長春地鐵解放大路站基于三維數值模擬的地鐵車站施工工法優化分析

戴文亭， 武　皓， 孫明志， 郝佰洲， 曹耀兮

(吉林大學交通學院， 吉林 長春　130022)

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長春地鐵解放大路站基于三維數值模擬的地鐵車站施工工法優化分析

戴文亭， 武皓*， 孫明志， 郝佰洲， 曹耀兮

(吉林大學交通學院， 吉林 長春130022)

摘要：為了對地鐵車站施工工法進行優化分析，依托長春地鐵解放大路站工程，采用數值模擬方法建立數值模型，從中軸線上方地表沉降、拱頂沉降和拱頂應力3方面對6導洞PBA工法、8導洞PBA工法以及一次扣拱暗挖逆作法進行了對比分析，得到： 1)在施工過程中，3種工法的中軸線上方地表沉降、拱頂沉降和拱頂應力變化規律存在明顯差異； 2)通過綜合對比分析，一次扣拱暗挖逆作法最優，6導洞PBA工法最差。得到的對比分析結果對現場施工具有指導意義。

關鍵詞：地鐵車站； 施工工法； 6導洞PBA工法； 8導洞PBA工法； 一次扣拱暗挖逆作法； 數值模擬； FLAC3D； 地表沉降； 拱頂沉降； 拱頂應力

0引言

伴隨著城市軌道交通的發展，地鐵車站的建設成為目前軌道交通建設中最突出的難題。地鐵車站往往位于城市中心區域，修建地鐵車站開挖范圍大，施工步序多，施工過程中不可避免地會對周圍道路和建筑等造成影響[1-3]。目前國內外地鐵車站施工主要采用PBA法和一次扣拱暗挖逆作法等。姚君華等[4]和李皓等[5]利用有限差分程序FLAC3D，對PBA工法導洞不同開挖順序進行數值模擬，得出最優開挖順序；李曉霖[6]利用FLAC軟件，對PBA工法的施工過程進行了數值模擬，分析了施工過程中土體的擾動情況、車站結構的內力轉換和變化情況，以及施工完成后車站結構的位移情況；黃美群[7]結合工程實踐，闡述了一次扣拱暗挖逆作法的技術核心和要點，并指出了該工法的應用前景；許洪偉等[8]通過分析各種車站的結構形式和施工方法，歸納了暗挖地鐵車站的結構形式和工法選取原則；郭海柱等[9]采用有限元法對地鐵車站換乘段蓋挖法、半蓋挖法和明挖法等工法進行了數值模擬，分析結果可為地鐵車站換乘站的設計和施工提供參考。

本文在前人研究成果的基礎上，依托長春地鐵解放大路站工程，采用數值模擬分析方法將3種工法綜合在一起，從中軸線上方地表沉降、拱頂沉降和拱頂應力3方面對6導洞PBA工法、8導洞PBA工法以及一次扣拱暗挖逆作法3種工法進行優化分析。與其他已有的研究工作相比，本研究可以更直觀具體地發現3種工法的不同和優劣，可為后續施工提供指導。

1工程概況

長春地鐵解放大路站位于人民大街與解放大路十字路口交匯處，沿南北向跨路口設置。本站為地鐵1號線和2號線換乘車站，在區間配有聯絡線和單渡線。1號線車站主體為島式站臺，站臺為標準雙層、三跨拱頂直墻結構，采用一次扣拱暗挖逆作法施工。2號線車站主體為側式站臺，標準雙層、雙跨拱頂直墻結構，采用6導洞PBA工法施工。車站主體結構如圖1和圖2所示。

圖1　1號線車站結構

圖2　2號線車站結構

工程范圍內的地層由第四系全新統人工填土層、第四系中更新統沖洪積黏性土和砂土、白堊紀泥巖組成。工程范圍內的地下水共分為3層，第1層為表層孔隙性潛水，第2層為淺層承壓水，第3層為巖石裂隙水。

2模型建立

數值模擬采用FLAC3D有限差分程序[10-12]。將模型簡化為4個土層，從上至下填土層厚2 m，黏土層厚8 m，粗砂層厚2 m，其余為泥巖層。假定地表和各土層均勻水平分布，不考慮地下水的影響，土體材料采用摩爾-庫侖本構模型，混凝土材料采用彈性模型。導洞超前支護管棚和小導管注漿簡化為2 m厚的注漿加固層。采用全斷面開挖方式。地層和材料的應力、應變均在彈塑性范圍內變化，地應力場由自重應力自動生成。

考慮到尺寸效應，整個模型取寬80 m、高60 m、縱向15 m計算。6導洞PBA工法、8導洞PBA工法和一次扣拱暗挖逆作法3種工法的車站主體長度為15 m，凈寬為21.6 m，覆土厚度為9.5 m，底板埋深為26 m。3種工法的模型如圖3—5所示。

圖3　6導洞PBA工法模型

圖4　8導洞PBA工法模型

圖5　一次扣拱暗挖逆作法模型

Fig. 5Model of cast in-situ arch and cut-and-cover top-down method

材料參數的選取依據勘測單位提供的土工實驗數據和原位實驗結果，同時結合本地經驗，最終選取的材料參數如表1所示。

表1　材料參數

3結果分析

3.16導洞PBA工法分析

在不同的施工階段，開挖過程對整體的影響不同。本次分析從中軸線上方地表沉降、拱頂沉降以及拱頂應力3方面，將整個施工階段分為7個階段進行分析。1)導洞開挖階段； 2)邊樁、中柱及底板施工階段； 3)外頂初期支護施工階段； 4)內頂初期支護施工階段； 5)頂二次襯砌施工階段； 6)中板施工階段； 7)下二次襯砌施工階段。

3.1.1中軸線上方地表沉降

以模型中斷面為基準，選擇中軸線上方地表沉降監測點。6導洞PBA工法的地表沉降監測點布置情況如圖6所示。

圖6　6導洞PBA工法地表監測點布置

Fig. 6Layout of monitoring points of ground surface settlement of Metro station constructed by 6-pilot PBA method

6導洞PBA工法施工時，不同施工階段中軸線上方地表沉降量變化如圖7所示，各施工階段沉降量分配比例如圖8所示。

當整體施工完成時，6導洞PBA工法中軸線上方地表最終沉降值為99.84 mm；內頂初期支護施工和中板施工時，地表沉降量變化較大。

3.1.2拱頂沉降

以模型中斷面為基準，選擇主體拱頂處的沉降監測點。6導洞PBA工法的拱頂沉降監測點布置情況如圖9所示。

圖7　6導洞PBA工法中軸線上方地表沉降變化

Fig. 7Settlement of ground surface above tunnel axial line of each construction step of 6-pilot PBA method

圖8　6導洞PBA工法各施工階段沉降量分配比例

Fig. 8Settlement percentage of each construction step of 6-pilot PBA method

圖9　6導洞PBA工法拱頂監測點布置

Fig. 9Layout of monitoring points of crown settlement of Metro station constructed by 6-pilot PBA method

不同施工階段拱頂監測點處的沉降量變化如圖10所示。

圖10　6導洞PBA工法拱頂沉降對比

Fig. 10Crown settlement of each construction step of 6-pilot PBA method

由圖10分析可知： 在導洞開挖、邊樁、中柱、底板施工以及外頂初期支護施工階段，監測點2處的沉降大于監測點1、3處的沉降；隨著施工的進行，監測點1、3處的沉降量增加較快，大于監測點2處的沉降量；當整體完成時，拱頂最大沉降量達到102 mm，3個監測點處的最終沉降量相差不大。

3.1.3拱頂應力

以模型中斷面為基準，選擇主體拱頂處的應力監測點。6導洞PBA工法的拱頂應力監測點布置情況如圖9所示。不同施工階段拱頂監測點處的應力值變化如圖11所示。

圖11　6導洞PBA工法拱頂應力變化

Fig. 11Crown stress of each construction step of 6-pilot PBA method

首先分析監測點1、3位置處的應力變化。在導洞開挖及邊樁、中柱、底板施工階段，拱頂應力值基本不變；隨著外頂初期支護和內頂初期支護的施工，拱頂應力值迅速增大，在內頂初期支護完成時達到最大值(0.55 MPa)；在車站二次襯砌結構施工時，需要破除導洞初期支護結構，完成初期支護到二次襯砌的受力轉換，頂二次襯砌完成時，拱頂應力值迅速減小為0.12 MPa；之后隨著施工的進行，拱頂應力值基本不變。

然后分析監測點2位置處的應力變化。導洞施工完成后，隨著邊樁、中柱和底板的施工，拱頂應力值減??；內頂初期支護完成時，拱頂應力值增大，隨后基本保持不變，拱頂應力值最大為0.4 MPa。

3.28導洞PBA工法分析

本次分析從中軸線上方地表沉降、拱頂沉降以及拱頂應力3方面，將整個施工階段分為7個階段進行分析。1)導洞開挖階段； 2)邊樁、中柱及底板施工階段； 3)外頂初期支護施工階段； 4)內頂初期支護施工階段； 5)頂二次襯砌施工階段； 6)中板施工階段； 7)下二次襯砌施工階段。

3.2.1中軸線上方地表沉降

以模型中斷面為基準，選擇中軸線上方地表沉降監測點。8導洞PBA工法的地表沉降監測點布置情況如圖12所示。

圖12　8導洞PBA工法地表監測點布置

Fig. 12Layout of monitoring points of ground surface settlement of Metro station constructed by 8-pilot PBA method

8導洞PBA工法施工時，不同施工階段中軸線上方地表沉降量變化如圖13所示，各施工階段沉降量分配比例如圖14所示。

圖13　8導洞PBA工法中軸線上方地表沉降變化

Fig. 13Settlement of ground surface above tunnel axial line of each construction step of 8-pilot PBA method

圖14　8導洞PBA工法各施工階段沉降量分配比例

Fig. 14Settlement percentage of each construction step of 8-pilot PBA method

當整體施工完成時，8導洞PBA工法中軸線上方地表最終沉降值為81 mm；導洞施工階段和頂二次襯砌施工階段，地表沉降量變化較大。

3.2.2拱頂沉降

以模型中斷面為基準，選擇主體拱頂處的沉降監測點。8導洞PBA工法的拱頂沉降監測點布置情況如圖15所示。

8導洞PBA工法施工時，不同施工階段拱頂監測點處的沉降量變化如圖16所示。

圖15　8導洞PBA工法拱頂監測點布置

Fig. 15Layout of monitoring points of crown settlement of Metro station constructed by 8-pilot PBA method

圖16　8導洞PBA工法拱頂沉降對比

Fig. 16Crown settlement of each construction step of 8-pilot PBA method

由圖16分析可知： 在導洞開挖和邊樁、中柱及底板施工階段，監測點2處的沉降大于監測點1、3處的沉降；隨著施工的進行，監測點1、3處的沉降量迅速增加，明顯大于監測點2處的沉降量； 當整體完成時，拱頂最大沉降量達到93 mm； 3個監測點處的最終沉降量相差較大，沉降差達到41 mm。

3.2.3拱頂應力

以模型中斷面為基準，選擇主體拱頂處的應力監測點。8導洞PBA工法的拱頂應力監測點布置情況如圖15所示。不同施工階段拱頂監測點處的應力值變化如圖17所示。

圖17　8導洞PBA工法拱頂應力變化

Fig. 17Crown stress of each construction step of 8-pilot PBA method

首先分析監測點1、3位置處的應力變化。前幾步施工過程中，拱頂應力值基本不變，應力值最大為0.2 MPa；當頂二次襯砌施工完成時，拱頂應力減小到0.15 MPa，之后基本穩定不變。

然后分析監測點2位置處的應力變化。在導洞開挖和邊樁、中柱及底板施工階段，拱頂應力值基本不變；隨著外頂初期支護和內頂初期支護的施工，監測點2處的應力值不斷增大，在內頂初期支護完成時達到最大值(0.37 MPa)；在車站二次襯砌結構施工時，需要破除導洞初期支護結構，完成初期支護到二次襯砌的受力轉換，頂二次襯砌完成時，拱頂應力值迅速減小為0.26 MPa；之后隨著施工的進行，拱頂應力值基本不變。

3.3一次扣拱暗挖逆作法分析

本次分析從中軸線上方地表沉降、拱頂沉降以及拱頂應力3方面，將整個施工階段分為6個階段進行分析。1)導洞開挖階段； 2)邊樁、中柱及底板施工階段； 3)洞內扣拱階段； 4)中跨拱施工階段； 5)上部結構施工階段； 6)下部結構施工階段。

3.3.1中軸線上方地表沉降

以模型中斷面為基準，選擇中軸線上方地表沉降監測點。一次扣拱暗挖逆作法的地表沉降監測點布置情況如圖18所示。

圖18　一次扣拱暗挖逆作法地表監測點布置

Fig. 18Layout of monitoring points of ground surface settlement of Metro station constructed by cast in-situ arch and cut-and-cover top-down method

一次扣拱暗挖逆作法施工時，不同施工階段中軸線上方地表沉降量變化如圖19所示，各施工階段沉降量分配比例如圖20所示。

圖19　一次扣拱暗挖逆作法中軸線上方地表沉降變化

Fig. 19Settlement of ground surface above tunnel axial line of each construction step of cast in-situ arch and cut-and-cover top-down

當整體施工完成時，一次扣拱暗挖逆作法中軸線上方地表最終沉降值為71.37 mm；導洞施工階段的地表沉降量最大，占總沉降量的51%。

圖20　一次扣拱暗挖逆作法各施工階段沉降量分配比例

Fig. 20Settlement percentage of each construction step of cast in-situ arch and cut-and-cover top-down method

3.3.2拱頂沉降

以模型中斷面為基準，選擇主體拱頂處的沉降監測點。一次扣拱暗挖逆作法的拱頂沉降監測點布置情況如圖21所示。

圖21　一次扣拱暗挖逆作法拱頂監測點布置

Fig. 21Layout of monitoring points of tunnel crown settlement of Metro station constructed by cast in-situ arch and cut-and-cover top-down method

一次扣拱暗挖逆作法施工時，不同施工階段拱頂監測點處的沉降量變化如圖22所示。

圖22　一次扣拱暗挖逆作法拱頂沉降對比

Fig. 22Crown settlement of each construction step of cast in-situ arch and cut-and-cover top-down method

由圖22分析可知： 在導洞開挖、邊樁、中柱及底板施工和洞內扣拱階段，監測點2處的沉降要略小于監測點1、3處的沉降；隨著施工的進行，監測點2處的沉降量迅速增加，明顯大于監測點1、3處的沉降量；當整體完成時，監測點2處的最終拱頂沉降量達到79.84 mm； 3個監測點處的最終沉降量相差較大，沉降差達到18.2 mm。

3.3.3拱頂應力

以模型中斷面為基準，選擇主體拱頂處的應力監測點。一次扣拱暗挖逆作法的拱頂應力監測點布置情況如圖21所示。不同施工階段拱頂監測點處的應力值變化如圖23所示。

圖23　一次扣拱暗挖逆作法拱頂應力變化

Fig. 23Crown stress of each construction step of cast in-situ arch and cut-and-cover top-down method

首先分析監測點1、3位置處的應力變化。施工過程對左右拱頂位置處的應力影響不大，拱頂應力值變化很小。

然后分析監測點2位置處的應力變化。在導洞開挖、邊樁、中柱及底板施工和洞內扣拱階段，拱頂應力值基本不變，為0.31 MPa；隨著中跨拱的施工，監測點2處的應力值減小為0.15 MPa；隨著上部結構和下部結構的施工，拱頂應力值基本不變。

43種工法的對比分析

結合以上對3種工法的分析，從中軸線上方地表沉降、拱頂沉降、拱頂應力以及施工方法4方面，對比分析3種工法的不同。

4.1中軸線上方地表沉降

首先選取導洞開挖完成，邊樁、中柱和底板完成，扣拱完成，上部結構完成和整體施工完成5個階段的沉降值，對比分析3種工法。3種工法中軸線上方地表沉降對比如圖24所示，各工法沉降量分配如表2所示。

圖24　3種工法中軸線上方地表沉降對比

Fig. 24Comparison and contrast among three construction methods in terms of ground surface settlement above tunnel axial line

由圖24分析可得： 當導洞開挖完成時，6導洞PBA工法的沉降量最小，一次扣拱暗挖逆作法的沉降量最大；隨著施工的進行，6導洞PBA工法的沉降量增加較快，當整體完成時，6導洞PBA工法沉降量最大為99.84 mm，一次扣拱暗挖逆作法沉降量最小為71.4 mm，8導洞PBA工法沉降量為81 mm。

表2各工法沉降量分配

Table 2Settlement percentage of each construction step of different construction methods

6導洞PBA工法工序比例/%8導洞PBA工法工序比例/%一次扣拱暗挖逆作法工序比例/%導洞開挖15導洞開挖33導洞開挖51邊樁、中柱、底板11邊樁、中柱、底板11邊樁、中柱、底板5外頂初期支護2外頂初期支護14洞內扣拱7內頂初期支護22內頂初期支護7中跨拱14頂二次襯砌16頂二次襯砌20上部結構13中板21中板2下部結構14下二次襯砌13下二次襯砌13

由表2分析可得： 6導洞PBA工法內頂初期支護施工和中板施工時，沉降量變化較大； 8導洞PBA工法導洞施工和頂二次襯砌施工時，沉降量變化較大； 一次扣拱暗挖逆作法導洞施工階段，沉降量變化最大。

4.2拱頂沉降

3種工法的拱頂沉降對比如表3所示。

表3各工法拱頂沉降對比

Table 3Comparison and contrast among three construction methods in terms of crown settlement

工法最大沉降監測點位置最終沉降量/mm監測點最終沉降差/mm6導洞PBA工法1、31024.28導洞PBA工法1、39341一次扣拱暗挖逆作法279.8418.2

由表3分析可得，3種工法的最大拱頂沉降出現的位置不同，6導洞PBA工法最終沉降量最大，8導洞PBA工法最終監測點沉降差最大。

4.3拱頂應力

3種工法的拱頂應力對比如表4所示。

表4各工法拱頂應力對比

Table 4Comparison and contrast among three construction methods in terms of crown stress

工法最大應力監測點位置最大應力出現工序最大拱頂應力值/MPa6導洞PBA工法1、3內頂初期支護0.558導洞PBA工法2內頂初期支護0.37一次扣拱暗挖逆作法2洞內扣拱0.31

由表4分析可得，3種工法的最大拱頂應力出現的位置和施工工序不同，6導洞PBA工法最大拱頂應力值最大，一次扣拱暗挖逆作法最大拱頂應力值最小。

4.4施工方法

PBA工法[13]是將蓋挖及分步暗挖法有機結合起來，先施工小導洞，在導洞內施工圍護邊樁、中柱、底梁和頂梁,當梁和柱完成后,再施工拱頂結構,形成由邊樁、中柱(拱)、頂底梁、頂拱共同構成的初期受力體系，承受施工過程中的荷載；然后在頂蓋的保護下，逐層向下開挖土體，施作二次襯砌和內部結構，最終形成由初期支護和二次襯砌組合而成的永久承載體系[14-15]。

一次扣拱暗挖逆作法的施工步驟為： 1)在地下結構設計空間對應的頂部主體和底部主體分別開挖至少1對上導洞和下導洞，每對導洞為一跨，進行洞壁的初期支護； 2)在下導洞底部敷設防水層，在防水層上澆筑下層框架結構底板； 3)從上導洞施作邊樁和中間立柱； 4)在上導洞拱頂敷設防水層，澆筑拱頂永久結構； 5)采用暗挖法開挖2個上導洞之間的中間跨土體，形成中跨上導洞，并施作中跨上導洞拱頂永久結構； 6)鑿除上導洞底部初期支護，向下開挖土體，澆筑結構側墻和中樓板； 7)開挖下導洞頂部初期支護和中樓板之間的剩余部分立體，同時鑿除下導洞頂部初期支護，并澆筑剩余側墻結構，封閉偶數結構底板[16]。

一次扣拱暗挖逆作法施工風險小，施工場地大，施工速度快，采用較少數目的大導洞，解決了傳統暗挖工法開挖分塊多、結構受力轉化次數多、施工空間小、施工效率低和圍巖重復擾動等問題。

5結論與討論

本文以長春地鐵解放大路站為工程背景，采用FLAC3D進行數值模擬，對比分析了6導洞PBA工法、8導洞PBA工法和一次扣拱暗挖逆作法3種工法，得出以下結論。

1)在中軸線上方地表沉降方面，6導洞PBA工法最終沉降量最大，一次扣拱暗挖逆作法最終沉降量最??；不同工法的沉降量分配比例有差異。

2)在拱頂沉降方面，6導洞PBA工法最終沉降量最大，一次扣拱暗挖逆作法最終沉降量最??；不同工法最大沉降量出現時，所在的監測點位置不同。

3)在拱頂應力方面，6導洞PBA工法最大拱頂應力值最大，一次扣拱暗挖逆作法最大拱頂應力值最??；2種PBA工法均存在明顯的受力轉化過程，最大拱頂應力出現在內頂初期支護施工時；不同工法最大應力出現時，所在的監測點位置不同。

4)對比PBA工法，一次扣拱暗挖逆作法施工環節較少，能盡早形成穩定的主要受力體系，結構受力轉化次數較少，施工作業效率較高。

綜合以上結論，3種工法中，一次扣拱暗挖逆作法最優，8導洞PBA工法次之，而6導洞PBA工法最差。

本文從中軸線上方地表沉降、拱頂沉降以及拱頂應力3方面，較好地對比論證了3種工法的不同，為后續施工提供了一定經驗，對現場施工具有指導意義。但本文研究仍存在不足之處，如： 沒有對地鐵工程運營過程中發生的工后沉降進行系統完善的研究，沒有對施工過程中的關鍵節點(初期支護到二次襯砌的受力轉換過程)進行重點分析，后續工作應針對以上不足進行研究。

參考文獻(References):

[1]施仲衡. 地下鐵道設計與施工[M]．西安： 陜西科學技術出版社，1997.(SHI Zhongheng．Design and construction of underground railway[M]. Xi’an: Shaanxi Science and Technology Press,1997.(in Chinese))

[2]王夢?。叵鹿こ虦\埋暗挖技術論[M]. 合肥: 安徽教育出版社, 2004. (WANG Mengshu. General theory of shallow depth underground engineering construction technology [M]. Hefei: Anhui Education Press,2004.(in Chinese))

[3]趙菁菁，宿文姬. 深圳地鐵近接隧道暗挖施工地表沉降控制[J]. 隧道建設，2014,34(11): 1055-1061.(ZHAO Jingjing, SU Wenji. Study on control of ground surface settlement: Case study on adjacent tunnel tubes of Shenzhen Metro[J]. Tunnel Construction,2014,34(11): 1055-1061.(in Chinese))

[4]姚君華，宋文杰，董軍．PBA工法導洞不同開挖順序對地表沉降的影響[J]. 公路，2013(1): 298-302.(YAO Junhua, SONG Wenjie, DONG Jun. The influence of different PBA method excavation sequence on surface subsidence[J]. Highway,2013(1): 298-302.(in Chinese))

[5]李皓，葛克水. PBA工法導洞開挖順序數值模擬研究[J]. 施工技術，2015,44(7): 110-116.(LI Hao, GE Keshui. Research on numerical simulation of pilot’s excavation of PBA method[J]. Construction Technology,2015,44(7): 110-116.(in Chinese))

[6]李曉霖. 地鐵車站PBA工法的數值模擬研究[J]. 地下空間與工程學報，2007(5): 928-932.(LI Xiaolin. Numerical simulation on PBA job practice of Metro station[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering,2007(5): 928-932.(in Chinese))

[7]黃美群. 一次扣拱暗挖逆作法修建地鐵車站新技術[J]. 都市快軌交通，2009,22(6): 66-71.(HUANG Meiqun. Technology of top-down bored excavation with cast-in-situ arch for Metro station construction[J]. Urban Rapid Rail Transit,2009,22(6): 66-71.(in Chinese))

[8]許洪偉，孫克國，張良. 暗挖地鐵車站結構形式及施工工法選取原則探究[C] //第十二屆海峽兩岸隧道與地下工程學術與技術研討會論文集.洛陽： 中國土木工程學會隧道及地下工程分會，2013: 111-116.(XU Hongwei, SUN Keguo, ZHANG Liang. Analysis of selection principle of Metro station structure form and construction method[C]// 12th Cross-strait Seminar of Tunnel and Underground Engineering Academic and Technology Proceedings. Luoyang: Tunnel and Underground Works Branch of China Civil Engineering Society，2013: 111-116.(in Chinese))

[9]郭海柱，張慶賀，朱繼文，等．地鐵車站換乘段施工工法比選及數值模擬[C]//第三屆全國巖土與工程學術大會論文集. 北京： 中國地質學會工程地質專業委員會，2008: 67-72.(GUO Haizhu, ZHANG Qinghe, ZHU Jiwen, et al. Numerical simulation and construction methods comparison for transfer to the subway station[C] // The Third Session of National Geological and Engineering Academic Conference Proceedings. Beijing: Professional Committee of China Geological Society of Engineering Geology,2008: 67-72.(in Chinese))

[10]韋京.復雜環境條件下PBA工法地鐵車站結構和施工方案優化研究[D]. 北京： 北京交通大學,2013.(WEI Jing. The study of optimization of structure and construction schemes of subway station excavated by pile-beam-arch method under complex environmental conditions[D]. Beijing: Beijing Jiaotong University,2013.(in Chinese))

[11]彭文斌．FLAC 3D實用教程[M]．北京： 機械工業出版社，2007. (PENG Wenbin. Practical course of FLAC 3D[M]. Beijing:China Machine Press,2007.(in Chinese))

[12]白明洲,許兆義,時靜. 復雜地質條件下淺埋暗挖地鐵車站施工期地面沉降量FLAC3D分析[J].巖石力學與工程學報,2006,25(增刊2): 4254-4260.(BAI Mingzhou, XU Zhaoyi, SHI Jing. Ground subsidence analysis on the shallow subway station construction under complicated geological conditions by FLAC3D[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2006,25(S2): 4254-4260.(in Chinese))

[13]賈少春. 北京地鐵7號線雙井站PBA工法數值分析[J]. 鐵道建筑，2013(2): 80-83.(JIA Shaochun. Numerical analysis on PBA method of Beijing Metro Line 7 Shuangjing Station[J]. Railway Engineering,2013(2): 80-83.(in Chinese))

[14]宋建，樊赟赟．復雜條件下地鐵車站施工關鍵技術[J]．現代隧道技術，2012，49(1): 143-147.(SONG Jian，FAN Yunyun. Key construction technologies for a subway station under complex conditions [J]. Modern Tunnelling Technology，2012，49(1): 143-147.(in Chinese))

[15]朱述鵬. 地鐵車站PBA工法施工技術研究[J]. 山西建筑，2012,38(12)： 110-111.(ZHU Shupeng. Technical research on PBA engineering methods of Metro station[J]. Shanxi Architecture,2012,38(12): 110-111.(in Chinese))

[16]李春奎. 長春地鐵1號線解放大路站一次扣拱暗挖逆作法施工地表沉降分析與控制[J]. 隧道建設，2014, 34(3): 264-268.(LI Chunkui. Analysis on control of ground surface settlement: Case study on Jiefangdalu station of Line 1 of Changchun Metro constructed by top-down construction method under protection of cast-in-situ arch[J]. Tunnel Construction,2014,34(3): 264-268.(in Chinese))

Optimization of Construction Methods for Jiefanglu Station of

Changchun Metro Using Three-dimensional (3D) Numerical Simulations

DAI Wenting, WU Hao*, SUN Mingzhi, HAO Baizhou, CAO Yaoxi

(SchoolofTransportation,JilinUniversity,Changchun130022,Jilin,China)

Abstract:In this paper, comparison and contrast is made among three constructions methods, i.e., 6-pilot PBA method, 8-pilot PBA method, and cast in-situ arch and cut-and-cover top-down method, in terms of ground surface settlement above tunnel axial line, crown settlement and crown stress. The numerical simulation model of Jiefanglu Station of Changchun Metro is established, so as to analyze the optimization of construction method. The study results show that: 1) The ground surface settlement above the tunnel axial line, crown settlement and crown stress of the three construction methods are different； 2) The cast in-situ arch and cut-and-cover top-down method is superior to 6-pilot PBA method and 8-pilot PBA method for this project, and the 6-pilot PBA method is the worst. The results achieved can provide reference for construction of similar projects in the future.

Keywords:Metro station; construction method; 6-pilot PBA method; 8-pilot PBA method; one-time cast-in-situ arch and cut-and-cover top-down method; numerical simulation; ground surface settlement; crown settlement; crown stress

中圖分類號：U 455

文獻標志碼：B

文章編號：1672-741X(2016)01-0012-08

DOI:10.3973/j.issn.1672-741X.2016.01.002

作者簡介：第一 戴文亭(1964—)，男，江蘇徐州人，2001年畢業于吉林大學，地質工程專業，博士，教授，現從事地質、隧道及地下工程方面的教學、研究工作。E-mail: daiwenting64@163.com。*通訊作者： 武皓， E-mail: 664020565@qq.com。

基金項目：吉林大學橫向課題(3R1133142417)

收稿日期：2015-07-02; 修回日期: 2015-09-25