随着城市地铁的快速发展，地铁隧道施工技术也越来越多样化。其中浅埋暗挖法的利用在城市地铁隧道的修建中较为广泛，包括盾构法、分部法、台阶法等。然而城市地铁隧道的修建对围岩稳定性要求是极高的，因为城市地铁大多地处市区，有人口众多、建筑物密集还有交通路线复杂等特点。选择最优的施工方案就成了控制围岩稳定的关键。

贵阳地铁观水路站工程采用了双侧壁导坑法施工。双侧壁导坑法是浅埋暗挖法中安全性最突出的施工工法，其能够很好地控制围岩的变形，常用于围岩差、断面跨度大、地表沉降控制要求严格的隧道［1］。黄木田等［2］利用ANSYS软件研究了大断面车站双侧壁导坑法核心土直立开挖安全宽度，指出了最优的核心土宽度。卢晓玲等［3］研究了特大断面隧道双侧壁导坑工法施工核心土稳定性因素。余熠［4］对核心土的留设进行了数值分析。王梦恕［5］总结强调了浅埋暗挖法施工要点。高海宏［6］研究了双侧壁导坑法在重庆市渝中区最繁华城区的临江门车站隧道的应用。李浩等［7］以控制导坑形状和导坑开挖位置为变量，对双侧壁导坑法做了优化分析。许崇帮等［8］、丁文其等［9］、李术才等［10］、唐霞等［11］也对隧道施工做了优化研究。然而，对于在城市中用双侧壁导坑法施工修建的特大断面隧道，其弧形核心土的宽度优化研究还有所欠缺。

现制定了3种不同的核心土宽度分部方案，核心土宽度分别为8 308、10 308、12 308 mm。用有限元软件ABAQUS来模拟不同分部面积情况下的隧道开挖，研究在核心土宽度不同时对隧道开挖的稳定性影响。

贵阳地铁2号线观水路站工程位于贵阳老城区，如图1所示。隧道断面采用曲墙加仰拱的五心圆马蹄形断面，车站主体隧道开挖断面宽22.16 m，高19.21 m，拱顶埋深17～20 m。洞身绝大部分位于中风化白云岩中，隧道围岩级别为V级，属于特大断面暗挖隧道。岩体以中厚层状为主，多属块状及层状结构，部分属碎石、角砾状结构;岩体部分较破碎，部分较完整。初期支护采用厚36 cm的C25喷混凝土;二次衬砌采用厚90 cm的C35防水钢筋混凝土;超前小导管用50×4无缝钢花管;系统锚杆用25×7普通中空锚杆。

依照双侧壁导坑法横向施工的步骤进行隧道的开挖，如图2所示。其施工工序为顺序开挖①～⑨部，并及时作初期支护，然后移除支撑作二次衬砌。图2中L代表核心土宽度。

为简化纵向施工的分部滞后影响，建立了横向宽140 m，高97.21 m，隧道开挖宽度22.16 m，开挖高度19.21 m，拱顶埋深18 m的二维平面模型，其中覆土深度为10 m，如图3所示。对模型底边施加竖向位移约束，对左右两边施加横向位移约束。模型网格选择四边形四节点单元，并采用Mohr-Cou-lomb本构模型，初支与衬砌都用弹性单元，锚杆以及超前支护用等效加固的方法模拟。分别取3种不同宽度的核心土，核心土宽度L分别为8 308、10 308、12 308 mm。其中10 308 mm为实际工况设计方案宽度。材料物理参数如表1所示。

依据双侧壁导坑法的施工工艺，利用有限元软件模拟隧道开挖的步骤。首先，使模型实现初始地应力平衡;其次，激活隧道初期支护单元;再次，根据减小岩体模量的方法，使岩体模量减小40%，按顺序分别开挖①～⑨部，最后再拆除支临时钢支撑进行二次衬砌。模拟开挖如图4所示。

在城市地铁施工中，保证周围建筑物、地下管线等的安全非常重要。为了安全施工，必须建立起有效的监控量测［12］。图5中横坐标表示模拟分析步，纵坐标表示监测点的位移。方案1表示L=8 308 mm，方案2表示L=10 308 mm，方案3表示L=12 308 mm。在1969年国际土力学大会上，Peck［13］提出隧道开挖引起的地表横向沉降槽符合Gauss函数分布。可以在数值上看出3种方案的最终地表沉降槽线基本相同，其在隧道中线位置处的沉降明显最大，离中线越远，产生的沉降越小。说明核心土宽度对隧道开挖最终产生的地表位移影响不大。

图6所示为地表中心点位置处的一个监控点的隧道开挖工序与位移的关系。在开始阶段，三者的曲线走势几乎重合，这是由于地应力的平衡产生的。然后在隧道开挖①～⑥部过程段，三者的曲线走势出现变化，其中方案3的沉降小于方案2，相对于方案2，其在相同分析步下的最大沉降差为14.5%。方案1的沉降明显大于另外两个方案，相比方案2，其在相同分析步下的最大沉降差为27.2%。且方案2与方案3的曲线图较为一致。这是由于在方案1中，左右两侧导洞的面积较大，导致卸载开挖时，产生的沉降较大。到了核心土开挖阶段，随着⑦部的开挖，三者的沉降都出现“跳崖式”增长，之后开挖⑧～⑨部及衬砌阶段趋于平缓。这是由于核心土对隧道起着支撑的作用，当开挖核心土⑦部时，围岩失去中间的支撑物，使得地表中心处出现位移急剧增加的现象。

从图7中可以看出，3种方案的拱顶沉降曲线与地表监测点的变形曲线线性相似，但在数值上要大于地表监测点的沉降。方案1相对于方案2在相同分析步下的最大沉降差为30.1%。方案3相对于方案2在相同分析步下的最大沉降差为14.4%。且方案2与方案3的曲线较为一致。在第⑦部开挖时，方案3的位移变化速率最大，这是由于方案3的核心土分部面积较大，承受了较大的竖向应力，当开挖第⑦部时，围岩失去较大的承载力，使得方案3在第⑦部开挖时会出现较大的隧道变形。也说明在同一开挖步下，拱顶沉降要大于地表沉降，且拱顶沉降变化规律与地表沉降规律大致相同。

图8中，方案1的水平位移在隧道开挖过程中要明显大于其他两个方案，其次是方案2，再是方案3。在数量上，方案1相对于方案2在相同分析步下的最大位移差为56.5%。方案3相对于方案2在相同分析步下的最大位移差为29.1%。同样的，在开挖③时，水平位移发生第1次大的变化，其中方案1变化速率大于其他两个方案。然后曲线趋于平缓，直到⑦部的开挖，位移出现第2次大的变化，之后在移除支撑时出现了第3次大的位移变化。自始至终，方案1的位移较大，最小的是方案3。说明核心土越窄，在双侧壁导坑法下产生的位移变化波动较大，特别是在第③部、⑦部以及移除支撑时，隧道边墙产生的水平位移会急剧增加。

同样的，从图9中可以看出，方案1在开挖①～⑨部时的隆起最大，方案3在开挖第⑦部时隆起变化速率最大，这与地表、拱顶和边墙监测点的规律基本一致。在数量上，方案1相对于方案2在相同分析步下的最大位移差为42%。方案3相对于方案2在相同分析步下的最大位移差为27.1%。且方案2与方案3的曲线图较为一致。

在隧道开挖过程中，隧道主要的支承是靠围岩自身的承载能力与初期支护共同作用的。对此研究了在隧道开挖完成后初期支护的受力特征，分析在衬砌之前的危险点，为做好安全工作提供理论依据。主应力如表2所示。其中拱顶与拱底位置主要受拉作用，拱脚与边墙主要受压作用。虽然初期支护所受压应力比拉应力大，但初期支护用的是C25混凝土材料，混凝土抗拉强度远小于受压强度，所以对于初期支护的危险点，要防止拱顶与拱底受拉破坏，防止边墙及拱脚受压破坏。可以采取及时锚喷，施加钢支撑，勤加量测等措施避免隧道失稳造成严重的损失。

图10所示为施工现场预留核心土的实况，图11所示为核心土塑性区云图，其中PEEQ表示等效塑性应变，方案1的核心土塑性区面积大于方案2，方案2的塑性区面积大于方案3，且后两者相差不大。可以看出，塑性区首先出现在核心土两侧中间位置，然后随着核心土宽度变小，塑性区逐渐向内发展，塑性区面积越变越大，且集中出现在核心土中间位置，特别是方案1情况下，核心土塑性区面积基本覆盖了1/3的核心土。说明核心土的宽度影响着塑性变形，核心土越宽，对隧道的支撑效果越好，产生的塑性变形越小。核心土越窄，受到的围岩压力就越大，塑性变形也越大。

(1)3种方案中，在地表、拱顶、边墙及拱底位移方面，当L=8 308 mm时为最不利方案。

(2)3种方案中，当开挖⑦部时，隧道变形都会发生突变，变形速率急剧增大，其中当L=12 308 mm时的变形速率最大。建议加强监测与做好加固措施。

(3)在开挖①～⑥部保留核心土后，核心土会

发生塑性变形，其中核心土宽度L=8 308 mm时，塑性区面积最大。L=10 308 mm与L=12 308 mm时塑性区面积都较小。

(4)在开挖完成后，初期支护的受拉薄弱点在

拱顶与拱底，受压薄弱点在两侧边墙，建议做好加固措施。

综合以上几点，得出在超大断面隧道双侧壁导

坑法的施工中，最优核心土宽度应该选L=

10 308 mm。