盾構接收對地鐵車站接收端的影響研究

韋曉霞，張英智，趙永軍，阮雷

(中建絲路建設投資有限公司，西安 710075)

1 引言

盾構法施工具備施工速度快、周邊環境影響小、施工安全等特點，已成為城市地鐵隧道建設的重要施工方法。盡管盾構法施工有諸多優點，但實踐過程中盾構接收易發生事故[1]，是盾構施工面臨的主要風險之一。因此，盾構接收端采取何種結構形式以實現快捷安全接收，成為諸多學者研究的方向。呂波等[2]通過加密接收井圍護樁+水平環梁+玻璃纖維筋等組合方式實現無內襯條件下盾構接收；馮啟[3]依托南水北調隧道工程盾構法施工，總結了豎井采用內襯墻+鉆孔灌注樁的盾構接收工藝。通過現有文獻可以看到，對接收端結構未完成條件下相關研究較少。本文以西安地鐵14 號線盾構接收施工為依托，采用數值計算分析研究了盾構接收對接收端結構未完成條件下影響規律，以期為類似工程提供一定參考。

2 工程概況

西安地鐵14 號線某區間為2 條單洞單線圓形盾構隧道，區間長度1 043 m，其中設聯絡通道兼雨水泵房1 處，線路埋深10.3～21.09 m，平面一般線間距14～17 m，區間最大坡度25‰，最小曲線半徑3 000 m，隧道采用預制混凝土管片拼裝而成，隧道內凈空5.4 m，外徑6 m。

該盾構區間由A 車站始發、B 車站接收，接收端B 車站標準段采用單柱、雙跨的地下2 層現澆框架結構。由于前期受征拆影響，盾構施工臨近接收時，B 車站接收端端頭區域（第一段至第四段）4 個流水段僅完成土方開挖。為保證盾構機盡快順利出洞，消除安全隱患，分別討論在完成接收端端頭加固條件下，僅完成第一段底板結構、底板及中板完成后盾構接收的可行性。

3 工程地質情況

盾構接收端地形較平坦，各層地基土按層序從上而下為：素填土、黃土狀土、中砂、圓礫、卵石、粉質黏土、中砂。車站主要穿行于黃土狀土、卵石層、粉質黏土。端頭位置水位高度相對于隧道底部以上1 m 左右。

4 數值模型建立

4.1 數值模型

計算采用ANSYS 軟件，計算模型中包括地層、管片、注漿層、接收端結構、圍護結構等均采用Solid45 單元。土體采用彈塑性本構模型，管片等均視為彈性材料。模型尺寸為：縱向長度90 m，高度60 m，模型寬度80 m，計算模型如圖1 所示。模型前后邊界施加Z 方向約束，左右邊界施加水平約束，模型底部施加豎向位移約束。

圖1 盾構隧道接收整體計算模型

4.2 物理力學參數

根據地勘資料，地層及管片、主體結構等物理力學參數如表1 所示。

表1 數值模擬計算參數

4.3 盾構接收施工模擬

本次計算考慮到隧道埋深不大、圍巖松散、構造應力小，故將自重應力作為初始應力場，并采用“生死單元”進行盾構隧道開挖、管片拼裝及注漿的模擬。計算根據盾構接收端主體結構板施作時機的不同分為3 個工況，分別為：（1）接收端底板結構施工完成后左右線盾構分別出洞；（2）接收端底板及中板完成后左右線盾構分別出洞；（3）接收端底板、中板及頂板均施工完成后盾構出洞。

5 計算結果分析

為探究不同工況條件下盾構接收對地層及接收端結構的影響，本文分別對比分析3 種工況的地表沉降、端墻及側墻位移變形。

5.1 地表沉降分析

圖2 為3 種工況條件下盾構接收后地表沉降位移云圖。通過圖2a 及圖2c 對比可以看到，盡管接收端底板完成后盾構出洞的沉降范圍與正常工況（端頭結構全部完成）相似，但正常工況條件下最大地表沉降僅為7.84 mm，而工況一條件下沉降達到了12.09 mm，最大沉降量顯著增大。相比較圖2b 及圖2c，中板完成后盾構出洞的地表沉降范圍形態與正常工況基本一致，且最大沉降量僅增大了1.09 mm。表明中板接收完成后盾構接收方式對地層擾動影響相對較小。

圖2 地表沉降位移云圖

5.2 接收端主體結構變形分析

從地表沉降數據來看，工況一條件下地表沉降增量過大，相比之下中板施作完成盾構出洞（工況二）對地表沉降影響更小。因此，進一步分析工況二條件下盾構出洞對混凝土結構變形影響。通過對比工況二及工況三條件下結構中板位移如圖3a 及圖3b，工況二條件下中板最大沉降值為6 mm，最大水平位移為2.9 mm，與正常情況下盾構出洞時中板位移基本一致。而結構柱水平位移及豎向位移也相差不大，文章中不再贅述。

圖3 結構中板位移云圖

6 盾構接收施工控制措施

通過上述數值分析，最終確定采用先施作底板及中板后，分別進行左右線盾構出洞施工。實際盾構接收過程中需要加強以下幾點控制措施：

1）控制接收端端頭加固質量。盾構端頭加固采用地面φ800 mm@600 mm 雙重管旋噴樁加固，加固長度為8 m，加固寬度為盾構外徑兩側3 m、底部3 m、頂部3 m。當樁體強度達到檢測要求時，根據圖紙設計要求，隨機抽取2 根樁每根樁3點進行檢測。

2）確保接收端混凝土結構達到強度要求。盾構接收前提條件需保證中板及側墻混凝土澆筑后及時養護到位，經強度檢測合格后才可拆除模板支架，為盾構接收提供工作空間。

3）盾構接收過程中加強監測點的布設及監測頻次。在按照原有監測方案進行監測點布設的同時，還需在接收端結構（第一流水段）臨空面新增監測點的布設，以監測盾構出洞過程中對接收端結構的水平位移的影響。

7 結語

隨著盾構法的廣泛應用，工程建設者會遇到越來越多的非常規盾構接收方法，因此可根據實際施工條件對不同工況進行數值模擬分析比選，確定方案后應制定嚴密的施工方案及安全保證措施，確保盾構的安全順利接收。