城市地下鐵道連拱隧道群施工技術(shù)

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摘要：本文對連拱隧道群施工工法進(jìn)行探討。在施工中首次提出了將連拱隧道改為單洞隧道施工技術(shù),并對單一式中墻和分離式中墻結(jié)構(gòu)的技術(shù)方案進(jìn)行了比選,得出了滿足結(jié)構(gòu)安全、施工安全和經(jīng)濟效益較好的技術(shù)方案,可為今后類似工程的設(shè)計和施工提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：連拱隧道群；單一式中隔墻；分離式中隔墻；施工技術(shù)

地鐵隧道由于線路設(shè)計要求,產(chǎn)生多種隧道結(jié)構(gòu)形式,其中由不等跨雙連拱和三連拱隧道組成的連拱隧道段常用于正線和渡線的連接。本文結(jié)合工程實例,根據(jù)隧道所處地質(zhì)條件、工期要求,通過比選提出了可達(dá)到快速施工和節(jié)省施工成本目的的最佳施工方案。

1 雙連拱段施工方案比選

由于連拱隧道段結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,隧道斷面變化較大,施工工序繁復(fù),施工難度高,施工周期長,所以選擇一個好的施工方案對優(yōu)質(zhì)高效完成連拱隧道段的施工尤為重要。選擇施工方案時主要考慮以下幾個方面:施工安全和結(jié)構(gòu)安全;施工難度;施工周期;經(jīng)濟效益。本著這四條原則,經(jīng)過施工方案的研究和論證,選出下面兩個施工方案進(jìn)行比較甄選。

1.1 單一式中墻施工方案

該方案的主要施工步驟及措施如下:

從右線雙連拱小洞隧道內(nèi)向折返線側(cè)進(jìn)行臨時施工通道、雙連拱和三連拱中墻施工,完成后中墻及時支撐,施工時防止偏壓。中墻襯砌施工完成后,按照"先小后大、封閉成環(huán)"的原則,用臺階法進(jìn)行右線施工,用CRD工法進(jìn)行折返線大跨度隧道施工。當(dāng)折返線側(cè)施工到三連拱隧道中墻后,再按照右線中墻施工方法進(jìn)行三連拱和雙連拱中墻施工,這期間右線停止掘進(jìn),直到中墻施工完成。折返線側(cè)中墻施工完成后,右線繼續(xù)往前施工。

該工法為國內(nèi)連拱隧道常規(guī)施工工法,廣州地鐵、南京地鐵和北京地鐵中均有應(yīng)用,并能安全順利地完成隧道群的施工。但是對以往的工程實例和施工技術(shù)的研究可以發(fā)現(xiàn),該方案還存在不足和缺陷。

本方案運用于本工程上,在短短的21.11m的連拱隧道內(nèi),隧道的初期支護(hù)和二次襯砌間將轉(zhuǎn)換4次,轉(zhuǎn)換過于頻繁。

中墻和邊洞隧道襯砌涉及的防水層施工、鋼筋工程、模板工程、混凝土澆注均需多次轉(zhuǎn)換,施工周期長達(dá)2個月。

襯砌完成后,中墻防偏壓支撐和材料設(shè)備的投入,導(dǎo)致施工成本增高,經(jīng)濟效益降低。

2.2 分離式中墻施工方案

該方案的主要施工步驟及措施如下:

將不等跨雙連拱隧道改為兩個單洞,變更為分離式中墻,先從右線單線隧道往前施工。對三連拱隧道先不施作中墻襯砌,按單線工況通過。對右線的大斷面雙連拱隧道按照CRD工法側(cè)壁通過。折返線側(cè)則按照右線相反的施工順序進(jìn)行施工。

采用本方案實際就是按照兩條單線的施工方法進(jìn)行,與上一方案進(jìn)行對比后,具有如下優(yōu)點:減少施工工序,加快工序的銜接轉(zhuǎn)換。降低了施工難度,縮短了施工周期。降低了施工成本,提高了經(jīng)濟效益。變單一式中墻為分離式中墻,徹底地解決了連拱隧道結(jié)構(gòu)的防水上的缺陷。

3 三連拱段施工方案

從右線直接進(jìn)入三連拱隧道,其支護(hù)參數(shù)以原設(shè)計進(jìn)行,格柵全環(huán)安設(shè),按設(shè)計全環(huán)噴射混凝土,并加強中墻拱頂處的錨桿設(shè)置(折返側(cè)同右線施工方法),在中墻施工時需要破除隧道格柵接頭處設(shè)一縱向加強梁。

嚴(yán)格控制每循環(huán)開挖進(jìn)尺,格柵間距為0.6m/榀。中墻開挖采用微差弱爆破方案(有條件盡量采用靜態(tài)爆破方案),最大限度地減少對中墻巖層和已襯砌隧道的擾動,確保施工安全。中墻開挖完成后,立即進(jìn)行二次襯砌。中墻施工完成后對中墻空隙進(jìn)行回填,加千斤頂支護(hù)。一側(cè)施工完成后,才進(jìn)行另一側(cè)中墻施工。當(dāng)兩側(cè)中墻施工完成后,及時進(jìn)行兩側(cè)單洞隧道的二次襯砌,然后進(jìn)行三連拱隧道中間巖體的開挖和襯砌。施工中應(yīng)特別注意三連拱隧道中墻處的沉降和收斂變形,如出現(xiàn)異?，F(xiàn)象,立即進(jìn)行加固處理。

4 施工時結(jié)構(gòu)受力性態(tài)分析

將不等跨雙連拱的中墻取消,改為分離式中墻,在國內(nèi)城市地下鐵道工程中尚未有類似工程設(shè)計及施工經(jīng)驗,也沒有類似隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計,因此結(jié)構(gòu)是否安全,以及施工過程中工序轉(zhuǎn)換時施工是否安全,將是本方案研究的重點。

應(yīng)用ANSYS有限元通用程序軟件對不等跨連拱隧道進(jìn)行數(shù)值模擬計算,采用地層-結(jié)構(gòu)的模式對隧道結(jié)構(gòu)的受力和變形進(jìn)行分析。所取受力范圍水平方向沿隧道橫斷面方向以洞跨的3倍為限,垂直方向上方取至地表、下方以洞跨的3倍為限,單元模型采用DP地層材料的彈塑性實體,隧道襯砌采用彈性梁單元模擬,梁單元和實體單元采用藕合方程連接。

5施工關(guān)鍵技術(shù)及對應(yīng)措施

連拱隧道段的施工是需要在嚴(yán)密的施工組織和強有力的技術(shù)保證措施下進(jìn)行的,組織好各施工步驟,準(zhǔn)備好各種技術(shù)預(yù)防措施是施工成功的關(guān)鍵。

5.1對拉錨桿及加強錨桿

取消單一式中墻后,開挖完成后中墻厚度為0.8m,對拉錨桿和加強錨桿的設(shè)置是非常必要的。對拉錨桿采用Φ22鋼筋藥卷錨桿,間距為0.6m×0.5m,長度根據(jù)中墻的厚度變化為0.8~2.0m。加強錨桿設(shè)于中墻兩側(cè)仰拱和邊墻處,采用3.0m的Φ25中空注漿錨桿,間距0.6m×0.8m。

5.2 中墻夾巖柱體注漿加固

中墻巖體最薄處為0.15m,經(jīng)過多次爆破開挖過程的影響,中墻周圍的圍巖松動,其承載力受影響。因此,必須分別在中墻拱頂、墻、仰拱處對松動圍巖進(jìn)行注漿。預(yù)埋Φ42鋼管,漿液采取水泥-水玻璃雙液漿,參數(shù)為1∶1水泥漿和30~45Be水玻璃溶液,注漿壓力為0.2~1.0MPa。在兩次開挖中中墻均進(jìn)行注漿,最后開挖完成后對中墻夾層進(jìn)行飽和注漿。

5.3微差微震爆破技術(shù)

隧道開挖全部采用鉆爆法施工。由于地處廣州市繁華地段,地面建筑物密集,且隧道采用"0"間距開挖,爆破時必須按照預(yù)留光面層光面微震微差爆破方案進(jìn)行施工,將爆破震動控制在容許范圍內(nèi)。對于連拱隧道所處地層為Ⅲ、Ⅳ級圍巖采取的爆破措施為:爆破器材采用低震速乳化炸藥。嚴(yán)格控制每循環(huán)進(jìn)尺(0.6~0.8m),周邊炮眼間距為0.4m,減少裝藥量,控制光面爆破效果。每次爆破使用多段位雷管起爆,采用非電毫秒雷管不對稱起爆網(wǎng)路微震動技術(shù)。中墻處采取二次開挖施工,先預(yù)留1m光面層,掏槽眼布置在遠(yuǎn)離中墻的一側(cè),對預(yù)留的光面層二次爆破時周邊眼光面層多布置空眼、少裝藥。杜絕超挖,局部欠挖時采用人工風(fēng)鎬開挖。

通過以上有效措施,在中墻二次爆破施工時,對0.15m厚的中墻基本未造成破壞,順利通過了連拱隧道的"0"距離開挖。

5.4輔助剪刀撐加強支護(hù)

通過ANSYS模擬分析,為確保小斷面隧道施工安全,必須對小斷面隧道進(jìn)行輔助支撐加固,抵御爆破產(chǎn)生的瞬時沖擊和巖層開挖時荷載釋放產(chǎn)生的偏壓。

支撐材料采用I20型鋼,焊接于兩端格柵預(yù)埋鋼板上,并采用高強螺栓加固。支撐布置間距為0.6m,即每一榀格柵上均布置,布置范圍延長至雙連拱兩邊各1.2m,并在開挖大端面前完成。支撐布置的高度和角度要確保施工機械設(shè)備能順利通行。通過施工證明,支撐的設(shè)置是必要和有效的,小斷面隧道在加設(shè)輔助剪刀撐后收斂僅為5mm。

5.5信息化施工

為確保結(jié)構(gòu)安全和施工安全,在隧道施工過程中開展實時監(jiān)控量測,研究支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊地層的變形特征,預(yù)測相應(yīng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)變位并驗證支護(hù)結(jié)構(gòu)的合理性,為信息化施工提供依據(jù)。施工中監(jiān)控量測顯示,小斷面隧道最大沉降為14.6mm,大斷面隧道最大沉降為17.2mm,結(jié)構(gòu)收斂最大值為7.6mm,地面最大沉降為10mm,三連拱中洞開挖拱頂最大沉降為22.8mm。

參考文獻(xiàn)

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