隧道浅埋暗挖法开挖方案的优化分析

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1224.066m、右线全长为1222.853m。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4.874m，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30241825拱顶沉降30241825水平收敛201161213隧底隆起1086//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级别及说明特点全断面法适用于地质条件好的地层单线隧道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩开挖工作面大，空间尺寸也大台阶法适用于较好地层的中小型断面单线Ⅲ级、Ⅳ级围岩施工方便，速度较快交叉中隔壁法适用于软弱地层且地面控制严格的中型断面双线、三线隧道Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩施工复杂，速度慢，但成本较高5浅埋暗挖法开挖方案随着技术的发展,特别是量测技术的进步,浅埋暗挖法由早期主要应用于地铁区间隧道的修建逐渐扩大应用到地铁车站多跨连拱结构,如三拱立柱式车站以及隧道断面变化地段。沿用新奥法的基本原理,浅埋暗挖法采用先柔后刚复合式衬砌新型支护结构体系,是建立量测信息反馈设计和施工程序，在施工中采用多种辅助工法,考虑初次支护承担全部基本荷载,针对浅埋隧道的特点，超前支护,改善加固围岩,二次模筑衬砌作为安全储备,充分调动围岩的自承能力，初次支护和二次衬砌共同承担特殊荷载，采用不同的开挖方法，例如及时支护、封闭成环,使其与围岩共同作用形成联合体系。此外，还需要在施工全过程中,应用监控量测与信息反馈技术，采取改良地层、注浆加固等辅助施工技术,加强对地质条件和地表下沉的研究，指导施工，优化设计。浅埋暗挖法施工工艺如图2所示：图2浅埋暗挖法施工工艺流程6浅埋暗挖法开挖方案的优化分析6.1加强对横断面地表沉降的分析在隧道施工时，采用的浅埋暗挖法，需要加强对横断面地表沉降的分析。对其产生的地表沉降横向分布近似为一正态分布曲线，如图，可以用公式来表示软弱地层隧道上方的横向地表沉降，具体的计算公式见下：式中：s(x)——距离隧道中心轴线x处的地表沉降，m；smax——隧道中心线处的地表最大沉降，m；i——地表沉降槽宽度系数，即沉降曲线反弯点至隧道中线的距离，m。上式可以应用于浅埋暗挖法隧道施工地表沉降分析。6.2加强现场监测实施隧道的监控量测具有十分重要的意义，因此在进行浅埋暗挖法开挖时，要加强现场监测，主要有：（1）评价支护结构、施工方法的合理性，验证支护结构型式、支护参数，这为调整施工工艺、优化设计参数提供了依据。（2）在安全的前提下，提供二次衬砌支护的合理时间，以便充分发挥围岩的自承能力。（3）为复杂条件下客运专线隧道修建提供科学依据和技术保证，为隧道的科研工作提供第一手的信息。（4）掌握围岩动态，正确评价围岩稳定性，了解支护结构在不同工况时的受力状态和应力分布。（5）通过施工和环境监测进行信息反馈及预测预报，指导现场施工，优化施工组织设计，确保隧道施工的安全与质量和工程项目的社会、经济和环境效益。6.3加强地表沉降观测地表沉降观测主要用精密水准仪进行，属必测项目。隧道轴线方向布设量测断面，在隧道洞口浅埋地段，根据地形条件确定，一般为10m～15m左右。在选定的量测断面区域，应设一个通视条件较好、测量方便、牢固的基准点(基准点位置应在地表沉降影响区以外)。在隧道轴线及其两侧布置地面测点，每个断面测点一般为7个以上，间距5m～lOm，用精密水准仪量测，测点应埋水泥桩，测量放线定位。隧道开挖距测点前30m处开始量测，隧道开挖超过测点20m、并待沉降稳定以后停止量测。7结语综上所述，在隧道的开挖过程中，通过采用浅埋暗挖施工方法,根据现场实际情况，严格按照设计施工方案及施工步骤进行认真施工,保持均衡生产，有理、有据的调整并优化施工方案,细致地论证已有的施工方案,及时进行技术交底,大胆应用先进的施工工艺,要求现场的管理人员和操作工人应对施工的每个环节做到细心、精心,有对工程施工的认真态度,这样不仅可以成功完成下穿高速公路大断面地铁隧道的分部开挖衬砌,还能保证动态施工，保证施工进度和施工安全，提高了施工水平，最终保证了施工的顺利进行。参考文献1王梦恕;隧道工程浅埋暗挖法施工要点[J];隧道建设;2006年05期2汪国锋;李光;浅埋暗挖法在北京地铁隧道施工中的应用研究[J];铁道标准设计;2008年12期3胡达远;隧道工程浅埋暗挖法的施工技术[J];山西建筑;2008年18期4贺长俊;蒋中庸;刘昌用;邹彪;浅埋暗挖法隧道施工技术的发展[J];市政技术;2009年03期