“暗挖逆筑法”施工力学分析
摘 要：“暗挖逆筑法”是一种新颖的地下工程施工方法。根据该工法的施工步骤，本文主要对施工过程中的重要工况进行了力学计算和模拟分析，文章最后还补充了部分现场监测资料。
关键词：暗挖法、逆筑法、监控量测、地铁
（一）“暗挖逆筑法”简介
北京地铁天安门西站是国内首次采用“暗挖逆筑法”施工的大型地下工程，车站典型横断面如图1所示，施工步骤示于图2，主要包括：
图1 车站横断面图（单位：cm）
图2 主要施工步骤图
1． 开挖上、下八条导洞，施作网喷混凝土临时支护结构；
2． 浇筑下部导洞内的条形基础，在导洞内从上往下进行人工挖孔、浇筑边桩、安装钢管柱，浇筑边桩和钢管柱上的边纵梁、纵向天梁；
3． 开挖柱间上部土体，施作拱部初期支护；
4． 拆除导洞临时支护结构，从上往下逆筑模筑混凝土。
（二） 施工力学分析
施工力学分析共包含两部分内容，即平面有限元模拟计算（应用2D-σ程序）和空间力学分析（应用Supersap91程序）。
1． 平面有限元模拟计算
平面有限元主要用于施工过程中的地层动态模拟，满足工程施工的环境控制要求。
（1） 计算参数及计算网络
根据地质详勘资料、设计文件及以往的计算分析经验，可选取表1所示的计算参数。计算网络示于图3。
地层及支护结构计算参数 表1
图3 计算网络图
（2） 计算结果
下面主要给出各主要施工阶段的地表沉降曲线（图4）和塑性区域（图5）。
图4 计算地表沉降曲线
图5 塑性区图
2．空间力学分析
空间力学分析采用“荷载—结构”模型，主要用来进行结构检算。下面给出典型的、最不利受力阶段（开挖柱间上部土体）的计算简化模型和计算结果。
（1） 计算简化模型
上述典型的、最不利受力阶段（开挖柱间上部土体）的结构状态及简化计算模型分别示于图6、图7和图8。
图6 最不利结构受力状态
图7 计算简化模型1（未考虑防水板作用）
图8 计算简化模型2（模拟防水板作用）
（2） 计算结果
考虑到上述状态系临时的、最不利的受力状态，故荷载取为“土压力+结构自重+施工荷载”，计算结果示于图9、图10。
图9 简化模型1支护结构计算内力（单位：kN．m）
图10 简化模型2支护结构计算内力（单位：kN．m）
（三） 现场实测资料
1． 地表沉降
典型实测地表沉降曲线示于图11，对照图4所示的计算结果有两点需作进一步说明：
（1）实测地表沉降值与计算值基本吻合，主要是因为北京地区有较多的“暗挖法”施工实例，计算参数的选择相对合理。
（2）两边拱施工阶段所得的地表沉降实测结果和计算值有一定差异，其主要原因是施工存在的地层损失（指结构与地层间存在的空隙）在模拟计算中没有得到充分反应。
图11 典型实测地表沉降曲线
2． 结构受力
为节省篇幅，本文仅给出车站核心受力结构—钢管柱的实测结果（表2）。
钢管受力实测结果 表2
对照表2、图9和图10几组结果可知：采用弹簧单元（只传递压力，不传递拉力、剪力和弯矩）来模拟内外层结构间防水板的力学效果较为理想。
摘 要：“暗挖逆筑法”是一种新颖的地下工程施工方法。根据该工法的施工步骤，本文主要对施工过程中的重要工况进行了力学计算和模拟分析，文章最后还补充了部分现场监测资料。
关键词：暗挖法、逆筑法、监控量测、地铁
（一）“暗挖逆筑法”简介
北京地铁天安门西站是国内首次采用“暗挖逆筑法”施工的大型地下工程，车站典型横断面如图1所示，施工步骤示于图2，主要包括：
图1 车站横断面图（单位：cm）
图2 主要施工步骤图
1． 开挖上、下八条导洞，施作网喷混凝土临时支护结构；
2． 浇筑下部导洞内的条形基础，在导洞内从上往下进行人工挖孔、浇筑边桩、安装钢管柱，浇筑边桩和钢管柱上的边纵梁、纵向天梁；
3． 开挖柱间上部土体，施作拱部初期支护；
4． 拆除导洞临时支护结构，从上往下逆筑模筑混凝土。
（二） 施工力学分析
施工力学分析共包含两部分内容，即平面有限元模拟计算（应用2D-σ程序）和空间力学分析（应用Supersap91程序）。
1． 平面有限元模拟计算
平面有限元主要用于施工过程中的地层动态模拟，满足工程施工的环境控制要求。
（1） 计算参数及计算网络
根据地质详勘资料、设计文件及以往的计算分析经验，可选取表1所示的计算参数。计算网络示于图3。
地层及支护结构计算参数 表1
图3 计算网络图
（2） 计算结果
下面主要给出各主要施工阶段的地表沉降曲线（图4）和塑性区域（图5）。
图4 计算地表沉降曲线
图5 塑性区图
2．空间力学分析
空间力学分析采用“荷载—结构”模型，主要用来进行结构检算。下面给出典型的、最不利受力阶段（开挖柱间上部土体）的计算简化模型和计算结果。
（1） 计算简化模型
上述典型的、最不利受力阶段（开挖柱间上部土体）的结构状态及简化计算模型分别示于图6、图7和图8。
图6 最不利结构受力状态
图7 计算简化模型1（未考虑防水板作用）
图8 计算简化模型2（模拟防水板作用）
（2） 计算结果
考虑到上述状态系临时的、最不利的受力状态，故荷载取为“土压力+结构自重+施工荷载”，计算结果示于图9、图10。
图9 简化模型1支护结构计算内力（单位：kN．m）
图10 简化模型2支护结构计算内力（单位：kN．m）
（三） 现场实测资料
1． 地表沉降
典型实测地表沉降曲线示于图11，对照图4所示的计算结果有两点需作进一步说明：
（1）实测地表沉降值与计算值基本吻合，主要是因为北京地区有较多的“暗挖法”施工实例，计算参数的选择相对合理。
（2）两边拱施工阶段所得的地表沉降实测结果和计算值有一定差异，其主要原因是施工存在的地层损失（指结构与地层间存在的空隙）在模拟计算中没有得到充分反应。
图11 典型实测地表沉降曲线
2． 结构受力
为节省篇幅，本文仅给出车站核心受力结构—钢管柱的实测结果（表2）。
钢管受力实测结果 表2
对照表2、图9和图10几组结果可知：采用弹簧单元（只传递压力，不传递拉力、剪力和弯矩）来模拟内外层结构间防水板的力学效果较为理想。
