1、浅埋暗挖隧道下穿高梁桥施工方案分析摘 要: 通过工程类比和数值分析, 对北京地铁 4 号线浅埋暗挖区间隧道下穿高梁桥施工方案进行了分析。结果表明, 采用地面桥墩加固和地下隧道周边注浆加固地层, 能有效控制沉降。区间隧道先后施工对临近桥墩差异沉降影响甚微, 为提高施工速度, 可在合理错距后同时施工。关键词: 浅埋暗挖; 下穿桥梁; 砂卵石; 注浆加固; 数值模拟1 工程概况 西直门站动物园站区间隧道处于西直门外大街下方。该区间起点里程左线为 K13+902.747、右线为K13+903.000, 终点里程为 K15+125.853, 左线全长1 224.066 m、右线全长为 1 222.8532、 m。隧道正线于桩号 K14+000K14+104 段穿过高梁桥基础, 设计过桥段长 104m; 高梁桥上部结构为跨度 23 m3 的预应力简支 T 梁; 下部为厚 2 m 的扩大基础, 分两层浇筑, 底层面积 5.5 m5.5 m, 上层面积 3 m3 m, 基础埋深4.874 m。扩大基础上为独立桥墩, 两相邻桥墩上有盖梁相连。与区间遂道纵向相垂直方向一排上有 4 个基础, 中心间距 11.546 m; 沿区间纵向有两排桥基, 间距21 m。隧道埋深 17.9 m, 两隧道中心间距为 8.0 m, 见图 1 所示。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3、底之间净距为11.66 m。 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, 颗粒之间空隙大, 黏聚力小, 颗粒之间点对点传力, 地层反应灵敏,稍微受到扰动, 就很容易破坏原来的相对稳定平衡状态而坍塌, 引起较大的围岩扰动, 使开挖面和洞壁都失去约束而产生不稳定。通过筛分试验表明, 该处地层为卵石圆砾层, 粒径 20 70 mm, 最大粒径达到150 mm, 含砂率 11 %30 %, 平均内摩擦角 35# 左右,N 值 2750, 施工中遇到最大的卵石达 250 mm。2 工程难点分析 在砂卵石地层中采用浅埋暗挖法施工, 存在以下难点: (1)超前小导管或注浆孔4、施工成孔难度大, 施工速度慢; (2)砂卵石地层容易坍塌, 地层成拱性差, 超挖量较大, 工作面稳定性难以保证; (3) 由于没有地面降水条件, 拱顶上方存在的上层滞水, 易造成砂体的部分流失, 增加地层沉降量控制的难度; (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。 根据北京地铁施工有关规定, 确认下穿高梁桥施工风险等级为一级 , 其中变形控制标准如下: 桥台横向变形差异 5.0 mm, 纵向变形沉降 10 mm。根据该工程特点, 并参考北京地铁施工监控量测试行稿确定了该标段监测项目的监测控制值, 见表 1。3 施工方案的确定 为了严格控制结构沉降, 通过5、对比试验, 研究提出了适用于砂卵石地层的前进式分段超前深孔注浆加固方案。 隧道采用 CRD 法进行施工, 根据分析, 确定区间两隧道按照导洞 1、2、3、4 和导洞 5、6、7、8 顺序施工,错距 10 m。先施工 1 号导洞, 为了减小各导洞之间的相互影响, 待施工 10 m 后, 再施工 2 号导洞, 依次施工其他导洞, 直至完成(见图 2)。具体施工步序如下: 第一步: 施作超前支护, 注浆加固地层,前后开挖两侧 1 号洞室, 并预留核心土, 施作初期支护; 第二步: 继续前后开挖两侧 2 号洞室, 施作初期支护, 1、2 号洞室纵向间距 10 m 左右; 第三步: 施作超前支护, 前后6、开挖两侧 3 号洞室,并预留核心土, 施作初期支护, 2 号与 3 号洞室纵向间距 10 m; 第四步: 继续前后开挖两侧 4 号洞室, 施作初期支护,左侧 3 号与 4 号洞室纵向间距 10 m; 第五步: 待左洞开挖完毕, 再以同样的方式开挖右导洞; 第六步: 根据监测情况纵向分段拆除中隔墙, 临时支撑, 逐步完成侧洞底板防水与二次衬砌, 先作业左洞, 再作业右洞;4 施工方案数值分析4. 1 计算模型说明 采用 PLAXIS3D 进行计算分析, 计算范围顶部取到地面, 左右两侧和底部各取 50 m, 沿隧道轴线方向取 60 m, 隧道均考虑小导管超前注浆加固地层; 地层由上到下依次为杂填7、土层、粉质黏土、细砂层、砂卵石层。土层的参数如表 2 所示。整个模型采用实体单元建模, 土层采用摩尔库仑模型, 隧道结构采用弹性体模型, 共划分 30 655 个实体单元, 48 960 个实体单元节点(见图 3)。施工步骤: 先施工左边隧道, 再施工右边隧道; 单个隧道按照 CRD 工法 1、2、3、4 顺序施工。计算工况: (1) 不进行任何加固措施; (2) 对桥墩及隧道周围采取加固措施: 将 1 号桥墩和 2 号桥墩的扩大基础采用注入混凝土的方式连接成整体; 将 3 号桥墩和 4 号桥墩的扩大基础采用注入混凝土的方式连接成整体。隧道拱部及侧墙 2 m 范围内土体实施超前深孔注浆加固。48、. 2 计算结果分析 计算结果见表 3、表 4。从表 3 数据可以看出, 采取加固措施后, 效果十分显著。不进行任何加固时, 桥墩基础的差异沉降分别达到 10.95 mm 和 9.22 mm。采用注浆加固土体及桥墩连接加固后, A、B 号桥墩的差异沉降为 4.30 mm; C、D 号桥墩的差异沉降为4.50 mm, 可见加固后效果是显著的。为便于加强施工中过程控制, 表 4 给出了各个工序对沉降贡献值。 分析可见, 导洞 1 和导洞 2 沉降占总体沉降的55 %, 因而加强对这两个步序的施工管理十分必要。5 主要结论 (1) 针对浅埋暗挖隧道下穿高梁桥施工, 为控制沉降, 必须对桥桩及隧道周围9、地层采取加固措施; (2) 区间两隧道的施工顺序宜按照导洞 1、2、3、4和导洞 5、6、7、8 顺序组织施工; (3) 单线隧道施工时, 影响沉降的关键工序为导洞 1、2 和导洞 5、6 的施工; (4)在错距为 30 m 时, 区间左右线施工相互影响甚微, 为加快施工进度, 左右线隧道可相对合理错距同时施工。 目前, 区间左右线隧道均已安全穿越高梁桥。工程实践表明, 采取上述措施确保了地表沉降控制在10 mm 以内, 桥桩横向差异沉降不大于 5 mm 的目标。参考文献:1 吴波,等. 城市地铁区间隧道洞群开控顺序优化分析J. 中国铁道科学,2003,24(5) : 23- 28.2 高新强,仇文革,吴 剑. 重庆轻轨大坪车站隧道暗挖段施工方法数值优化分析M/陈磬超. 地下铁道新技术文集.北京:中国铁道出版社,2003:612- 615.3 吴波,等. 地铁隧道施工对地表沉降影响的优化控制分析J.现代隧道技术,2003,40(3):42- 46.