軟弱地層大跨度超淺埋過街通道暗挖設(shè)計

李 強(qiáng)

(重慶市交通規(guī)劃勘察設(shè)計院，重慶 401121)

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軟弱地層大跨度超淺埋過街通道暗挖設(shè)計

李 強(qiáng)

(重慶市交通規(guī)劃勘察設(shè)計院，重慶 401121)

針對本項目的工程地質(zhì)條件和復(fù)雜的周邊環(huán)境，遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”的原則，通過選取合理的施工方案、可靠的支護(hù)措施和合適的監(jiān)控量測方案，進(jìn)行了軟弱地層大跨超淺埋過街通道暗挖設(shè)計，最終確保了通道安全竣工，并保證了地下管線、相鄰地鐵和地面交通的安全運(yùn)行.

軟弱地層; 大跨度; 過街通道; 淺埋暗挖; 變形控制

擬建人行過街通道位于沈陽市繁華的青年大街，通道一方面服務(wù)于市政人行過街，另一方面連接了大街兩端華潤地產(chǎn)和嘉里地產(chǎn)的地下一層，具有市政服務(wù)和商業(yè)開發(fā)雙重功能.主通道全長約66 m，由于兩端受地產(chǎn)樓盤負(fù)一層標(biāo)高控制，通道埋深淺，因而只能采用矩形斷面.通道凈寬10 m，凈高3.5 m.通道頂板以上覆土厚度約3.5～4 m，覆土內(nèi)管線眾多，包括煤氣管、污水管等.通道下約7.2 m有已建成的2號線青年公園站-工業(yè)展館站區(qū)間隧道，平面交角約60°.通道頂板以上覆土主要為雜填土，洞身基本位于粗砂和礫砂層，設(shè)計、施工難度大.

1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

通道場區(qū)地形平坦，地貌類型為渾河高漫灘.巖土體的巖性分布為：①層雜填土：雜色，松散，稍濕，厚度2.2～3.0 m；②層粗砂：黃褐色，稍密狀態(tài)，稍濕，厚度1.2～3.1 m；③層礫砂：黃褐色，中密狀態(tài)，稍濕，顆粒不均勻，厚度1.0～3.0 m；④層圓礫：中密狀態(tài)，顆粒不均，厚度7.8～11.6 m；⑤層中粗砂：黃褐色，密實狀態(tài)，含水，厚度1.1～4.0 m；⑥層礫砂：黃褐色，密實狀態(tài)，飽和，勘察揭示厚度7.3 m.

場區(qū)地下水的類型為砂類土中的潛水，地下水水位為14.10～14.30 m，埋深4.5 m.

2 淺埋暗挖施工方案研究

2.1 淺埋暗挖施工工序

通道場區(qū)巖性為雜填土、粗砂、礫砂、圓礫，暗挖自穩(wěn)能力差，成洞困難，加之通道斷面為扁平的矩形斷面，受力差，開挖極易垮塌.如發(fā)生垮塌，會造成路面塌陷，上部覆土內(nèi)的市政管線損壞.二襯結(jié)構(gòu)通過計算可以確保安全，最大的風(fēng)險在通道開挖至二襯施作前，尤其是初期支護(hù)還未施作或成環(huán)期間.參考國內(nèi)既有工程經(jīng)驗并結(jié)合本工程實際，設(shè)計采取“化大為小、分部開挖”的思路，遵循“小分塊、短臺階、早成環(huán)、環(huán)套環(huán)”的原則，水平方向分解成三個小洞，豎向分成上下臺階開挖，最終將寬10 m，高3.5 m的大跨度矩形通道劃分為六個小塊進(jìn)行分部開挖，每個小塊寬3.3 m，高1.75 m，從而大大降低開挖風(fēng)險.開挖過程中各導(dǎo)坑初期支護(hù)步步成環(huán)，全斷面開挖完成后再分段拆除臨時支護(hù).施工嚴(yán)格按照“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”的原則，控制開挖進(jìn)尺≤0.5 m.開挖初支后及時滿堂支架施作二次襯砌.經(jīng)計算分析比較后，確定開挖工序如圖1所示.

圖1 施工開挖步序圖

第1步：開挖輪廓外小導(dǎo)管注漿，左側(cè)壁上導(dǎo)坑臺階法開挖并施作初期支護(hù)及臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)；

第2～6步：分別為左側(cè)壁下導(dǎo)坑、右側(cè)壁上導(dǎo)坑、右側(cè)壁下導(dǎo)坑、中洞上導(dǎo)坑、中洞下導(dǎo)坑臺階法開挖并施作初期支護(hù)及臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)；

第7步：施作滿堂支架后，左、右洞側(cè)墻及頂板二襯施作，如圖2所示.

圖2 二次襯砌澆筑施工圖

第8步：中洞底板二襯施作，強(qiáng)度達(dá)到80%后拆除滿堂支架.

2.2 淺埋暗挖施工開挖有限元計算分析

施工中變形控制是本工程施工成敗的關(guān)鍵因素之一，尤其是開挖引起的豎向變形，直接關(guān)系到青年大街路面和路面下市政管線的安全.為此，設(shè)計采用FLAC2D有限元分析軟件進(jìn)行施工開挖模擬分析，計算模型如圖3所示.

圖3 施工開挖有限元分析模型

選取的巖土層物理力學(xué)參數(shù)如表1所示.

經(jīng)有限元計算分析，最后一步開挖中導(dǎo)洞下臺階后圍巖豎向位移云圖如圖4所示.

表1 巖土層物理力學(xué)參數(shù)表

圖4 最后一步開挖后豎向位移云圖

計算結(jié)果如表2所示.

表2 豎向位移計算結(jié)果表

經(jīng)計算可見，按照上述施工步序，隧道開挖可能引起的地表最大沉降為14.5 mm，市政管線集中分布的路面下1.5 m處最大變形17 mm，變形總體可控，能有效降低施工塌方風(fēng)險，確保青年大街路面和下部市政管線的安全.

3 通道主要支護(hù)參數(shù)選取

超前支護(hù)及預(yù)加固是淺埋暗挖法安全開挖的前提.施工前，在通道頂和兩側(cè)邊墻布置5環(huán)雙重管預(yù)注漿，并添加適量固沙劑加固地層.暗挖施工時，沿著通道頂和兩側(cè)邊墻打設(shè)雙排Φ42小導(dǎo)管作為超前支護(hù)，小導(dǎo)管長度2.5 m，環(huán)向間距40 cm，縱向排距1.5 m，外插角<10°，搭接長度不小于1.0 m.

初期支護(hù)是確保暗挖成敗的關(guān)鍵關(guān)節(jié).設(shè)計采用C25濕噴早強(qiáng)混凝土，厚30 cm，噴射混凝土層內(nèi)采用Ф6.5雙層鋼筋網(wǎng)@15 cm×15 cm.采用截面為22 cm×22 cm的格柵鋼架，鋼架縱向間距0.5 m，環(huán)向間距1.0 m.

二次襯砌是運(yùn)營安全的保障.通道邊墻二襯厚80 cm，頂、底板厚100 cm，均采用C40鋼筋混凝土，保護(hù)層厚5 cm.抗?jié)B等級P8.

4 通道暗挖變形控制

施工變形控制是本項目信息化施工依靠的準(zhǔn)繩，變形控制的好壞直接關(guān)系到通道施工和周邊構(gòu)筑物的安全.準(zhǔn)確確定管線或其他構(gòu)筑物的性質(zhì)、位置及其與擬建通道的空間關(guān)系，是保護(hù)管線或其他構(gòu)筑物并確保施工安全的前提條件.因此，開工前應(yīng)查閱相關(guān)資料，對地下管線的種類、直徑、平面位置、標(biāo)高等進(jìn)行復(fù)核，并與擬建通道進(jìn)行比較，確定是否與通道及其支護(hù)結(jié)構(gòu)位置有沖突.若無法查閱有關(guān)資料，應(yīng)對地道范圍內(nèi)及其附近的區(qū)域進(jìn)行探測，必要時采用人工開挖的方式確定地下管線的位置.

(1)地下管線保護(hù)施工開挖變形控制標(biāo)準(zhǔn)

通道頂板以上覆土厚度約3.5～4 m，覆土內(nèi)管線共計14根，包括煤氣管2根，直徑30 cm，埋深1.5～1.65 m；污水管2根，直徑分別為0.9 m和0.25 m，埋深分別為1.94 m和1.4 m，此外，還有通信電纜、水管等.其中電信管線為塑料管線，水管及煤氣管線為鐵管，污水管為混凝土管.在施工中特別需要控制水管及煤氣管線的變形，以免發(fā)生危險.設(shè)計依據(jù)相關(guān)規(guī)范，并借鑒國內(nèi)外工程經(jīng)驗，提出了管線監(jiān)測報警限值如表3、表4所示.

表3 一般管線監(jiān)測報警限值

表4 煤氣、供水、排水管線監(jiān)測報警限值

(2)相鄰地鐵保護(hù)施工開挖變形控制標(biāo)準(zhǔn)

為確保通道施工不影響下方既有盾構(gòu)區(qū)間隧道的結(jié)構(gòu)安全，施工過程中通過采取控制措施，按照如下變形控制標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)對運(yùn)營地鐵隧道進(jìn)行保護(hù)：

兩軌道橫向高差≤2 mm，軌向偏差和高低差最大值≤4 mm、10 mm；地鐵結(jié)構(gòu)最終絕對沉降量及水平位移量≤20 mm，地鐵結(jié)構(gòu)日沉降量和水平位移量≤0.5 mm，變形曲線的曲率半徑≥15000 m，結(jié)構(gòu)相對彎曲≤1/2500；報警值：監(jiān)測值超過日指標(biāo)或地鐵結(jié)構(gòu)總變形控制量的1/2時立即報警.

(3)地表沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

為了確保通道地表青年大街路面的正常交通通行，設(shè)計著重強(qiáng)調(diào)了對地表沉降的監(jiān)測，并提出了監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)如表5所示.

表5 監(jiān)測地表沉降基準(zhǔn)值

本項目暗挖過程中嚴(yán)格按照上述控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，最終確保了青年大街及路面下市政管線和通道下方地鐵隧道的安全.

5 結(jié)語

設(shè)計通過選取合理的施工開挖方式、制定可行的超前支護(hù)和初期支護(hù)措施，提出了行之有效的變形控制標(biāo)準(zhǔn)，確保了沈陽青年大街大跨度超淺埋矩形斷面暗挖通道的安全施工，同時保證了地下管線、相鄰地鐵和路面交通的安全.總結(jié)本次淺埋暗挖設(shè)計經(jīng)驗如下，以為其它相似工程參考.

(1)對于大跨度扁平的矩形斷面暗挖設(shè)計，采取“化大為小、分部開挖”的方法，可以有效克服大跨度及扁平結(jié)構(gòu)受力不利帶來的施工困難.

(2) 施工嚴(yán)格按照“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”的原則，嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺.

(3)超前注漿加固是淺埋暗挖成敗關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，結(jié)合地區(qū)施工經(jīng)驗，在漿液中添加外加劑，可取得較好的預(yù)加固效果.

(4)嚴(yán)格遵循設(shè)計提出的變形控制標(biāo)準(zhǔn)，切實開展好施工過程中的監(jiān)控量測工作，對于確保施工安全、地下管線和周邊構(gòu)筑物安全以及地面交通安全等均具有重要作用.

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Design on Shallow Tunneling of Wide Underpass in Soft Ground

LI Qiang

(Chongqing Communicaitions Planning Survey & Design Institute, Chongqing 401121, China)

According to the poor geological conditions and complex surroundings of the project, shallow tunneling technology is used to abide by the principle“Pre-grouting first, shortening tunneling step, strengthening the support, seal the lining soon and measur the deformation frequently”. Reasonable excavation method, strong support and suitable monitoring measurement are used without traffic interruption of above street. Eventually, the underpass is built safely with municipal tubes or wires and metro tunnel protected successfully.

soft stratum; long span; underpass; shallow tunneling; deformation control

2016-12-18

李 強(qiáng)(1979-),男，碩士，注冊巖土工程師，研究方向：隧道及巖土.

TU99

A

1671-119X(2017)02-0088-04