浅埋暗挖法施工.doc

1、浅埋暗挖隧道下穿高梁桥施工方案分析 隧道网 (2007-8-13) 来源：摘 要：通过工程类比和数值分析，对北京地铁4号线浅埋暗挖区间隧道下穿高梁桥施工方案进行了分析。结果表明，采用地面桥墩加固和地下隧道周边注浆加固地层，能有效控制沉降。区间隧道先后施工对临近桥墩差异沉降影响甚微，为提高施工速度，可在合理错距后同时施工。关键词：浅埋暗挖 下穿桥梁 砂卵石 注浆加固 数值模拟1 工程概况西直门站动物园站区间隧道处于西直门外大街下方。该区间起点里程左线为K13+902.747、右线为K13+903.000，终点里程为K15+125.853，左线全长1224.066 m、右线全长为1222.853

2、m。隧道正线于桩号K14+000K14+104段穿过高梁桥基础，设计过桥段长104m；高梁桥上部结构为跨度23m3的预应力简支T梁；下部为厚2m 的扩大基础，分两层浇筑，底层面积5.5m5.5m，上层面积3m3m，基础埋深4.874 m。扩大基础上为独立桥墩，两相邻桥墩上有盖梁相连。与区间遂道纵向相垂直方向一排上有4个基础，中心间距11.546m；沿区间纵向有两排桥基，间距21m。隧道埋深17.9m，两隧道中心间距为8.0m，见图 1 所示。隧道结构从一排4个基础中的中间2个基础正下方附近通过，结构顶与基础底之间净距为11.66m。该区间段隧道左右线全部穿越砂卵石地层。砂卵石地层是一种典型的力

3、学不稳定地层，颗粒之间空隙大，黏聚力小，颗粒之间点对点传力，地层反应灵敏,稍微受到扰动，就很容易破坏原来的相对稳定平衡状态而坍塌，引起较大的围岩扰动，使开挖面和洞壁都失去约束而产生不稳定。通过筛分试验表明，该处地层为卵石圆砾层，粒径20 70mm，最大粒径达到150mm，含砂率11 %30%，平均内摩擦角35# 左右，N 值2750，施工中遇到最大的卵石达250mm。2 工程难点分析在砂卵石地层中采用浅埋暗挖法施工，存在以下难点：(1)超前小导管或注浆孔施工成孔难度大，施工速度慢；(2)砂卵石地层容易坍塌，地层成拱性差，超挖量较大，工作面稳定性难以保证；(3) 由于没有地面降水条件，拱顶上方存

4、在的上层滞水，易造成砂体的部分流失，增加地层沉降量控制的难度；(4)砂卵石地层中浅埋暗挖法隧道下穿桥墩桩基相对其他地层，容易造成不均匀沉降。根据北京地铁施工有关规定，确认下穿高梁桥施工风险等级为一级，其中变形控制标准如下：桥台横向变形差异5.0mm，纵向变形沉降10mm。根据该工程特点，并参考北京地铁施工监控量测试行稿确定了该标段监测项目的监测控制值，见表 1。3 施工方案的确定为了严格控制结构沉降，通过对比试验，研究提出了适用于砂卵石地层的前进式分段超前深孔注浆加固方案。隧道采用CRD法进行施工，根据分析，确定区间两隧道按照导洞1、2、3、4和导洞5、6、7、8顺序施工，错距10m。先施工1

5、号导洞，为了减小各导洞之间的相互影响，待施工10m 后，再施工2号导洞，依次施工其他导洞，直至完成(见图2)。具体施工步序如下：第一步：施作超前支护，注浆加固地层，前后开挖两侧1号洞室，并预留核心土，施作初期支护；第二步：继续前后开挖两侧2号洞室，施作初期支护，1、2号洞室纵向间距10m 左右；第三步：施作超前支护，前后开挖两侧3号洞室，并预留核心土，施作初期支护，2号与3号洞室纵向间距10m；第四步：继续前后开挖两侧4号洞室，施作初期支护，左侧3号与4号洞室纵向间距10m；第五步：待左洞开挖完毕，再以同样的方式开挖右导洞；第六步：根据监测情况纵向分段拆除中隔墙，临时支撑，逐步完成侧洞底板防水

6、与二次衬砌，先作业左洞，再作业右洞；4 施工方案数值分析4. 1 计算模型说明采用PLAXIS3D进行计算分析，计算范围顶部取到地面，左右两侧和底部各取50m，沿隧道轴线方向取60m，隧道均考虑小导管超前注浆加固地层；地层由上到下依次为杂填土层、粉质黏土、细砂层、砂卵石层。土层的参数如表2所示。整个模型采用实体单元建模，土层采用摩尔库仑模型，隧道结构采用弹性体模型，共划分30655个实体单元，48960个实体单元节点(见图3)。施工步骤：先施工左边隧道，再施工右边隧道；单个隧道按照CRD工法 1、2、3、4 顺序施工。计算工况：(1) 不进行任何加固措施；(2) 对桥墩及隧道周围采取加固措施：

7、将1号桥墩和2号桥墩的扩大基础采用注入混凝土的方式连接成整体；将3号桥墩和4号桥墩的扩大基础采用注入混凝土的方式连接成整体。隧道拱部及侧墙2m范围内土体实施超前深孔注浆加固。4.2 计算结果分析计算结果见表3、表4。从表3数据可以看出，采取加固措施后，效果十分显著。不进行任何加固时，桥墩基础的差异沉降分别达到10.95mm 和9.22mm。采用注浆加固土体及桥墩连接加固后，A、B号桥墩的差异沉降为4.30mm；C、D号桥墩的差异沉降为4.50mm，可见加固后效果是显著的。为便于加强施工中过程控制，表4给出了各个工序对沉降贡献值。分析可见，导洞1和导洞2沉降占总体沉降的55%，因而加强对这两个步

8、序的施工管理十分必要。5 主要结论(1) 针对浅埋暗挖隧道下穿高梁桥施工，为控制沉降，必须对桥桩及隧道周围地层采取加固措施；(2) 区间两隧道的施工顺序宜按照导洞1、2、3、4和导洞5、6、7、8顺序组织施工；(3) 单线隧道施工时，影响沉降的关键工序为导洞1、2和导洞5、6的施工；(4) 在错距为30m时，区间左右线施工相互影响甚微，为加快施工进度，左右线隧道可相对合理错距同时施工。目前，区间左右线隧道均已安全穿越高梁桥。工程实践表明，采取上述措施确保了地表沉降控制在10mm 以内，桥桩横向差异沉降不大于5mm的目标。参考文献1 吴波等. 城市地铁区间隧道洞群开控顺序优化分析J. 中国铁道科

9、学，2003，24(5)：23- 28.2 高新强，仇文革，吴 剑. 重庆轻轨大坪车站隧道暗挖段施工方法数值优化分析M/陈磬超. 地下铁道新技术文集.北京：中国铁道出版社，2003：612- 615.3 吴波等. 地铁隧道施工对地表沉降影响的优化控制分析J.现代隧道技术，2003，40(3)：42- 46.作者：钟德文 姚建国 张继明地铁浅埋暗挖隧道双侧壁导坑法施工技术发布:2011-09-03 | 作者: | 来源: xiejunxia | 查看:514次 | 用户关注：1前言深圳地铁线路大部分为地下浅埋。浅埋的区间隧道，部分采用盾构法施工；部分采用矿山法暗挖，矿山法施工运用新奥法基本原理，

10、采用锚喷初期支护，充分利用围岩的自承能力，以保证隧道的施工安全。地铁浅埋暗挖隧道双侧壁导坑法施工为矿山法中的一种施工方法，在城市中采用此种施工方法，在保证施工地表不陷、不坍的前提下，做到不扰民，维护了市容和街面上正常的交通秩序。2双侧壁导坑法施工特点及适用范围2.1特点1 前言深圳地铁线路大部分为地下浅埋。浅埋的区间隧道，部分采用盾构法施工；部分采用矿山法暗挖，矿山法施工运用新奥法基本原理，采用锚喷初期支护，充分利用围岩的自承能力，以保证隧道的施工安全。地铁浅埋暗挖隧道双侧壁导坑法施工为矿山法中的一种施工方法，在城市中采用此种施工方法，在保证施工地表不陷、不坍的前提下，做到不扰民，维护了市容和

11、街面上正常的交通秩序。2 双侧壁导坑法施工特点及适用范围2.1 特点（1）地铁浅埋隧道采用双侧壁导坑法施工，很好的解决了大断面隧道开挖的安全性问题，且结构简单，安全可靠，拆装方便、灵活，经济效益显著。（2）该法是在借鉴新奥法的某些理论基础上，在深圳地铁工程施工中总结出来的一整套完善的地铁隧道修建理论和操作方法。与新奥法的不同之处在于，它是适合于城市地区松散土介质围岩条件下，隧道埋深小于或等于隧道直径，以很小的地表沉降修筑隧道的技术方法。它的突出优势在于不影响城市交通，无污染、无噪声，而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。2.2 适用范围（1）它是适合于城市地区松散土介质围岩条件下的浅埋隧道，

12、以很小的地表沉降修筑隧道的技术方法。它的突出优势在于不影响城市交通，无污染、无噪声，而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。（2）适用于V-VI级围岩地层，开挖断面在40120m2的隧道。（3）由于该施工方法在有水条件的地层中可广泛运用，加之国内丰富的劳动力资源，在北京、广州、深圳、南京等地的地铁区间隧道修建中得到推广，已成功建成许多各具特点的地铁区间隧道，而且在大跨度车站的修筑中也有有相当的应用。此外，该方法也广泛应用于浅埋地下车库、过街人行道和城市道路隧道等工程的修筑。这项技术的采用，结束了我国城市修建地铁大开挖的历史，开创了我国在大城市松软地层内修建地铁的新途径，同时标志着我国地铁建设已

13、达到国际水平。3 双侧壁导坑法施工工艺原理地铁隧道浅埋暗挖双侧壁导坑法施工是一项边开挖边浇注的施工技术。其原理是：就是把整个隧道大断面分成左右上下6个小断面施工,每一小断面单独掘进，最后形成一个大的隧道,且利用土层在开挖过程中短时间的自稳能力，采用网状支护形式，使围岩或土层表面形成密贴型薄壁支护结构，且用中隔壁及中隔板承担部分受力。该方法主要适用于粘性土层、砂层、砂卵层等地质。由于浅埋暗挖双侧壁导坑法省去了许多明挖法施工需要的报批、拆迁、掘路等程序，现在深圳地铁被施工单位普遍采纳。4 双侧壁导坑施工方法侧导洞分上下两个台阶，上台阶土方采用人工风镐开挖土方，并直接翻入下台阶，采用翻斗车外运至垂直

14、提升处，桁架电动葫芦垂直提升。开挖台阶长度23m，初期支护分别进行，两侧洞均设临时钢架横撑，做到步步封闭成环。两洞之间的中间部分开挖作业方式同侧洞，并及时架设拱部和临时横撑及仰拱的拱架，使之与两侧洞及时联接成环。二次衬砌采用输送泵浇筑，先施作隧底仰拱，使其紧跟中部下台阶土体的开挖掌子面；然后施作两侧仰拱，再做两侧拱墙部份，最后施作中部拱圈。二次衬砌仰拱采用自制仰拱底模，边墙与拱圈采用衬砌台架安装钢模，混凝土泵泵送。该段施工过程中，适时进行初支背后注浆，以控制地表沉降。在施工过程中，加强监控量测，实行信息化施工，并根据监测情况，及时拆除临时格栅支撑，施作该段二次衬砌。施工时两侧导坑错开施工，一侧

15、（如3部）的侧导坑落后于另一侧导坑（如1部）35m，中间土体部分（如5部）开挖初期支护落后最前面侧导坑开挖面610m。隧道施工工法和工序间隔见下图1所示。4.1 两侧导坑上部开挖及支护（1）上部开挖。超前小导管预注浆对地层进行加固后，采用人工开挖直接开挖翻碴至下台阶，用翻斗车转运至提升架处，采用电动葫芦垂直起吊外运。每一开挖循环进尺为0.5m，由测量人员控制中线水平，施工时保证不欠挖，控制超挖。开挖轮廓线尽可能圆顺，以减小应力集中，另一侧上部开挖落后35m。（2）上部断面初期支护。a、初喷：砂层段，在开挖后立即进行，以便尽早封闭拱顶暴露面，喷射混凝土厚45cm。粘土层段视开挖后围岩的稳定情况而

16、定。b、格栅钢架：格栅钢架制作符合设计规范，满足施工要求；安设时清除浮土，拱脚夯实或设置垫板，钢格栅纵向间距按设计要求每榀0.5m，纵向设22连接筋，其环向间距为1m，交错布置。c、挂网：单层铺设，采用8钢筋，网格1515cm，作成1.5m0.7m的网片，铺设在格栅钢架的背后位置，密贴围岩，并与格栅钢架连接牢固。d、喷射混凝土：采用TK-961型湿喷机喷护，砂层段第一次喷射厚度35cm，架立好格栅钢架后，从钢架腹部打入下一循环的超前管棚，封好管口，复喷至设计厚度。e、锁脚锚管：在拱脚处打设两根42锚管，其尾部与格栅钢架焊接牢固。喷砼时注意保护好管口，喷砼结束后，及时压浆。（3）超前小导管作业。

17、钻孔：超前小导管采用风钻直接顶入，压浆前用高压风清孔。超前小导管选用普通424mm钢管加工而成，顶部切削成尖靴，尾部焊接垫圈，长度为2.5m或3。超前小导管按设计范围沿拱部周边轮廓线设置，超前小导管从钢架腹部空间穿过，外插角在20左右，尾部与钢架焊连接成一体。注浆：为保证注浆质量，注浆前孔口处喷20cm混凝土封堵。采用高压注浆泵注水泥、水玻璃浆液，压力控制在0.30.5Mpa，浆液配合比视地质情况及现场试验确定，保证浆液扩散互相咬接，以提高围岩的稳定性。4.2 两侧下部开挖及支护两侧下部开挖每循环进尺1.0m，下部落后上部3m。反坡开挖时，在掌子面设集水坑抽排水，集水坑内抽至竖井集水井后排出洞

18、外。永久与临时初期支护同时施作，并及时封闭环状。其余与上部同。两侧下部施工工艺流程为：一侧侧洞下部开挖落后,另一侧侧洞下部开挖5m两侧下部开挖（含两侧仰拱）、每循环进尺1.0m初喷混凝土45cm（包括隧底及中间土体侧面）安钢架、挂钢筋网、焊联接筋（包括中间临时钢架等）二次复喷混凝土达设计厚度进入下一循环。4.3 中间上部开挖及支护待两侧洞初支作好一定时间后，开挖中间土体，落后一侧侧洞开挖初支35m。中间上部施工工艺流程图：施作超前小导管预注浆加固开挖土石方初喷混凝土45cm安设钢格栅，焊纵向联接筋钢架之间安设钢筋网复喷混凝土达设计厚度进入下一循环。4.4 中间下部开挖及支护检查中隔板、中隔壁支撑，分析各部开挖支护后的变形收敛情况，处于基本稳定后，开挖中间下部土体，下部开挖落后上部3050m。施工工艺流程图为：中间下部土体开挖中间底部钢格栅和钢筋网的安装喷混凝土封闭底部仰拱下一循环。5 结语采用双侧壁导坑法施工,将大断面隧道开挖分成6个小断面开挖；将大断面隧道衬砌分成几部分衬砌。施工中做到“短进尺、早支护、勤量测、速反馈”，保证了结构安全，成功解决了深圳地铁会市区间地铁隧道的工期紧张、工艺复杂、互相干扰大、地表沉降控制等难题。施工中量测信息的反馈对循环进尺、支护形式及二次衬砌均有很强的指导作用。对以后大跨度隧道尤其是城市地铁大跨度隧道和软弱围岩的洞口施工有很好的借鉴作用。