—2014《工程巖體分級標準》中的巖體基本質量指標(BQ)的規定，分別取拱腳所處的巖體級別為 1～5 級，分 5 種工況進行數值計算(見表 2)。本次數值模擬拆除中隔壁后的拱腳水平位移、豎向位移、水平應力、豎向應力，對計算結果進行分析。

　　3.3 不同覆土厚度對地表沉降影響的數值分析

　　改變隧道上部土層的厚度對應調整拱頂的覆巖厚度，分 5 種工況分別進行數值模擬(見表 3)。同樣模擬到拆除左右臨時支撐這一步。通過查看并提取出各工況在各個開挖步序地表的最大沉降值，繪制成變化曲線。

　　4 施工及監測

　　在施工過程中，對地表沉降、隧道拱頂沉降、隧道凈空收斂、初期支護格柵鋼筋應力及二襯鋼筋應力均進行全過程監測。由于本站地質情況較好，監測地表沉降最大值為 6mm;二襯鋼筋應力在量測初期應力波動較大，后期趨于穩定，且最大應力不超過 4MPa，二襯澆筑養護完成后，鋼筋應力基本無變化，可見圍巖充分發揮了自承能力，二次襯砌僅作為運營期間的安全儲備。

　　5 結語

　　針對青島地區地層“上軟下硬”的地質特點，對拱蓋法不同地層條件下進行有限元數值模擬分析，通過現場變形及應力監測，形成如下結論： 1)同安路站結合地質情況埋深取值 10.6m，拱蓋法拱頂覆巖及拱腳均處于穩定巖層，斷面和構件取值合理，較好控制了沉降變形，保證了施工安全，提高了施工進度。 2)拱頂以上巖層的性質對地表沉降影響較大，地層越弱，開挖后地表沉降越大。拱頂以上為強風化花崗巖時施工需要加強超前支護。 3)拱頂中風化花崗巖厚度超過 3m 時，巖體厚度變化對地表沉降影響不大。圍巖充分發揮了自承能力，二襯鋼筋應力較小。 4)巖體性質對拱腳變形的影響顯著，拱腳巖體變差，拱腳處的水平、豎向位移均增大，應盡量保證拱腳處于中風化花崗巖層，否則，需要采取加強措施。

　　【參考文獻】

　　【1】GB/T 50218—2014 工程巖體分級標準[S].

　　【2】張光權，杜子建，宋錦泉，等.地鐵車站拱蓋法施工沉降監測分析及控制對策[J].巖石力學與工程學報，2012，31(S1)：3413-3420.

　　【3】李豐果.重慶軌道交通暗挖大跨及重疊隧道施工技術[J].隧道建設， 2010(5)：554-560.

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