下穿隧道（共11篇）
下穿隧道 篇1
摘要：对西安地铁隧道下穿漕运明渠施工方案进行了优化,通过对比分析调整方案前后工程量和造价,指出优化设计有效解决了施工工期紧张,节约了施工成本,总结其施工经验,对其他地铁工程和类似的市政工程建设有指导作用。
关键词：改渠,围堰,造价
1 工程概况
北客站出入段线在RDK0+230～RDK0+285段从漕运明渠下穿通过，漕运明渠为开放式排污泄洪通道，东西走向，渠帮和渠底经人工修筑和加固，采用浆砌石衬砌，流向自西向东，明渠上口宽约26.0 m，底口宽约13.0 m，深约5.7 m，水位变化较大，平常水深1 m左右，雨季成泄洪通道，水深2 m以上。区间出入线段主体结构为单层双跨(局部单跨)箱形框架结构，基坑埋深14.8 m，顶部距离明渠底3.7 m。区间过漕运明渠段沿线路方向北侧为鱼塘，现状完好，南侧鱼塘干涸，现为空地;西侧距区间结构边约60 m为文景路跨漕运明渠路桥，现状完好，交通不繁忙。
2 调整方案
设计施工方案是在RDK0+230处有一排钻孔灌注桩，先施工南侧，待南侧主体施工完毕后，把漕运明渠改道在完成的主体结构上，后施工北侧部分，北侧主体施工完成后把漕运明渠改回原处。
因征地拆迁和设计变更影响工期，原计划2008年10月15日改渠段开工，现在2008年12月15日才开工。按设计施工方案先施工南侧，待南侧主体施工完毕后，把漕运明渠改道在完成的主体结构上，后施工北侧部分，北侧主体施工完成后改回原处。此方案2009年4月1日前不能把漕运明渠改回原处。根据实际情况，要在2009年4月1日前把漕运明渠改回原处，先把漕运明渠改在RDK0+230的钻孔灌注桩南侧，施工漕运明渠下的主体结构，主体结构完成后把漕运明渠改回原处，然后施工南侧主体结构，以保证2009年4月1日前把漕运明渠改回原处。
为满足渠北侧通道要求，原设计中漕运明渠改渠采用拉森式Ⅳ钢板桩围堰，在围堰两侧各打一排钢板桩，桩长15 m，其中出地面5 m。根据我方进行多次调查和多方调研，此种钢板桩加工周期与施工周期均很长，成本费用又较大，而且此段施工场地受征地延误近2个月，但在汛期必须恢复原河道，因此改渠工作和此段结构主体施工工期紧迫，又考虑到钢板桩属于一次性摊销材料(使用后并无其他用途)，所以在施工期间临时取消改渠后北侧的汽车通道，仅通行非机动车，同时取消拉森式Ⅳ钢板桩，调整为草袋围堰。
3 施工方案
临时改渠方案共分为五部施作:一期施工临时改渠工程，渠宽6.0 m，渠帮和渠底均采用浆砌石衬砌。二期施工明渠两端的围堰，要求先施工进水围堰后施工出水围堰。三期施工跨明渠结构，跨明渠段围护结构增设旋喷桩止水帷幕，基坑内进行基底加固，采用直径600 mm的单管旋喷桩，间距1.2 m梅花形布置，分界里程为RDK0+231.075，中间设置围护桩，主体内设置堵头墙。四期施工是恢复既有明渠，要求和既有明渠结构形式相同，并注意施工质量，不出现漏水。五期施工出入段线漕运明渠南侧的主体工程。
4 施工工艺
施工工艺如下:
1)在原渠南侧开挖一道新的渠道，渠帮和渠底均采用浆砌石衬砌。2)把改渠渠道修好，用砂袋围堰把渠水封堵，使水改道从新修的水渠流水。3)砂袋围堰中放置一层彩条布，砂袋围堰后面铺设一层彩条塑料布，再回填黄黏土。4)背水面一侧用黄黏土填平，把钻孔围护桩和止水旋喷桩桩顶标高加高2 m，以利防水及施工作业。5)改后的渠北侧上部取消道路，只保留南侧通道，同时加宽到8 m。6)漕运明渠采用2台旋挖钻机，钻孔桩每6根桩为一循环，按1,3,5,2,4,6顺序施工。并采用移动泥浆池同旋挖钻配套使用。废弃泥浆经沉淀池沉淀、过滤后排入地下管网。然后破除路面凿除桩头，浇筑冠梁混凝土。在钻孔桩外有一排旋喷桩止水，在主体结构下用旋喷桩加固。7)主体结构土方开挖、混凝土结构施工、防水层施工均按照划分施工阶段组织施工。为方便施工和设计文件要求，主体结构底板纵向不设施工缝，横向将结构底板、侧墙、中墙和结构顶板施工缝设在同一断面。同时考虑尽量避开主体结构变截面位置，结合设计文件主体结构的变形缝。混凝土采用商品混凝土，输送泵泵送入模。主体结构施工完毕后，施工顶板外包柔性防水层和保护层。
5 调整方案前后工程量和造价对比
调整方案前后工程量和造价对比结果见表1。
6 结语
通过对下穿漕运明渠施工方案的调整，节约工期约50 d，节约施工成本约156万元，在保证安全和质量的情况下，节约了成本并且保证了工期。
参考文献
[1]徐波.建筑业10项新技术(2005)应用指南[M].北京:建筑工业出版社,2005:546-547.
[2]阎西康.土木工程施工[M].北京:建材工业出版社,2000:371-382.
[3]《建筑施工手册》(第四版)编写组.建筑施工手册[M].第4版.北京:建筑工业出版社,2003:393.
[4]GB 50299-1999,地下铁道工程施工及验收规范[S].
下穿隧道 篇2
明挖下穿隧道工程防水技术，其目的在于对水下隧道工程进行防水，以此保障隧道的运行稳定[1]。在开展此项技术时，往往需要结合工程周边的实际地质进行实施，因此需要对周边环境进行勘测，勘测的主要内容为水流部位、水流规模、土质类型、土质厚度等，通过一系列的勘测数据来制订良好的施工计划，才能确保技术实施的目的被实现。针对明挖下穿隧道工程的防水技术，在我国已经研发了多年，在整个研发过程当中，此项技术不断的被提高，基于现代科技水平之下，最先进的防水技术的防水效果，已经能够应对绝大部分情况。但在防水技术实施的现况当中，我国现代的防水施工，依旧需要相当规模的人工作业，由于人工作业的不稳定性，导致部分明挖下穿隧道的实际质量不达标，说明当前明挖下穿隧道工程防水技术的实施中，还存在有不足的现象。
下穿隧道 篇3
关键词 新建隧道 地面沉降 Peck公式 应用研究
由于国内交通发展日益迅速，越来越多的新建施工隧道下穿既有隧道，如何确定新建隧道在下穿时既有隧道的沉降值和既有隧道的结构安全，是一项新的课题。本文通过新建贵广铁路在下穿厦蓉高速公路瑞坡隧道的施工中，采用Peck公式计算既有隧道的最大沉降值，并利用计算出的沉降值对既有隧道的结构安全进行验证，并对现场实测沉降值与Peck公式计算沉降值进行比较，确认了Peck公式在此类工程中的实际应用。
一、工程概况
新建贵广铁路四寨二号隧道位于贵州省黎平县境内，全长3 191 m，起止里程为D3K251+945～D3K255+136，为双线高速铁路隧道。四寨二号下穿厦蓉高速公路瑞坡隧道，与其相交里程影响范围为D3K253+810～D3K254+125，与其交角为19°，开挖拱顶距瑞坡隧道路面面层约23.085 m，该段围岩受大寨3号断层的构造影响，岩石较破碎，整体性差，围岩级别为Ⅴ级。见图1。
图1 四寨二号隧道与既有瑞坡隧道立交平面关系示意图
二、既有隧道沉降分析
在目前采用的计算地表沉降的方法主要有以下几种：Peck经验公式法、解析法、数值模拟法、随机介质理论等。在以上几种方法中，以Peck经验公式法原理简单、便于操作，在实际工程中可以根据不同的参数来定义，依据每个特定的参数基本都可以取得满意的结果，因此，应用最为广泛。本文采用Peck经验公式法对相关数据进行计算。
1.Peck经验公式法。美国的Peck教授在通过对大量的地表沉陷数据及工程资料进行分析后，于1969年提出隧道施工沉降变形在空间上表现为随开挖其沉降槽不断向前推进，沉降槽曲线为一个类似于正态分布的曲线。认为地层的沉降主要是由地层损失所引起的，并假定地层开挖不排水的条件下，地层损失即地表沉降槽的体积大小。地表沉降横向分布的公式为：
式中K被称为沉降槽宽度参数，主要取决于土的性质，一般当土体为硬至软黏土时选取范围为0.4～0.7，当为砂性土埋深6 m～10 m的浅隧道时选取范围为0.2～0.3。
如果定义地层损失率为Vl为单位长度地表沉降槽的体积占隧道开挖的单位体积的百分比，那么，地层损失Vl于最大沉降量之间的关系可以通过式（1）的积分得到
2.既有隧道中心处的沉降预测计算。在本工程中，在开挖四寨二号隧道时，会引起上部既有隧道的下沉变形，为防止既有隧道下沉量过大，影响隧道的结构安全，需要对新建隧道下穿既有隧道时既有隧道的下沉量进行预测计算，以验算既有隧道的安全。因既有隧道已建成多年，本身已趋于稳定，可将其考路面中心（与新建隧道的交点）下沉视为既有隧道的下沉值。
（1）K值的选用。根据本隧道的实际地质情况和西安理工大学的韩煊、李宁与英国帝国理工学院的J.R.Stanting合著的《Peck公式在我国隧道施工地面地面变形预测中的适用性分析》一文中对我国部分地区沉降槽宽度参数的初步建议值。决定K值采用0.4。
（2）地层损失率Vl的计算。由于四寨二号隧道的下穿段还没有施工，地层损失率无法计算，采用前期已经施工并且围岩拱顶下沉和周边收敛已经稳定，并且位于同一地质层中的D3K254+125～D3K254+150段隧道的地层损失率作为参考。
该段隧道的拱顶最终沉降值为5.5 cm，侧壁单边最终收敛值为3.4 cm。围岩收敛的情况如图3。
四寨二号下穿段地层损失率为Vl=△V/V=0.015 65
其中△V为单位长度四寨二号隧道的地层损失的体积，V为单位长度四寨二号隧道的体积。
（3）既有隧道中心最大下沉量的计算。新建四寨二号隧道的断面形式为不规则的原型，而peck公式一般只适用于圆形隧道，因此，要把四寨二号隧道的断面近似换算成圆形断面。
三、既有隧道不均匀沉降对其结构安全的影响分析
采用大型商业有限元软件ANSYS，建立三维模型对既有隧道不均匀沉降对隧道结构的影响进行分析。
采用荷载-结构法建立三维隧道衬砌模型，如图4所示，模型长度120 m，用具有一定弹性的支撑来代替岩柱，并以铰接的方式支承在衬砌单元的节点上，它不承受拉力只承受压力。
根据结构力学的知识可知，隧道衬砌结构在发生沉降时，沉降中心点以及两个反弯点承受的力矩最大，是整个隧道的最危险截面。故分析时隧道沉降模型时，只分析这两个断面的衬砌受力情况，并对这两个截面的衬砌进行检算。
分析时，假定周围均为Ⅴ级围岩，将围岩压力等效为节点荷载加载在隧道衬砌上，把沉降值用支座位移的方式加载在隧道模型上，为了加载计算方便，在不影响隧道安全的情况下，将隧道沉降曲线等效为从隧道沉降影响范围最远点到隧道沉降中心点的两条直线。
既有隧道已经建成多年，故在数值模拟分析时只分析新建隧道施工沉降对既有隧道二次衬砌的影响。
隧道模型的计算参数如表1所示。
分三种工况——将既有隧道沉降设为10 mm、15 mm、20 mm，对既有隧道的结构进行分析。通过不断加大沉降值，分析确定最大沉降值。图5 为隧道纵向的变形图（放大100倍）。
按照《现行铁路设计规范》双线或者多线隧道按照破损阶段法及容许应力法进行结构截面检算。取最不利截面进行检算，检算过程中，发现在既有隧道沉降处于0～20 mm范围内时，隧道沉降中心点所在的截面为最危险截面，检算结果如表2与表3所示。
则根据上述两表所得数据，可知隧道的结构检算受截面安全系数控制；根据隧道设计相关规范规定，允许最大沉降值在15 mm左右。超过这一限值，隧道结构的安全性讲不满足规范要求，造成结构性破坏。
由此可知，四寨二号隧道在下穿既有隧道时，既有隧道的最大下沉量13.4 mm没有超过允许最大沉降值15 mm，隧道在施工时的结构安全系数满足有关规范要求。
四、计算数值和实测数值的比较分析
为取得在施工过程中既有隧道的沉降值，我们沿既有公路隧道与四寨二号的相交点往左右方向以5 m的间距布点，共布设点位42个，进行施工阶段的沉降观测。通过观测，我们发现四寨二号隧道在施工至与既有隧道右线的交点D3K253+927.5和左线的交点D3K254+027.5时，既有隧道的路面沉降值最大，为13.65 mm和13.87 mm。实测值比理论计算值稍大，但没有超过结构安全允许的最大沉降值15 mm。
通过比较，实测值与计算值有所偏差，说明在运用peck公式计算理论沉降值的时候，受到的影响因素较多，比如地质情况、水文地质情况，隧道施工方法、施工管理水平等等。所以计算值于实测值有所偏差，但偏差值不算太大，是可以接受的。
五、结束语
本文通过运用peck公式对新建四寨二号隧道下穿既有公路隧道的沉降值进行预测计算，并通过大型商业软件对计算值进行理论校核，以确定施工沉降对既有隧道的结构安全性影响；根据预测沉降值与实测沉降值的比较结果，两者差异相对较小，说明在新建隧道下穿既有隧道时运用peck公式来计算既有隧道的下沉量，对既有隧道的结构安全性进行检算，是可行的。同时，也为今后类似的工程提供了一定的经验借鉴。
参考文献
[1]姜智平.隧道开挖引起地层沉降的经验理论法预测.北京交通大学硕士学位论文，2006.
[2]韩煊，李宁.J.R.Stanting.Peck公式在我国隧道施工地面地面变形预测中的适用性分析.岩土力学，2007.
摘 要 为确保新建贵广铁路下穿既有厦蓉高速公路的安全，利用Peck公式计算既有高速公路的沉降值，再利用计算出的沉降值对既有隧道的结构进行检算，并利用现场实测的沉降值对计算的沉降值进行对比验证，探讨Peck公式在新建铁路下穿既有公路时的应用。
关键词 新建隧道 地面沉降 Peck公式 应用研究
由于国内交通发展日益迅速，越来越多的新建施工隧道下穿既有隧道，如何确定新建隧道在下穿时既有隧道的沉降值和既有隧道的结构安全，是一项新的课题。本文通过新建贵广铁路在下穿厦蓉高速公路瑞坡隧道的施工中，采用Peck公式计算既有隧道的最大沉降值，并利用计算出的沉降值对既有隧道的结构安全进行验证，并对现场实测沉降值与Peck公式计算沉降值进行比较，确认了Peck公式在此类工程中的实际应用。
一、工程概况
新建贵广铁路四寨二号隧道位于贵州省黎平县境内，全长3 191 m，起止里程为D3K251+945～D3K255+136，为双线高速铁路隧道。四寨二号下穿厦蓉高速公路瑞坡隧道，与其相交里程影响范围为D3K253+810～D3K254+125，与其交角为19°，开挖拱顶距瑞坡隧道路面面层约23.085 m，该段围岩受大寨3号断层的构造影响，岩石较破碎，整体性差，围岩级别为Ⅴ级。见图1。
图1 四寨二号隧道与既有瑞坡隧道立交平面关系示意图
二、既有隧道沉降分析
在目前采用的计算地表沉降的方法主要有以下几种：Peck经验公式法、解析法、数值模拟法、随机介质理论等。在以上几种方法中，以Peck经验公式法原理简单、便于操作，在实际工程中可以根据不同的参数来定义，依据每个特定的参数基本都可以取得满意的结果，因此，应用最为广泛。本文采用Peck经验公式法对相关数据进行计算。
1.Peck经验公式法。美国的Peck教授在通过对大量的地表沉陷数据及工程资料进行分析后，于1969年提出隧道施工沉降变形在空间上表现为随开挖其沉降槽不断向前推进，沉降槽曲线为一个类似于正态分布的曲线。认为地层的沉降主要是由地层损失所引起的，并假定地层开挖不排水的条件下，地层损失即地表沉降槽的体积大小。地表沉降横向分布的公式为：
式中K被称为沉降槽宽度参数，主要取决于土的性质，一般当土体为硬至软黏土时选取范围为0.4～0.7，当为砂性土埋深6 m～10 m的浅隧道时选取范围为0.2～0.3。
如果定义地层损失率为Vl为单位长度地表沉降槽的体积占隧道开挖的单位体积的百分比，那么，地层损失Vl于最大沉降量之间的关系可以通过式（1）的积分得到
2.既有隧道中心处的沉降预测计算。在本工程中，在开挖四寨二号隧道时，会引起上部既有隧道的下沉变形，为防止既有隧道下沉量过大，影响隧道的结构安全，需要对新建隧道下穿既有隧道时既有隧道的下沉量进行预测计算，以验算既有隧道的安全。因既有隧道已建成多年，本身已趋于稳定，可将其考路面中心（与新建隧道的交点）下沉视为既有隧道的下沉值。
（1）K值的选用。根据本隧道的实际地质情况和西安理工大学的韩煊、李宁与英国帝国理工学院的J.R.Stanting合著的《Peck公式在我国隧道施工地面地面变形预测中的适用性分析》一文中对我国部分地区沉降槽宽度参数的初步建议值。决定K值采用0.4。
（2）地层损失率Vl的计算。由于四寨二号隧道的下穿段还没有施工，地层损失率无法计算，采用前期已经施工并且围岩拱顶下沉和周边收敛已经稳定，并且位于同一地质层中的D3K254+125～D3K254+150段隧道的地层损失率作为参考。
该段隧道的拱顶最终沉降值为5.5 cm，侧壁单边最终收敛值为3.4 cm。围岩收敛的情况如图3。
四寨二号下穿段地层损失率为Vl=△V/V=0.015 65
其中△V为单位长度四寨二号隧道的地层损失的体积，V为单位长度四寨二号隧道的体积。
（3）既有隧道中心最大下沉量的计算。新建四寨二号隧道的断面形式为不规则的原型，而peck公式一般只适用于圆形隧道，因此，要把四寨二号隧道的断面近似换算成圆形断面。
三、既有隧道不均匀沉降对其结构安全的影响分析
采用大型商业有限元软件ANSYS，建立三维模型对既有隧道不均匀沉降对隧道结构的影响进行分析。
采用荷载-结构法建立三维隧道衬砌模型，如图4所示，模型长度120 m，用具有一定弹性的支撑来代替岩柱，并以铰接的方式支承在衬砌单元的节点上，它不承受拉力只承受压力。
根据结构力学的知识可知，隧道衬砌结构在发生沉降时，沉降中心点以及两个反弯点承受的力矩最大，是整个隧道的最危险截面。故分析时隧道沉降模型时，只分析这两个断面的衬砌受力情况，并对这两个截面的衬砌进行检算。
分析时，假定周围均为Ⅴ级围岩，将围岩压力等效为节点荷载加载在隧道衬砌上，把沉降值用支座位移的方式加载在隧道模型上，为了加载计算方便，在不影响隧道安全的情况下，将隧道沉降曲线等效为从隧道沉降影响范围最远点到隧道沉降中心点的两条直线。
既有隧道已经建成多年，故在数值模拟分析时只分析新建隧道施工沉降对既有隧道二次衬砌的影响。
隧道模型的计算参数如表1所示。
分三种工况——将既有隧道沉降设为10 mm、15 mm、20 mm，对既有隧道的结构进行分析。通过不断加大沉降值，分析确定最大沉降值。图5 为隧道纵向的变形图（放大100倍）。
按照《现行铁路设计规范》双线或者多线隧道按照破损阶段法及容许应力法进行结构截面检算。取最不利截面进行检算，检算过程中，发现在既有隧道沉降处于0～20 mm范围内时，隧道沉降中心点所在的截面为最危险截面，检算结果如表2与表3所示。
则根据上述两表所得数据，可知隧道的结构检算受截面安全系数控制；根据隧道设计相关规范规定，允许最大沉降值在15 mm左右。超过这一限值，隧道结构的安全性讲不满足规范要求，造成结构性破坏。
由此可知，四寨二号隧道在下穿既有隧道时，既有隧道的最大下沉量13.4 mm没有超过允许最大沉降值15 mm，隧道在施工时的结构安全系数满足有关规范要求。
四、计算数值和实测数值的比较分析
为取得在施工过程中既有隧道的沉降值，我们沿既有公路隧道与四寨二号的相交点往左右方向以5 m的间距布点，共布设点位42个，进行施工阶段的沉降观测。通过观测，我们发现四寨二号隧道在施工至与既有隧道右线的交点D3K253+927.5和左线的交点D3K254+027.5时，既有隧道的路面沉降值最大，为13.65 mm和13.87 mm。实测值比理论计算值稍大，但没有超过结构安全允许的最大沉降值15 mm。
通过比较，实测值与计算值有所偏差，说明在运用peck公式计算理论沉降值的时候，受到的影响因素较多，比如地质情况、水文地质情况，隧道施工方法、施工管理水平等等。所以计算值于实测值有所偏差，但偏差值不算太大，是可以接受的。
五、结束语
本文通过运用peck公式对新建四寨二号隧道下穿既有公路隧道的沉降值进行预测计算，并通过大型商业软件对计算值进行理论校核，以确定施工沉降对既有隧道的结构安全性影响；根据预测沉降值与实测沉降值的比较结果，两者差异相对较小，说明在新建隧道下穿既有隧道时运用peck公式来计算既有隧道的下沉量，对既有隧道的结构安全性进行检算，是可行的。同时，也为今后类似的工程提供了一定的经验借鉴。
参考文献
[1]姜智平.隧道开挖引起地层沉降的经验理论法预测.北京交通大学硕士学位论文，2006.
[2]韩煊，李宁.J.R.Stanting.Peck公式在我国隧道施工地面地面变形预测中的适用性分析.岩土力学，2007.
摘 要 为确保新建贵广铁路下穿既有厦蓉高速公路的安全，利用Peck公式计算既有高速公路的沉降值，再利用计算出的沉降值对既有隧道的结构进行检算，并利用现场实测的沉降值对计算的沉降值进行对比验证，探讨Peck公式在新建铁路下穿既有公路时的应用。
关键词 新建隧道 地面沉降 Peck公式 应用研究
由于国内交通发展日益迅速，越来越多的新建施工隧道下穿既有隧道，如何确定新建隧道在下穿时既有隧道的沉降值和既有隧道的结构安全，是一项新的课题。本文通过新建贵广铁路在下穿厦蓉高速公路瑞坡隧道的施工中，采用Peck公式计算既有隧道的最大沉降值，并利用计算出的沉降值对既有隧道的结构安全进行验证，并对现场实测沉降值与Peck公式计算沉降值进行比较，确认了Peck公式在此类工程中的实际应用。
一、工程概况
新建贵广铁路四寨二号隧道位于贵州省黎平县境内，全长3 191 m，起止里程为D3K251+945～D3K255+136，为双线高速铁路隧道。四寨二号下穿厦蓉高速公路瑞坡隧道，与其相交里程影响范围为D3K253+810～D3K254+125，与其交角为19°，开挖拱顶距瑞坡隧道路面面层约23.085 m，该段围岩受大寨3号断层的构造影响，岩石较破碎，整体性差，围岩级别为Ⅴ级。见图1。
图1 四寨二号隧道与既有瑞坡隧道立交平面关系示意图
二、既有隧道沉降分析
在目前采用的计算地表沉降的方法主要有以下几种：Peck经验公式法、解析法、数值模拟法、随机介质理论等。在以上几种方法中，以Peck经验公式法原理简单、便于操作，在实际工程中可以根据不同的参数来定义，依据每个特定的参数基本都可以取得满意的结果，因此，应用最为广泛。本文采用Peck经验公式法对相关数据进行计算。
1.Peck经验公式法。美国的Peck教授在通过对大量的地表沉陷数据及工程资料进行分析后，于1969年提出隧道施工沉降变形在空间上表现为随开挖其沉降槽不断向前推进，沉降槽曲线为一个类似于正态分布的曲线。认为地层的沉降主要是由地层损失所引起的，并假定地层开挖不排水的条件下，地层损失即地表沉降槽的体积大小。地表沉降横向分布的公式为：
式中K被称为沉降槽宽度参数，主要取决于土的性质，一般当土体为硬至软黏土时选取范围为0.4～0.7，当为砂性土埋深6 m～10 m的浅隧道时选取范围为0.2～0.3。
如果定义地层损失率为Vl为单位长度地表沉降槽的体积占隧道开挖的单位体积的百分比，那么，地层损失Vl于最大沉降量之间的关系可以通过式（1）的积分得到
2.既有隧道中心处的沉降预测计算。在本工程中，在开挖四寨二号隧道时，会引起上部既有隧道的下沉变形，为防止既有隧道下沉量过大，影响隧道的结构安全，需要对新建隧道下穿既有隧道时既有隧道的下沉量进行预测计算，以验算既有隧道的安全。因既有隧道已建成多年，本身已趋于稳定，可将其考路面中心（与新建隧道的交点）下沉视为既有隧道的下沉值。
（1）K值的选用。根据本隧道的实际地质情况和西安理工大学的韩煊、李宁与英国帝国理工学院的J.R.Stanting合著的《Peck公式在我国隧道施工地面地面变形预测中的适用性分析》一文中对我国部分地区沉降槽宽度参数的初步建议值。决定K值采用0.4。
（2）地层损失率Vl的计算。由于四寨二号隧道的下穿段还没有施工，地层损失率无法计算，采用前期已经施工并且围岩拱顶下沉和周边收敛已经稳定，并且位于同一地质层中的D3K254+125～D3K254+150段隧道的地层损失率作为参考。
该段隧道的拱顶最终沉降值为5.5 cm，侧壁单边最终收敛值为3.4 cm。围岩收敛的情况如图3。
四寨二号下穿段地层损失率为Vl=△V/V=0.015 65
其中△V为单位长度四寨二号隧道的地层损失的体积，V为单位长度四寨二号隧道的体积。
（3）既有隧道中心最大下沉量的计算。新建四寨二号隧道的断面形式为不规则的原型，而peck公式一般只适用于圆形隧道，因此，要把四寨二号隧道的断面近似换算成圆形断面。
三、既有隧道不均匀沉降对其结构安全的影响分析
采用大型商业有限元软件ANSYS，建立三维模型对既有隧道不均匀沉降对隧道结构的影响进行分析。
采用荷载-结构法建立三维隧道衬砌模型，如图4所示，模型长度120 m，用具有一定弹性的支撑来代替岩柱，并以铰接的方式支承在衬砌单元的节点上，它不承受拉力只承受压力。
根据结构力学的知识可知，隧道衬砌结构在发生沉降时，沉降中心点以及两个反弯点承受的力矩最大，是整个隧道的最危险截面。故分析时隧道沉降模型时，只分析这两个断面的衬砌受力情况，并对这两个截面的衬砌进行检算。
分析时，假定周围均为Ⅴ级围岩，将围岩压力等效为节点荷载加载在隧道衬砌上，把沉降值用支座位移的方式加载在隧道模型上，为了加载计算方便，在不影响隧道安全的情况下，将隧道沉降曲线等效为从隧道沉降影响范围最远点到隧道沉降中心点的两条直线。
既有隧道已经建成多年，故在数值模拟分析时只分析新建隧道施工沉降对既有隧道二次衬砌的影响。
隧道模型的计算参数如表1所示。
分三种工况——将既有隧道沉降设为10 mm、15 mm、20 mm，对既有隧道的结构进行分析。通过不断加大沉降值，分析确定最大沉降值。图5 为隧道纵向的变形图（放大100倍）。
按照《现行铁路设计规范》双线或者多线隧道按照破损阶段法及容许应力法进行结构截面检算。取最不利截面进行检算，检算过程中，发现在既有隧道沉降处于0～20 mm范围内时，隧道沉降中心点所在的截面为最危险截面，检算结果如表2与表3所示。
则根据上述两表所得数据，可知隧道的结构检算受截面安全系数控制；根据隧道设计相关规范规定，允许最大沉降值在15 mm左右。超过这一限值，隧道结构的安全性讲不满足规范要求，造成结构性破坏。
由此可知，四寨二号隧道在下穿既有隧道时，既有隧道的最大下沉量13.4 mm没有超过允许最大沉降值15 mm，隧道在施工时的结构安全系数满足有关规范要求。
四、计算数值和实测数值的比较分析
为取得在施工过程中既有隧道的沉降值，我们沿既有公路隧道与四寨二号的相交点往左右方向以5 m的间距布点，共布设点位42个，进行施工阶段的沉降观测。通过观测，我们发现四寨二号隧道在施工至与既有隧道右线的交点D3K253+927.5和左线的交点D3K254+027.5时，既有隧道的路面沉降值最大，为13.65 mm和13.87 mm。实测值比理论计算值稍大，但没有超过结构安全允许的最大沉降值15 mm。
通过比较，实测值与计算值有所偏差，说明在运用peck公式计算理论沉降值的时候，受到的影响因素较多，比如地质情况、水文地质情况，隧道施工方法、施工管理水平等等。所以计算值于实测值有所偏差，但偏差值不算太大，是可以接受的。
五、结束语
本文通过运用peck公式对新建四寨二号隧道下穿既有公路隧道的沉降值进行预测计算，并通过大型商业软件对计算值进行理论校核，以确定施工沉降对既有隧道的结构安全性影响；根据预测沉降值与实测沉降值的比较结果，两者差异相对较小，说明在新建隧道下穿既有隧道时运用peck公式来计算既有隧道的下沉量，对既有隧道的结构安全性进行检算，是可行的。同时，也为今后类似的工程提供了一定的经验借鉴。
参考文献
[1]姜智平.隧道开挖引起地层沉降的经验理论法预测.北京交通大学硕士学位论文，2006.
下穿隧道 篇4
新九燕山隧道下穿既有线洪市沟二号隧道，再穿过九燕山分水岭从前黄土沟出洞。起讫里程为DK514+049～DK523+402，全长9353m，为双线长大铁路隧道。隧道在DK514+883.6处下穿既有线西延铁路洪市沟二号隧道（交叉点在既有线隧道内的里程为K516+568.2），隧道中线与既有铁路中心线夹角为96°18′48″，新建隧道与既有隧道间岩层净距约7.8m，见图1。
新建铁路隧道下穿段围岩为页岩夹砂岩（JSh+Ss），砂岩薄层～中厚层状，泥质胶结，局部夹炭质页岩，层理发育，节理较发育，岩体软硬不均，相对破碎，风化差异大，Ⅳ级软石，风化层厚2～5m，局部达20m，σ0=400kPa，完整岩层，σ0=700～800kPa。
为了保证新九燕山隧道顺利安全下穿既有线洪市沟二号隧道，有效控制洪市沟二号隧道线路下沉变形，确保行车安全，本文对下穿施工方案进行了分析。
1 施工方案
1.1 下穿段施工方法及主要施工参数
施工方法：隧道施工坚持“管超前、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的原则。各部每次开挖支护的长度控制在0.5m，二次支护一个循环为2.5m，开挖支护达到一个衬砌循环后，应停止掘进，等施做完衬砌后再开始下一循环施工。
施工参数：DK514+870～DK514+900段为主要受影响段，采用双侧壁导坑法开挖；衬砌采用“下穿段衬砌”钢筋砼结构，二衬厚50cm；全环设1榀/0.5mI22b型钢钢架，初支厚度为30cm；拱部120°范围设Ф42小导管配合Ф108管棚并注水泥浆超前支护，小导管长4.0m；环向间距0.5m，其纵向搭接长度不小于1m，外插角度10°～15°；管棚长30m，环向间距0.5m，外插角度1°～3°。为了减少新线隧道开挖过程中对既有铁路线的影响，在此段拱部150°范围径向加设Ф42注浆小导管，小导管长3.5m，间距1.0×1.0m（环×纵）。
1.2 施工具体工序和步骤
1.2.1 大管棚超前支护施工
隧道下穿既有铁路段拱部设置Ф108大管棚，管棚长度30m，环向间距0.5m，外插角度1°～3°。
1.2.2 小导管超前施工
拱部120°范围设Ф42小导管配合Ф108管棚并注水泥浆超前支护，小导管长4.0m，环向间距0.5m，其纵向搭接长度不小于1m，外插角度10°～15°。
1.2.3 开挖与支护
由于新建隧道与既有隧道间岩层净距只有7.8m，围岩为IV级围岩，地质条件复杂，为了确保既有铁路的结构、运营和新建隧道的施工安全，应将开挖爆破震动控制到最低限度，以保证既有铁路的安全，减少既有隧道下沉和变形量。为实现上述目的，决定采用双侧壁导坑法工艺进行施工，开挖采用微振爆破施工技术进行爆破开挖。具体爆破参数确定如下：
(1)每循环进尺确定为0.5～1m，炮眼深度全部定为1.3m，炮眼直径为40～42mm。采用2号岩石硝铵炸药，均采用准32×200mm的普通药卷。起爆采用1～11段的塑料导爆管非电毫秒雷管微差起爆系统，周边眼采用1段毫秒雷管，最先起爆。
(2)根据掌子面实际围岩情况合理确定单位用药量q，控制周边眼单位用药量q在0.3～0.5kg/m3范围内，控制其它炮眼单位用药量q在0.4～0.7kg/m3范围内。用Q=qabl、Q=qawl或Q=qw2l来计算单孔药量，式中a、b、w为同排炮眼间距和排距或环距；l为炮眼深度。
(3)采用萨道夫斯基公式Qm=R3(Vkp/K)3/α严格校核控制延时爆破最大段起爆最大药量，式中R为爆破区到既有隧道的距离（m）;Vkp为既有隧道允许安全振动速度，取10cm/s左右；K为与爆破技术和地震波传播途径介质有关的系数；α为爆破振动衰减指数。见表1所示。为了减少新线爆破开挖时对既有隧道的振动，式中Vkp取10cm/s,R取5m,K取200，α取1.65进行最大药量控制即得出
(4)加强对既有隧道的监测，新建隧道爆破施工必须利用天窗点并设驻站防护员。爆破施工时，必须设专职安全员在既有隧道内巡查和观测，并采用爆破震动监测仪检测爆破震速，确保震动速度不超过安全震速（10cm/s），每次爆破后立即对既有隧道内的距离震源最近地点进行对比复查。
1.4 双侧壁导坑法
该施工方法见图2所示。双侧壁导坑法开挖爆破参数和装药量见表2、表3和表4。
2 理论分析
为了分析施工方案的可行性，我们采用数值分析技术，对双侧壁导坑施工法进行了数值模拟。双侧壁三维模型如图3所示。
计算参数如下，IV类围岩弹性模量1.08×104MPa，泊松比0.16,C25混凝土的弹性模量为3OGPa，泊松比为0.2。采用ANSYS软件，对施工方案进行了数值分析计算。图4为新建隧道对既有铁路沉降量值。
图5为双侧壁导坑法初期支护的弯距图。
图6为生侧壁导坑法初期支护的轴力图。
表5为双侧壁导坑法的安全系数。
3 隧道监控量测
新九燕山隧道DK514+855～DK514+915段下穿既有线西延铁路洪市沟2#隧道，为确保既有线西延铁路洪市沟2#隧道的稳定及运营安全，判定该段隧道开挖方法及支护措施是否合理，是否能保证既有铁路的稳定，对该段隧道进行加强监控量测。按设计要求布设测点，并根据具体情况及时调整或增加量测的内容。
根据新九燕山隧道的特点，必测项目包括：
(1)洞内、外观察；
(2)水平净空变化；
(3)拱顶下沉；
(4)地表下沉。
测点布置：在隧道60米范围内每隔5m各布设一量测断面。见测点布设图7。
根据围岩监控规范，尤其是初期支护后的变形与二次衬砌之间的施作时间上，对于变形具有一定的要求。拱顶的监控资料见图8所示。
4 结束语
新建九燕山隧道与既有铁路之间最小净距为7.8米，新九燕山隧道该段的隧道围岩地质为水平状页岩夹砂岩、整体性差，因而对隧道施工和既有隧道施工均具有较大的施工风险。通过采用双侧壁导坑法施工，以及现场监控，使得隧道顺利通过既有铁路隧道，并且将既有隧道的变形控制在允许范围内。通过理论分析和数值计算，也说明双侧壁导坑法适合此类围岩，对既有铁路的影响降到最低，控制了施工风险，对今后同类隧道的施工具有一定的指导意义。
参考文献
[1]潘晓马.新建隧道施工对邻近既有隧道安全性影响数值分析.隧道/地下工程,2001,(2):29-31.
[2]黄大勇等.近距隧道的相互影响.地球与环境,2005,(33):300-303.
[3]中铁第一勘察设计院集团有限公司-包西铁路通道大保当至张桥段施工图-新九山隧道设计图.西安:2007,12.
[4]潘昌实.隧道力学数值方法[M].北京:中国铁道出版社.
下穿隧道 篇5
关键词：长下穿隧道；老城区；地下空间
老城区普遍存在道路系统结构性差、交通基础设施不足等交通问题[1]；以老城区为中心的圈层式扩张的城市发展模式，使得老城区成为城市综合交通系统中的瓶颈，阻碍了城市综合发展。常规的地面交通设施建设面临征地拆迁难、建设成本高、维稳压力大等问题，工作开展难度大，实施可操作性差。结合地下空间建设开发的长下穿隧道通道是一种解决老城区综合交通问题的有效措施。
1中山市老城区综合交通调查
1.1机动车保有量持续高速增长，道路交通供需矛盾日益突出
截止到2014年底，中山市主城区私人小汽车总量为20.15万辆，近几年年均增长速度为22%，而主城区道路长度年均增长速度仅为5.5%，道路增长速度跟不上机动车的增长需求。石岐区等老城区机动车保有量最高，但是近年来基本没有新增道路交通设施建设。
1.2路网存在结构缺陷
受老城区的阻隔，主城区路网存在严重缺陷，老城区是主城区的交通瓶颈。老城区范围内（南北2.2km，东西2.1km）缺少贯通的通道。由于老城区道路系统结构缺陷，穿过性交通更多依赖外围城市主干道进行交通组织转换，即为中山二路-华柏路-莲塘北路-莲员西路-中山一路通道，见图1。但是，这5条通道道路路面空间不足，车道数量有限，且道路开口较多，道路两侧用地以商业和居住用地为主，均不具备成为交通性主干道的条件，道路交通压力极大，交通拥堵严重。沿线中山路-富华道交叉口等7个主要交叉口高峰小时饱和度超过0.90，是主城区现状交通拥堵最为严重的交叉口。交叉口转向交通流量非常大，主要由大量穿越老城区交通需要绕行导致。
2老城区综合交通改善思路
以私人机动车交通为主导的交通模式在老城区不可行。由于老城区用地已经基本建成，未来以控制和保护为主，建设用地开发和更新数量较少，交通需求偏低。中山市老城区现状建设用地平均开发容积率为1.2；按照《历史文化名城》，未来建设开发将进一步减少，客流上难以支撑城市轨道交通。因此中小轨道交通线网布局一般布设在老城区外围。以公共交通和慢行交通为主导的综合交通模式是老城区综合交通发展的根本途径[2]。道路交通是综合交通发展的载体，根据杭州、宜昌、成都、深圳、南京等城市的发展经验，完善道路交通系统是城市综合交通发展的基础和条件[3]。
3下穿隧道功能需求
老城区下穿隧道功能主要体现在以下三个方面。⑴完善主城区路网结构：通道的建设将有效完善主城区道路系统结构，分流穿过性交通，均衡交通流量分配，缓解环老城区道路的交通压力，改善主城区交通拥堵。⑵引导综合交通发展：通过对地面交通的分流，将更多的地面道路交通资源分配给公共交通和慢行交通，引导老城区向以公共交通和慢行交通为主导的交通模式转型升级。⑶提升老城活力：以下穿隧道的建设为契机，引导老城区地下空间综合利用开发，包括人防、地下公共停车场、地下场站设施、地下慢行空间等，为老城区带来新一轮的建设潮，有效引导老城开发。加强老城内外交通联系，为老城注入人流，提高老城区活力。
4下穿隧道交通组织设计
下穿隧道通过与地面城市道路的衔接、与地下车库连接及利用地下车库的交通组织转换3种方式进行交通组织衔接，充分发挥下穿隧道的功能和作用。
4.1与城市道路的衔接
长下穿隧道通过与城市道路的衔接，满足各方向进出和使用隧道交通功能需求。结合道路建设条件和节点交通转向需求进行详细规划设计分析，包括右进右出匝道、定向匝道等多种衔接方案。
4.2与地下车库的衔接
通过直接与地下车库的衔接满足老城区主要项目的进出交通需求。一般为右进右出的交通组织方式，减少工程难度和投资费用。其中方案设计中要进行有必要的渐变和展宽，保证隧道主线通行能力和交通安全，见图4。
4.3利用地下车库的交通组织转换
地面道路条件受限的区域，利用与主隧道衔接的地下车库进行交通组织转换和进出交通需求。用双侧右进右出的匝道方式实现地下车库与下穿隧道的连通，地面交通进出隧道利用地下车库出入口；下穿隧道的交通组织和转换通过两层地下车库实现。
5下穿隧道规划设计方案
5.1建设条件
⑴工程地质条件：地层基本为第四系人工填土、海陆交互相沉积层、残积层及燕山期花岗岩层。⑵水文地质条件：项目区地下水为微承压水；中砂层为主要含水层；地下水埋深0.95～1.20m，标高1.22～1.51m。⑶地下管线情况：老城区现状主要为2、3层的旧建筑，基本无深基础；老城区地下管线埋设深度一般为地下-3m以上；部分雨水、污水管线埋设深度较深，达到地下-5m。
5.2建设项目工程技术标准
根据本项目的道路功能、服务对象、地理位置、预测交通量的分析，结合《城市道路工程设计规范》（CJJ37-2012），通道主要技术标准为：①通道的道路等级：城市主干道。②设计车速：40km/h。③车道数：双向4车道。④坡度控制：一般路段不大于3%；特殊条件路段不大于3.5%。⑤下穿隧道深度应设置在地下5～12m左右，有效控制管线迁移。
5.3规划设计方案
依托于现状路网和规划道路系统，结合主城区用地规划，规划东西向和南北向下穿隧道，完善城区道路系统。东西向隧道起点位于翠景道以西（建筑间距55m），终点位于兴中道以东（建筑间距32m），隧道总长度4.6km（含起坡段）。隧道在孙文东路的起坡段涉及拆迁，拆迁建筑面积约为5500m2。规划设计下穿隧道与城市道路的衔接3处；与沿线8个大型项目的地下停车场衔接，可服务覆盖停车泊位9800个；规划孙中山纪念堂公园交通枢纽地下车库进行交通组织转换，枢纽规划打造为集社会公共停车、公交场站、慢行为一体的综合公交枢纽，并采用TOD综合开发的模式，增加老城区交通设施供给的同时带动老城区城市建设发展。南北向隧道起点位于中山路以南（建筑间距36m），沿悦来南路向北铺设，利用湖滨中路通道继续向北，至康华路附近西折，顺接康华路南段（建筑间距40m），通道全长3.1km（含起坡段），见图7。隧道在悦来南路的起坡段拆迁建筑面积约为5500m2；在康华路的起坡段拆迁建筑面积约为6000m2。规划设计下穿隧道与城市道路的衔接3处；与沿线3个大型项目的地下停车场衔接，可服务覆盖停车泊位3500个。
5.4造价估算
报告推荐采用LXK工法。东西向下穿隧道总投资费用为16亿元，主体隧道工程施工总费用为12.4亿元，含拆迁费用0.9亿元。南北向下穿隧道总投资费用为13.42亿元，主体隧道工程施工总费用为9.59亿元，含拆迁费用1.84亿元。
5.5实施评价
通过东西向和南北向长下穿隧道的实施，完善了主城区路网结构，均衡交通流量分配，有效解决了环老城区的道路交通拥堵；经过模型测算，建设下穿隧道后，主要道路交通压力减少20%以上。通过交通分流，将更多的地面交通空间资源留给公共交通和慢行交通，有效促进了老城区综合交通发展和转型升级。由于城市道路建设的征地拆迁成本高、社会维稳压力大，实施难度大，长下穿隧道的建设更为经济、可行。以东西向隧道为例，建设4.6km的主下穿隧道总建设成本为12.4亿元（含征地拆迁），与莲员西路扩宽改造（湖滨路至合益路段）长为780m的投资基本相当。长下穿隧道与老城区重大项目的地下停车场进行了有效连接，重大综合交通枢纽采用综合建设开发模式，更加带动了老城区的建设和发展。
6结语
在老城区交通基础设施征地拆迁难、建设成本高、维稳压力大的背景下，长下穿隧道方式有效避免了上述问题，实施可操作性更高；同时通过合理的规划和设计，以地下空间的建设，进一步带动了老城区建设发展。长下穿隧道的安全机制、与重大项目衔接的交通组织和交通管理、投融资模式和机制可再进行深入探讨研究，切实保证规划的落实实施，引导老城区综合交通发展。
参考文献：
下穿隧道 篇6
关键词：大跨浅埋 黄土隧道 下穿公路 施工技术
随着我国国民经济和土木施工技术的快速发展，高速铁路和高速公路的路网建设规模也迅速扩大，各种公跨铁、铁跨公、公穿铁或铁穿公的铁路与公路立体交叉形式也逐渐成为一种必然的选择。隧道近距离下穿高速公路是隧道浅埋暗挖施工中的技术难题，因施工措施不当等原因引起路面大量沉降甚至坍塌，造成交通中断的工程事故时有发生，这将直接导致巨大的经济损失和不良的社会影响。因此，隧道近距离下穿高速公路，特别是大跨度浅埋黄土隧道是隧道施工中需要高度重视的问题。
1 工程概况
郑西客运专线阌乡隧道起讫里程为DK298+440～DK299+210，长770m，开挖宽度15.6m，开挖高度13.6m，开挖断面积164m2，为双线黄土隧道。隧道进口位于R-10000m的曲线地段上，进口段洞身纵坡为8.6‰，出口段洞身纵坡为12.9‰。隧道位于黄河二级阶地后缘，高程390～420m，相对高差约30m。隧道顶部地形较为平坦，进口段位于冲沟内，出口位于阌乡村附近。地表多为耕地及果园。进出口及洞身有多条乡村公路与310国道相通，交通较方便。阌乡隧道设计在DK298+820～DK299+020段下穿连霍高速公路，隧道与公路平面交角为15°34′12″，立交段隧道覆盖层厚10.3m，属浅埋隧道。隧道下穿高速公路段设三环80m长的双层Φ159大管棚进行超前支护，初期支护采用双层支护，第一层采用全环I25a型钢钢架加强支护，第二层采用全环4肢Φ22格栅钢架加强支护。
2 工程地质
全隧位于第四系砂质黄土层中，围岩等级划分为V级围岩。黄土成分以粉粒为主，质地均匀，结构疏松，孔隙比大，具肉眼可见之大孔隙，具高压缩性，土体间粘结力极差，属中等～很严重自重湿陷性黄土，湿陷性黄土厚15～30m。
本隧道施工区域内主要不良地质有黄土陷穴、黄土冲沟及水源抽水井，特殊岩土有湿陷性黄土、松软土及弃填土。
3 工程难点分析
3.1 隧道开挖宽度15.6m，开挖高度13.6m，属大跨度、大断面黄土隧道，自稳能力差。
3.2 隧道顶部覆盖厚度仅10.3m，属浅埋黄土隧道，施工时极易造成冒顶坍塌。
3.3 隧道下穿的连霍高速公路正在运营，且属河南省东西走向运输大动脉之一，车流量大，重载车多，交通繁忙，施工中对沉降控制要求高（不超过5cm），保证行车安全的责任重大。
3.4 下穿段落长达200m，需要三环80m长的大管棚才能通过，风险系数较高。
3.5 双侧壁导坑法工序复杂，工艺要求高，工序间相互影响大，侧壁导坑无法进行机械作业。
4 下穿段主要施工方法
DK298+820～DK299+020下穿连霍高速公路段的总体施工思路是在隧道开挖之前先进行双层大管棚超前支护施工，分别从高速公路左右两侧隧道洞内施作。贯通面选择在高速公路中央隔离带，贯通前先将高速公路上、下行超车道封闭，在行车带通行，保证隧道贯通施工的安全。管棚室和下穿段采用双侧壁导坑法进行施工，掌子面采用纤维锚杆进行预加固。施工时采用综合超前地质探测预报系统进行地质探测和预报，采用先进的监控量测技术取得围岩状态参数，按信息化设计组织施工。
4.1 超前支护。采用159大管棚双层支护，管棚环向间距和层间距均为0.4m，每环127根；大管棚超出设计开挖轮廓线0.3m以上时，掌子面拱部边缘加设φ50超前小导管加固土体。小导管长3.5m，每2.5m施作一环，环向间距为0.4m，每环46根。由于本隧道地质为新黄土，常规的湿式钻进方法会使黄土变得松软、塌陷，因此采用“导向跟管钻进”法施工。管棚采用首尔跟管钻机施工，施作三环大管棚，分别为DK298+810～DK298+890、Dk298+880～DK298+960两环80m长管棚，施工方向为进口到出口方向；Dk299+030～Dk298+950一环80m长管棚，方向为出口到进口，管棚搭接长度均为10m。
4.2 掌子面预加固。掌子面采用φ25纤维锚杆进行预加固，锚杆长度分为12、8m、4m三种长度。第一环三种长度的锚杆平均打设，各约占锚杆总数的1/3，其后每开挖4m打设约1/3的12m长锚杆，保证掌子面前方总有约1/3的锚杆长度大于8m。纤维锚杆间距分2层设置，上部0.8m，下部1.0m，采用等边三角形布置。
4.3 初期支护。第一层：拱墙设φ8钢筋网，网格间距为20×20cm。全环喷C25砼35cm厚，拱墙砼内掺入聚丙烯微纤维，设全环I25a型钢钢架加强支护，钢架间距为0.5m，钢架间纵向设φ22连接筋，环向间距为1m，每榀钢架两侧大拱脚处各设4根φ42锁脚锚杆，每根长为4m。第二层：拱墙设φ8钢筋网，网格间距为20×20cm。全环喷C25砼25cm厚，拱墙砼内掺入聚丙烯微纤维。设全环4肢φ22格栅钢架加强支护，格栅间距为1m，格栅钢架间纵向设φ22连接筋，环向间距为1m。
4.4 临时支护。临时侧壁喷C25砼35cm厚，设I25临时钢架，钢架间距为0.5m，临时钢架间纵向设φ22连接筋，环向间距为1m，并间隔1m设φ22加强连接筋进行加强；临时侧壁上半断面设φ50超前小导管，长3.5m，环向间距0.5m，纵向间距2.5m一环。
5 下穿段施工监控量测变形规律
5.1 洞内拱顶下沉规律。侧导洞从掌子面开挖到侧导初支仰拱封闭期间，下沉量比较显著，平均3~5mm/d，之后下沉量逐渐减小，平均1~2mm/d。侧导洞下部2、4号洞室落底及侧导初支仰拱封闭作业期间下沉量明显，平均为4~6mm/d。中间导坑5号洞室从开挖到施作大仰拱前下沉较为均匀，平均1~2mm/d，大仰拱开挖期间，下沉量比较明显，平均为4~6mm/d。仰拱施作完成后至中隔壁拆除期间，整个初支形成了封闭的受力结构，拱项下沉趋于稳定，平均下沉量为0~1mm/d。中隔壁拆除后前三天下沉量比较明显，平均为2mm/d，之后逐渐趋于稳定。整个开挖断面侧导下沉量比中间导坑下沉量大，中间导坑拱顶下沉量一般为侧导坑拱顶下沉量的64%~87%。
5.2 洞内收敛规律。侧导的两个上部洞室收敛量较小，开累为5~8mm。开挖初期3~4天内较为明显，随后每天的变化几乎都在1mm以内。侧导2、4号洞室施作后，布设的量测点位收敛量变化较为明显，2、4号洞室从施作到侧导封闭前平均为3~5mm/d。施作侧导初支仰拱期间，收敛量最大，平均为6~8mm/d。其后逐淅趋于稳定。侧导下部洞室布设的收敛点开累收敛量为19~33mm。中隔壁拆除后整个断面收敛变形前三天较为明显，平均为2mm/d，其后逐渐趋于稳定。
5.3 地表沉降规律。当隧道掌子面未开挖到该断面时，沿隧道开挖方向的地表各点已产生了沉降，开挖掌子面对前方土体的影响范围一般为0.5h~0.8h（其中：h为洞顶覆盖层厚度），从布点至洞内掌子面到达地表观测点断面为止，一般下沉量为4~10mm。地表最终沉落量一般为洞内沉落量的110%~140%，另外地表沉降时间主要取决于围岩情况，一般二衬施作完后75~100天地表沉降趋于稳定。随着隧道的开挖，洞顶地表距隧道中线两侧0.5h~0.9h會出现一条贯通的裂缝，裂缝两侧会出现明显的错台，裂缝宽度为1~2cm。如果开挖暂停5d以上，则对应掌子面的地表会出现一条细微的横向裂缝，与纵向裂缝连通成为怀抱式。地表的横向沉降曲线为一抛物线，距离隧道横向距离越大，沉降越小，在边缘处地表有隆起现象。
6 结束语
郑西客运专线阌乡隧道于2008年9月进入下穿段施工，2009年3月贯通，通过大管棚超前支护加固地层和纤维锚杆预加固掌子面，并严格按照双侧壁导坑法“早预报、管超前、严注浆、短进尺、少扰动、紧支护、勤量测、快衬砌”的指导方针施工，在保证连霍高速公路正常通行的同时确保了施工安全，施工区高速路面最大沉降量为20mm，大部分点在10～15mm之间，取得了良好的社会效益和经济效益。
参考文献：
[1]郑西客运专线阌乡隧道设计文件.
[2]地下工程浅埋暗挖技术通论.王梦恕.合肥.安徽教育出版社.2004.
[3]隧道工程施工要点集.关宝树.北京.人民交通出版社.2003.
[4]隧道手册.铁道部第二勘测设计院.北京.中国铁道出版社.1995.
作者简介：郭慧珍（1977—），女，2007年毕业于西南交通大学结构工程专业，工学硕士，讲师，现从事土木工程专业教学与科研方面的工作。
下穿隧道 篇7
为实现新线建设与既有线保护的协调发展, 必须对新建地铁隧道施工对既有线隧道的影响进行分析预测, 进而根据预测分析结果判定2号线隧道施工对既有1号线隧道的影响大小及是否需要进行加固处理、采用何种加固措施等方面进行综合考虑。
1 计算模型
新建隧道施工对既有线隧道影响的分析预测采用韩国浦项集团开发的专用隧道及岩土结构计算分析软件Midas/GTS进行。该软件可提供多样化的建模方式, 利用最新求解器可获得最快分析速度, 具有强大的分析功能和卓越的图形后处理功能, 完全可以满足本工程分析计算的需要。
由于岩土构成的复杂性, 完全真实地模拟新建隧道施工对既有线隧道的影响是非常困难和不现实也是不经济的。在明确分析目的的情况下, 适当简化分析模型是必要的。本次计算中假定前提如下:1) 地层采用实体单元, 用Mohr-Coulomb材料模拟;2) 管片衬砌采用面单元, 用线弹性材料模拟;3) 1号线内衬采用实体单元, 用弹性材料模拟;4) 1号线初期支护采用面单元, 用线弹性材料模拟;5) 模型四周边界及下表面采用单向铰支约束, 上表面采用自由约束;6) 盾构对开挖面的支护力按静止土压力施加。
根据大东区间地勘资料及隧道位置关系建立计算模型, 模型长90 m、高70 m、宽80 m, 计算模型及划分网格如图1所示。计算模型中采用的地层参数如表1所示。
计算模型考虑了两种方案, 即先开挖左线和先开挖右线方案, 分别计算两种情况下新建盾构隧道施工对地表和既有1号线隧道变形的影响。
2 计算结果及分析
1) 先开挖左线方案。先开挖左线, 再开挖右线, 两线全部穿越后地层沉降及既有1号线隧道沉降云图分别如图2, 图3所示。由图2可知, 左线和右线全部穿越施工完成后地表最大沉降约为6.9 mm。由图3可知, 左线和右线全部穿越施工完成后既有线隧道变形较小, 最大约为0.2 mm, 可以认为新线隧道施工对既有隧道变形几乎没有影响。
2) 先开挖右线方案。先开挖右线, 再开挖左线, 两线全部穿越后地层沉降及既有1号线隧道沉降云图分别如图4, 图5所示。由图4可知, 右线和左线全部穿越施工完成后地表最大沉降约为6.3 mm。由图5可知, 左线和右线全部穿越施工完成后既有线隧道变形较小, 最大约为0.1 mm, 可以认为新线隧道施工对既有隧道变形几乎没有影响。
3) 方案分析比较。由前文计算结果可知, 虽然新建隧道与既有1号线隧道之间的距离较近, 只有2 m, 但新建隧道施工对既有线几乎没有影响。原因分析如下:2号线大东区间穿越部分的隧道基本位于中等风化花岗片麻岩层中, 只有模型前方很小一部分不在此岩层中, 此岩层受到侵蚀较小, 保持了岩体的完整性, 弹性模量约为2 GPa, 远远大于土体的模量, 在此岩层中掘进对周围岩土体的扰动比较小。既有线在上方约2 m处, 所在地层为强风化花岗岩, 模量也比较大, 约为100 MPa。因此2号线的掘进对既有线1号线变形基本没有影响。两种方案情况下, 对应地表都有一定的沉降, 先施工右线情况下, 对应的地表沉降略小。结合前文的计算结果来看, 地表沉降主要由于2号线左线施工引起出露的中等风化花岗片麻岩变形引起的。
综合以上分析, 可以考虑先施工右线, 再施工左线的方案。
3 结论和建议
1) 由于地层情况较好, 新建2号线隧道虽然距离既有1号线隧道较近, 但2号线的掘进对既有线1号线影响很小, 穿越施工时不需要预先对既有线隧道采取加固措施。
2) 穿越施工对附近地表有一定影响, 地表沉降主要由于2号线左线施工引起出露的中等风化花岗片麻岩变形引起的。
3) 虽然穿越施工对既有线变形影响较小, 但这种情况是建立在盾构掘进正常进行的情况下, 施工需要加强信息化监测, 并通过及时反馈分析指导施工, 优化调整掘进参数。
参考文献
浅谈隧道下穿既有铁路施工方法 篇8
1.1 工程概况
南水北调中线总干渠与石太引入上下行线、西环下行线交叉工程位于河北省石家庄西郊的石桥村西侧约0.5km处, 地形较平坦。渠道与铁路交叉角度51°34′41″。渠道下穿石太铁路引入线采用三孔小净距隧道形式通过, 两孔隧道中线间距20.5m, 隧道起讫桩号230+482～桩号230+644, 长162m。隧道每孔断面为马蹄形带仰拱形式, 每孔内净最大跨度9.7m, 净高9.1m, 拱顶距地表覆土厚度约6.5m。
1.2 地层岩性
暗渠所处地段地表主要为第四系上更新统冲—洪积物, 局部被全新统人工填土覆盖, 下部为下更新统冰积及冰水沉积物, 洞身穿越主要地层分述如下。
1.2.1 下更新统Q1
黏土:主要为冰积及冰水沉积, 钻孔揭露其埋深一般在41m以下。灰绿、灰白、褐红等杂色, 土质不均匀, 以粘粒为主, 局部含砂量较大, 并夹有少量灰白色强风化泥质砂岩碎块, 可塑。
1.2.2 上更新统Q3
黄土状壤土:黄、褐黄色, 土质不均匀, 以粉土为主, 局部粘粒含量较大, 具有垂直节理及孔隙, 含少量钙质结核, 偶见黑色铁锰结核, 可塑, 厚约3.4～10.5m左右。不具湿陷性, 承载力标准值fk=150kPa。
砾石: 埋深一般在34～36m间, 厚约3～5m。褐、黄褐及黑褐色, 成份以石英岩、砂岩为主, 花岗岩、辉绿岩次之, 多呈次圆状, 大于2mm的颗粒占全重的68.7%左右, 余为砂土充填, 潮湿—饱和, 中密, 承载力标准值fk=400kPa。
1.2.3 全新统Q4
主要为既有路堤填筑的壤土及砂壤土, 厚度一般为0.5～4.0m。
1.3 水文地质
工点区的地下水主要为赋存于黄土状壤土下部及赋存于砾石中的承压水, 主要受大气降水补给, 地下水埋深18.7～19.05m, 属于中性水 (或淡水) , 对圬工无侵蚀性。
2 隧道施工方法及沉降控制措施
2.1 既有线路注浆
为控制施工沉降, 保证既有线路运营安全, 对隧道拱顶上方既有线路基及邻近隧道3m范围内土体压住水泥-水玻璃双液浆。现场施工前应做压浆实验, 以确定合理注浆压力等参数, 严防路基隆起。建议注浆压力为0.3～0.5MPa。注浆采用φ42热轧无缝钢管, 壁厚3.2mm, 钻孔间距1.2m, 梅花形布置。施工前应先进行注浆加固, 待隧洞施工完成后再补充注浆, 确保路基基底不会因隧道局部坍塌产生空洞或松散土体等情况。
2.2 夯管超前预支护
在暗渠进出口处开挖土方, 挖掘到拱顶高程时, 从暗渠进出口沿拱顶布置对向夯管。依次按单双号将带连接互锁装置的钢管夯入, 夯通后利用钻机螺旋出土将管内土壤钻出, 向钢管内灌注C20细石混凝土, 形成钢管混凝土帷幕, 在夯管帷幕的保护下再进行开挖。相邻夯管间净距50mm, 用铸钢轧制的互锁连接。夯管利用行车间隔夯入, 布置夯管时要考虑夯入偏差。夯管采用16Mn热轧无缝钢管。拱顶最中的一根采用φ700mm、δ=18mm钢管, 其余采用φ500mm、δ=16mm钢管。衬砌断面及夯管帷幕布置如图1所示。
2.3 既有线加固
暗渠开挖至距离既有线10m时, 对上部既有铁路采用纵横梁进行加固。每股道采用3-5-3扣轨加固, 纵梁采用I45b工字钢, 2根一束。横梁采用I45b工字钢, 置于两侧冠梁上, 横梁与纵梁、扣轨采用U型螺栓可靠连接。隧道间相应位置采用人工挖孔桩做为硬支点。暗渠施工期间上部铁路须限速45km/h运营, 待暗渠初支封闭成环达到强度要求后, 拆除纵横梁, 恢复上部铁路正常运营。既有线路加固横断面如图2所示。
2.4 开挖支护
暗渠为分离式小净距浅埋暗挖隧道, 每孔采用CRD法施工, 进尺0.5m。以人工挖掘为主, 并配备一些小器具。每开挖一部都应及时施做初期支护, 并尽早将初期支护封闭成环, 以提高支护的稳定性。初支采用网喷混凝土和工20型钢钢架, 钢架间距0.5m/榀。临时钢架的拆除应等洞身主体结构初期支护施工完毕并稳定后, 方可逐步逐段进行, 临时钢架拆除后应立即施做二次衬砌。CRD法施工设计如图3所示。
2.5 监控量测
施工前, 在地表沿暗渠纵横向一定范围内设置测点, 严密监控地表沉陷、地表构筑物情况。在暗渠开挖影响段铁路钢轨上布置轨道高程及轨距测点, 严密监控轨道变形情况, 以确保行车安全。每2h采用轨道尺对轨道结构进行测量, 对施工中出现的沉降随时回填道碴、起道恢复。施工中在各洞中埋设量测点, 及时量测并及时分析量测资料, 掌握洞内变形情况, 随时采取补强措施, 以防止坍塌、冒顶等现象的发生。
3 沉降数值分析
计算采用地层-结构模型, 模拟计算采用CRD施工方法, 隧道顶上方土体沉降, 及隧道结构衬砌受力。计算时周围土体采用莫尔-库伦材料模型, 混凝土结构采用弹性模型, 应用Full Newton-Raphson迭代算法。
计算模型的范围为40×60m, 边界条件取为直接截取边界, 即在X=0和X=60的边界上限定其X方向位移为0, 在Y=0的边界面上限定其X方向和Y方向位移都为0。有限元模型如图4所示。
计算时考虑路基注浆、夯管及超前小导管对拱顶上部土层的加固作用, 隧道开挖采用CRD方法施工, 土体开挖分四部开挖。模拟开挖时, 施做钢拱架及初支施加70%的初始应力, 施做二衬时, 再释放30%的初始应力进行计算。开挖完成后位移应力云图如图5、6所示。从图中看出, 土体开挖完成后, Y方向拱顶的位移为6mm, 仰拱底的位移为7mm, 仰拱受力最大。X方向最大位移为3mm。
4 结论
1) 通过采取以上工程措施, 拱顶位移控制在安全行车允许范围内, 以上采用的工程措施是合理可靠的, 对同类型施工有参考价值。
2) 从数值分析可看出, 施工开挖过程中拱顶及仰拱位移最大, 开挖完成后要及早封闭初支, 及时施做仰拱及二次衬砌。拱顶沉降直接影响上部既有铁路运营安全, 施工全过程中要严密监测既有线路基沉降及隧道收敛变形情况, 发现异常应立即停止施工, 采取补强措施保证施工安全。
参考文献
[1]铁路隧道设计规范[M].北京:中国铁道出版社, 2005.
[2]潘昌实.隧道力学数值方法[M].北京:中国铁道出版社, 1995.
[3]徐秉业, 刘信声.应用弹塑性力学[M].北京:清华大学出版社, 2001.
[4]中铁二局股份有限公司.土木工程施工工艺[M].北京:中国铁道出版社, 2009.
下穿隧道 篇9
在城市地下道路建设工程中, 盾构法施工技术以其施工速度快、机械化程度高、对周围环境影响小等优势得到越来越广泛的应用。但是由于地质条件和施工工艺限制, 盾构推进过程对周围土体的扰动必然引起临近建 (构) 筑物桩基的侧向应力和附加变形, 增大桩基沉降, 降低桩基承载力, 严重时会影响建 (构) 筑物的使用功能。因此, 为了确保盾构施工时周边环境安全, 必须对临近建 (构) 筑物进行监测, 及时进行监测数据分析与反馈, 提前采取措施, 防止事故发生。
天津市金钢桥地处海河繁华路段, 监测场地狭小, 以天津西站至天津站地下直径线工程下穿金钢桥为例, 对上层桥主拱进行实时动态监测。
1 工程概况
金钢桥为双层桥。下层桥利用旧桥墩改建为三孔钢-混凝土组合的箱梁桥。上层桥上部结构为三跨中承式无推力钢管混凝土拱桥, 为刚性拱柔性系杆结构体系。主拱拱肋2片, 每片由2根φ900 mm×14根钢管组成, 中间接连接板, 形成哑铃形截面, 内灌注混凝土;边拱共4片, 为钢筋混凝土矩形截面, 宽1.5 m, 高1.5～2.0 m, 外侧附有半哑铃形截面钢管装饰;系杆为无黏结高强低松驰钢绞;桥面系由部分预应力混凝土横梁、钢筋混凝土加劲纵梁和槽形板组成。
盾构隧道从金钢桥大胡同侧主桥的6#、7#墩中间穿过, 隧道边缘与6#墩边桩桩尖最小水平净距离2.02 m, 最小垂直净距离3.62 m, 与7#墩边桩桩尖最小水平净距离3.68 m, 竖向位置在灌注桩的中部 (见图1) 。隧道轨面埋深32.99 m, 洞顶覆土24.94 m。
2 监测仪器
采用徕卡TM/TS30型全站仪, 标称精度:测角精度0.5〞, 测距精度0.6 mm+1 ppm。TM/TS30型全站仪使用压电陶瓷驱动技术, 不受电场, 磁场变化影响;采用低压铸造工艺, 能抵御恶劣天气影响, 适应环境能力强。
监测方法:采用GeoMoS自动化监测系统。该系统由徕卡TM/TS30型全站仪、GeoMoS监测软件、徕卡圆棱镜、计算机及专用通信供电电缆组成;具备自动完成测量周期、实时显示变形趋势等智能化功能, 是进行自动变形监测的理想系统。
3 监测等级与方式
本次监测的对象是桥梁主体, 桥梁主体结构点位误差为3 mm, 故选择二等变形监测。依《工程测量规范》规定:观测点坐标误差不超过3 mm, 观测点绝对沉降误差不超过0.5 mm。
现场踏勘后, 位移观测方式采用后方交会法, 确定工作基点及基准点坐标。由于监测点布设在主桥拱肋上, 采用三角高程法较为合理, 既能保证精度又利于快速提供数据。
监测精度估算:计算各监测点的三维极坐标公式为:
式中:XP、YP、ZP分别为待求点坐标值;DP为已知点到待求点的水平距离;HZP为待求点到已知点的方位角;X 0、Y 0、Z 0分别为已知点坐标值;△hP为待求点到已知点的高差。
三维极坐标测量的精度估算公式为:
式中:m Dp为仪器测距标称精度。
按TM/TS30全站仪的标称精度、Dp取340 m进行估算, 误差预计结果m Xp、m Yp、m Zp分别为0.45、0.78、0.45 mm。
监测周期为40 d (2011年4月12日—5月21日) , 监测频率为6次/h, 24小时连续不间断监测。
4 监测点布设
拱顶布设1点, 拱顶与拱脚1/2、3/4处各设1点, 共计6个测点 (见图2) 。
5 监测结果
以盾构机通过前 (距离桥轴线30 m) 、通过中 (距离桥轴线±10 m) 、通过后 (距离桥轴线30 m) 三部分监测结果进行分析。
5.1 施工天气情况
盾构机施工阶段天气情况见表1。
5.2 监测变化曲线
因白天工作基点和监测点受外界因素影响较大, 所以沉降位移-时间曲线 (见图3、图4) 中数值取用00:00—01:00外业采集数据的平均值, 初始值采用盾构机通过金钢桥前5 d的平均位移变化值。
5.3 盾构机通过前、中、后监测结果
监测结果见表2。
由沉降位移-时间曲线可知盾构推进过程对周围土体的扰动引起金钢桥附加变形, 各监测点变化趋势一致。
通过3个阶段监测数据分析, 盾构通过前、通过中各监测点位移波动范围均在1 mm以内, 盾构通过桥梁后, 最大位移变化量为1#监测点, 水平、垂直位移波动范围为2.4 mm、2.1 mm, 但在评估报告允许变形范围内。
mm
注:D为水平位移, H为垂直位移。
6 结论
TM/TS30型全站仪可以在城市地下道路工程建设观测条件比较复杂的情况下实现高精度测量, 其自动功能不仅可以提高工作效率, 还能减小人为误差, 保证观测成果的准确性和可靠性, 为工程的顺利施工提供有力支持。
采用徕卡自动化测量系统代替了传统的人工测量方式, 实现了完全自动化测量, 工作效率得到提高。
参考文献
[1]GB50026—2007工程测量规范[S].北京:中国建计划出版社, 2008
[2]JGJ8—2007建筑变形测量规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2007
[3]GB12898-91—2006国家一、二等水准测量规范[S].北京:中国标准出版社, 2006
某地铁盾构隧道下穿铁路分析研究 篇10
某地铁盾构 ( 泥水盾构) 隧道正下穿的一四线铁路, 铁路路基为半堤半堑形式, 道床形式为碎石道床, 隧道顶与铁路的竖向净距约为9. 5 m, 下穿位置处的土层自上而下依次为: 粉质黏土层, 圆砾层, 粉细砂层, 泥岩层。隧道主要穿越土层为粉细砂层。
2 计算分析
对加固土层前后 ( 加固前后计算过程类似, 下文重点介绍加固前计算分析过程) 穿越工况计算分析对比加固措施的可行性。
2. 1 模型的建立
地铁区间穿越铁路, 将会引起铁路股道的沉降, 影响铁路的正常运营。为确定区间穿越铁路的施工措施, 本报告采用有限差分软件FLAC3D, 通过建立三维模型就地铁左右线穿越铁路过程中股道的沉降规律进行了分析。围岩及盾构衬砌采用实体单元模拟, 盾构机外壳采用壳单元模拟, 在掌子面施加0. 15 MPa压力模拟水泥平衡压力, 盾尾采用低刚度等代层来模拟盾尾间隙, 在盾尾一定长度范围内施加径向压力模拟盾尾注浆压力, 采用提高围岩材料参数来模拟旋喷注浆加固。钢轨采用梁单元来模拟, 两支轨道简化为两个梁, 忽略轨枕对钢轨的影响。为简化计算, 仅研究一股轨道在盾构穿越过程中的沉降规律。本报告按照先施工右线隧道, 后施工左线隧道进行模拟。图1 为隧道下穿铁路股道的横断面图, 图2 为数值分析软件划分有限元网格。
2. 2 计算参数
根据地质资料, 结合规范并参考相关文献, 确定围岩和支护结构的力学参数如表1 所示, 值得说明的是, 考虑管片接头对管片整体刚度的影响, 计算过程中, 采用了0. 8的刚度折减系数。
2. 3 计算结果及分析
1) 盾构直接穿越铁路 ( 未进行土层加固) 过程中, 钢轨最大沉降为9. 4 mm, 沿钢轨最大差异沉降值为9. 7 mm/10m, 不满足沉降控制标准, 需采取工前加固措施, 考虑采用旋喷注浆加固。
2) 采用旋喷注浆加固后盾构穿越铁路沉降分析。右线盾构隧道穿越后, 监测点a断面沉降云图见图3。
左线盾构隧道穿越后, 监测点a断面沉降云图见图4。
经过综合比选, 本工程拟采用双排旋喷桩进行穿越前地基加固。加固后隧道开挖过程中, 监测点a、b沉降随掌子面位置的变化规律见图5。
监测点a、b随隧道开挖沉降变化规律同加固前, 最大隆起量为0. 75 mm, 最大沉降值为3. 1 mm, 两监测点最大差值为0. 35 mm。加固后, 隧道开挖过程中, 监测点c、d沉降随掌子面位置的变化规律见图6。
监测点c、d随隧道开挖沉降规律同加固前, 但其量值呈现不同的变化趋势, 最大隆起量为0. 86 mm, 最大沉降值为2. 5 mm, 两监测点最大差值为0. 35 mm。1#轨道随右线盾构开挖沉降曲线演变过程见图7。
随右线隧道开挖, 钢轨沉降曲线变化规律同未加固前。右线通过后, 右线隧道正上方最大沉降为2. 6 mm, 隧道两侧最大隆起值为0. 9 mm, 沿钢轨最大差异沉降值为3. 7mm /10m。见图8。
随左线盾构隧道开挖, 钢轨的沉降变化规律同为加固前一样, 故不再赘述。监测点a最终沉降为3. 1 mm, 监测点c最大沉降值为2. 8 mm, 隧道两侧最大隆起值为0. 7mm, 沿钢轨最大差异沉降值为3. 9 mm /10 m。
由此可得, 盾构穿越铁路过程中, 钢轨最大沉降为3. 1mm, 沿钢轨最大差异沉降值为3. 9 mm /10m, 见表2。
通过计算分析及以往的工程实际经验可知, 旋喷加固对沉降控制效果良好, 钢轨沉降大幅度降低。
3 结论
通过对某地铁盾构隧道下穿铁路的分析研究后得知, 旋喷加固对沉降控制效果良好, 钢轨沉降大幅度降低。可应用于地面加固受限的其他建构筑物。[ID: 002569]
参考文献
[1]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥:安徽教育出版社, 2004.
[2]陈周斌, 吴祖福, 董光炎.浅埋隧道下穿铁路的线路加固措施与效果分析[J].铁路标准设计, 2005, 49 (3) :27-29.
隧道下穿停机坪施工的仿真分析 篇11
关键词：盾构隧道施工,下穿,数值模拟,停机坪
1 概述
近年来在我国地铁盾构隧道工程建设中先后遇到近邻既有结构物施工的技术难题,给设计和施工带来了挑战[1,2,3]。国内外对双线隧道的近接施工影响问题取得了很多研究成果[4,5,6,7]。解决问题的关键在于施工前要能正确预测既有结构的受力和变形,定量掌握施工对环境的影响程度,以便在设计盾构施工中做出比较合理的技术决策和应变措施。
2 工程概况
北京地铁机场线T2支线地下段区间盾构隧道将下穿对隆沉变形非常敏感的停机坪,停机坪沉降限值为10 mm,平曲度不大于1/1 000,板块间差异沉降为5 mm,目前国内尚无此类工程先例。盾构区间在左T2K4+960～左T2K5+327,右T2K4+960～右T2K5+332下穿停机坪,隧道深埋8.6 m～10.2 m,线间距12 m,见图1。盾构隧道内径5 400 mm,厚度300 mm,宽度1 200 m,采用错缝拼装。停机坪处隧道穿越土质主要为粉质黏土层,盾构机选用铰接式土压平衡盾构机。停机坪为5 m×5 m,厚度为38 cm～42 cm的现浇混凝土方块。隧道穿越大部分为20世纪60年代建,局部为2003年建。区间隧道主要穿越粉质黏土、黏土、粉土和粉细砂等较为复杂地层,停机坪变形控制要求严格,施工条件十分复杂。地铁盾构隧道下穿停机坪的近接施工是机场线盾构设计施工中需解决的关键技术问题之一。
3 施工模拟计算模型及参数
本次模拟采用GTS三维数值分析软件,以实际土层情况为基础,原始应力场只考虑重力,模拟开挖严格按照施工方案及施工工序,做到最大限度地与实际施工情况相一致。建模严格按照设计图纸资料提供的参数进行,沿盾构隧道掘进方向60 m,两侧边界至隧道中心线距离为80 m,底部边界至隧道轨顶距离为40 m。数值模拟模型见图2。
岩土参数按照地质勘察报告提供参数选取,管片采用C50钢筋混凝土材料参数,停机坪路面板采用C25混凝土参数。盾构管片根据错缝拼装试验提出的折减规定,管片刚度区0.75的接头刚度折减系数[1]。为了说明盾构施工对停机坪的纵向影响,计算选取盾构施工的三种不同位置情况进行考察分析:第1位置为到达停机坪、第2位置为位于停机坪下方、第3位置为离开停机坪。
4 数值模拟结果分析
4.1 地层变形分析
由计算可知,下穿阶段地层土体变形大致分为五个阶段,首先是初始沉降;然后受正面土舱压力的挤压作用,在隧道开挖面上方土体出现隆起区域;而后在开挖面后方,由于盾尾间隙沉降,隧道上方形成典型的沉降槽;次之由于同步注浆和卸载原因产生沉降反弹区域;最后是固结沉降阶段。 其中,盾构施工致使地层变形的第二、三、四阶段最为重要。500 t推进力时下穿停机坪最大隆起量3.25 mm,最大沉降量为7.62 mm。最大隆起位置在开挖面前面约1.5D处,最大沉降位置位于开挖面后方约2.5D处。
4.2 盾构推进引起的最大隆起变形分析
表1列出随右线盾构推进(500 t推进力)引起停机坪不同位置地表、盾构前方围岩最大隆起变形值。
由表1中数据可以看出,相同推进力作用下,下穿施工地表产生最大隆起变形均在第2位置处,超前开挖面1D～1.5D距离。当右线盾构推进近接第1位置处产生次大隆起值,因此施工一开始就应减缓推进力,且应设置试验段来确定掘进参数。
表2给出在不同推进力作用下,出现最大隆起变形的近接第2位置处的地层最大隆起变形量。
分析表2中结果可知,随着盾构推进力加大,地层最大隆起变形显著增大,但是地表最大隆起变形发生位置没有显著变化,基本保持在超前开挖面1D～1.5D处。1 500 t推进力作用下,下穿停机坪道面板和前方围岩最大隆起值分别达到2.01 mm和5.64 mm,表明下穿施工不适合加大推进力快速通过的模式。
5 控制技术措施
1)通过上述模拟计算分析,下穿停机坪段施工不适合加大推进力快速通过的施工模式,在距离停机坪1D～1.5D处应作为推进力值切换点,放慢掘进速度,减小推进力。2)相同推进力作用下地层最大变形出现在盾构机位于停机坪下方即第2位置处,而且刚开始下穿即第1位置处为产生次大变形位置,故盾构施工应该从一开始下穿就采取控制措施。3)由模拟计算分析可知,盾构推进力大于1 000 t时,结构受力是偏于不安全的。4)正式进入停机坪段施工时,将前30 m～50 m的地段作为下穿模拟段,完全模拟下穿推进时的盾构操作要求进行推进,根据试验段的施工效果来调整盾构下穿掘进施工参数。5)在过停机坪段施工掘进过程中土压力设定值稍大于水土压力值,并根据监测数据及时进行调整;及时平稳地调整油缸压力和推进速度,保持土仓压力的稳定。6)严格控制盾构姿态,对竖直方向的误差进行监测和控制。通过减缓盾构机掘进速度,使盾构机在掘进的瞬间刀盘上下部位受力尽量相同,减少对刀具的偏磨和盾构机下俯现象。7)针对盾尾间隙沉降和固结沉降,应加强壁后注浆,实现阻水、固土、均一沉降的目的。下穿段注浆以同步注浆和二次注浆相结合的方式进行。8)隧道成型后,根据监测情况,必要时采取洞内深孔劈裂注浆,抑制盾构通过后的地面沉降。9)监控量测的管理。根据施工模拟分析结果,结合机场方面的要求,下穿停机坪时的监测控制标准见表3。
6 结语
为了确保地铁施工的顺利进行,将施工期间对既有结构物的影响降低到最小限度,本文针对区间盾构隧道下穿停机坪的近接施工力学行为,进行了有限元数值模拟研究,分析表明,盾构隧道不宜采用“加大推进力,快速通过”的施工模式,而应在距停机坪1D～1.5D处,降低推进力,放慢掘进速度,盾构推进时应严格控制盾构的掘进姿态,加强壁后注浆,实现阻水、固土、均一沉降的目的,同时加强监控量测。根据有限元模拟分析和类似工程经验给出停机坪沉降值、沉降速率、板块差异沉降的限值,分析了施工技术控制要领,为今后类似工程提供了借鉴。
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