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·隧道/地下工程·收稿日期:20160206基金项目:中铁十二局集团第二工程有限公司科技研发计划项目(公司科[2014]09号)浅埋暗挖法隧道小净距下穿公路隧道施工技术研究马立忠(中铁十二局集团第二工程有限公司山西太原030032)摘要结合厦门地铁一号线诚毅广场站~软件园站区间浅埋暗挖法施工情况,从分析施工重难点入手,采用三维分析MIDAS-GTS计算软件,对区间下穿海翔大道西亭隧道的施工过程提前进行分析,在最终计算值处于可控范围的前提下提出浅埋暗挖法隧道下穿西亭隧道采用的技术处理措施。在施工过程中,结合工程地质、水文地质条件对该暗挖隧道的支护参数进行动态调整,对地铁隧道及城市快速路隧道沉降变形监控量测进行了阐述。通过采取技术措施,浅埋暗挖法隧道安全通过了西亭隧道。关键词浅埋暗挖法下穿公路隧道小净距监控量测支护参数中图分类号U455文献标识码A文章编号10094539(2016)04005305ConstructionTechnologyoftheTunnelNearbyUndergoingExpresswayTunnelwiththeShallowDepthExcavationMethodMaLizhong(ChinaRailway12thBureauGroup2ndEngineeringCo.Ltd.,TaiyuanShanxi030032,China)AbstractCombiningwithXiamenSubwayLineNo.1ChengyiSquareStationtoSoftwareParkStationshallowtunnelexca-vationmethodconstructionsituation,basedondiscussionaboutthedifficultpointsofconstructionoftheproject,thepaperanalyzesfirstlythetunnelconstructionprocessusingthethree-dimensionalMIDAS-GTScalculationsoftware,thenproposesthetechnicalprocessingmeasureswhilethefinalcalculatedvaluesareinthecontrollablerange.Incombinationwiththeen-gineeringgeologicalandhydrogeologicalconditionsintheconstructionprocess,tunnelsupportingparametersaredynamicallyadjusted,thesubsidencedeformationmonitoringaboutthesubwaytunnelandurbanexpresswaytunnelareexpounded.Throughadoptingtechnicalmeasures,thetunnelexcavationsafelypassesthewestpaviliontunnel.Keywordsshallowexcavationmethod;undergoingexpresswaytunnel;smallcleardistance;monitoringmeasurement;supportingparameter1工程概况厦门地铁一号线诚毅广场站~软件园站区间采用浅埋暗挖法[1-2]施工,区间由诚毅广场站开始,沿诚毅大街向北延伸,分别下穿海翔大道西亭隧道、共同沟、钟楼、软件园三期高层建筑、诚毅大街跨线桥、沈海高速、集美北大道,止于软件园站。海翔大道横贯厦门岛外北部,将岛外海沧、集美、同安和翔安四区连接,是厦门最重要的城市快速路,该道路全线主车道采用双向6车道,辅道4车道,时速80km。西亭隧道为三跨钢筋混凝土结构,隧道由对称的行车道及共同沟组成,结构高度7.9m,宽度35.7m,底板厚度为1.1m,顶板厚度为1.0m,外墙厚度为1.0m,中隔墙厚度为0.8m。该隧道通行车辆多,尤其是重载车辆多,通行车辆速度快。地铁浅埋暗挖隧道采用四心圆马蹄形断面,隧道35铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016(04)·隧道/地下工程·断面开挖尺寸为7.048m×6.5m(净高×净宽),采用双层复合式衬砌,外层初期支护采用30cm厚C25喷射混凝土;内层衬砌采用35cm厚现浇C40钢筋混凝土结构,抗渗等级为P10。地铁隧道下穿西亭隧道部位设置50m长管棚,管棚采用φ89、t=6mm无缝钢管,管棚环向间距为0.3m,隧道拱顶150°设置;管棚之间设置6.5m长小导管,并在小导管内注WSS浆液;初期支护采用格栅拱架,拱架间距为50cm,地铁隧道下穿西亭隧道段设置型钢临时仰拱。地铁隧道由诚毅广场站掘进47m后左右线即垂直下穿西亭隧道,设计为一级风险源,对应隧道里程为YDK26+734~YDK26+784,地铁隧道初期支护与西亭隧道的净距仅为2.4m。两者位置关系见图1。图1诚软区间隧道与西亭隧道位置关系(单位:m)地铁隧道下穿西亭隧道平面线路为直线段,隧道线间距为15m;纵断面线路为‰28下坡。海翔大道范围内地铁隧道拱顶及洞身范围内地质从上至下依次为:可塑状粉质黏土、冲洪积粗砂、硬塑状残积土、全风化花岗岩[3];西亭隧道结构位于黏土质素填土、可塑状粉质黏土及冲洪积粗砂,砂层最大厚度为1.5m,且西亭隧道结构底部位于粗砂层范围内。本场地地下水水位高,其水位为2.47m;西亭隧道顶板标高为6.98m、隧道底板标高为-0.92m;地铁隧道拱顶标高为-3.32m、隧道仰拱底标高为-10.22m,西亭隧道下部砂层及地铁隧道全部在地下水水位以下。砂层中存在的地下水对隧道开挖影响极大。地铁隧道下穿海翔大道地质情况见图1。2工程重难点分析(1)地铁隧道与西亭隧道距离近,开挖易引起洞内土体位移及开裂地铁隧道与西亭隧道最小净距仅为2.4m,隧道拱顶位于硬塑状残积土,硬塑状残积土在遇水情况下易崩解,崩解后的残积土性质为泥浆,如何控制洞内硬塑状残积土的遇水崩解进而防止隧道开裂是本工程的重难点。(2)地铁隧道拱顶位于富水砂层,地下水控制差容易引起流沙、涌水现象地铁隧道拱顶局部处在粗砂层中,其渗透系数k>20m/d。砂层中的地下水流动性极强,如何控制地下水进而防止隧道开挖过程中产生流沙、涌水现象[4]是本工程的重难点。(3)地铁隧道管棚施工角度控制困难,管棚施工容易打设到西亭隧道底板地铁隧道下穿海翔大道部位采用超长管棚支护,管棚的长度达到50m,但两隧道的净距仅为2.4m,如何有效控制管棚打设角度确保既能达到超前支护效果又能确保管棚不穿过西亭隧道底板是工程的重难点。(4)地铁隧道洞内超前WSS注浆压力控制困难,注浆容易造成西亭隧道下部土体隆起、结构开裂隧道超前支护小导管注浆采用WSS注浆时,如何有效控制注浆压力既能达到超前支护的目的,又能确保西亭隧道不因注浆压力大造成土体压缩进而影响其底板是本工程的重难点。3地铁隧道下穿海翔大道风险预分析3.1数值模拟的边界条件计算过程中的主要荷载包括结构单元自重、施工过程中降水、诚~软区间矿山法隧道施工,周边环境按无限刚度体模拟,约束有限元模型底部的竖向位移及各侧面的法向位移。3.2工况分析本次分析针对地铁隧道施工全过程进行数值模拟,共分4个工况即4个施工步骤,见表1。表1地铁隧道施工阶段工况编号工况简述备注1初始位移定义水位、初始位移位移清零2地铁隧道开挖前降水降低水位至隧道底3施作大管棚、加固土体加固隧道周边土体4浅埋暗挖法隧道穿越3.3计算方法及计算模型三维分析选择MIDAS-GTS计算软件,所有单元采用四面体和六面体混合实体网格进行模拟,海翔大45铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016(04)·隧道/地下工程·图2海翔大道西亭隧道超载计算数值模型道西亭隧道车辆荷载采用超载的形式施加,具体模型如图2所示。因地下水情况较复杂,受开挖前降水的影响较大,因此本次分析采用水土合算的模式,摩尔-库伦破坏准则仿真模拟地层情况,计算范围为150m×135m×40m,具体模型如图3所示。图3地铁区间施工对西亭隧道影响计算数值模型3.4各施工步骤计算工况地铁隧道下穿西亭隧道各施工工序的步骤如下:初始渗流和位移→开挖前降水→大管棚、加固隧道周边土体→浅埋暗挖法通过、施作隧道衬砌[5]。3.5计算结果地铁隧道施工完成后,西亭隧道竖向最大位移8.48mm;西亭隧道水平最大变形量2.32mm。如图4所示。图4地铁隧道开挖对西亭隧道沉降影响计算结果3.6结果分析由数值计算结果可知:地铁隧道下穿西亭隧道施工完成后,西亭隧道累计竖向位移为8.48mm;累计水平位移为2.32mm,且西亭隧道变形主要发生在降水阶段,如图5所示。根据《厦门轨道交通工程建设监控量测控制指标参考资料汇编》的要求穿越城市快速路的沉降控制值≤20mm,满足沉降控制值要求。通过模型计算,理论上地铁隧道穿越西亭隧道施工安全风险可控,西亭隧道变形主要在降水阶段产生,故控制降水阶段西亭隧道沉降为工程重点。图5地铁隧道开挖各施工阶段对应的西亭隧道位移值4施工控制措施4.1监控量测地铁隧道降水、开挖施工过程中,为确保西亭隧道的安全,要求地表沉降累计值≤20mm、位移平均速率≤1mm、位移最大速率≤1mm,差异沉降控制值为0.1%。为此施工监测[6]主要分以下几个阶段:(1)在地铁隧道开挖前、降水实施时,在西亭隧道内部底板、侧墙加密监测点,通过24h的不间断监测,及时取得降水阶段的西亭隧道的沉降累计值、平均值、沉降速率、沉降差异值,并绘制变形曲线图[7],进行数据分析。(2)在地铁隧道开挖阶段,降水施工与地铁开挖同时进行,此时除进行西亭隧道的监测外,还要对地铁隧道的拱顶沉降、净空收敛、地表沉降、降水量进行检测,并进行数据分析。根据数据分析结果采取保护措施。4.2施工降水由于西亭隧道净宽达到35.7m且其底板处于砂层,如何有效控制西亭隧道范围内的地下水是工程成败的关键因素,为此在隧道开挖前降水阶段采取以下措施。(1)采用专业队伍进行降水设计、施工施工前经多方比选,选择有降水经验的勘察单位对西亭隧道两侧进行降水设计,地下水的处理主要有两部分,一部分是降低地层中砂层水位,进行地下水的泄压处理;另一部分主要是疏干残积土、风化岩中的基岩裂隙水,防止开挖过程中残积土、风化岩遇水崩解成泥浆。(2)隧道开挖前提前降水要求地下水位必须降低至地铁隧道底板以下1m方可进行隧道开挖施工。故在隧道开挖前15d即进行地下水的抽排,通过观测井的水位测量,隧道开挖前地下水水位已全部达到设计要求。55铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016(04)·隧道/地下工程·(3)控制降水产生的不均匀沉降西亭隧道净宽达到35.7m,通过在西亭隧道两侧各设置2排、每排5眼降水井的措施,将降水井的范围扩大至75m×50m,将降水漏斗的范围扩大至150m×120m,降水漏斗的扩大有效降低了西亭隧道周边不均匀沉降的问题。同时采用大井大泵的措施,通过井管构造及调整反滤层厚度控制降水井出砂率在十万分之一以内[8]。4.3管棚打设原设计西亭隧道下部的超前管棚为50m一次打设,长管棚[9]不仅精度控制困难,容易打透西亭隧道的底板;同时长管棚在砂层中成孔困难,施工过程中流沙、涌水现象较多。为此通过多种方案比较决定采用短管棚方案[10]通过西亭隧道,管棚打设分两次进行,第一次管棚打设长度为20m;第二次管棚打设长度为30m,两次管棚打设搭接长度为3m。管棚打设见图6。图6西亭隧道下短管棚打设分段示意图(单位:mm)4.4地铁隧道支护措施4.4.1WSS注浆控制WSS注浆主要目的是控制拱顶砂层,施工中通过注浆试验采用WSS(无收缩二重管)[11]注浆工艺,通过调整注浆压力值1.5~2.5MPa、浆液凝结时间[12]在15s左右、浆液扩散半径在1.0m左右,此措施不仅有效解决了流沙涌水现象,同时有效控制了注浆压缩土体对西亭隧道底板隆起的影响。4.4.2超前地质预报隧道开挖过程中重视超前地质预报[13]的作用,施工过程中主要采用地质雷达与钻探相结合的方式进行超前地质预报。每次使用地质雷达一次探测长度为20~25m,首先判明地铁隧道范围内无大的地质异常区;在每次隧道开挖过程中,在掌子面打设5个6m长超前钻孔,其中拱顶1个、左右侧拱肩部位各1个、左右侧起拱线各1个,判断掌子面的基本地质情况,无异常地质区开挖5m后进行下一循环地质钻孔的打设。4.4.3“”按照短进尺、快封闭的十八字方针原则进行隧道开挖施工地铁隧道施工过程中严格按照设计要求的格栅间距进行开挖、支护,上台阶格栅安装完成后及时架设临时仰拱尽早将上台阶封闭成环。为防止隧道下沉,上台阶格栅钢架安装过程中在起拱脚连接板下垫50cm长方木增大受力面积,控制拱脚锁脚锚管的打设角度、方位,喷射混凝土时将隧道背后空洞喷满并及时进行背后回填注浆。4.5应急措施(1)地铁隧道开挖前组织内部人员进行应急演练,对隧道开挖过程中容易出现的坍塌、涌泥、涌水等各种情况进行现场演练。在演练中针对存在的各种应急物资问题、应急响应问题、技术措施不足问题进行整改。(2)地铁隧道通过西亭隧道前与产权单位进行沟通,针对施工中可能存在的问题提前沟通,并在隧道下穿前制定了应急交通疏解方案,以便出现问题的情况下能及时疏导社会交通。5结束语(1)施工前需开展所下穿的建构筑物的情况调查。主要包括建构筑物的结构形式,与隧道平纵关系,工程地质、水文地质情况与图纸是否相符。如发现问题及时反馈至业主、设计进行动态调整。(2)隧道施工过程中重视监控量测的指导作用,在掘进过程中通过检测数据及时调整各种支护措施,真正让监测起到地下施工眼睛的作用。(3)重视隧道初期支护施工完成后二次注浆的作用,及时、足量地进行二次补浆是控制隧道开挖工后地表沉降的最有效手段。(4)重视浅埋暗挖法隧道降水的作用,尤其是在砂层及花岗岩复合地层中。通过有效的降水措施不仅能降低地下水位,起到泄压作用;在将花岗岩复合地层中的基岩裂隙水疏干后很好地解决了土体崩解问题。(5)通过以上数值模拟及技术措施,项目部用35d时间成功下穿西亭隧道,下穿后通过监控量测65铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016(04)·隧道/地下工程·数据显示,西亭隧道的沉降值基坑控制在6.5mm,且未发现西亭隧道结构开裂及背后空洞,达到了安全通过西亭隧道的目的。参考文献[1]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].安徽:安徽教育出版社,2004:10-15.[2]王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京:人民交通出版社,2010:105-111.[3]刘成宇.土力学[M].2版.北京:中国铁道出版社,2009:69-77.[4]赵东华.大跨度超浅埋暗挖隧道下穿城市主干道施工技术[J].铁道建筑技术,2014(11):43-45.[5]王建明.新建隧道下穿多座隧道施工技术[J].铁道建筑技术,2014(11):39-42.[6]GB50497-2009建筑基坑工程监测技术规范[S].[7]JGJ8-2007建筑变形测量规范[S].[8]GB50307-2012城市轨道交通岩土工程勘察规范[S].[9]安刘生,袁振国.地铁隧道长大管棚水平定向钻进施工技术[J].铁道标准设计,2008(12):177-179.[10]贾宏宇.超前管棚支护在隧道工程中的应用[J].铁道建筑技术,2010(3):96-98.[11]张瑜.WSS深孔注浆工法在矿山法区间下穿既有盾构区间中的应用研究[J].铁道标准设计,2011(5):4-5.[12]彭峰,孔恒,于亮.组合注浆施工技术在电力隧道穿越老旧民房施工中的应用[J].铁道建筑,2010(8):89-90.[13]GB50652-2011城市轨道交通地下建设风险管理规范[S]檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪.(上接第34页)路基进行雷达探测,如发现空洞、松散等情况应及时进行注浆处理,避免对铁路安全造成影响。4施工监控沉降在顶进过程中,实时对桥体进行观测。箱身每前进一顶程,即应对箱身的轴线和高程及顶力体系、后背不断地进行观测、记录、分析和控制。表1为顶进施工过程中两座框架桥高程及其中线的沉降观测数据,由表1可知,两座框架桥的高程的沉降量基本上在《铁路桥涵工程施工质量验收标准》(TB10415-2003)范围内,满足规范规定。这也表明本工程的施工措施取得了良好的效果。表1两座框架桥高程及中线观测记录mm四孔框架桥测点高程观测上升下降中线观测测点145测点240偏左40偏左20测点313测点46偏右偏右两孔框架桥测点高程观测上升下降中线观测测点142测点24偏左80偏左测点312测点420偏右偏右505结论(1)该工程通过小净距过渡段路基注浆、线路加固、双孔框架涵前后交替顶进的技术措施,安全优质高效地完成了顶进施工任务,保证了工期和工程的质量。(2)通过该工程的实施,创新性地形成了相邻两座小净距大跨度多孔框构桥下穿铁路顶进施工技术,为小净距大跨度顶进框构桥施工方面积累了成功经验。参考文献[1]桂业昆,邱式中.桥梁施工专项技术手册[M].北京:人民交通出版社,2005:283-285.[2]冯丛.异形框架涵下穿既有线同步平移换梁施工关键技术[J].铁道建筑技术,2015(10):91-95.[3]龚宏华,胡洲,万波,等.既有线高路堤下箱涵顶进施工技术[J].铁道标准设计,2010(4):63-65.[4]田家琳,李征,刘秀娟.首都国际机场下穿滑行道长大箱涵顶进施工技术[J].铁道标准设计,2007(3):51-53.[5]金继伟.下穿既有铁路大跨度架空顶进箱涵的设计与施工关键技术[J].郑州大学学报:工学版,2012,33(3):28-32.[6]梁红燕.既有线铁路线下顶进框架桥设计浅谈[J].铁道建筑技术,2015(10):91-95.[7]杨涛.既有线铁路框架桥改造设计[J].石家庄铁道大学学报,2011(4):45-49.[8]李小林.下穿铁路斜交涵顶进施工技术[J].上海铁道科技,2009(3):85-87.[9]王鹏举,陈建民,杨再光.浅谈小角度框构桥顶进线路加固方案的改进[J].铁道建筑技术,2007(S2):99-100.[10]张新华.多孔大跨框架涵整体顶进施工技术[J].河北建筑工程学院学报,2014(4):8-10.[11]高秀梅.大断面箱涵顶进技术在下穿铁路工程中的应用[J].铁道勘察,2009(1):82-84.[12]桂业昆,邱式中.桥梁施工专项技术手册[M].北京:人民交通出版社,2005:82-84.75铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016(04)
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