【摘 要】针对青岛地区地层上软下硬的地质特点，以地铁 2 号线同安路站为例，提出了无柱单拱大跨断面的拱盖法开挖方式，并对拱盖法不同地层条件下进行有限元数值模拟分析和现场施工变形监测，得出如下结论：拱顶以上岩层的性质对地表沉降影响较大;拱顶中风化花岗岩厚度超过 3m 时，围岩能充分发挥自承载能力，岩体厚度变化对地表沉降影响不大;拱脚应处于稳定岩层中，以保证结构整体稳定。
【关键词】上软下硬地层;拱盖法;数值模拟
1 工程概况
青岛地铁 2 号线同安路站为地下双层岛式暗挖车站，位于深圳路与同安路交叉口，沿深圳路南北方向敷设。车站总长 228.5m，站台宽度 11m，车站主体标准段开挖总宽度 19.6m，总高度 16.61m，结构覆土深度为 10.61m，采用拱盖法施工，利用风井、风道作为施工通道。
2 实施方案
通过对浅埋暗挖法分析比较，结合“上软下硬”的地层条件，提出了单拱大跨大拱脚复合式衬砌排水型车站型式。根据隧道围岩破坏机理和隧洞设计计算方法，拟合断面及构件尺寸。上部拱盖初期支护厚度 350mm，二次衬砌厚度最薄处为 600mm，边墙初期支护厚 150mm，二次衬砌厚 500mm，构造底板厚 300mm。该结构型式充分利用围岩的承载能力和稳定性，上半断面借鉴双侧壁导坑法进行开挖，在弱爆破的条件下进行扣拱施工，二衬两端以大拱脚的形式坐落在稳定基岩上;为保证拱底的稳定性，大拱脚纵向形成纵梁，一旦扣拱完成，在拱盖的保护下向下爆破开挖，相当于盖挖法的后续施工。
3 计算结果分析
采用 FLAC3D 有限差分软件对施工过程进行模拟，着重分析拱盖处岩性变化对地表沉降影响、拱脚位移及应力的影响、覆土厚度变化对地表沉降的影响[1]。
3.1 拱盖岩性变化施工数值分析将加固区、左右导洞、中洞以及直墙分步放坡开挖进行分组建模，同时对不同区域的初次衬砌和二次衬砌也进行分组，开挖模拟时对各分组赋各自的本构模型。为了研究岩层对拱盖法施工的影响，特拟定数值分析的 5 种计算方案(见表 1)。其中,工况 1 中各岩层厚度为实际地层情况，拱盖、拱脚范围的地层均为微风化花岗岩，工况 4、5 是为了研究拱部地层对沉降和支护结构稳定性的影响。
3.2 拱脚岩性对位移和应力的影响数值分析
根据 GB 50218—2014《工程岩体分级标准》中的岩体基本质量指标(BQ)的规定，分别取拱脚所处的岩体级别为 1～5 级，分 5 种工况进行数值计算(见表 2)。本次数值模拟拆除中隔壁后的拱脚水平位移、竖向位移、水平应力、竖向应力，对计算结果进行分析。
3.3 不同覆土厚度对地表沉降影响的数值分析
改变隧道上部土层的厚度对应调整拱顶的覆岩厚度，分 5 种工况分别进行数值模拟(见表 3)。同样模拟到拆除左右临时支撑这一步。通过查看并提取出各工况在各个开挖步序地表的最大沉降值，绘制成变化曲线。
4 施工及监测
在施工过程中，对地表沉降、隧道拱顶沉降、隧道净空收敛、初期支护格栅钢筋应力及二衬钢筋应力均进行全过程监测。由于本站地质情况较好，监测地表沉降最大值为 6mm;二衬钢筋应力在量测初期应力波动较大，后期趋于稳定，且最大应力不超过 4MPa，二衬浇筑养护完成后，钢筋应力基本无变化，可见围岩充分发挥了自承能力，二次衬砌仅作为运营期间的安全储备。
5 结语
针对青岛地区地层“上软下硬”的地质特点，对拱盖法不同地层条件下进行有限元数值模拟分析，通过现场变形及应力监测，形成如下结论： 1)同安路站结合地质情况埋深取值 10.6m，拱盖法拱顶覆岩及拱脚均处于稳定岩层，断面和构件取值合理，较好控制了沉降变形，保证了施工安全，提高了施工进度。 2)拱顶以上岩层的性质对地表沉降影响较大，地层越弱，开挖后地表沉降越大。拱顶以上为强风化花岗岩时施工需要加强超前支护。 3)拱顶中风化花岗岩厚度超过 3m 时，岩体厚度变化对地表沉降影响不大。围岩充分发挥了自承能力，二衬钢筋应力较小。 4)岩体性质对拱脚变形的影响显著，拱脚岩体变差，拱脚处的水平、竖向位移均增大，应尽量保证拱脚处于中风化花岗岩层，否则，需要采取加强措施。
【参考文献】
【1】GB/T 50218—2014 工程岩体分级标准[S].
【2】张光权，杜子建，宋锦泉，等.地铁车站拱盖法施工沉降监测分析及控制对策[J].岩石力学与工程学报，2012，31(S1)：3413-3420.
【3】李丰果.重庆轨道交通暗挖大跨及重叠隧道施工技术[J].隧道建设， 2010(5)：554-560.
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