特大断面地铁隧道临时支护拆除研究

戴 锦 程

(深圳金栋建工科技有限公司，广东 深圳 518101)

0 引言

随着近年来我国城市轨道交通的迅猛发展，复杂的、多线交叉的地铁隧道越来越多。开挖断面大小也屡创新高。石家庄地铁1 号线中山广场站—解放广场站区间暗挖配线断面最大宽度14.3 m，高度10.75 m[1]。北京地铁四号线陶至菜区间停车线、渡线大跨断面最大宽度达到15.53 m，高度11.91 m[2]。

目前，国内对于隧道大断面的研究主要集中在公路隧道领域，研究的内容主要局限于大断面开挖工序及受力机制。在大断面临时支撑拆除方面，仅有严宗雪[3]、李凌宜[4]、康宇[5]、董亥兴等[6]通过数值分析就大断面的临时支护拆除做了相关研究；敖岩[2]在实际施工中就大断面临时支护拆除做了一些有益的探索。

相对于大断面临时支撑拆除的重要性，现有研究相对比较欠缺，对其研究存在现实的紧迫性。

1 工程概况

深圳地铁10号线凉帽山车辆段出入线隧道分别由甘坑站及凉帽山站站前接出，自北向南敷设，后向东转入凉帽山车辆段。其中，出入线以“人”字形交汇后并行为单洞双线隧道，与2号牵出线隧道交汇并行为单洞三线隧道。出入线隧道总长1 997.2 m，单洞三线隧道长53.8 m，开挖所形成的特大断面宽21.64 m，高15.6 m，如图1所示。

大断面共设置2道临时竖撑+2道临时横撑，呈“井”字型，如图2所示。

设计施工工序如图3所示。隧道纵向施工分6段，每段长5.0 m～9.0 m。二衬分3层浇筑，第1层仰拱高度4.47 m(及回填面以上40 cm)，第2层边墙高度为5.137 m(及临时支撑第一层横隔板以下1 m)，第3层顶拱高度为5.468 m(顶拱全部完成)。

临时支撑拆除考虑两种施工方案：1)考虑每间隔一榀临时支撑拆除一榀，待本施工段(最大分段长度不大于9.0 m)二衬浇筑完成后拆除剩余临时支撑。2)考虑一次性拆除全段临时支撑后施作二衬。

2 数值分析

2.1 分析工况介绍

综合考虑施工工况及临时支撑拆除方案，本此分析主要计算步骤如下：

1)初始地应力场分析，位移进行清零；

2)按设计施工工序施作初期支护及临时支撑，记录该步围岩位移及内力情况。

3)按临时支撑拆除方案分别计算各方案引起的围岩位移及内力变化情况。

为更好监测断面各部位位移及内力变化，计算监测布点如图4所示。

2.2 材料参数选取

根据勘察报告，计算岩土体物理力学材料参数取值见表1。管棚加固区按照相关规范及经验取值。

表1 各地层主要物理力学参数

2.3 数值分析模型建立

数值分析模型左右边界考虑外扩2倍洞径取50 m，底边界考虑下延40 m，纵向考虑一个最大施工段9.0 m。共建立节点111 648，单元114 870个。模型左右、前后边界为可动铰支座，底边界为固定铰支座，见图5。

2.4 位移分析

两种拆除临时支撑方案的水平及竖向位移变化如图6～图9所示。

通过图6～图9分析可知，第一种拆除临时支撑方案：水平向位移变化在隧道两侧墙大于仰拱和拱顶位置，且第二阶段拆除临时支撑的位移变化较第一种阶段拆除大。整个拆除临时支撑引起的最大位移变化达到4.4 mm(左侧边墙291号监测点)。竖向位移变化也呈现类似于水平向位移变化的规律，但在数值上远大于水平向位移，最大达到10.7 mm(拱顶50号监测点)。第二种拆除临时支撑方案：拆除临时支撑导致的位移变化较第一种方案变化不是特别显著，最大水平位移为4.7 mm(左侧边墙291号监测点)，最大竖向位移为11.8 mm(拱顶50号监测点)。

2.5 结构内力分析

对比支撑拆除两种方案结构内力变化。第一种拆除临时支撑方案：拆撑前竖向临时支撑承受最大轴力为386 kN，拆除第一阶段临时支撑后竖向临时支撑最大轴力为868 kN，待全部临时支撑拆除后，初期支护承受主要荷载，其最大轴力361 kN。对比第二种拆除临时支撑方案，最终拆除临时支撑后，初期支护承受的最大轴力为422 kN，支护结构内力增加17%。

3 结语

通过对特大断面临时支撑拆除两种方案的对比分析，得出如下结论：

1)第一种拆除方案对位移控制较第二种方案更优，但控制力度有限。如果考虑施工工期的因素，第二种拆撑方案不失为一种更优方案。

2)该类型的特大断面最大位移主要发生在拱顶，两种方案对拱顶的位移控制效果比较接近。

3)两种拆撑方式对于初期支护结构内力控制第一方案较第二种方案有较大优势。