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摘 要：目前城市地鐵发展很快，大面积暗挖车站越来越多，面积越来越大。大多采用CRD法施工，利用ANSYS有限元软件可以在开挖前对其进行数值模拟，分析施工最不利工序，提出相关措施，可以减小风险，降低成本。
关键词：暗挖车站；CRD；ANSYS；数值模拟
中图分类号：U231+.3 文献标志码： 文章编号：
1、前言
伴随着我国城市地铁的发展，地下车站也越来越多，相应的暗挖车站也逐渐增多。暗挖车站的特点是地质情况复杂、断面大。众所周知，影响隧道开挖技术和安全稳定性的主要因素就是断面大小[1]，所以施工前期必须论证相应的开挖方法是否合理，而采用的手段是有限元软件模拟分析。
重庆市地铁车站多采用浅埋暗挖法施工，其施工工法对地层变形和受力规律影响较大，很大程度上决定着工程施工的安全性和经济性。本文依托重庆市轨道六号线二期工程五路口车站，拟对隧道施工过程中的若干关键技术进行研究，通过大量的数值仿真计算，提出重庆市轨道交通六号线工程五路口车站隧道设计参数，为其它复杂环境和地质条件下的地铁暗挖车站提供技术支撑。
2、模型建立
五路口车站断面面积184.72m2，开挖方法采用双侧壁三台阶法。本文选择围岩最差及埋深最浅的断面（四级围岩、埋深18米）分析，借助ANSYS有限元软件分析，计算中需要考虑土体塑性变形的影响，所以围岩采用Drucke-Prager准则模型。
Drucke-Prager准则是以Mohr-Coulomb六棱锥的内切圆锥面的形势导出的，Drucke-Prager准则中岩石的粘结力和摩擦角是由其抗压强度关和抗拉强度决定。
并可以根据下式计算得出：
；。
式中为抗压强度,为抗拉强度。
围岩具体参数见表1。
作者简介：苏家园(1986),男，重庆交通大学研究生，岩土与隧道工程方向。
靳学峰(1987 ),男，重庆交通大学研究生，岩土与隧道工程方向。
表1 开挖数值模拟参数
有限元模拟计算以初始地应力场（包括重力和上部荷载）、隧道开挖等过程进行，根据《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）在模拟开挖过程中，隧道开挖和初期支护在相应边界节点应力释放60%，施作二衬和仰拱完成后在相应边界节点应力释放40%。数值模拟分23步进行，具体见表2：
表2 CRD法开挖步骤
为减小边界效应保证计算的准确性，模型尺寸为：隧道中线左右分别取60m，竖直向上取至地表，地表至下边界76m；隧道埋深较浅，计算时按自重应力场考虑。
整个计算模型有限元网格共有11605个平面单元，节点总数为5474个，有限元网格划分如下图所示。
图1 隧道开挖有限元模型
计算区域侧向边界处水平位移被约束以模拟场地的半无限远边界，底面沿竖直方向位移被约束，按照平面应变问题计算。
3、计算结果分析
车站CRD法暗挖过程，地表沉降和初支应力最能反映当前支护情况。经计算，整个施工过程中，各项参数变化情况见下图：
图2 各施工步骤地表最大沉降量（mm）
图3 各施工步骤初支应力变化情况（MPa）
图4 各施工步骤锚杆轴力变化情况（N）
图5 各施工步骤临时支撑变化情况（MPa）
通过有限元计算结果分析得出：大断面隧道CRD法施工过程，最关键的步骤就是中部上台阶开挖，位移及各项应力均变化较大，但总的位移和各支护内力都很小。
分析原因，此步骤直接贯通左右导洞，导致开挖面积立即变大，对围岩扰动变大，从而影响到地表沉降和初支内力。
4、结束语
大断面暗挖隧道多采用CRD法施工，中台阶上部开挖时地表沉降和支护内力变化较明显，所以此工序为CRD法施工的关键步骤，施工过程应在此加强光面爆破质量控制，减小对围岩的扰动和破坏；加强工字钢、立柱、横撑等的连接质量控制与管理；加强监控量测工作，根据监测数据及时修改支护和支撑参数，及时反馈信息，指导施工。
参考文献：
[1] 程志鹏，特大断面超浅埋暗挖地铁车站隧道施工技术研究[D]. 北京：北京交通大学，2009.
[2] 琚国全，大跨度地铁车站施工力学及地表沉降控制研究[D]. 成都：西南交通大学，2009.
[3] 北京交通大学城市轨道交通研究中心. 俄罗斯地铁考察报告[R]. 北京：北京交通大学城市轨道交通研究中心，2003.
[4] 李太惠，译. 用盾构连续开挖隧道后建筑浅埋地铁车站[J]. 地铁与轻轨，1994, (4): 45-46.
[5] 李太惠，译. 在运营线上修建浅埋地铁车站法[J]. 地铁与轻轨，1994, (4): 47-48.
[6]. W. Liu, F. Luo, J. Mei. A new construction method for a metro station in beijing[J]. 2000, 15(4): 409-413.
[7] 邓青平．重庆临江门车站隧道施工技术综述[J]．隧道建设，2004,4（2）：36-39.
[8] 余建恩．重庆轻轨较新线临江门车站隧道衬砌施工技术[J]．现代隧道技术，2003，40（1）：12-15.
[9] 朱泽兵，刘新荣，张永兴. 大跨超浅埋轻轨车站隧道开挖方法研究[J]．岩石力学与工程学报，2005, 24（2）：291-295.
[10] 朱泽兵，仇文革．大跨超浅埋轻轨车站隧道施工技术[J]．施工技术，2003，32（1）：47-49.
[11] 蒲小炜，黄勇. 重庆轻轨较场口车站超浅埋暗挖段施工技术[J]．重庆建筑，2005,39,：39-41.
关键词：暗挖车站；CRD；ANSYS；数值模拟
中图分类号：U231+.3 文献标志码： 文章编号：
1、前言
伴随着我国城市地铁的发展，地下车站也越来越多，相应的暗挖车站也逐渐增多。暗挖车站的特点是地质情况复杂、断面大。众所周知，影响隧道开挖技术和安全稳定性的主要因素就是断面大小[1]，所以施工前期必须论证相应的开挖方法是否合理，而采用的手段是有限元软件模拟分析。
重庆市地铁车站多采用浅埋暗挖法施工，其施工工法对地层变形和受力规律影响较大，很大程度上决定着工程施工的安全性和经济性。本文依托重庆市轨道六号线二期工程五路口车站，拟对隧道施工过程中的若干关键技术进行研究，通过大量的数值仿真计算，提出重庆市轨道交通六号线工程五路口车站隧道设计参数，为其它复杂环境和地质条件下的地铁暗挖车站提供技术支撑。
2、模型建立
五路口车站断面面积184.72m2，开挖方法采用双侧壁三台阶法。本文选择围岩最差及埋深最浅的断面（四级围岩、埋深18米）分析，借助ANSYS有限元软件分析，计算中需要考虑土体塑性变形的影响，所以围岩采用Drucke-Prager准则模型。
Drucke-Prager准则是以Mohr-Coulomb六棱锥的内切圆锥面的形势导出的，Drucke-Prager准则中岩石的粘结力和摩擦角是由其抗压强度关和抗拉强度决定。
并可以根据下式计算得出：
；。
式中为抗压强度,为抗拉强度。
围岩具体参数见表1。
作者简介：苏家园(1986),男，重庆交通大学研究生，岩土与隧道工程方向。
靳学峰(1987 ),男，重庆交通大学研究生，岩土与隧道工程方向。
表1 开挖数值模拟参数
有限元模拟计算以初始地应力场（包括重力和上部荷载）、隧道开挖等过程进行，根据《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）在模拟开挖过程中，隧道开挖和初期支护在相应边界节点应力释放60%，施作二衬和仰拱完成后在相应边界节点应力释放40%。数值模拟分23步进行，具体见表2：
表2 CRD法开挖步骤
为减小边界效应保证计算的准确性，模型尺寸为：隧道中线左右分别取60m，竖直向上取至地表，地表至下边界76m；隧道埋深较浅，计算时按自重应力场考虑。
整个计算模型有限元网格共有11605个平面单元，节点总数为5474个，有限元网格划分如下图所示。
图1 隧道开挖有限元模型
计算区域侧向边界处水平位移被约束以模拟场地的半无限远边界，底面沿竖直方向位移被约束，按照平面应变问题计算。
3、计算结果分析
车站CRD法暗挖过程，地表沉降和初支应力最能反映当前支护情况。经计算，整个施工过程中，各项参数变化情况见下图：
图2 各施工步骤地表最大沉降量（mm）
图3 各施工步骤初支应力变化情况（MPa）
图4 各施工步骤锚杆轴力变化情况（N）
图5 各施工步骤临时支撑变化情况（MPa）
通过有限元计算结果分析得出：大断面隧道CRD法施工过程，最关键的步骤就是中部上台阶开挖，位移及各项应力均变化较大，但总的位移和各支护内力都很小。
分析原因，此步骤直接贯通左右导洞，导致开挖面积立即变大，对围岩扰动变大，从而影响到地表沉降和初支内力。
4、结束语
大断面暗挖隧道多采用CRD法施工，中台阶上部开挖时地表沉降和支护内力变化较明显，所以此工序为CRD法施工的关键步骤，施工过程应在此加强光面爆破质量控制，减小对围岩的扰动和破坏；加强工字钢、立柱、横撑等的连接质量控制与管理；加强监控量测工作，根据监测数据及时修改支护和支撑参数，及时反馈信息，指导施工。
参考文献：
[1] 程志鹏，特大断面超浅埋暗挖地铁车站隧道施工技术研究[D]. 北京：北京交通大学，2009.
[2] 琚国全，大跨度地铁车站施工力学及地表沉降控制研究[D]. 成都：西南交通大学，2009.
[3] 北京交通大学城市轨道交通研究中心. 俄罗斯地铁考察报告[R]. 北京：北京交通大学城市轨道交通研究中心，2003.
[4] 李太惠，译. 用盾构连续开挖隧道后建筑浅埋地铁车站[J]. 地铁与轻轨，1994, (4): 45-46.
[5] 李太惠，译. 在运营线上修建浅埋地铁车站法[J]. 地铁与轻轨，1994, (4): 47-48.
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[7] 邓青平．重庆临江门车站隧道施工技术综述[J]．隧道建设，2004,4（2）：36-39.
[8] 余建恩．重庆轻轨较新线临江门车站隧道衬砌施工技术[J]．现代隧道技术，2003，40（1）：12-15.
[9] 朱泽兵，刘新荣，张永兴. 大跨超浅埋轻轨车站隧道开挖方法研究[J]．岩石力学与工程学报，2005, 24（2）：291-295.
[10] 朱泽兵，仇文革．大跨超浅埋轻轨车站隧道施工技术[J]．施工技术，2003，32（1）：47-49.
[11] 蒲小炜，黄勇. 重庆轻轨较场口车站超浅埋暗挖段施工技术[J]．重庆建筑，2005,39,：39-41.