淺埋暗挖法在長春輕軌暗挖區(qū)間的應(yīng)用

楊 敏

(沈陽鐵道勘察設(shè)計院有限公司，遼寧 沈陽 110013)

1 工程概況

長春輕軌三期工程四號線長春火車北廣場站～北亞泰大街站～偽皇宮站的2個區(qū)間為地下區(qū)間，除長～北區(qū)間小里程端渡線段采用明挖法外，其余均采用淺埋暗挖法施工。本工程具有連續(xù)穿越距離長、線路眾多、等級不一、埋深變化大、地層軟弱等特點，施工中必然會引起地層的位移和地表沉降等現(xiàn)象，從而對工程施工和周邊環(huán)境產(chǎn)生不利影響。因此，為了確保工程的安全性和決策的有效性、合理性，有必要對淺埋暗挖法施工的地層位移和地表沉降規(guī)律進(jìn)行分析研究。

2 淺埋暗挖法施工要點

長春輕軌暗挖區(qū)間基本上都是采用預(yù)設(shè)核心土環(huán)形臺階法的施工方法。施工流程是:施工準(zhǔn)備→超前支護(hù)注漿→上部弧線開挖→上部鋼架安裝→上部拱墻噴混凝土→上部核心土開挖→臨時支撐安裝→下層土方開挖→下層鋼架安裝→下層邊墻噴混凝土→底板開挖→底板鋼架安裝→底板模筑混凝土→下一循環(huán)。

施工要點主要如下:(1)高度重視注漿質(zhì)量，特別是拱部、拱腳及隧道底部的注漿質(zhì)量要切實做好，這對加固地層，保證施工安全，減少隧道下沉至關(guān)重要。(2)軟弱圍巖條件下，一定要做到短進(jìn)尺，每循環(huán)進(jìn)尺控制在0.5～0.75 m范圍內(nèi)，臺階長度控制在2～3 m范圍;留核心土，用以穩(wěn)定掌子面。(3)格柵鋼架及時封閉成環(huán)，尤其是拱腳除了采用鎖腳錨桿或鎖腳錨管之外，還要特別注意拱腳懸空的時間不應(yīng)過長，宜控制在三天以內(nèi)。拱腳懸空的格柵鋼架榀數(shù)不應(yīng)過多，宜控制在三～四榀之內(nèi)。只有盡快把襯砌封閉成環(huán)，才能發(fā)揮初期支護(hù)防坍塌限沉降的作用。(4)由于初襯承受施工期間的全部荷載，所以噴射混凝土的強(qiáng)度等級及其噴射厚度必須要達(dá)到設(shè)計圖紙的要求。(5)重視初襯及二襯背后的回填注漿，初襯成環(huán)后的第三天，二襯封閉后的第七天應(yīng)分別對初襯及二襯拱頂背后進(jìn)行回填注漿，這對控制地面沉降和隧道結(jié)構(gòu)防水是至關(guān)重要的。(6)嚴(yán)格防水板的鋪設(shè)和焊接工藝操作程序，保護(hù)好防水板，使它真正的能起到防水作用，這也是控制地面沉降的一個重要環(huán)節(jié)。

根據(jù)工程實際地質(zhì)條件，為了確保施工安全和控制地表沉降，對隧道初期支護(hù)和二襯進(jìn)行了加強(qiáng)，初支厚度為300 mm，二襯厚度為350 mm。超前支護(hù):雙層42小導(dǎo)管，并注漿加固地層。上排小導(dǎo)管L=3.0 m，外插角度20°，環(huán)向間距0.3 m，縱向間距1.5 m(每環(huán)25根計)，下排小導(dǎo)管L=1.8 m，外插角度30°，環(huán)向間距0.3 m，縱向間距0.5 m一環(huán)。初期支護(hù):C25早強(qiáng)網(wǎng)噴混凝土，格柵間距0.5 m。邊墻打設(shè)GM25自進(jìn)式中空注漿錨桿，L=3.0 m，縱向間距同格柵，環(huán)向間距0.6 m，梅花形布置，每環(huán)16根。

3 淺埋暗挖法數(shù)值模擬

3.1 計算模型

根據(jù)圣維南原理，計算模型范圍水平橫向為100 m，豎向50 m，縱向72 m。頂部取至地表面。計算中，采用空間8節(jié)點6面體實體單元模擬圍巖和初期支護(hù)。左右邊界水平約束，底部邊界豎向約束，頂面自由。整體計算模型如圖1所示，區(qū)間隧道斷面設(shè)計如圖2所示。

圖1 計算模型

圖2 區(qū)間隧道斷面設(shè)計

3.2 地層參數(shù)

根據(jù)地質(zhì)報告和相關(guān)經(jīng)驗，地層的物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

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3.3 模擬過程

本文數(shù)值模擬采用FLAC3D軟件。FLAC3D在模擬隧道開挖時，只需把開挖部分的材料模型設(shè)置成空(null)單元即可。具體模擬開挖過程描述為:(1)對掌子面拱頂180°角范圍內(nèi)進(jìn)行注漿預(yù)加固;(2)臺階進(jìn)尺至1 m后，馬上立鋼支撐并噴射混凝土;(3)保證上、下臺階縱向相距4 m的長度，上、下臺階同時掘進(jìn)。

3.4 模擬工況

取如表2所示的四個工況進(jìn)行研究。

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3.5 計算結(jié)果分析

各工況的地表橫向沉降槽計算結(jié)果如圖3所示。各工況的地表沉降最大值如表3所示。從圖3可以看出，隨隧道間距的增大，地表橫向沉降槽由“U”形漸變?yōu)椤癢”形，基本對稱于兩隧道連線的中垂線。地表沉降最大值顯示:隨著隧道埋深和間距的增大，最大地表沉降值減小。

圖3 各工況地表沉降結(jié)果

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地表沉降開挖變化曲線如圖4所示。橫坐標(biāo)0點對應(yīng)考察斷面。由圖可知，曲線在考察斷面 前后存在兩個明顯拐點，拐點范圍內(nèi)沉降速度較大，兩拐點間范圍隨埋深增大而增大，變形速度隨埋深增大而減小。掌子面未達(dá)到考察斷面前的先期沉降值以及其他施工步引起的沉降值隨埋深增大而減小。

圖4 地表沉降隨開挖變化

4 結(jié)論

(1)數(shù)值模擬結(jié)果表明，縱向沉降曲線在考察斷面前后存在兩個明顯拐點，拐點范圍內(nèi)沉降速度較大，兩拐點間范圍隨埋深增大而增大，變形速度隨埋深增大而減小，后期沉降值趨于穩(wěn)定。掌子面未達(dá)到考察斷面前的先期沉降值以及其它施工步引起的沉降值隨埋深增大而減小。

(2)隨隧道間距的增大，地表橫向沉降槽由“U”形漸變?yōu)椤癢”形，基本對稱于兩隧道連線的中垂線。隨著隧道埋深和間距的增大，最大地表沉降值減小。

(3)淺埋暗挖的施工方法應(yīng)用于城市輕軌暗挖區(qū)間，不僅需要嚴(yán)格遵守“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”的18字方針，采用足夠的復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)和合理的輔助支護(hù)方案，更需要信息化量測反饋設(shè)計和施工，以便及時調(diào)整支護(hù)方案和參數(shù)，有效的控制地表沉降。

［1］孔恒.城市地鐵隧道淺埋暗挖法地層預(yù)加固機(jī)理及其研究［D］.北京交通大學(xué)，2003

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