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1、淺埋暗挖隧道下穿高梁橋施工方案分析摘 要: 通過工程類比和數值分析, 對北京地鐵 4 號線淺埋暗挖區間隧道下穿高梁橋施工方案進行了分析。結果表明, 采用地面橋墩加固和地下隧道周邊注漿加固地層, 能有效控制沉降。區間隧道先后施工對臨近橋墩差異沉降影響甚微, 為提高施工速度, 可在合理錯距后同時施工。關鍵詞: 淺埋暗挖; 下穿橋梁; 砂卵石; 注漿加固; 數值模擬1 工程概況 西直門站動物園站區間隧道處于西直門外大街下方。該區間起點里程左線為 K13+902.747、右線為K13+903.000, 終點里程為 K15+125.853, 左線全長1 224.066 m、右線全長為 1 222.8532、 m。隧道正線于樁號 K14+000K14+104 段穿過高梁橋基礎, 設計過橋段長 104m; 高梁橋上部結構為跨度 23 m3 的預應力簡支 T 梁; 下部為厚 2 m 的擴大基礎, 分兩層澆筑, 底層面積 5.5 m5.5 m, 上層面積 3 m3 m, 基礎埋深4.874 m。擴大基礎上為獨立橋墩, 兩相鄰橋墩上有蓋梁相連。與區間遂道縱向相垂直方向一排上有 4 個基礎, 中心間距 11.546 m; 沿區間縱向有兩排橋基, 間距21 m。隧道埋深 17.9 m, 兩隧道中心間距為 8.0 m, 見圖 1 所示。隧道結構從一排 4 個基礎中的中間 2 個基礎正下方附近通過, 結構頂與基礎3、底之間凈距為11.66 m。 該區間段隧道左右線全部穿越砂卵石地層。砂卵石地層是一種典型的力學不穩定地層, 顆粒之間空隙大, 黏聚力小, 顆粒之間點對點傳力, 地層反應靈敏,稍微受到擾動, 就很容易破壞原來的相對穩定平衡狀態而坍塌, 引起較大的圍巖擾動, 使開挖面和洞壁都失去約束而產生不穩定。通過篩分試驗表明, 該處地層為卵石圓礫層, 粒徑 20 70 mm, 最大粒徑達到150 mm, 含砂率 11 %30 %, 平均內摩擦角 35# 左右,N 值 2750, 施工中遇到最大的卵石達 250 mm。2 工程難點分析 在砂卵石地層中采用淺埋暗挖法施工, 存在以下難點: (1)超前小導管或注漿孔4、施工成孔難度大, 施工速度慢; (2)砂卵石地層容易坍塌, 地層成拱性差, 超挖量較大, 工作面穩定性難以保證; (3) 由于沒有地面降水條件, 拱頂上方存在的上層滯水, 易造成砂體的部分流失, 增加地層沉降量控制的難度; (4)砂卵石地層中淺埋暗挖法隧道下穿橋墩樁基相對其他地層, 容易造成不均勻沉降。 根據北京地鐵施工有關規定, 確認下穿高梁橋施工風險等級為一級 , 其中變形控制標準如下: 橋臺橫向變形差異 5.0 mm, 縱向變形沉降 10 mm。根據該工程特點, 并參考北京地鐵施工監控量測試行稿確定了該標段監測項目的監測控制值, 見表 1。3 施工方案的確定 為了嚴格控制結構沉降, 通過5、對比試驗, 研究提出了適用于砂卵石地層的前進式分段超前深孔注漿加固方案。 隧道采用 CRD 法進行施工, 根據分析, 確定區間兩隧道按照導洞 1、2、3、4 和導洞 5、6、7、8 順序施工,錯距 10 m。先施工 1 號導洞, 為了減小各導洞之間的相互影響, 待施工 10 m 后, 再施工 2 號導洞, 依次施工其他導洞, 直至完成(見圖 2)。具體施工步序如下: 第一步: 施作超前支護, 注漿加固地層,前后開挖兩側 1 號洞室, 并預留核心土, 施作初期支護; 第二步: 繼續前后開挖兩側 2 號洞室, 施作初期支護, 1、2 號洞室縱向間距 10 m 左右; 第三步: 施作超前支護, 前后6、開挖兩側 3 號洞室,并預留核心土, 施作初期支護, 2 號與 3 號洞室縱向間距 10 m; 第四步: 繼續前后開挖兩側 4 號洞室, 施作初期支護,左側 3 號與 4 號洞室縱向間距 10 m; 第五步: 待左洞開挖完畢, 再以同樣的方式開挖右導洞; 第六步: 根據監測情況縱向分段拆除中隔墻, 臨時支撐, 逐步完成側洞底板防水與二次襯砌, 先作業左洞, 再作業右洞;4 施工方案數值分析4. 1 計算模型說明 采用 PLAXIS3D 進行計算分析, 計算范圍頂部取到地面, 左右兩側和底部各取 50 m, 沿隧道軸線方向取 60 m, 隧道均考慮小導管超前注漿加固地層; 地層由上到下依次為雜填7、土層、粉質黏土、細砂層、砂卵石層。土層的參數如表 2 所示。整個模型采用實體單元建模, 土層采用摩爾庫侖模型, 隧道結構采用彈性體模型, 共劃分 30 655 個實體單元, 48 960 個實體單元節點(見圖 3)。施工步驟: 先施工左邊隧道, 再施工右邊隧道; 單個隧道按照 CRD 工法 1、2、3、4 順序施工。計算工況: (1) 不進行任何加固措施; (2) 對橋墩及隧道周圍采取加固措施: 將 1 號橋墩和 2 號橋墩的擴大基礎采用注入混凝土的方式連接成整體; 將 3 號橋墩和 4 號橋墩的擴大基礎采用注入混凝土的方式連接成整體。隧道拱部及側墻 2 m 范圍內土體實施超前深孔注漿加固。48、. 2 計算結果分析 計算結果見表 3、表 4。從表 3 數據可以看出, 采取加固措施后, 效果十分顯著。不進行任何加固時, 橋墩基礎的差異沉降分別達到 10.95 mm 和 9.22 mm。采用注漿加固土體及橋墩連接加固后, A、B 號橋墩的差異沉降為 4.30 mm; C、D 號橋墩的差異沉降為4.50 mm, 可見加固后效果是顯著的。為便于加強施工中過程控制, 表 4 給出了各個工序對沉降貢獻值。 分析可見, 導洞 1 和導洞 2 沉降占總體沉降的55 %, 因而加強對這兩個步序的施工管理十分必要。5 主要結論 (1) 針對淺埋暗挖隧道下穿高梁橋施工, 為控制沉降, 必須對橋樁及隧道周圍9、地層采取加固措施; (2) 區間兩隧道的施工順序宜按照導洞 1、2、3、4和導洞 5、6、7、8 順序組織施工; (3) 單線隧道施工時, 影響沉降的關鍵工序為導洞 1、2 和導洞 5、6 的施工; (4)在錯距為 30 m 時, 區間左右線施工相互影響甚微, 為加快施工進度, 左右線隧道可相對合理錯距同時施工。 目前, 區間左右線隧道均已安全穿越高梁橋。工程實踐表明, 采取上述措施確保了地表沉降控制在10 mm 以內, 橋樁橫向差異沉降不大于 5 mm 的目標。參考文獻:1 吳波,等. 城市地鐵區間隧道洞群開控順序優化分析J. 中國鐵道科學,2003,24(5) : 23- 28.2 高新強,仇文革,吳 劍. 重慶輕軌大坪車站隧道暗挖段施工方法數值優化分析M/陳磬超. 地下鐵道新技術文集.北京:中國鐵道出版社,2003:612- 615.3 吳波,等. 地鐵隧道施工對地表沉降影響的優化控制分析J.現代隧道技術,2003,40(3):42- 46.