隧道浅埋暗挖法开挖方案的优化分析.doc

隧道浅埋暗挖法开挖方案的优化分析 摘要：随着社会的不断进步和经济的不断发展，人们对隧道施工的要求越来越高，加强了对浅埋暗挖法的优化分析。因此，在隧道整个施工过程控制的核心目标，采用浅埋暗挖法进行穿越施工，加强对变形规律和可能的破坏模式的研究，弄清楚新线施工对既有结构的影响方式和影响程度，这样不仅能保证结构的安全使用，还能保证使隧道穿越于构筑物的工程中。本文主要结合实例，阐述了隧道浅埋暗挖法开挖方案的优化分析。 关键词：浅埋暗挖法；开挖方案；优化分析 1 引言 随着我国城市地铁修建的发展，其规模越来越大，周边环境及各种制约施工的因素也越来越苛刻，再加上施工技术不断进步，不断创新，致使地下空间的利用范围不断缩小。因此，要加强对隧道新的施工方法的研究，浅埋暗挖法就是其中具有代表性的方法。浅埋暗挖法施工技术在隧道开挖中大量应用，具有不拆迁、不破坏环境、不影响交通、综合造价较低、隧道支护结构强度高等优点，由于工作面存在很大的应力释放，开敞式开挖，进而导致围岩变形、沉降，波及其上方已有的隧道，无法正常使用甚至发生安全事故，使既有隧道结构发生剪切、拉伸和扭转变形，严重者使结构破坏。对浅埋暗挖法开挖方案的优化分析，是一个不断发展和完善的进步过程，要严格控制沉降和施工安全，如管井降水、小导管注浆、大管棚、环形开挖留核心土等，改进传统的浅埋暗挖分部法，根据现场实际情况，研究浅埋暗挖不同开挖方法优化问题以及对周边环境的影响规律，这样不仅有利的控制了沉降，还保证了施工安全。 2 工程概况 某隧道的扩大基础上为独立桥墩，两相邻桥墩上有盖梁相连。区间起点里程左线为K13+902.747、右线为K13+903.000，隧道埋深17.9m，两隧道中心间距为8.0m，终点里程为K15+125.853，左线全长1224.066 m、右线全长为1222.853 m。高梁桥上部结构为跨度23m×3的预应力简支T梁；下部为厚2m 的扩大基础，分两层浇筑，基础埋深4.874 m，底层面积5.5m×5.5m，上层面积3m×3m；隧道正线于桩号K14+000～K14+104段穿过高梁桥基础，设计过桥段长104m。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。下图1就是该隧道与上部桥梁结构关系图： 图1 隧道与上部桥梁结构关系 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学不稳定地层，颗粒之间点对点传力，空隙大，黏聚力小，地层反应灵敏,稍微受到扰动，就很容易引起较大的围岩扰动，破坏原来的相对稳定平衡状态而坍塌，使开挖面和洞壁都失去约束而产生不稳定。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。通过筛分试验表明，该处地层为卵石～圆砾层，粒径20 ～70mm，含砂率11 %～30%，N 值27～50，平均内摩擦角35°左右，最大粒径达到150mm，施工中遇到最大的卵石达250mm。 3 调查分析 通过上述实例，进行调查分析，可以发现，该高梁桥施工风险等级为一级，根据国家相关规定，确认下穿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，再结合该工程特点，确定了该标段监测项目的监测控制值，具体见表 1： 表1 变形分配监控量测控制参考值 监测项目 控制值/mm 警戒值/mm 预警值/mm 平均速率/(mm/d) 最大速率/(mm/d) 地表沉降 30 24 18 2 5 拱顶沉降 30 24 18 2 5 水平收敛 20 116 12 1 3 隧底隆起 10 8 6 / / 在该隧道的砂卵石地层中采用浅埋暗挖法施工，存在以下难点：(1)由于没有地面降水条件，拱顶上方存在的上层滞水，易增加地层沉降量控制的难度，造成砂体的部分流失；(2)砂卵石地层容易坍塌，超挖量较大，地层成拱性差，工作面稳定性难以保证；(3)超前小导管或注浆孔施工速度慢，施工成孔难度大；(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。 4 浅埋暗挖法基本原理 浅埋暗挖方法指导着喷锚支护的设计、施工和构筑隧道的全过程。它是在第四纪软弱地层中修建隧道的方法，其基本原理是要考虑到隧道掘进时的空间效应和时间效应所提出的新理论，通过对地层的适当加固和处理，然后建立在岩石的三向刚性压缩试验特性和岩石的二向压缩应力应变特性以及莫尔理论基础上，合理调动围岩的自承能力，及时施作初期支护结构并封闭成环，采用短进尺开挖，在变形基本稳定以后施作二次模筑衬砌，使围岩和初期支护结构形成联合支护体系以共同承担施工阶段荷载，完成隧道建设，克服了隧道工程中的不可预知性。浅埋暗挖施工方法的适用条件如下表2所示： 表2 浅埋暗挖施工方法适用条件 开挖方法 适用条件 适用围岩