地铁车站小直径管幕-横梁支护参数优化分析

摘要

【目的】管幕工法可以显著减少开挖引起的地层扰动，目前被广泛应用于地下空间建设中。但当前管幕工法存在管间连接复杂、施工周期长等问题，因此提出了一种新型管幕支护体系。【方法】通过有限差分软件FLAC^3D建立了小直径管幕-横梁暗挖法施工车站的精细化模型，研究了管幕间距、管幕刚度、横梁数量、横梁刚度等支护参数对地表沉降和管幕变形的影响，并对关键参数进行了优化分析。通过现场监测数据对数值模型进行了验证，并与采用其他工法的类似车站进行了对比。【结果】横梁数量对地表沉降和管幕变形的影响十分显著，随着横梁数量的增加，地表沉降和管幕变形最大值总体上呈现二次函数减小的趋势。管幕间距的增加不会对地表沉降及管幕变形最大值产生明显影响。管幕刚度对地表沉降和管幕变形最大值具有较大的影响，管幕刚度为2K时管幕的承载能力得到充分利用，抗弯刚度不再是控制变形的关键因素。横梁刚度在0.5D～3D范围时，地表沉降和管幕变形最大值均与横梁刚度呈二次函数关系。当横梁刚度由2D增加至3D时，地表沉降和管幕变形最大值的变化幅度并不明显，减小幅度在3%以内，这说明横梁刚度为2D时，横梁的抗弯性能已经得到充分利用，继续增大抗弯刚度不会对变形值产生明显影响，反而会造成工程材料的浪费。【结论】在既定的控制标准条件下，施工时可根据实际需求和现场条件来选择小直径管幕与横梁的参数组合，本文给出了地表沉降控制标准为30 mm时的小直径管幕和横梁参数的合理匹配关系。与相似的地铁车站对比，小直径管幕-横梁暗挖法在满足地表沉降控制标准的条件下极大地缩短了施工周期，值得进一步推广和应用。本文提出了一种修建地铁车站的新型管幕支护体系，并对该支护体系的关键参数进行了优化分析，可以为当前地下空间建设提供借鉴和参考。

关键词

小直径管幕 / 横梁 / 数值分析 / 地表沉降 / 管幕变形 / 现场监测 / 优化分析 / 施工周期