淺埋暗挖群體隧道設計與施工

1、淺埋暗挖群體隧道設計與施工中鐵十三局 李迎春【內容提要】地鐵隧道在鼓樓站北修建一總長333.586m的停車線段，最大跨度17.358m。隧道間距小，洞室多，地面有建筑物，地下有管線和構筑物，施工必須保證各構筑物和結構安全與穩(wěn)定。采用工程類比、模型實驗、理論計算分析等方法，研究確定了合理的施工方案與施工工法?！娟P鍵詞】大跨度“CRD”工法、眼鏡工法 小間距加固 洞室轉向 注漿1.工程概況南京地鐵鼓玄站區(qū)間隧道采用礦山法施工，長1063.6m，雙洞單線，線間距13.017.2m。鼓樓站北端設有停車線，長333.586m。最大跨度17.358m，相鄰洞室多且間距小，最小零間距，斷面變化達17次，隧道

2、穿越地層為粉層粘土和殘積粘土，埋深約9m，地表建筑物、地下管線密集且安全度低，地面上二層以上建筑物19幢，基礎為條基。既有南北向公路隧道與區(qū)間隧道平行，凈距為14m。如圖所示 停車線段典型斷面橫剖面圖2.工程難點大跨度停車線段圍巖自穩(wěn)能力差，隧道斷面復雜，施工工序多，開挖易坍塌，地面沉降難以控制。必須保證地鐵結構安全，避免對地面建筑物、地下構筑物、地下管線造成破壞或留下安全隱患。其施工難度很大，主要表現(xiàn)在以下幾方面：2.1隧道施工對南北向道路的影響。地鐵施工必須保證南北向道路隧道的正常運營，保證隧道結構的受力和變形在隧道原結構的允許范圍之內。2.2隧道施工對地面建筑物的影響。地鐵施工必須保證建

3、筑物的安全和正常使用，保證居民的正常生活。2.3隧道跨度大, 最大斷面寬17.358米，由單線、雙線、三線組成隧道群。斷面大小變換頻繁，達17次，且斷面呈臺階變化，施工工序多,結構復雜，受力情況轉換多。2.4停車線相鄰洞室間距小，最小零間距。相鄰洞室間相互影響大，不僅存在施工上的干擾，也存在對地層擾動的相互影響和疊加。 大跨度淺埋隧道施工環(huán)境苛刻，相鄰建筑物對施工要求較高，技術難度大。安全、順利、如期完工，必須研究確定科學的開挖方法，合理安排各工序，控制地面沉降，確保建筑物、管線等不受較大影響，居民生活正常。 3.施工方案與施工方法依據(jù)已建地鐵大跨度停車線施工的成功經驗，結合本區(qū)間停車線地質情

4、況和地面環(huán)境條件，加以理論分析和模型試驗，確定采用“臺階法”、“CRD工法”和“眼鏡工法”施工。3.1理論分析3.1.1離心模型實驗離心模型試驗就是利用離心機高速運轉所產生的慣性力場來模擬結構的自重應力場，根據(jù)相似條件，在試驗時模型的幾何尺寸縮小N倍，離心加速度為N.g（g為重力加速度），模型中各點的關系與原型中對應點關系完全相同，模型中介質的、發(fā)展變化過程就完全反映了原型中對應點處的、發(fā)展過程。由于離心模型試驗能真實再現(xiàn)現(xiàn)場巖土結構所受到的應力水平，較其它模型試驗具有很大的優(yōu)勢，近年來獲得了很大的發(fā)展，廣泛應用于破壞機理研究，數(shù)值驗證、工程預測、方案論證等方面，并取得了很多有意義的成果。實驗

5、結果如下。最大跨隧道眼鏡工法施工完成后的變形情況如圖所示；最大沉降值為25.4mm；由于施工空間效應對最大跨地面沉降最大值的變形影響，最終地面沉降值為34.6mm，第一過渡斷面第四步開挖地表沉降分布圖/mm第一過渡斷面頂?shù)乇碜畲蟪两蹬c各過渡斷面施工的關系曲線3.1.2數(shù)值模擬計算數(shù)值模擬計算目前是研究巖土工程開挖問題的有效分析手段。對該渡線進行了平面有限元模擬計算和空間有限元模擬計算。最大跨的主要計算結果如下,地面沉降隨開挖步的變化曲線如圖所示,可以看出，大跨隧道雙側導坑的上臺階、核心土的上臺階、小跨隧道的上臺階開挖引起的地面沉降較大，最終地面最大沉降可達4cm；施工完成后的塑性區(qū)分布如圖所示

6、，可見，開挖對兩隧道中間土體的擾動較大，第一步開挖該部分土體即塑性滑移，隨著開挖的進行，塑性區(qū)的范圍增大，開挖逐漸波及到地表，大跨隧道核心土的上臺階開挖時在該隧道左側拱腰處也出現(xiàn)塑性區(qū)。開挖過程中在隧道的左、右地面均出現(xiàn)局部開裂區(qū)。地面沉降隨開挖步的變化圖 施工完成后的塑性區(qū)分布圖3.2大跨度停車線段隧道群設計以噴、錨、網、拱架等作為初期支護。初期支護承受主要荷載，同時作為永久結構的一部分。停車線斷面支護參數(shù)：按不同斷面寬度分別為250mm、300mm、350mmC20網噴砼（內埋鋼架），二次模筑為350mm、450mm、550mm、600mm厚C30鋼筋砼，抗?jié)B標號為S8， 3.3大跨度停車

7、線段隧道群施工方案3.3.1施工順序根據(jù)大跨度停車線段斷面尺寸、圍巖地質情況及地表環(huán)境的實際情況，結合其它地鐵大跨施工經驗，參照理論分析和模型試驗成果，確定施工順序為：先施工大斷面隧道后施工小斷面隧道，先左線后右線，左線從大斷面隧道向小斷面隧道施工，右線從小斷面向大斷面隧道施工，待掘進到右線K10+469后，由施工橫通道反過來由小斷面隧道向大斷面隧道施工左線。施工順序如圖所示。大跨度停車線段施工順序圖3.3.2施工方法采用工法依次為：臺階工法、“CRD”工法、眼鏡工法。3.3.3輔助工法F50 L=5m小導管超前注漿加固、加固范圍拱部150°。3.3.4左右線小間距加固施工在停車線段

8、K10+370.7414.2里程段，左線與右線洞室間距為0.08-3.8m。故在施工左線時，對左右線間距小于4m范圍內的中間土體進行錨桿對拉鎖定加固。采用32×3.25mm錨管及22螺紋鋼筋砂漿錨桿，錨管間距75×50，錨桿間距100×100，錨桿長度5m,錨管長度5m，在開挖右線時兩洞室形成對拉錨。當左右線剩余土體小于1m時則用同級砼回填。施工方法如圖所示左右線小間距加固圖3.3.5洞室轉向施工為實現(xiàn)自左線向右線進洞，在左線CRD右側上導開一垂直左線的導洞，寬2m，高2.5m，采用小導管超前和型鋼、網噴砼支護，導洞施作長度為8.788m。開洞處并架2榀鋼格柵，鋼

9、架每榀依次提高60，最后一榀高5.8m。施工方案如圖所示 洞室轉向支護施工圖3.3.6初支回填注漿施工初支成環(huán)后，拱部120°角范圍內布孔，排距3-5.0米，孔距以拱部為60°角劃分。注水泥單漿，水灰比0.5，加入減水、微膨脹、早強復合型TMS外加劑，用以填充支護結構與圍巖之間的空隙，防止拱頂土體因失水和空洞引起的沉降。4.工程實踐大跨度停車線段隧道按照上面擬訂的施工工序和施工工法施工，已經開挖成型，從現(xiàn)場施工的情況分析，地面建筑物和鼓樓南北向道路隧道沒有出現(xiàn)異常反映。洞內初期支護穩(wěn)定，拱頂下沉和洞周收斂均在允許范圍之內。地面監(jiān)控量測的最大沉降值為33.7mm，從發(fā)展規(guī)律分析，與離心模型實驗和數(shù)值模擬計算的規(guī)律一致。5.結論5.1大跨度斷面隧道采用“眼鏡工法”和“CRD工法”施工，便于工法的轉換和施工工序的銜接。5.2從第一斷面（跨度17.358m）過渡到第三斷面（跨度14.95m）導致第一斷面的最大沉降約為34.6mm。因