1.青岛中油岩土工程有限公司 山东青岛 266000；2.华东环境岩土工程分公司 山东青岛 266000
摘要：基于FLAC3D数值计算软件，对拱盖法各工序围岩应力/变形及地表沉降规律进行了研究。结果表明：地表沉降及围岩变形在整个施工阶段呈现出逐渐增长趋势，沉降变形主要由上断面开挖造成，下断面开挖引起的位移变形较小；中洞开挖及拆支撑工序对围岩变形及地表沉降影响最为严重；拆支撑前应采取可靠措施（超前小导管注浆、设锁脚锚杆等）控制变形。
关键词：土岩组合地层；拱盖法；数值分析；地表沉降；围岩变形
1引言
拱盖法施工是一种针对土岩组合（上软下硬）地层工况发展的新型隧道开挖工艺，其具有扰动轻、安全可靠、效率高等优点，能有效解决城市地下工程施工引起的地表沉降问题，在青岛、大连等典型土岩组合地区隧道项目得到广泛应用[1-3]。张光权等[4]通过现场实测地表沉降数据，研究分析了隧道拱盖法施工工艺对地表沉降变形的影响规律。杜子健等[5]基于现场实测数据及数值分析计算，对比研究了拱盖法施工中各工序作业对地表沉降量的影响程度。崔凌岳等[6]总结介绍了拱盖法施工在青岛地铁3号线清江路车站项目中的应用情况，为类似工程提供了宝贵经验。
本文拟采用数值计算软件对青岛土岩组合地层场地拱盖法施工过程进行模拟分析，探求整个工艺过程中围岩受力与变形发展规律，为类似项目围岩稳定控制提供理论支持。
2计算模型
建立模型如图1所示，长60m、宽80m、高50m，共计268000个实体单元。土层按青岛地区土岩组合典型地层进行设置，地表以下0~4m为杂填土、4~8m为粉质粘土、8~17m为强风化花岗岩、17~29m为中风化花岗岩、29~40m为微风化花岗岩。
.png)
图1 计算模型与网格划分
设计采用Mohr-Coulomb模型模拟杂填土、粉质粘土与强风化花岗岩，采用Elastic模型模拟中风化和微风化花岗岩。相关计算参数见表1。
模型中，开挖采用null单元，超前小导管加固采用提高材料参数的方法进行模拟，初衬和二衬采用实体单元外加shell的方法进行模拟，相关计算参数见表2、3。
.png)
根据现场实际情况，拱脚坐落于中风化岩层上，计算上部开挖分3个导洞，分别为左导洞、右导洞和中间导洞，先开挖左导洞，边开挖边进行支护，支护包括初衬、临时支撑和锁脚锚杆，上部中空锚杆长4m，采取加固上方土体的方法进行模拟，为简化计算，临时支撑间距1.0m，锁脚锚杆间距1.0m。
3结果分析
对整个开挖过程进行模拟，导洞间前后间距21m，对左导洞开挖、右导洞开挖、中导洞开挖、拆除支撑施做二衬和开挖下部岩体过程围岩受力变形进行观测，以研究各工序施工对围岩变形及地表沉降的影响。
3.1左导洞开挖
模型竖向及水平位移分布如图2、3所示。最大竖向位移出现在左导洞上方拱顶位置，值为14.8mm；围岩水平向变形为向洞内收敛变形，主要发生于没有初支的中间土体，变形为7mm左右，而侧墙的变形较小为1mm左右。
模型塑性区主要分布于拱顶上方土体，主要与埋深较浅有关，因此在开挖上部土体时，应注意超前小导管的注浆加固。如图4、5所示。
土体最小及最大应力分布如图6、7所示。受左导洞开挖影响，隧道周围岩土体最小主应力增加，而竖向最大主应力拱顶减小，拱脚处增加。
地表最大沉降量位移隧道正上方，最大沉降量为6.3mm，主要影响范围为18m左右（<2mm），如图8所示。
3.2右导洞开挖
图9竖向位移分布图，最大竖向位移位于两侧拱顶，右洞开挖会对左洞沉降有一定影响，主要与右洞开挖引起地层应力重新分布有关，最大沉降量为15.6mm，右洞最大沉降量为14.5mm。水平位移仍为向洞内变形，最大水平位移为7.3mm，如图10。
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
4 结论
通过对拱盖法隧道开挖过程的数值模拟，得出以下结论：
（1）随着各工序的相继进行，拱盖法隧道的地表沉降、拱顶沉降和围岩收敛位移最大值在不断增长；地表沉降最终值为53.0mm，拱顶沉降最终值为55.2mm，围岩收敛最终值为17.5mm，位移最大点均位于先开挖的左洞；
（2）非开挖工序造成的位移百分比为9.72%~36.79%，拆除支撑~拱部二衬施做完成对地表沉降影响较大，对拱顶沉降和围岩收敛影响较小；
（3）由上断面开挖造成的位移占百分比为62.83%~89.71%，其中中导洞开挖造成的位移百分比为48.00%~60.51%；下断面开挖造成的位移仅占0.18%~0.57%；说明在拱部二衬的保护下开挖下部围岩，围岩变形几乎不发展；
（3）中洞开挖~施做拱部二衬完成阶段为变形发展最急剧阶段，施工中应将中洞开挖及拆除支撑作为控制变形关键工序；
（4）在拆撑完成之前的工序要注意控制整体位移，可以通过加超前小导管加固拱顶围岩、设置锁脚锚杆、对钢架拱脚围岩进行加固、增设竖向支撑和槽钢垫板的方法来控制变形。
参考文献
[1]吕波. 暗挖地铁车站拱盖法关键施工技术[J].现代隧道技术,2014.06,51(3)3:181-187.
[2]李强.暗挖拱盖法在地铁中的应用[J].道路桥梁,2016.03,43(3):152-153.
[3]熊田芳, 宋超业, 乔春生. 上软下硬复合地层中拱盖法单拱大跨地铁车站的埋深影响研究[J].水利与建筑工程学报,2016.04,14(2):222 -228.
[4]张光权, 杜子建, 宋锦泉等. 地铁车站拱盖法施工沉降监测分析及控制对策[J].岩石力学与工程学报,2012,5, 31:3414-3420.
[5]杜子建, 刘云. 地铁车站拱盖法施工地表沉降分步控制探讨[J].铁道建筑技术,2014(4),1-4.
[6]崔凌岳. 典型岛礁地质条件下结合拱盖法施工理念的多层双侧壁导坑法应用[J].施工技术,2015,12(44):415-417.