發布時間：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目為例，對大斷面暗挖地鐵車站雙側壁導坑法施工工序展開了詳細的介紹。同時，結合工程特點，通過建模分析，進行了施工工序優化，達到了施工安全、高效的目標。 關鍵詞：大斷面;地鐵車站;雙側壁導坑法;施工工序 1 工程概況 某地鐵站
摘要：以某地鐵車站工程項目為例，對大斷面暗挖地鐵車站雙側壁導坑法施工工序展開了詳細的介紹。同時，結合工程特點，通過建模分析，進行了施工工序優化，達到了施工安全、高效的目標。
關鍵詞：大斷面;地鐵車站;雙側壁導坑法;施工工序
1 工程概況
某地鐵站位于城市中央公園東側，總長203.8 m，為島式雙層車站。車站整體寬22.67 m，高18.72 m，主體最大開挖跨度23.72 m，開挖高度22.74 m，整體開挖面積 534.27 m2 ，整個工程的施工均采用直墻斷面及復合式襯砌。車站圍巖主要為砂質泥巖，圍巖級別為Ⅳ級，覆土厚度21.53～30.26 m。由于該地鐵站緊靠公園東側道路主干線，道路寬22 m，車流量較大;西側為2棟14層住宅樓，地下管線較多，故采用雙側壁的方式施工(圖1)。
2 基本理論為了進一步滿足施工需求，提升施工效率，降低成本，施工方式最先選擇全斷面法，最后確定為雙側壁導坑法[1] 。為了進一步提升施工安全水平，避免周圍的圍巖出現變形等情況，就要轉變以往的施工順序，從而可以清晰地看出，當技術工作人員在提升工作質量后，施工斷面劃分效率會提高，但是在結構穩固且具有較少受力的情況時，整個施工的過程會更加復雜，工序相較而言更鈍[2] 。為更好地處理這兩者之間的關系，并在此基礎上選擇更加合適的施工方式，就需要有關部門給予重視并及時解決發生的重要問題。總而言之，當前亟待解決的主要問題包括開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，將斷面分成若干大小，根據正確的施工順序，相關專業的施工人員先將土體挖開，但是要注意開挖的速度，保證開挖速度均勻，避免出現因開挖的高度過高從而造成土體卸載過快及周邊的應力增長過快，反而不利于洞室的保護。在這一過程中，最為經典的便是采用臺階施工的方法進行開挖，主要是將斷面劃分成多個部分，從而保證其具有極強的適應力，由于整體的施工效率較高，可以在第一時間采用支護閉合，進而有效地保證開挖面的穩定性[3] 。臺階法演化存在多種施工類型，特別是斷面中存在不同臺階情況時，便可以采用仰拱的方式來進行施工，以此來分析臺階法的施工，還可以按照水平方向來分解成不同的層次，分別設置全斷面的開挖以及三臺階的開挖，具體情況需要相關工作人員根據實際情況和機械情況而定，并在此基礎上進行適當的調整。
對于臺階法的施工，可以選擇同一水平的分層優化模型(圖2)，當不同條件下，結合實際情況來選擇最為恰當且合適的方案[4] 。將斷面分隔并進行開挖，適用于當施工的目標已經明確的情況下進行，這樣可以有效避免施工中可能存在的失誤，分層臺階的高度也需要盡可能地視施工以及實際的經濟情況而定。然而，在對實際的施工方案進行優化的過程中，僅僅需要對水平分層優化模型的主要參數進行集合確定，并在此基礎上確定最后使用的方案，對備選方案進行對比，以此來尋求最有價值的方案來應用到施工的過程中。
2.2 橫向分塊模型
橫向分塊模型施工主要是根據斷面進行橫向分塊，并且按照順序來挖土體，以此來當作支護結構，避免開挖程度過深所造成的周邊應力變化過快，從而影響洞室的高效施工。當前施工團隊在進行施工的過程中經常會使用以下幾種方式進行隧道的挖掘和施工，其中的原理都是水平分層的施工，并在此基礎上進行分別開挖，到最后進行全面開挖，當采用橫向分塊的方式施工時，最開始需要挖隧道的一端，將斷面中間當作隔壁，并對另一側進行開挖。當分為2個部分時，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，根據圍巖的不穩定性來開挖。若是在施工的過程中并不能更好地滿足安全方面的要求時[5-6] ，就可以在這一方法的基礎上增加隔壁，這種方法稱之為隔壁法。隔壁法需要結合隧道項目工程的實際施工情況進行施工和分割，在此基礎上劃分小區塊來達到減小跨度的目的，還要在開挖的過程中做到每一個工序都可以自動封閉，以此來保護隧道圍巖的結構安全，并保證施工的順利進行，當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，雙側壁導坑法便是一個更好的選擇，在這一方式中需要將斷面分成3塊，并在中間的核心土區分為上下臺階，對于左右兩側的導坑尺寸也要進行明確，避免出現寬度過大的情況[7] 。因此，當前常見的幾種隧道開挖類型主要都是采用橫向分塊來減跨隧道橫面(圖3)，以此來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j等于不同的數值時，都有具體的施工方式，主要分為全斷面開挖以及水平分層開挖等施工方式。雙側壁導坑法在j≥3 時使用，并且在案例中的橫向洞群開挖以及隧道開挖都可以應用在橫向分塊模型中，也能化解很多更難的施工，若在施工的過程中不考慮特定開挖，便會有不同的隧道施工挖掘方式[8] 。相關專業的技術人員在進行具體施工中，為了提升整個施工項目的質量和速度，需要結合實際情況對橫向優化模型進行分析和參數方向的確定，以此來分化成其他的方案，并對其進行對比，從而選擇出最為適合的方案。
2.3 平面分區模型
水平分層模型平面開挖的順序為fxy=f [(i, h), ( j, w)]，并在實際優化方案中，需要對模型中的4個重要的參數進行幾何確定，以此來確定具體的模型優化，在進行決策分析的過程中也需要對這幾個方案進行比選，通過分析比較來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程中特別注意的是開挖部分以及開挖的間距，特別是對于一些城市地區的地鐵隧道，更要積極地采用縱向分段的開挖模式。當前一些城市中的地鐵隧道的工程便使用了這一模式進行施工，相關專業的施工人員需要結合隧道設置的參數等在地鐵隧道采用一定長度斷面的分段建造方式(圖4)。相關的技術施工人員對長度為L的隧道進行優化分析，并在實際施工的過程中沿著縱向分段優化采用預留核心土進行開挖[9] 。在開挖的過程中根據參數等進行縱向分段數的集合，當前較為常見的多數都是長短臺階法等施工方法。但是在實際施工的過程中也需要根據實際情況來調整開挖存在的差異。
在具體施工優化的過程中，為了確定最終的優化模型，就需要結合縱向的分段優化方面的參數確定，在這一施工過程中進行的縱向分段優化模型也可以當成fz=f(k, l)。
2.5 三維分塊模型
在相關技術人員對實際的隧道進行開挖施工的過程中，具體需要對1個三維方向的結構空間進行施工，實際的隧道開挖也需要對3個方向進行具體的分析，也需要對3個不同方向的施工養護，通過高效的養護來保證隧道修建水平和質量的達標(圖5)。
3 優化分析
3.1 開挖斷面分塊
為了進一步保證施工方案得以順利的實現，此次優化分析的情況主要按照圖1中所提供的設計方案對站廳層施工。在施工的過程中采用分層的臨時仰拱，主要是由于上述的分塊具有較小的空間，在進行機械施工的過程中可能會產生一定的局限，不僅不利于工人的施工，更是不利于機械的進入，這就需要對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目的順利完成，并可以在施工中順利高效地運行，避免不必要的風險發生，那么，修建施工技術人員就需要設置開挖的支護參數[11] 。若是在這一過程中僅僅對開挖的次序進行分析，基于控制變量以及實際尺寸模型的情況，此次方案需要優化等距循環開挖進尺，平面分區優化理論模型為fxy=f [(i, h), ( j, w)]。
在這一過程中繼續采用9步開挖工法，也就是i =j=3，在這過程中，施工人員僅僅是對參數h進行優化，為了更好地貼合實際的施工情況，并提升整體的施工質量，就要將第1部分調整到車站廳層，保證施工的車輛可以在隧道中自由行駛，進行高效的開挖工作，以此來對后續的施工組織進行優化，與此同時，還需要對第3部分按照順序進行調整，這一工序減少了仰拱區的上方幾部分，也能增加核心土區的面積，更是有利于保證施工期間隧道的安全穩定，也有利于在后續施工中的高效以及質量的提升[12-13] 。
推薦閱讀：土木工程施工單位評職稱的成果
在施工中對每個分塊進行了更改，由于實際開挖面積發生了變化，這是數據和參數等方面引起的，參數發生了變化更是造成了隧道施工開挖過程的改變，以往所設計的開挖順序需要與實際的施工情況相結合，并對其進行合理的調整和優化。
3.2 開挖斷面分塊優化數值分析
3.2.1 約束條件
在施工過程中，若是相關專業技術人員對上述分塊及子洞室開挖，并且每個分塊的開挖順序是一致的，開挖的支護所使用的設計參數需要保證固定，不可因為實際情況的變化而發生改變。在這過程中需要考慮該參數的結果，就要對分塊巖土采取一次成型的開挖方式。
3.2.2 工序
在大斷面隧道進行開挖的過程中，需要根據實際的開挖方案以及施工力學進行具體的分析，在分析過程中由于會涉及到大量的計算，為了有效地減少整體的計算量，并減少誤差[14] ，從而做到高效施工，便要選擇合理的施工計算模型，對于這一施工模型來講，選擇FLAC3D軟件最為合適，這一軟件具有合適的參數建模計算，并且易于收斂(圖7)。
在通過上述分析研究后得知，相關專業的施工技術人員仍然可以按照以往原有的方式進行開挖施工(圖8、圖 9)。
1)需要對兩側進行開挖，當對兩側開挖完畢后，需要挖剩下的部分，由于側壁導坑的形狀與橢圓形相似，且導坑的具體寬度為實際的1/4左右，那么具體的開挖方式需要采用弱爆，在爆破的過程中需要注意實際的裝藥量。
2)專業的技術人員需要采用臺階施工的方式，對臺階的實際長度進行固定，并在此基礎上分別向左右兩側錯開一定的距離。
3)在開挖過程中需要根據圍巖地質條件以及施工初期支護鋼架的間距確定，也要對仰拱進行及時的確定和跟進，以此來在最短的時間形成防護欄。
4)在開挖后，相關專業的技術人員需要采用專業的機械對圍巖進行精確度的測量，特別是對具體的測量數據和反饋結果進行分析，以此來確保洞身結構的穩定，也有利于進行支護參數方面的調整[15] 。
4 優化效益分析
4.1 施工安全
在對整個施工項目進行優化后，右側壁導洞的檢測數據顯示整體的施工結構安全達標。
4.2 施工工效
分塊原設計斷面以三角形的形式呈現，且開挖面積較小，并不適用于機械出渣，在對爆破清理完畢后，需要采用相關的機械來將其運輸出洞口，對其爆破后需要根據具體情況來預留合適的土石方計算。
當采用了優化方案后，上述第1塊和第2塊的面積變大，站廳層進入后也更加有利于進行高效的施工，并且能夠在最大程度上節省時間。
4.3 經濟效益
通過優化分析，原設計斷面并不利于在最大程度上出渣，需要對其進行爆破處理，并采用機械裝運出洞，在進行優化分析后，優化后的方案相比較于原來的方案更加合適，也較有利于機械出渣，并不需要采用專業的機械入洞運渣[16-17] 。
5 結語
雙側壁導坑法是一項較為常見的隧道開挖的施工方法，更是當前隧道開挖技術發展的產物，這種方法憑借著安全高效、沉陷更低等優勢在地鐵車站施工的過程中得到了普遍的應用。此次研究分析了某地鐵站的實際運行情況，并分析了雙側壁導坑法應用的優勢，在此基礎上取得了良好的經濟效益，可供其他類似工程參考。