大跨度不對(duì)稱雙聯(lián)拱隧道在復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工技術(shù)

1、大跨度不對(duì)稱雙聯(lián)拱隧道在復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工技術(shù)             摘 要: 介紹廣州地鐵三號(hào)線番禺折返線工程大跨度不對(duì)稱雙聯(lián)拱的設(shè)計(jì)與施工過程, 針對(duì)隧道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行受力分析, 采取一系列施工技術(shù)措施使工程順利完工, 為今后復(fù)雜地質(zhì)條件下同類結(jié)構(gòu)施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞: 大跨度; 不對(duì)稱雙聯(lián)拱; 區(qū)間隧道; 施工  1 工程概況   廣州地鐵三號(hào)線番禺折返線隧道西起番禺廣場站, 沿清河?xùn)|路向東, 穿過東環(huán)路跨線橋, 止于外

2、經(jīng)貿(mào)中心大樓, 該區(qū)間由左右兩條正線及存車線組成。左右線設(shè)計(jì)里程為 ZDK28(+431.80+786.30), 全長354.5m, 兩線隧道的凈距為 1.758.1m, 埋深 14.017.5m。該區(qū)間線路相互交錯(cuò), 斷面類型較多, 變化頻繁, 斷面跨度大, 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。其中大跨度不對(duì)稱雙聯(lián)拱地段位于 DK28(+546.05+566.5), 開挖跨度為21.7m, 開挖高度 10.21m, 隧道拱頂埋深 15.2m, 是施工難度很大的地下洞室群。   大跨度不對(duì)稱雙聯(lián)拱段基巖為燕山三期(y3)花崗巖。隧道洞身位于一條寬達(dá) 15m 的斷層破碎帶上, 該破碎帶巖石多為全風(fēng)化

3、花崗巖, 綠泥石化嚴(yán)重, 巖石呈碎粒、碎塊狀、地下裂隙水豐富, 巖石粘結(jié)力差, 開挖易坍塌。   由于該雙聯(lián)拱所處地段附近地面建筑物較少,僅北邊 20m 外為某電腦城, 故只需確保雙聯(lián)拱施工安全, 防止雙聯(lián)拱地段出現(xiàn)較大沉降和地下失水, 即可保證地面和地下結(jié)構(gòu)物的安全。針對(duì)雙聯(lián)拱跨度大且不對(duì)稱、地質(zhì)條件復(fù)雜等特點(diǎn), 采用“中墻法+臺(tái)階法+CRD 法”進(jìn)行施工, 并以超前注漿小導(dǎo)管為輔助措施確保施工安全。2 模擬計(jì)算及隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型   結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮地鐵限界和暗挖結(jié)構(gòu)的施工工藝要求, 以及結(jié)構(gòu)受力特性、圍巖級(jí)別、地表建筑等條件,

4、 經(jīng)計(jì)算分析優(yōu)化并類比后綜合確定。   結(jié)構(gòu)計(jì)算采用荷載結(jié)構(gòu)模型平面桿系有限單元法, 計(jì)算基本假定襯砌為小變形彈性梁, 襯砌離散為多個(gè)等厚度直桿梁單元; 用布置于各節(jié)點(diǎn)上的彈簧單元來模擬圍巖與襯砌的相互約束; 彈簧只承受壓力, 其受壓時(shí)的反力即為圍巖對(duì)襯砌的彈性抗力;初期支護(hù)在施工期間承受水土壓力。正常使用期間二次襯砌承受全水頭壓力; 排水措施作為安全儲(chǔ)備,不在結(jié)構(gòu)計(jì)算中加以考慮。   隧道所承受的荷載主要有土壓力、水壓力、圍巖抗力、混凝土收縮作用力以及背后注漿壓力等。考慮到大跨度不對(duì)稱雙聯(lián)拱隧道為淺埋隧道, 其荷載組合按作用基本組合和偶然組合進(jìn)行分析,

5、 根據(jù)經(jīng)驗(yàn),作用偶然組合對(duì)截面設(shè)計(jì)不加控制, 故不作分析?；窘M合關(guān)系如下: 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 1.1; 各作用力及其分項(xiàng)系數(shù)分別為地面荷載 1.4, 土壓力 1.2, 主體結(jié)構(gòu)水壓力 1.1, 活載產(chǎn)生的側(cè)壓力 1.4。   采用 SAP8450 程序進(jìn)行計(jì)算, 可得出大跨度不對(duì)稱雙聯(lián)拱隧道初期支護(hù)彎矩及軸力如圖 1 所示, 據(jù)此進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。再通過計(jì)算得出挖土支護(hù)各工序( 如圖 2), 分別為: 中導(dǎo)洞上導(dǎo)挖支; 中導(dǎo)洞下導(dǎo)挖支; 雙線斷面右半側(cè)上導(dǎo)挖支; 雙線斷面右半側(cè)下導(dǎo)挖支; 中墻襯砌; 單線斷面上導(dǎo)挖支; 單線斷面下導(dǎo)挖支; 單線斷面仰拱襯砌及回填; 單線斷面拱墻

6、襯砌; 雙線斷面左半側(cè)上導(dǎo)挖支; ,雙線斷面左半側(cè)下導(dǎo)挖支;.雙線斷面仰拱襯砌及回填; 雙線斷面拱墻襯砌。各工序開挖的最小錯(cuò)開距離分別為: 與、與、與、與為3m,其余均為15m。2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)   本隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)斷面如圖 3 所示。3 施工方法   結(jié)合單、雙線斷面的施工方法, 該大跨度不對(duì)稱雙聯(lián)拱的施工采取“中墻法+臺(tái)階法+CRD 法”施工技術(shù), 先施工中導(dǎo)洞和澆筑中墻混凝土, 再進(jìn)行單線斷面和雙線斷面施工。         3.1 中導(dǎo)洞施工   中

7、導(dǎo)洞按短臺(tái)階法進(jìn)行施工, 上下臺(tái)階拉開步距 35m, 每循環(huán)進(jìn)尺 0.51.2m。根據(jù)現(xiàn)場圍巖情況,開挖前沿中導(dǎo)洞開挖輪廓外側(cè)拱部環(huán)向布置超前注漿小導(dǎo)管, 采用 f 42 熱軋無縫鋼管, 壁厚 3.5mm, L=4.0m, 間距為環(huán)向 0.35m, 縱向 2.4m, 外插角約 10°。   開挖完成后及時(shí)初噴 C20 混凝土, 厚約 5cm,臨時(shí)封閉掌子面, 以防止掌子面失穩(wěn)而出現(xiàn)坍塌, 然后依次設(shè)格柵鋼架, 間距 50cm, 掛設(shè)鋼筋網(wǎng)噴射混凝土至設(shè)計(jì)厚度。鋼筋網(wǎng)采用 f 6.5150×150 鋼筋單層鋪設(shè)于格柵外側(cè), 噴射混凝土厚 20mm 以上。&

8、#160;  上導(dǎo)噴混凝土完成后進(jìn)行下導(dǎo)施工, 依次為開挖立設(shè)格柵鋼架掛設(shè)鋼筋網(wǎng)噴設(shè) C20 早強(qiáng)混凝土, 上下導(dǎo)保持步距為 35m, 然后幾時(shí)進(jìn)行中墻襯砌施工, 處理基面鋪設(shè) PVC 防水板澆筑C25 防水混凝土, 抗?jié)B等級(jí) S8。3.2 單線斷面臺(tái)階法施工   中導(dǎo)洞施工完成后, 應(yīng)及時(shí)對(duì)中墻頂進(jìn)行注漿,并回填拱部空隙, 待中墻混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)值的 70%后方可進(jìn)行單線斷面施工。單線斷面開挖前必須對(duì)中導(dǎo)洞右側(cè)進(jìn)行支撐, 以防中墻受偏壓產(chǎn)生位移。單線斷面仍按短臺(tái)階法施工, 上半斷面環(huán)形開挖留核心土, 上下導(dǎo)拉開步距 35m, 每循環(huán)進(jìn)尺 0.51.2m。按設(shè)計(jì)要求

9、及現(xiàn)場圍巖實(shí)際情況, 考慮到圍巖情況, 即類圍巖、全風(fēng)化花崗巖, 與水溶解成泥狀, 依次進(jìn)行掌子面臨時(shí)噴混凝土封閉, 超前小導(dǎo)管注漿加固圍巖, 漿液采用 42.5R 普通硅酸鹽水泥漿, 水灰比為10.510.8, 注漿壓力 0.5MPa, 漿液強(qiáng)度為 20MPa。   單線斷面的初期支護(hù)為格柵鋼架噴錨支護(hù), 格柵鋼架間距為 0.5m, 噴射混凝土厚 30cm。然后及時(shí)進(jìn)行二次襯砌, 需事先拆除中導(dǎo)洞側(cè)墻格柵鋼架及噴射混凝土, 格柵鋼架拆除采用微差松動(dòng)爆破技術(shù),施工過程中注意保護(hù)中墻混凝土面以及中墻頂預(yù)留的 PVC 防水板不受損壞, 除在爆破中嚴(yán)格控制鉆孔及裝藥量外, 爆破時(shí)

10、還需對(duì)防水板采用薄鐵皮包裹防護(hù), 對(duì)中墻混凝土表面需用木板或竹耙進(jìn)行遮擋。3.3 雙線斷面 CRD 法施工   雙線斷面采用 CRD 法施工, 先施工右半側(cè)上下導(dǎo), 即工序、, 、與、的錯(cuò)開距離約 5m。根據(jù)圍巖情況并考慮施工方便, 工序施工前鉆設(shè)超前小導(dǎo)管進(jìn)行注漿加固圍巖, 開挖時(shí)預(yù)留核心土呈環(huán)形開挖, 及時(shí)支立格柵鋼架、臨時(shí)隔壁及仰拱型鋼, 掛設(shè)鋼筋網(wǎng)并噴射 C20 早強(qiáng)混凝土, 厚度為格柵鋼架 30cm, 臨時(shí)隔壁和仰拱 20cm, 然后進(jìn)行工序施工, 拉開步距 35m, 仍按開挖土體立設(shè)格柵鋼架及臨時(shí)隔壁型鋼鉆設(shè)側(cè)墻錨桿噴射格柵及隔壁混凝土的順序依次進(jìn)行。 

11、;  單線斷面二次襯砌完成后方可進(jìn)行雙線斷面即工序、,的施工, 仍采取短臺(tái)階法, 需拆除中導(dǎo)洞側(cè)墻及拱部部分格柵, 并及時(shí)將臨時(shí)仰拱型鋼延伸至中墻混凝土面, 采用膨脹螺栓進(jìn)行聯(lián)接固定, 仰拱格柵應(yīng)及時(shí)封閉成環(huán)。   根據(jù)“新奧法”原理, 雙線斷面挖支完成后及時(shí)布設(shè)沉降觀測點(diǎn)進(jìn)行拱頂沉降及收斂觀測, 根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)確定二襯施工時(shí)間。雙線斷面二襯施工時(shí)先進(jìn)行工序施工, 即先施工仰拱混凝土、軌底回填和拱墻混凝土, 需事先拆除臨時(shí)隔壁豎向型鋼至軌底回填面, 仰拱型鋼拆除每次不大于 5m, 待仰拱回填后豎撐即可恢復(fù), 仰拱施工后可進(jìn)行工序施工, 施工前先拆除臨時(shí)隔壁及仰拱支撐

12、, 每次拆除長度不大于 4.8m, 然后施作拱墻二襯混凝土。3.4 雙聯(lián)拱防水施工技術(shù)   由于雙聯(lián)拱段縱環(huán)向施工縫較多, 結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 故成為防水施工的薄弱環(huán)節(jié)。防水施工遵循“以防為主、防排結(jié)合、因地制宜、綜合治理”的原則進(jìn)行, 對(duì)雙聯(lián)拱段采用外貼式 PVC 防水板實(shí)現(xiàn)全包防水, 防水板外側(cè)設(shè)置單層無紡布作為緩沖層。雙聯(lián)拱縱環(huán)向施工縫中部埋設(shè)鍍鋅鋼板止水, 每條環(huán)向施工縫外側(cè)設(shè)置一道平蹼式止水帶, 以實(shí)現(xiàn)分區(qū)防水的目的。雙聯(lián)拱全包防水施工如圖 4 所示。4 監(jiān)控量測   根據(jù)本工程施工的特點(diǎn)及方案, 在雙聯(lián)拱施工中需對(duì)隧道結(jié)構(gòu)及其周圍受影響的地面進(jìn)行沉降

13、、收斂及爆破震動(dòng)監(jiān)測, 以確保隧道結(jié)構(gòu)及周圍環(huán)境安全。對(duì)監(jiān)測獲得的各項(xiàng)數(shù)據(jù)及時(shí)反饋, 進(jìn)行分析和相互驗(yàn)證, 以確保監(jiān)測結(jié)果的可靠性。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)測發(fā)展趨勢(shì), 掌握施工中結(jié)構(gòu)的受力以及對(duì)周圍環(huán)境的影響情況, 以便及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)和施工方案, 根據(jù)實(shí)際情況采取應(yīng)對(duì)措施, 為現(xiàn)場施工安全提供服務(wù)。   現(xiàn)場采用 WRM- 3 收斂儀進(jìn)行拱頂位移和內(nèi)凈空位移進(jìn)行量測, 挖支完成后即布設(shè)量測點(diǎn), 每個(gè)測量斷面共設(shè)拱頂沉降量測點(diǎn) 3 個(gè)(分別位于中導(dǎo)洞和單、雙線斷面的拱頂), 收斂量測點(diǎn) 4 個(gè)(分別位于單、雙線斷面最大跨度處和中導(dǎo)洞起拱線的左右側(cè))。雙聯(lián)拱段按 10m 左右設(shè) 1 個(gè)斷面, 共設(shè) 2 個(gè)。具體量測結(jié)果見表 1, 據(jù)此進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,斷面開挖后圍巖一般在 12d 內(nèi)趨于穩(wěn)定。所有臨時(shí)支撐體系在半月內(nèi)不應(yīng)拆除, 以防拱頂變形過大而造成破壞。5 結(jié)束語   通過結(jié)構(gòu)的受力模擬分析, 確定本文大跨度不對(duì)稱雙聯(lián)拱的合理施工方案, 實(shí)現(xiàn)了工程的順利進(jìn)行, 確保了施工安全, 證明采用“中墻法+臺(tái)階法+