地铁区间隧道（共11篇）
地铁区间隧道 篇1
近年来, 随着国家对地铁建设的高度重视, 地铁的施工建设得到了快速发展。在区间隧道施工过程中由于地质环境的影响, 尤其在不同断面形式和不同级别围岩下的施工环境下, 给区间隧道施工技术提出了更高的要求。为了避免围岩在不同断面形式及围岩类别下施工过程中的较大变形情况的发生, 施工人员必须针对不同地质情况, 不同断面形式及围岩类别分析变形产生的原因, 有效采取加固措施, 防止大变形发生, 从而确保区间隧道安全快速的通过。本文以青岛地铁青岛火车站—人民会堂站区间为例, 阐述了区间隧道在不同断面形式、不同地质情况下采取相应控制变形技术措施, 有效防止大变形发生, 为提高区间隧道施工技术水平提供一些借鉴。
青岛地铁青岛火车站—人民会堂站区间工程, 左线全长1258.313m, 右线全长1252.291m, 设施工竖井一处, 横通道转入正洞后大小、里程分别为三线单洞大断面及双线单洞断面。工法采用钻爆法施工。区间隧道断面形式有单洞单线、单洞双线及单洞三线大断面三种, 结构断面变化多, 开挖跨度大, 工序多, 施工技术难度高。在具体施工过程中存在不同断面间转换和不良地质影响的情况, 这极易导致区间隧道在施工过程中发生变形, 从而给施工质量及进度带来较大的不利影响。为了有效地控制大断面地段施工过程中产生较大的变形, 我们应该根据实际施工环境, 提前做好区间隧道的具体设计方案, 然后加强变形观测, 最后根据具体情况制定出相应的控制措施。
一、区间隧道断面设计及围岩级别
1. 区间隧道断面形式
首先通过对施工地段的地质进行勘测, 根据勘测结果将区间隧道围岩分为Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级围岩, 施工前对前方地质进行超前地质探测并与设计勘测的数据进行比对, 对不良地质进行标识, 施工时应采取加强措施, 区间隧道的早期支护一般选用格栅钢架或钢拱架、锚杆、钢筋网片为材料, 然后喷射混凝土完成支护, 而围岩的压力主要来自二次衬砌所形成的抗力。
2. 区间隧道具体断面尺寸及支护参数
3. 针对区间隧道变形的控制措施
(1) 通过开挖工法的选择减小隧道变形
青人区间Ⅱa、Ⅱa′、Ⅱb型衬砌段采用全断面法开挖;Ⅱd、Ⅱd'、Ⅱe及Ⅲ型衬砌段采用三台法开挖;Ⅱc及Ⅱc'型衬砌段采用三台阶六步法进行开挖;Ⅱf型衬砌段采用CRD法、三台阶四步临时中隔壁法施工。Ⅳ、Ⅳ'、Ⅴ型衬砌采用环形台阶法开挖工法, 由于Ⅳ、Ⅳ'型断面处于地面受保护建筑的欧人监狱下方, Ⅴ型断面处于区间端头浅埋地段, 施工时采用上下台阶预留核心土环形开挖法进行开挖;人防段 (Ⅴ级围岩) 采用CRD法开挖。Ⅱh、Ⅱh'、Ⅱg、Ⅱg'型衬砌采用平行导洞法进行开挖。
(2) 针对区间隧道围岩产生变形的控制措施:
一是保证初期支护质量。初期支护严格按设计和施工规范进行施工, 确保支护质量, 重点注意以下几点:提高洞身光面爆破质量是保证支护质量的关键, 隧道的开挖必须保证开挖质量;确保喷射混凝土与围岩密贴, 并保证混凝土强度。有钢拱架支护时, 喷射混凝土必须将型钢拱架 (钢筋格栅) 包住, 并保证保护层厚度不小于5cm;钢拱架 (钢筋格栅) 间距符合设计安装要求, 安装位置要正确;锚杆导管孔的位置及长度要符合设计及规范要求, 孔内砂浆要饱满。
二是增设套拱、改变初支参数、减小初期支护间距。
对于发生不均匀变形的地段, 采取增设套拱、减小初期支护的间距, 及时封闭掌子面的方式进行加强支护。这样采用早期强度高、刚性大的套拱加固可以提高围岩强度。同时建议采用加长系统锚杆和锁脚长度的方法, 将原来设计的3.5米增加到4米至5米, 并对锚杆的数量进行合理的增加。
三是落实四密实:混凝土密实、喷射混凝土密实、初期支护与围岩密实、二次衬砌与初期支护密实。
四是待变形段初期支护加固结束, 沉降趋于稳定可开挖掘进。掌子面开挖掘进时, 严格按照“弱爆破、短进尺、管超前、强支护、快封闭、勤量测”方案进行施工, 减少装药量, 减小对围岩的扰动。
五是缩小施工进尺, 严格施工工序, 各工序紧密衔接, 尽量缩短围岩暴露时间。二次衬砌紧跟, 加快二次衬砌施工。可以采取跳衬完成该段二次衬砌施工, 将二次衬砌的安全步距调整至50m, 及早闭合, 使二次衬砌结合初期支护共同受力。
六是必须将注浆环节列为重点施工工序, 并组织专业人员进行注浆工作, 对节理裂隙发育段加强锚网喷及注浆加固处理改善地层松散性状, 以及治水, 使区间隧道顶部及侧面增加抗压强度和粘接性, 实现加固目的, 确保区间隧道初期支护后的围岩稳定性及区间隧道安全性。此外, 在开挖之后通过及时地对周边围岩进行预注浆和二次注浆, 这样可以有效地控制开挖过程中围岩单侧变形的情况, 并确保中、下部分台阶在开挖过程中收敛不会出现大幅度变化的情况, 且初支也不会出现侵限的现象。
七是施工中将监控量测、超前地质预报纳入工序管理。加强施工全过程监控量测, 通过准确的信息反馈, 及时修正支护参数, 确保施工安全, 达到信息化施工, 动态管理的目的。
八是严格执行规定的各级围岩掌子面距仰拱、二次衬砌距离。
4. 施工过程中的变形情况及其原因分析
(1) 变形情况的产生
本区间煌斑岩脉发育, 强~中化煌斑岩遇水易发生软化、崩解特点, 导致岩土强度降低, 影响地基土的均匀性和边坡稳定性, 施工时极易出现掉块, 沉降等现象。
本区间强风化花岗岩、煌斑岩形成的风化深槽, 对区间隧道开挖、地基稳定性和均匀性等可产生不良影响。在本区间部分地段拱顶及边墙上部存在含砂粘性土、强风化花岗岩, 在该类岩土范围进行区间隧道施工, 拱顶易坍塌, 侧壁经常小坍塌。
海水的影响:区间南侧为黄海, 最近距离约100m, 勘察期间从邻近工点的观测孔水位及本报告的水质分析结果看, 海水与地下水未联通。但区间隧道施工时因长时间排水、降水可能改变海水渗流模式或造成海水倒灌。
(2) 产生变形的原因
由于软弱围岩具有弱膨胀性, 在遇水的情况下会软化, 受到地应力的作用, 应力会从缓慢聚集转变为突然释放的过程, 当开挖工作进行到一定程度时, 应力的集中和重新分布会使围岩发生松弛, 其强度会大大减弱, 并形成塑性变形和流变, 随着裂缝的扩展, 拱部和边墙会出现变形, 初期支护会出现开裂的情况。此外, 由于围岩中存在软弱夹层, 如果夹层范围比较大也会造成变形情况的发生。
二、结论
综上所述, 由于地质环境影响, 在断面和围岩的施工过程中会出现不同程度的变形情况, 这给整个区间隧道施工带来了较大的难度, 并严重影响着最终的施工质量。因此, 施工人员必须提前做好施工方案, 通过针对区间隧道变形采取相应的控制措施有效控制围岩变形, 尤其是在由Ⅱ级变Ⅳ级围岩地段在未改变工法情况下, 充分分析施工过程中可能出现的问题, 制定出相应的控制措施, 并严格按照相关规定将每个环节的工作责任落实到位, 从而确保区间隧道施工的整体质量。
地铁区间隧道 篇2
1.1 设计原则
地铁区间隧道的防水设计原则一般为“防、排、截、堵相结合, 因地制宜, 综合治理”, 即以防为主, 以排为辅, 刚柔结合, 设置多道防线。
1.2 防水标准
地铁区间隧道的防水等级为二级, 结构不允许出现渗漏现象, 表面允许有少量浸渍, 但总浸渍面积应在总防水面积的 6‰以下, 且任意 100m2 防水面积中浸渍部位不应多于 4 处, 单个浸渍的最大面积小于 0.2m2。
1.3 防水结构设计
地铁区间隧道采用超前小导管预注浆, 以减少地下水的渗透; 初支结构采用抗渗(S6)混凝土, 形成第一道封闭的防水线; 铺设全封闭的防水层并预埋注浆管; 二次衬砌采用抗渗(S8) 混凝土并在达到强度后进行衬砌背后回填注浆; 沉降缝采用中埋式橡胶止水带; 环向施工缝采用遇水膨胀橡胶条, 纵向施工缝采用钢板腻子止水带, 并外贴止水带。
2 地铁区间隧道渗漏的统计分析
地铁区间隧道 篇3
随着我国城市轨道交通的快速发展，在我国各大城市陆续开始地铁建设，在地铁建设方面区间隧道的建设已经成为地铁工程中重点工程建设。区间隧道的安全无论是在建设施工还是在后期地铁运营都有着非常重要的意义。然而在各地的地铁建设中，非盾沟暗挖的区间隧道存在着诸多问题，不仅在施工方面，同时在设计中也存在一定的问题。最为明显的问题，在地铁的暗挖区间隧道的设计等方面，存在着没有明确的规范可以遵循，这就导致了前期的设计和后期的施工建设缺少明确的指导。此外，在对设计与施工工艺结合上也有着一定的偏差，以及因为设计的原因导致了暗挖引发了渗透等问题。
地铁区间非盾沟暗挖隧道设计存在的问题
没有明确的使用规范。在我国地铁建设仅有一套规范《地铁设计规范》。在前期的地铁设计过程中，设计人员还将广泛采纳《铁路隧道设计规范》、《铁路隧道锚喷构筑法指南》、《锚杆喷射混凝土技术规范》等。这就导致了规范的有效性和统一性，进一步造成了每一个设计人员采用不同的规范，对后期的地铁建设造成了一定的混乱[1-3]。详见如下几个问题：
在不同的规范中对铁路隧道建设和地铁暗挖隧道的建设有着较为明显的差异，尤其是在地表变形方面，二者有着不同的要求。在城市的地铁建设中，其隧道基本都是在城市地下，这就使得在地铁建设上对地表变形有着严格的要求，在设计中大多采用地面凸起低于10mm，下沉低于30mm。然而此要求，在各类规范中没有被提及。
防水方面的区别。在铁路建设中，对于防水的要求《铁路隧道设计规范》，其核心内容可以归纳为“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”。在地铁建设中，对于防水的要求《地铁设计规范》中，其核心内容为“以预防为主，因地制宜，综合治理”。对于地铁和铁路的隧道建设方面，防水问题上面体现了各自对于隧道建设要求的不同，符合各自特点。铁路隧道多出现在山区，对于防水多采用防排相结合的做法是既能满足防水要求，又能做到减少工程的成本的目的。对于地铁区间隧道的防水，主要考虑到地铁处于城市的地下，如果不能采取行之有效的措施，必然会对城市的地下水造成破坏，从而引起相应的灾害，影响广大市民的生活。
结构的耐久性方面。在地铁区间暗挖隧道和铁路隧道耐久性要求方面，各自对于建筑物的使用寿命要求均为100年，然而在规范中并未发现对于建成结构如何能满足100年的使用寿命的规范。仅仅是在《混凝土结构设计规范》中有对建筑结构需要满足100年使用寿命的规定。然而这些规定对于地铁区间暗挖隧道的耐用性要求方面，却无法满足其要求。究其原因，地铁区间非盾沟暗挖隧道施工以及隧道所处的环境，相比于一般建筑物所处的环境更为严苛，因此地铁区间非盾沟暗挖隧道须采用更为严格的标准。
设计与施工工艺的结合问题
对于隧道的工程设计人员而言需要意识到，在隧道的设计上不光是设计出隧道的施工的图纸，更为重要的是要确保设计的图纸与现场的施工相符，确保施工的安全、顺利的进行。在我国地铁区间非盾沟暗挖隧道的施工过程中都存在着高风险，因此要在确保设计与施工工艺相结合，确保施工人员的安全。当前我国的建筑设计人员在设计图纸往往脱离了施工地点的实际情况，这就导致了后期施工中施工人员安全性与地铁的安全。可见设计人员要对施工工艺有所了解。地铁区间非盾沟暗挖隧道在设计与施工方面存在着如下问题：设计的钢拱架或格栅钢架分段过长，在地下狭窄的施工空间中难于安装使用； 设计采用的格栅钢架的分段不合理， 无法与开挖步骤相配合，造成施工中无法及时安装而引发工程事故[4]。在地铁隧道大小断面变化处， 设计上缺乏适当的过渡断面，造成施工中无法施作设计的断面型式；如不考虑施工现场的实际情况，就会使得设计与施工脱节，更为严重的后果是给施工带安全隐患。
设计原因产生的暗挖隧道渗漏
在一般的地铁建设方面，区间非盾沟暗挖隧道在完工后一般都都会出现不同程度的渗漏现象。导致这样的原因的出现，主要是由以下两个方面造成的：1）在后期的施工建设方面所造成的。2）在最初的设计考虑不周所引起的。
在一般的铁路隧道的设计方面，设计人员一般都是套用之前已经定型的图纸。虽然套用定型的图纸对于设计人员快速的完成设计有一定的好处，但是这样的设计往往缺乏对施工实地的地质环境了解，就会造成设计过于想当然。近些年来，我国国内在铁路隧道建设方面出现了各式的问题，刨去施工等方面的问题，在最初的设计理念的缺乏是最主要的原因。目前国内的隧道设计还处于比较粗放的阶段，很少在具体设计之前对隧道穿过地层的应力状况进行实地分析，只是依据经验和有限的地质资料进行设计[5]。这就导致了所有的地铁暗挖隧道的设计都是一样的，最终出现了渗透漏水的现象。
对于隧道工程来说，它是典型的隐蔽工程，也就是说其质量的优劣只能在最后投入使用后才能体现，然而在工程投入使用后再发现问题为时已晚。所以在地铁区间非盾沟暗挖隧道的设计与施工阶段就需要通过以往经验和问题的总结，找出问题的症结，避免问题的出现，这对于整个工程的设计、施工都有着十分重要的意义。
探析地铁区间隧道常见结构的设计 篇4
1. 地铁区间隧道的设计结构形式
1.1 明挖矩形结构优缺点
多年铁路隧道技术的发展, 促使明挖法施工工艺逐渐向成熟方向发展, 该技术不仅具有操作简单且可靠的优点, 而且其施工的风险较小, 故设计者和施工人员较为容易对施工进行控制。此外, 该方案还具有以下几个方面的优点:其一, 以施工场地的实际情况为依据实际情况将工程进行分段作业, 进而加快工程的施工进度;其二, 该技术不仅浅埋工作时的造价较低, 而且运营费用也较低;其三, 对城市的地址条件未提出较高的要求;其四, 在地铁防水工作方面, 操作更为容易。其缺点表现在:其一, 不仅对城市地面交通以及城市居民的日常正常生活造成影响, 而且还易破坏施工地区的周边环境;其二, 需拆迁地铁影响范围内的管线, 且对场地的要求较高。由此可见, 实行明挖法时, 为降低施工的风险并降低工程造价, 埋深浅、跨度大、地面环境允许、地质条件差以及具施工场地的区间段应当优先考虑[1]。
1.2 矿山法马蹄形结构
1.2.1 矿山法优缺点分析
矿山法运用于地铁区间隧道主要为满足城市浅埋隧道的建设需要, 因此该方法又可被称为浅埋暗挖法, 目前我国地铁区间隧道建设已广泛采用矿山法[2]。此方法依据施工监测信息进行反馈验证、修改设计以及施工工艺, 信息化的设计与施工是施工法开展的基础, 其优势主要体现在以下五个方面:其一, 城市地下工程周围环境复杂;其二, 满足城市较差地质条件;其三, 防水要求较高;其四, 严格控制地面沉降, 其五, 埋深浅。其除了需要在施工的竖井或者洞口的位置占据一定施工场地外, 不易干扰地面交通和管线等;能够将对周围环境的影响降至最小;废弃土石方量少;针对性较强, 即不同的城市地质情况以及周边环境需要实现不同工程措施及方法;地层软硬不均时可选择采取不同开挖方式, 且处理方案简便易操作。
尽管矿山法存在众多优势, 但其仍然存在缺点和不足;一方面, 由于施工过程中可诱发地下水流失情况, 进而容易导致施工地出现地面沉降或者隆起的现象, 因而需要对重要管线、房屋周边实施可行性的保护措施;另一方面, 不当的施工处理易导致地面坍塌的出现, 进而影响施工周边环境影响, 严重时可引发施工事故。因此, 矿山法在施工的过程中需要施工人员严格遵照施工工艺以及施工要求, 并且需要对施工中的监控、量测工作进行强化。若施工时跨度大则需将施工工程分为多个步骤进行分, 但由于各工序间存在较大的干扰, 故导致施工困难, 甚至引发施工风险。鉴于上述缺点与不足, 设计及施工时, 首先需要对隧道的周边环境、工程和水文地质条件进行充分的考证, 然后再选择采取恰当合理工程措施以及施工工艺, 进而实现避免或者弱化以上缺点和不足。由此, 建议在选择矿山法进行设计、施工时, 需要深入探讨和分析隧道的施工方法、施工程序以及采用的辅助工法等。
1.2.2 简图计算
矿山法选择的是荷载-结构模型平面杆系有限单元法, 其选取最差的地质条件和最为不利的典型横断面, 进行其承载能力及正常使用极限状态方面计算[3]。计算简图以及结果情况详见图1-3。
1.3盾构圆形结构
1.3.1 矿山法优缺点分析
盾构法的施工由于具有进度快以及无振动、噪音等优势, 其在地铁隧道中得到广泛使用;此外, 其不仅不易影响地面交通及轨道线上的建筑物和地下管线, 而且对周围居民生活影响较少[4]。该施工模式下对管片预制构件的精度提出高要求, 且仅需要进行机械化的拼装, 故容易控制质量。多年来的地铁工程建设经验指出, 可采用复合构架, 即高精度的管片、复合型防水封垫联合单层的钢筋混凝土型管片提升防水效果。开发复合、泥水式的土压平衡式盾构, 促使含砂质黏性土层和水砂层的地层开挖具备可能性, 可见盾构法能够较好地运用于水文、工程地质条件等条件。此外, 采用盾构法进行施工时, 需要采取下穿房屋筏板作为施工基础, 这一施工措施不仅能够有效控制施工周围地面的沉降, 而且有助于降低破坏房屋率。
与矿山法进行施工相比, 由于盾构机能够实现较为顺利在均匀地层中施工, 但地层软硬不均等地质情况严重影响盾构机掘进进程。其严重磨损刀盘, 且对盾构机的偏转和刀具等造成耗损, 进而对掘进的速度造成影响, 甚至可能出现施工停顿。尤其在孤立体中表现明显, 究其原因在于, 受到其随机性分布、体积较小等因素影响, 难以实现事前地质钻探过程的全部清楚勘察。综合考虑上述原因, 采用盾构法进行施工的过程中, 若在松软介质中突遇小体积、坚硬的球状体, 采用100MPa以上的单轴抗压强度, 可能造成盾构机损坏、隧道管片破坏, 隧道中心线偏移等众多问题。
1.3.2 简图计算
选择使用修正惯用设计法对模型进行计算, 首先应考虑管片接头的影响, 需折减刚度后以均质的圆环为标准计算, 以三角形抗力计算水平地层的抗力, 计算结果首先需考虑错缝拼装管片环间的影响, 其后再行调整内力[5]。
2. 三种结构设计类型比较
对明挖法、矿山法马蹄形及盾构法圆形区间隧道进行综合分析, 见表1。
3.结束语
随社会主义现代化、建设事业的城市化, 促使城市轨道交通快速发展, 大部分城市已建设地下交通铁路系统, 且地铁发展至今结构设计逐渐成熟。其中明挖法矩形、矿山法马蹄形以及盾构法圆形等断面隧道均为当前地铁隧道设计方案, 以上三种形式隧道均具备各自的优缺点, 故设计者以及相关设计部门在制定施工方案时, 应综合考虑线路埋深、地质条件以及周边的环境。
摘要：伴随不断进步的社会主义现代化建设事业, 以及不断加快的城市化进程, 我国各城市交通事业建设得到进步和发展, 而为缓解我国交通的压力和方便大众出行, 城市轨道交通建设的进步与发展速度加快。可见越来越多的城市将投入运营建设线路, 其中建设地下交通铁路系统已成为趋势。由此, 本文对地铁区间隧道常见结构型式设计进行介绍, 以期为城市后续地铁建设实践提供指导。
关键词：探析,地铁,区间隧道,结构设计
参考文献
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浅谈广州地铁区间防水设计 篇5
结合广州地铁施工经验,重点介绍了地铁区间防水设计.同时,鉴于防水设计中细节部分的重要性,针对性地介绍了施工缝变形缝要点.对类似地铁的区间施工提供借鉴和参考.
作 者：隗建波 王庆 罗勋 WEI Jian-bo WANG Qing LUO Xun 作者单位：隗建波,王庆,WEI Jian-bo,WANG Qing(西南交通大学,成都,610031)
罗勋,LUO Xun(中国市政西南设计研究院,成,都,610081)
地铁区间隧道 篇6
关键词：地铁施工；浅埋暗挖法；地裂缝段结构施工
中图分类号：U455.7 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）18-0146-02
1 西安地铁施工中地裂缝的现状
西安市在地下已经发现的地裂缝有15条，这些地裂缝都是由正断层组上发育生长起来的，这些裂缝由南向北在黄土梁洼中以某种规律排列着，在地下呈袋状分布。这些地裂缝具有垂直错位、扭动以及水平拉裂三种变形性质，其中主要的变形性质就是垂直错位。这些地裂缝发展的诱因就是过度开采深层地下水。
2 地裂缝产生的原因及危害
2.1 地裂缝产生的原因
地裂缝是基底断裂活动在地表的反映，地裂缝一般出现在地面沉降槽边缘的陡变形带上，地裂缝的形成与深部构造活动有关。现今的超常活动与过量抽吸深层承压水导致地面不均匀沉降，造成城市地下水持续下降以及地面沉降，加剧了地裂缝。
2.2 地裂缝的影响
地裂缝活动对地铁建设的影响主要是其上、下盘地层在竖直方向上的相对错动，引起地铁区间隧道结构变形、开裂、地基拖空、行车限界影响等。
3 结构防水施工
3.1 防水体系和原则
地裂缝设防段设置特殊变形缝，特殊变形缝宽100 mm，纵向间距10～15 m。
结构防水除了遵循“以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理”的规原则，还应保证“可修便修”原则的实现。
首先确立钢筋混凝土结构自防水体系，即以结构自防水为根本，采取在二衬混凝土中添加聚丙烯单丝纤维等措施控制混凝土裂缝的展开，增加混凝土的抗渗性能，同时在施工缝、变形缝位置，根据不同类型及部位，通过多道防水防线的有效设置、注浆管的准确预埋，保证使用期间真正具备可修、便修的条件，满足地裂缝部位结构防水的耐久性要求。
变形缝除辅助外防水层外，另加两道止水带：外侧设置且型止水带，内侧设置U型止水带，将渗漏水有组织排入区间排水沟。
特殊变形缝处防水大样图，如图1所示。
3.2 外侧且形橡胶止水带施工流程
3.2.1 检查安装部位外包防水层
按照隧道主体结构相关设计图纸验收安装基面并对外包防水层进行检验，确保外包防水层无破损、无皱褶等。
3.2.2 预置且型橡胶止水带
将且形橡胶止水带用钢筋紧贴外包防水层预置，止水带的环向中心线要与特殊变形缝的设置位置相同，止水带的合拢接头部位应处于隧道顶部±5 ？觷的范围内。
3.2.3 装配背板和螺栓
用开孔钻头在且形止水带两翼距边缘50 mm处间距300 mm钻孔，将1 100 mm×60 mm×3 mm钢压条、M14长螺栓、螺母、垫片及螺孔遇水膨胀橡胶圈有序地固定在且形止水带上。
3.2.4 绑扎二衬钢筋
按设计要求绑扎二衬钢筋，在绑扎过程中要预留止水带、端模板的装配空间和特殊变形缝，特殊变形缝宽度按100 mm预留。
3.2.5 特殊变形缝处固定且形止水带
在支架端模板安装之前，应将且形止水带预置在特殊变形缝处；为避免止水带与二衬结构之间的松脱，将止水带螺栓与二衬钢筋用电焊连接，在连接时要保证止水带螺栓与初衬表面垂直。
3.2.6 安装端模板和橡胶止水带（且形止水带）配合基面钢板
端模板应在装配前，按照相关设计图纸进行加工，其外缘要求与已经预置到位的且形止水带拐角部位密贴，安装到预留位置后，并使二衬上下两层纵向钢筋与端模板焊接固定。固定端模板后，将橡胶止水带（且形止水带）配合基面钢板与端模板焊接。
3.2.7 浇注混凝土前的清理
为保证止水带表面与混凝土结构表面形成良好的界面密贴，在浇注混凝土以前，要用清水清洗且形橡胶带，去除表面的灰尘、油污等；安装二衬模板、浇筑二衬混凝土。
3.2.8 拱顶回填注浆
待混凝土结构达到设计强度的70%时，进行二衬结构拱顶回填注浆，按上述步骤施做特殊变形缝另一侧的结构。
3.3 内侧U型橡胶止水带施工流程
3.3.1 向止水带安装基面上粘贴防水腻子
在预置U形橡胶止水带前，将2 mm厚的未硫化丁基橡胶腻子延特殊缝的口部边缘粘贴于止水带安装基面上。
3.3.2 预置U形橡胶止水带
将U形橡胶止水带紧贴特殊缝预置，止水带的环向中心线要与特殊变形缝的设置位置相同，在确定止水带的合拢接头部位处于隧道仰拱部位，且在垂直中心线±5 ？觷的范围内时，在隧道顶部基面布置锚栓对应的止水带装配孔位置钻直径为Φ16 mm孔，然后将止水带用钢压板和螺母配合悬挂于隧道基面上。
3.3.3 U形橡胶止水带的打孔和安装
将止水带预置在安装基面上后，从隧道拱顶部位开始，以布置的锚栓位置为基准，在止水带的钻孔区域逐个钻孔，钻孔直径为Φ16 mm，然后将锚栓通过止水带，依次加装钢压条、钢压板、橡胶垫圈、钢垫圈、双螺母；双螺母可先用手工方式预紧后在进行整体锁紧操作；在隧道仰拱和低于2 m的边墙区域，应在锚栓的顶端加盖盖帽螺母，以保护锚栓的螺纹不被损坏。
3.3.4 止水带的整体合拢搭接
由于受隧道内设施限制，止水带以断开的形式绕穿电缆等设施，在拱顶和侧墙安装完成后，要进行止水带断开部位的合拢搭接。
4 轨道可调式框架板
为消除地裂缝垂直位移对轨道结构产生的严重不平顺及对地铁运营安全的影响，碎石道床地裂缝区段轨道结构采用可调式框架板。
4.1 可调式框架板道床结构组成
一套可调式框架板由1块预应力混凝土主体框架板结构、4块弹性垫板Ⅰ（板下弹性垫板），8块弹性垫板Ⅱ（侧面限位弹性垫板）组成。
4.2 施工工艺
4.2.1 基底处理
施工前应对结构地板进行检查，要求无浮浆、积水和渗漏；采用风镐进行密集凿毛，凿坑的深度和间距符合设计要求。
4.2.2 测设基标及轨节表编制
铺轨基标设置按照GB 50299《地下铁道工程施工及验收规范》测设。放样出框架板的起、止点位置，测量出每处变形缝的里程，变形缝里程精确到毫米位为轨节表编制提供准确里程；如进入曲线铺设时在钉联厂放样出相同半径的曲线中线并不小于37.5 m。
4.2.3 铺设门吊走行轨
走行轨支承点间距为1.5 m，布设铺轨门吊走行轨时，先利用4个M16膨胀螺丝将钢支墩底板固定在隧道底板上，再调整钢支确定位置。
4.2.4 框架板组装
①框架板布置有限位隼的一端向一个方向依次顺接，根据轨节表提供在地裂缝处，调整限位隼临近地裂缝的板块方向，保证限位隼远离地裂缝。
②扣件组装前用膨胀塑料管固定好4块板下弹性垫板I，用万能胶粘贴4块侧面限位弹性垫板II，粘贴时注意将框架板表面擦洗干净待干燥后粘贴。
③扣件组装时铁垫板上“▲”符号的三角尖指向里程增加方向的左侧。框架板扣件组装前将尼龙套管内的杂物清理干净，依次放置板下弹性垫板、铁垫板。
④如有曲线时为了保证曲线圆顺度，可先将单块框架板按照设计方向摆放，框架板底部沿线路两侧支垫适量方木条，便于框架板左右拨移，再根据测量队预先在铺设地段每5 m设置的曲线点，调整框架板位置，调整后框架板摆放形状呈现为圆弧形；然后先上外侧钢轨，后上内侧钢轨，上钢轨时需要撬棍配合用外力将钢轨逐一落槽；上扣件时每块板可先上一套扣件，待钢轨全部落槽之后，再紧锢上股全部扣件。钉联时严格按照轨节表中提供的板缝预留，每组轨节内应消除累计误差。
⑤框架板组装完成后，应对每块板的四周及底部用宽胶带粘贴高密度泡沫，粘贴要求牢固。组装完成的轨排利用轨道车运输进洞。
4.2.5 轨排架设
组装进洞就位后，参照基标，对架设于支撑架上的轨排进行粗调，基本达到设计要求。进行精调基标位置调整轨向达到标准。轨道精调完成后，由现场技术人员确认轨节到达里程。
4.2.6 模板支立
框架板模板分中心水沟模板、边模、凸台模板三种。第一次混凝土浇注时立边模和中心水沟模板。二次浇筑时立凸台模板。道床模板采用钢模板，模板应有足够的刚度和强度，接缝严密，装拆灵活。模板支立应牢固，所有与钢轨及支撑架挂连部位要仔细论证，不得出现摆动、滑移等现象。
①第一次混凝土浇注施工。浇注砼前，应检查钢筋网、线路几何尺寸、模板支立、框架板四周泡沫、板下弹性垫板、侧面限位弹性垫板，对损坏的进行修补。并对钢轨、扣件采取防污染措施，用编制袋覆盖钢轨，用塑料袋罩住扣件。自检合格后报请监理组织隐检，认定符合要求后方可灌筑混凝土。
②第二次混凝土浇注施工。混凝土浇筑前支立高出框架板两侧道床立面模板，在施工时应特别注意不能向框架板一侧倾斜，必须保持垂直或者略向外侧倾斜，以免影响运营期间框架板的抬升。根据第一次混凝土浇筑的伸缩缝，将伸缩缝延长至隧道边墙并安装牢固，清理干净基地垃圾。二次浇筑前按照程序报检，隐检合格后方可浇注。
4.3 注意事项
建立实时监测系统，及时发现支承垫块的不均匀沉降，特别是靠近轨道板边上支承垫块的沉降和连续多个支承垫块沉降，并根据沉降监测总结的规律，酌情提高轨道检查频率，杜绝达到5 mm以上的“三角坑”出现。为了保证地铁列车的行车安全性与舒适性，轨道板与支承垫块之间的空隙达到3 mm时，就应该采用调高垫板和充填式垫板局部调整；累计达到5 mm时，则应该进行整块板的协调调整，确保轨道准确的几何形位。对于地裂缝引起的不均匀沉降做到“及时发现、预案充分、措施得当、可调可控”，确保地铁列车运行的安全性与舒适性。
5 结 语
地铁地裂缝段结构防水和轨道可调式框架板设计结构能够适应地裂缝的变形发展，轨道基础发生沉降变形后，可调式框架板能够在短时间内调整恢复轨道的原有几何尺寸，实现预期的调高功能，减少对运营的影响。目前，通车运营的西安地铁一号线、二号线在地裂缝活动的情况下能够维持地面交通和地铁的正常安全运营。
参考文献：
[1] 雷永生.西安地铁2号线通过地裂缝的结构及防水设计[J].岩土力学，2009，（Z2）.
谈城市地铁区间隧道施工方法 篇7
随着地铁建设快速发展,各种施工方法的区间隧道也越来越多的出现。城市中修建区间隧道受到地面建筑,城市交通,环境保护等诸方面影响,比一般的山岭隧道施工技术要求更高,难度更大。国内区间隧道比较常见的施工方法为明挖法及暗挖法,暗挖法又可分为浅埋暗挖法及盾构法。本文对各种施工方法进行了详细的论述,并对明挖法各种围护形式进行了对比分析,对浅埋暗挖法的施工步骤进行了针对性的说明,重点交代了盾构法在区间隧道施工中的适应性、断面形式及盾构法施工对区间功能及车站的影响等内容,并对盾构法在地铁区间隧道中的优越性及前景进行了论述。
1 明挖法
明挖法是采用一定的施工措施,从上往下逐步开挖基坑的岩土,然后从下至上逐步施工结构,最后回填基坑的施工方法。明挖法施工工艺简单、技术成熟、进度快、质量可靠、防水效果好、风险小。适用各种不同的地质条件;结构防水质量易保证、综合造价较低。对周边环境、市政管线和道路交通有较大影响,明挖法适用于隧道埋深较浅,且地面有足够施工场地地段。在地面建筑少、拆迁少、地表干扰小的地区修建浅埋地下工程通常采用明挖法。
明挖法的优点是工艺简单,容易保证质量,工期短,造价低,缺点是占地多、拆迁量大、影响交通。明挖法一般可适用于各种不同的工程地质条件。
1.1 明挖法分类
明挖法施工,根据基坑开挖深度及场地条件可采用不同的方式,明挖法按支护方式分放坡明挖和围护明挖。放坡明挖可采用锚喷护坡、土钉墙等方式。围护明挖有钻孔灌注桩、人工挖孔桩、SMW工法、地下连续墙、钢板桩等围护结构形式。
1.2 围护结构选择原则
根据全国各地的明挖法施工经验,在城市地铁区间隧道中明挖工法选择的一般原则是:在地面没有交通干扰,基坑深度较小(h<8 m),周围建筑较少的情况下,基坑支护依据情况采用放坡开挖或土钉墙;在基坑深度较大(h>8 m),周围建筑较多的情况下,基坑支护依据情况采用加内支撑的排桩支护或多层锚杆排桩支护形式。
1.3 区间主体结构形式
当采用明挖法施工时,区间隧道一般采用矩形框架结构,其断面内轮廓与地铁设备限界最为接近,断面净空可得到充分利用,而且结构受力明确,施工方便。常用的矩形断面分为单孔和双孔钢筋混凝土矩形框架结构。单线隧道采用单孔矩形断面,双线隧道一般采用双孔矩形断面,中间设隔墙分开以利于区间隧道管线布置及区间通风。根据工程类比拟定区间隧道矩形断面见图1,图2。
隧道的净空尺寸,除满足建筑限界要求、隧道的使用功能及施工工艺要求外,还应考虑施工误差(含测量误差在内)、结构变形及沉降、线路曲线等因素,给予必要的余量。
2 浅埋暗挖法
轨道交通区间隧道采用浅埋暗挖法施工是近年来为适应城市浅埋隧道的需要而发展起来的一种施工方法。目前在我国轨道交通区间隧道建设中已广泛采用。浅埋暗挖法沿用了新奥法的基本原理,创建了信息化量测反馈设计和施工的新理念;采用先柔后刚复合式衬砌新型支护结构体系,初期支护按承担施工过程中的土压力,二次模筑衬砌作为安全储备;应用浅埋暗挖法进行设计和施工时,同时采用多种辅助工法,超前支护,改善加固围岩,利用部分围岩的自承能力;采用不同的开挖方法及时支护、封闭成环,使其与围岩共同作用形成联合支护体系;在施工过程中应用监控量测、信息反馈和优化设计,避免塌方、减少沉降、保证施工安全。浅埋暗挖法施工,工艺简单、灵活,并可根据施工监控量测的信息反馈来验证或修改设计和施工工艺,以达到安全与经济的目的。
2.1 浅埋暗挖法的断面形式
浅埋暗挖法施工的结构断面一般为马蹄形,通常采用三心圆或五心圆断面形式,底部设仰拱。浅埋暗挖法区间隧道根据线间距和所衔接的车站形式,一般可分为单线隧道和双线隧道,断面形式见图3,图4。
隧道的净空尺寸,除满足建筑限界要求、隧道的使用功能及施工工艺要求外,还应考虑施工误差(含测量误差在内)、结构变形及沉降、线路曲线等因素,给予必要的余量。余量应根据施工的具体条件以及隧道的使用性质来确定。
2.2 浅埋暗挖法施工步骤
地铁隧道浅埋暗挖法施工时一般采用新奥法指导施工,其中,单线隧道浅埋暗挖法施工步骤见图5。双线隧道浅埋暗挖法施工步骤见图6:1)施作1拱部小导管,注浆加固地层;开挖1部土体;施作初期支护及锁脚锚管;1号洞室初期支护封闭;2)开挖2部土体,施作初期支护及锁脚锚管;2号洞室初期支护封闭;3)施作3拱部小导管,注浆加固地层;开挖3部土体,施作初期支护及锁脚锚管;3号洞室初期支护封闭;4)开挖4部土体,施作初期支护及锁脚锚管;4号洞室初期支护封闭;5)施作Ⅰ部防水层和二次衬砌,架设临时支撑;6)拆除中隔壁,施作Ⅲ部防水层和二衬;封闭成环。待Ⅲ部混凝土达到设计强度后,拆除临时支撑。
2.3 浅埋暗挖法在国内地铁工程中的应用情况
浅埋暗挖法一般适用于地层自稳性、含水量较小或有良好降水条件的地层,在国内地铁大量使用于因功能要求而设置的大量异形断面情况,如渡线段结构、存车线段结构、联络线段结构,横通道断面等。
3盾构法
3.1 盾构法简介
盾构法是暗挖隧道施工中一种先进的工法。盾构法是在盾构机钢壳体的保护下,依靠其前部刀盘上的刀具挖掘地层,并在盾构机壳体内完成出碴、管片拼装、推进等作业。因此盾构法施工具有良好的隐蔽性,施工引起的噪声、振动的危害小,对城市居民的生活影响小,机械化程度高,劳动强度低。盾构法施工不仅施工进度快,而且无噪声,无振动公害,对地面交通及沿线建筑物、地下管线和居民生活等影响较少。在我国以上海、广州为代表,盾构在地下工程中已有较大规模的使用。盾构法具有施工进度快、作业安全、噪声小、管片精度高、衬砌质量可靠、防水性能好、地表沉降小等优点。盾构法施工示意图见图7。近年来,盾构法在国内轨道交通区间隧道施工中得到了广泛应用,并且随着盾构施工技术不断成熟,成本不断降低,其在国内城市地铁施工中所占的比例不断上升,从最初的一两个区间,到现在许多城市地铁施工中已经占到区间总长度的一半以上。
3.2 盾构法在城市地铁中的适用性
盾构法施工技术在中国国内城市地铁施工实践中已经证明,只要盾构的选型得当,盾构施工不仅能够加快施工速度,而且工程造价方面已经越来越显示出优势。
盾构施工技术从广州地区的微风化岩层到上海地区的淤泥质地层均能够适用。
3.3 盾构法采用的断面形式
区间隧道采用盾构法施工时,隧道断面形式采用圆形,其主要原因是圆形断面结构受力好;盾构管片衬砌的形式一般有普通环及通用环,普通环为常用的标准环+左转、右转环(楔形环)方式,在直线段使用标准环,曲线段采用楔形环。目前国内大部分城市地铁隧道均采用此种普通环拼装方式。通用环形式是欧州常用的管片拼装方式,该方式只有1种楔形环,通过其不同组合实现直线和曲线管片拼装。单线盾构区间隧道圆形衬砌的建筑限界为ϕ5 100 mm,施工开挖和管片拼装误差150 mm,区间隧道结构内径定为5 400,衬砌厚度300 mm,结构外径为6 000 mm,如图8所示。
3.4 盾构法对区间及车站的影响
盾构法因其施工工艺的特殊性,对规划、设计、施工及管理提出了更高的要求。盾构法施工的区间内,不宜设置存车线、渡线、折返线、联络线等辅助线,不宜设置迂回风道,不宜设置人防隔断门,不宜悬吊风机,联络通道与区间排水泵房的施工也有相当的难度。
一般的处理方法是,将辅助线的设置转移到采用浅埋暗挖法施工的相邻区间内;在相邻车站的站端设置迂回风道、人防段;在必须设置区间风井的区间采用明挖法或浅埋暗挖法施工;在设置联络通道及区间排水泵房的地段预加固地层,在衬砌管片侧壁开洞,联络通道及泵房采用浅埋暗挖法施工。
采用盾构法进行区间施工,一般把车站的站端作为盾构井使用。与盾构法施工区间相邻的车站,不仅需为盾构机始发与到达提供场地及空间,也需为盾构机的吊装提供条件。
4 结语
地铁区间隧道的各种施工方法各有其特点,亦存在一定的局限性。根据沿线不同地段的工程地质和水文地质条件、线路埋深、地面与地下建(构)筑物及管线的分布情况、城市总体规划要求,结合道路交通状况,通过对技术、经济、环境、交通影响、工期及使用功能等方面的综合比较,合理选择施工方法。
除埋深较浅选择地面线、明挖、高架线外,其余区间隧道的施工方法可在浅埋暗挖和盾构之间进行选择,区间隧道工法选择原则是,在有条件采用盾构工法的前提下,优先选择盾构法施工。异形断面结构,如渡线段结构、存车线段结构、联络线段结构,横通道结构等一般采用浅埋暗挖法施工。
盾构法以其良好的施工安全性、防渗漏水性、对周围环境的影响极小等优点,在地下铁道的建设中已成为重要的施工方法之一,尤其是随着近年国内盾构设备技术水平的提高、盾构设备在工程成本中所占比重的下降,盾构法施工的综合工程造价已接近甚至低于浅埋暗挖法施工,特别是在地层条件差、地质情况复杂、地下水位高等情况下盾构法已具明显技术经济优越性。从长远来看,盾构法施工城市地铁区间隧道的前景十分广阔。
摘要：对地铁区间隧道常见的各种施工方法进行了详细的论述,介绍了明挖法围护结构形式的分类及围护结构选型原则,对浅埋暗挖法施工步骤进行了说明,对盾构法在区间隧道施工中的关键技术进行了研究,并对盾构法施工的前景进行了展望,对城市地铁设计和施工具有参考意义。
关键词：地铁,区间隧道,盾构,浅埋暗挖,明挖法
参考文献
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地铁区间隧道 篇8
在所有地铁火灾场景中,工程设计中主要关注的火灾类型主要为三种:地铁车站公共区火灾、地铁车站隧道火灾和地铁区间隧道火灾[1]。一般情况下,列车发生火灾时,司乘人员应尽可能将列车驶至前方车站停靠,在站内进行人员疏散。但当起火列车无法行驶到前方车站而被迫停在区间隧道时,需要按照列车起火部位决定如何启动区间隧道通风排烟系统进行纵向组织通风和排烟。在地铁火灾中,又以区间隧道火灾最为不利,因为地铁区间隧道基本处于地下的空间,形成封闭的环境,起火列车内聚集密集的人员,区间隧道发生火灾后的通风和疏散都受到极大的限制。因此一旦发生隧道火灾,势必要造成重大伤亡事故。
地铁区间隧道火灾一直是国内外关注的热点问题。Woodburn等人研究了地铁隧道内纵向通风速度、火源的热释放速率以及湍流模型对烟气回流扩散范围的影响[2]。Chow[3]、Karaasla[4]和Shorab[5]等人分别基于数值模型对地铁隧道火灾通风效果进行了模拟研究。国内部分科研院所也做了一些地铁隧道火灾CFD烟气模拟和模型实验方面的工作。钟茂华、史聪灵等人对深埋地铁隧道列车火灾进行了模型实验[6,7],并对不同形式的车站隧道列车火灾进行了数值模拟研究[8]。毛军等人通过模型试验和数值模拟分析夹带火焰的烟气顶棚射流的温度特性[9]。张培红等人研究了开式通风系统下深埋地铁区间隧道火灾特性[10]。赵明桥进行了地铁区间隧道火灾烟气分区控制试验研究[11]。
前人开展的研究多集中在数值模拟和模型实验方面,对于地铁隧道全尺寸火灾的研究仍然较少,特别是通过实际工程内开展通风排烟实验的研究鲜见报道。我们在一个实际地铁工程隧道内开展了全尺寸火灾实验,实验探索了在区间隧道通风排烟系统运行情况下,烟气在隧道内的蔓延特征,包括烟气的温度变化、蔓延速度、烟气和空气混合及火羽流的倾斜现象,判断区间隧道风机一送一排的气流组织模式,在隧道内形成的流速是否能够控制烟气定向流动,并通过实验讨论了优化的区间隧道通风排烟模式。
1 实验隧道
实验在广州地铁5号线一期工程的某地下区间隧道内开展,该线路沿线设24座车站。实验选取了DP-SX站之间的区间隧道,该区间隧道长度约为1.5km,没有渡线,隧道为Φ5400的标准盾构区间隧道。区间设置区间隧道平台,每隔500m设置联络通道,在发生灾难或事故时,以便乘客通过联络通道疏散至隔壁安全隧道内。隧道断面如图1所示。
2 区间隧道通风排烟系统
该地铁隧道通风空调排烟系统为屏蔽门制式,其中隧道的通风系统包括区间隧道通风排烟系统、车站隧道通风排烟系统,分别在两端的车站DP站和SX站装配了4台区间隧道通风风机(TVF风机,单个风机为60m3/s)和2台车站隧道通风风机(SEF风机,单个风机为40 m3/s)。区间隧道通风排烟系统示意图见图2。
区间火灾工况下的通风排烟模式为:开启前方车站的区间隧道风机2台TVF风机排烟,开启后方车站的2台TVF风机送风,均作用于起火隧道;同时关闭车站隧道风机。按与多数乘客撤离相反方向组织气流和排除烟气,在区间隧道内形成一定流速,控制烟气定向流动,人员向新风方向疏散。
3 实验方法
3.1 实验火源
实验火源和方法采用文献[12]给出的实验系统,火源采用甲醇池火。火源由多个燃烧油盘组成,单个油盘(A)的尺寸为841mm(内部长)×595mm(内部宽)×130mm(内部高),燃烧油盘置于隧道轨行区上。火源布置图如图3所示。在油盘旁边放置烟气发生装箱,产生示踪烟颗粒,注入火羽流加以混和卷吸,产生白色热烟气。
3.2 火源功率
火灾实验共分为2组,火源功率分别设置为0.34MW(单个A油盘)、0.7MW(2个A油盘)。由于A油盘尺寸为标准化火源,根据澳大利亚标准AS4391对不同数量油盘组合的标定[13],单个油盘的燃烧功率为340k W,2个油盘将产生近似0.7MW的火灾功率。火源功率见表1。
3.3 测量系统
隧道内温度采用分布式温度测量系统进行测量。区间隧道顶棚布置LTM8662一线总线温度测量电缆(见图4),该电缆共安装温度测量探头39个,测点间隔5.5m,测量范围209m。上风向1个测点,距离火源距离2.5m,下风向38个测点,测量范围为距离火源206.5m。截面竖直方向,区间隧道水平方向布置20个分布式温度测量模块(见图4,模块与模块间距离10m),其中下风向安装19个,上风向安装1个,距离火源5m,模块水平间隔10m。每个模块竖直方向设置8个测点,最上面的测点距离顶棚0.2m,测点竖直方向间隔为0.5m。
隧道内在区间隧道内2台风速仪器,由实验人员记录风速变化,测量断面速度分别在隧道截面的上、下、中、左、右5个点测量速度,其中上、下、左、右4个点距离隧道边缘约为1m,中间点在隧道中间位置。速度值取其5点的测量值的平均值。
隧道布置内2台摄像机,1台监控上风向,1台在下风向监测。
3.4 实验步骤
(1)实验开始前,对前后两个车站BAS系统的区间火灾模式的联动进行重复调试,按照SX站区间风机TVF排烟、DP站区间风机TVF送风的模式进行联动,确保实验时区间隧道火灾的通风排烟模式正确运行;实验开始前3分钟,启动区间隧道通风系统的火灾事故模式,在实验隧道内形成稳定流速。(2)实验前,加入燃料和发烟烟饼,实验开始时点燃燃料和发烟剂,并同时气动实验采集系统(温度、录像等)。
4 实验结果及讨论
4.1 气流组织和烟气混合
区间隧道通风排烟风机的启动模式为:前方风井内启动2台风机排风(单台60m3/s),后端风井内启动2台风机送风(单台60m3/s),分别作用于起火隧道。区间隧道流速待气流组织稳定后测量,测量结果分别如表2所示。通过测量可见,实验开始前,隧道内可以成3m/s的横向流速。实验开始后,由于火风压的影响,隧道内流速有一定的降低,并且火源功率越大,横向流速降低的越多。
实验观测:在3.0m/s区间流速的组织下,2组实验中烟气向下风向隧道流动,烟气不向上风向区间蔓延,无烟气逆流发生。由于区间隧道风机的强制抽排,烟气羽流向下风向严重倾斜,倾斜角度80°左右。羽流与空气混合严重,在火源下风向10-20m左右,烟气便充满整个隧道断面,整体呈纵向运动,向下风向平移,上风向没有烟气逆流。不同实验时火羽流和烟气定向流动见图5。
4.2 顶棚烟气温度变化
图6分别为实验测量的TEST2中顶棚烟气温度变化随时间的变化。由图6可以看出,隧道不同位置顶棚的温度变化曲线基本类似,油池火的火源功率基本包括增长段、稳定燃烧段和减弱段,下游烟气温度也基本遵循这三个阶段的变化特征,距离火源越远的测点温度越低。同时也可以看出距离火源下游2.5m和上游2.5m的测点温度基本没有变化。说明烟羽流向下风向倾斜严重,触顶位置在下风向8m以下。
图7分别为两个实验中稳定燃烧时顶棚烟气温度随着距离的增加变化曲线。通过图中可以看出,0.34MW火灾功率时,烟气羽流边缘将在火源下风向19m左右到达顶棚,最高温度在下风向30m位置,因此羽流轴线位置到达顶棚的位置大约在30m左右。0.7MW火灾功率时,烟气羽流边缘将在火源下风向13.5m左右到达顶棚,最高温度在下风向22m位置,因此羽流轴线位置到达顶棚的位置大约在22m左右。因此可见由于隧道内空气流速较大,因此火焰倾斜角(与竖直方向夹角)较大,两组实验分别为82°、79°。
图8为对下风向羽流触顶以后的范围内烟气温度随着距离的拟合曲线。通过对烟气温度随着距离变化的拟合可以看出,顶棚烟气温升△T/△T0随着火源距离呈指数降低,其中△T为烟气温度与环境的差值,△T0为最高温度与环境的差值。这与理论分析是一致的,可以拟合为如下公式:
式中,C1是一个经验常数,而C2则与烟气与壁面的传热系数h、隧道宽度W、烟气流量珚m和烟气的定压比热常数cp有关:
通过实验结果可以看出,因此对于地铁盾构隧道,C1可取值为1.02。C2与珚m有关,珚m需要根据火源功率、倾斜角、顶棚高度综合计算。K为与倾斜角、隧道顶棚高度及环境温度有关的系数,V为纵向隧道流速。
4.3 截面烟气温度变化
选取TEST2(0.7MW)进行分析,图9-图11分别为火灾功率为0.7MW(TEST2)隧道截面温度随时间的变化,分别为火源下风向15m、45m和175m的隧道截面温度曲线。通过图中可以看出,烟羽流边缘将在火源下风向13.4m左右到达顶棚,因此竖直方向的所有8个测点均有温度变化。实验发现出最高温度在并不是最上面的测点(距离顶棚0.2m),而是第2个测点(距离顶棚0.7m),45m以后,整个截面的温度场相差不大,说明烟气和空间的混合严重,烟气在隧道内整体呈一个烟气柱向前方推进。
4.4 烟气前锋的蔓延速度
选取TEST1(0.34MW)进行分析,图12为火灾功率为0.34MW火灾实验,烟气前锋向下风向的蔓延速度,可见蔓延速度约为2.88m/s,基本上等于风机开启后形成的气流组织速度。
5 结论
为了研究地铁隧道烟流扩散及控制规律,在一个实际地铁工程隧道内开展了全尺寸火灾实验研究。通过全尺寸实验发现:
(1)顶棚烟气温升△T/△T0随着火源距离呈指数降低,并实验拟合给出了系数分布。
(2)由于隧道内空气流速较大,火焰倾斜角(与竖直方向夹角)较大,两组实验分别为82°、79°。
(3)烟气和空气混合迅速,充满整个隧道空间,在区间气流组织流速推动下,整体形成烟气柱向下风向推进,烟气前锋在下方向的蔓延速度约为2.88m/s,基本上等于风机形成的气流组织速度。
地铁区间隧道 篇9
重庆市会展中心至礼嘉段市政交通工程是重庆市会展中心的市政配套工程, 工程位于重庆市北部新区。线路连接轨道交通六号线礼嘉站和会展中心, 全线共设车站5座, 全长12.205km。
本工程为黄茅坪至高义口区间工程, 起点位于黄茅坪大里程端K5+344.900, 终点位于高义口小里程端K8+567.300, 全长3 222.400m。本区间隧道拱顶埋深6~64m, 除局部浅埋外, 大部分为深埋隧道。区间以单洞单线的形式分别与两端的车站连接, 区间中部为单洞双线隧道, 单洞单线隧道与单洞双线隧道之间设置喇叭口过渡段。
黄茅坪-高义口区间位于川东南孤形地带, 华蓥山帚状褶皱束东南部, 构造骨架形成于燕山期晚期褶皱运动。围岩级别为Ⅳ级。地貌总体上属于构造剥蚀丘陵区。地形波状起伏, 呈现一沟一丘相间分布的特征。水文地质条件简单, 场区地下水一般不具腐蚀性。
综合考虑围岩类别、地形地质、埋置深度、结构跨度及施工方法等因素, 全线共设8种断面类型, 各断面结构参数如表1所示。
2 施工方案
2.1 隧道总体施工
黄高区间隧道分三段组织施工, 其中K5+344.900~K5+894.900, 由4#施工通道进入施工, 往大里程方向单向掘进;K5+594.900~K7+050, 由5#施工通道进入施工, 分两个方向分别往大、小里程端施工, 其中两端与其它两段区间隧道相接[1]。K7+050~K8+574.562为高义口站前区间, 由6#施工通道进入施工, 分两个方向分别往大、小里程端施工, 其中大里程端进入高义口车站。
2.2 施工通道进区间隧道转换施工
2.2.1 施工工序
4、5、6施工通道均与区间隧道正线正交, 施工通道进入区间后, 分左右方向分别施工区间隧道大、小里程端。进入交叉口施工后, 由于断面变化较大, 交叉口处受力复杂, 施工难度大, 安全风险高。因4施工通道与区间隧道单洞单线小断面正交, 前者比后者断面要大, 不需进行较复杂的挑顶与反挑顶施工, 拟采用以下方案施工[2]:
第一步:施工通道加强段施工。施工通道从距终点里程5m开始, 初期支护进行加强:架设I25型钢拱架, 拱架间距为0.5m/榀;拱顶、拱墙布设Φ28中空注浆锚杆, 间距1.0×0.5m, 长4m;挂双层Φ8钢筋网@200×200mm;喷砼32cm厚。
第二步:过渡导坑施工。按施工通道2-2断面开挖至区间隧道对侧, 作为过渡导坑。同时进行初期支护, 拱顶、拱墙布设Φ28中空注浆锚杆间距1.0×0.5 m, 长4 m;挂双层Φ8钢筋网@200×200 mm;按0.5m/榀间距架设I25工字钢拱架;喷砼32cm厚。
第三步:交叉口区间隧道预支护。在过渡导坑两侧沿区间隧道开挖轮廓线外边缘打设φ42超前注浆导管, 预注浆加固交叉口处岩体。导管布设范围为拱顶至两侧曲墙段下1 m, 导管长4.5 m, 环向间距为30cm, 纵向间距为3m, 每侧布设2环。
第四步:区间隧道门式梁施工。为使过渡导坑钢架拆除后荷载传递, 在交叉口处区间小断面初期支护上凿槽安设交叉口处加强梁钢筋并浇注混凝土, 形成门式梁传力结构, 并在交叉口处沿拱架密排3排4m长Φ28中空注浆锚杆锁口, 锚杆间距为0.5×0.5m, 施工中过渡导坑初期支护钢拱架与加强梁可靠连接, 形成整体受力体系。
第五步:破除过渡导坑钢架。按区间小断面全断面开挖方法破除过渡导坑初期支护, 拆除区间隧道开挖轮廓线范围内的过渡导坑钢架, 拆除后及时安装区间隧道口部钢拱架, 区间隧道钢拱架及分布筋与门式加强梁可靠连接。拆除过程中加强对过渡导坑初期支护的监测, 及时反馈施工。
第六步:交叉口处过渡导坑钢架全部割除与门式加强梁成整体后, 按照区间隧道正常施工顺序进行开挖, 开挖过程中小药量弱爆破法施工, 确保施工安全。
第七步:在一侧 (靠车站侧) 开挖完成20m以上后, 开始施工另一侧, 重复第三、四、五、六步。
2.2.2 施工控制要点
为确保施工安全, 施工通道与区间隧道小断面交叉口处需采取以下加强处理措施:
(1) 施工通道靠近交叉口5m范围内初期支护进行加强:采用I25型钢拱架, 拱架间距为0.5m/榀;拱顶、拱墙布设Φ28中空注浆锚杆, 间距1.0×0.5m, 长4m;挂双层Φ8钢筋网@200×200mm;喷砼32cm厚。
(2) 区间隧道在交叉口附近前后各5 m范围内初期支护进行加强:采用I25型钢拱架, 拱架间距为0.5m/榀;拱顶、拱墙布设Φ28中空注浆锚杆, 间距1.0×0.5m, 长4m;挂双层Φ8钢筋网@200×200mm;喷砼32cm厚。
(3) 区间隧道在交叉口两侧, 均密排3榀I25钢拱架加强。
(4) 施工通道靠近交叉口5m范围内和区间隧道在交叉口附近前后各5m范围内二次衬砌进行加强:主筋采用Φ25钢筋@200mm, 分布筋采用Φ16钢筋@150mm, 拉结筋采用Φ10钢筋@400×300mm。
(5) 施工通道靠近交叉口5m范围内和区间隧道在交叉口附近前后各5m范围内拱架连接筋均采用Φ25钢筋, 内外双层布设;锁脚锚杆加强为每榀拱架每个单元两端设置2根Φ25砂浆锚杆, L=4.0m。
2.2.3 施工注意事项及保证措施
(1) 严格按技术交底进行施工, 根据围岩情况, 支护措施只能加强, 以保证工程的安全和质量。现场技术人员要及时做好服务指导和现场监督检查工作。
(2) 施工时, 注意控制周边眼的角度和长度, 确保断面成型后超挖小于10cm。测量组要加强断面检查, 并在对现场施工人员的书面测量交底中详细说明相关数据。
3 小断面扩挖成大断面转换施工[3]
K5+539.333处为1-1与2-2断面交叉口处, 其转换施工方法由于断面变化, 交叉口处受力复杂, 因1-1断面比区间隧道2-2断面小, 需进行挑顶与反挑顶施工, 施工难度大, 安全风险高, 施工时精心组织, 精心施工, 确保施工安全。
3.1 小断面加强段施工
小断面从距终点里程5m开始, 初期支护进行加强:架设I25型钢拱架, 拱架间距为0.5m/榀;拱顶、拱墙布设Φ28中空注浆锚杆, 间距1.0×0.5m, 长4m;挂双层Φ8钢筋网@200×200mm;喷砼32cm厚。
3.2 过渡导坑施工
小断面开挖至大断面端墙位置时, 以端墙位置为起点施工过渡导坑, 导坑全长为区间隧道断面宽度, 底部设计高程为区间隧道小断面端墙位置底部高程;
过渡导坑开挖采用直墙拱形断面, 断面大小与施工通道基本一致, 并根据导坑位置适当进行调整, 防止导坑与区间隧道2-2断面上导坑冲突使造成超挖。过渡导坑采用矿山法全断面开挖施工, 按喷锚方式进行临时支护, 架设I20型钢拱架, 拱架间距为0.5m/榀;拱顶、拱墙布设Φ25中空注浆锚杆, 间距1.0×0.5m, 长4m;挂双层Φ8钢筋网@200×200mm;喷砼32cm厚。
3.3 挑顶形成上断面
在过渡导坑施工到终点位置时, 顶部高程与1-1断面顶部高程一致, 在此基础上, 对上半断面进行挑顶开挖和周边扩挖, 形成1-1断面上半断面, 然后按1-1断面进行支护。隧道爆破前将作业台架退回3#施工通道内避让。
3.4 反挑顶开挖
从终点位置反向向起点进行反挑顶施工, 反挑顶过程中, 由于存在高差, 在底部垫碴以升高开挖台架, 使斜井的开挖台架顶部距隧道拱顶1米左右, 形成上断面开挖条件。然后根据区间隧道1-1断面结构尺寸往起点方向反挑顶开挖, 形成1-1断面上台阶。开挖时拆除过渡导坑临时支护。
4 K5+646.057处转换施工 (大断面转换小断面)
K5+646.057处为2-2大断面与3-3小断面交叉口处, 由大断面向小断面转换较简单, 不需进行较复杂的挑顶与反挑顶施工, 拟采用以下方案施工:
第一步:2-2断面加强段施工。2-2断面从距终点里程5m开始, 初期支护进行加强:拱架间距调整为0.5m/榀;拱顶、拱墙布设Φ28中空注浆锚杆, 间距1.0×0.5 m, 长4 m;挂双层Φ8钢筋网@200×200mm[4]。
第二步:交叉口2-2断面预支护。在两个3-3小断面开挖轮廓线外边缘打设φ42超前注浆导管, 预注浆加固交叉口处岩体。导管布设范围为拱顶至两侧曲墙段下1m, 导管长4.5m, 环向间距为30cm。
第三步:交叉口3-3断面门式梁施工。在交叉口处3-3小断面初期支护上凿槽安设交叉口处加强梁钢筋并浇注混凝土, 形成门式梁传力结构, 并在交叉口处沿拱架密排3排4m长Φ28中空注浆锚杆锁口, 锚杆间距为0.5×0.5m。
第四步:2-2断面端头墙加强支护。在3-3断面开挖轮廓线外的端墙进行如下加强支护: (1) 采用Φ28中空注浆锚杆@0.5×0.5m, 锚杆长4.0m。 (2) 用双层Φ32钢筋网进行加固, 钢筋网间距@200×200mm。
第五步:3-3小断面开挖。按照3-3断面正常施工顺序进行开挖, 开挖过程中小药量弱爆破法施工, 确保施工安全。
为确保施工安全, 2-2大断面与3-3小断面交叉口处需采取以下加强处理措施: (1) 2-2大断面靠近交叉口5m范围内初期支护进行加强:拱架间距调整为0.5m/榀;拱顶、拱墙布设Φ28中空注浆锚杆, 间距1.0×0.5m, 长4m;挂双层Φ8钢筋网@200×200mm。 (2) 两个3-3小断面在交叉口附近5m范围内初期支护进行加强:采用I25型钢拱架, 拱架间距为0.5m/榀;拱顶、拱墙布设Φ28中空注浆锚杆, 间距1.0×0.5m, 长4m;挂双层Φ8钢筋网@200×200mm;喷砼32cm厚。 (3) 3-3断面在交叉口位置, 均密排3榀I25钢拱架加强。 (4) 2-2大断面靠近交叉口5m范围内和3-3小断面在交叉口附近各5m范围内二次衬砌进行加强:所有二衬钢筋在原设计基础上提高一个级别。 (5) 2-2大断面靠近交叉口5m范围内和3-3断面在交叉口附近前后各5m范围内拱架连接筋均采用Φ25钢筋, 内外双层布设;锁脚锚杆加强为每榀拱架每个单元两端设置2根Φ25砂浆锚杆, L=4.0m。
5 结语
在地铁隧道施工中经常存在各种断面之间的转换, 尤有小断面和大断面转换为常见。进入交叉口施工后, 由于断面变化较大, 交叉口处受力复杂, 施工难度大, 安全风险高。该文介绍的施工方法及其之间的转换, 通过合理的施工方法, 保证了工程安全, 确保工程质量, 为类似工程的设计和施工积累了一定的经验。
摘要：针对黄茅坪-高义口区间隧道遇到的大小断面转换施工, 就断面变化较大, 交叉口处受力复杂, 施工难度大, 安全风险高等技术问题进行研究, 并采取了一系列的工程措施, 在具体工程施工中得到了成功的应用。
关键词：区间隧道,大断面,转换,施工技术
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[3]刘洪伟, 王斌.铁营孜矿岩巷小断面扩刷大断面硐室施工方法[J].能源技术与管理, 2012 (5) :81-97.
地铁区间隧道 篇10
对于地铁施工中, 盾构机的装备技术在近些年的发展中取得了较大的进步, 我国已经可以独立制造盾构设备, 但是在刀盘主轴、关键刀具等部件上的制作与国际具有一定的差距。另外, 我国城市地面环境比较复杂、建筑物密度比较大, 因此, 在地铁建设中, 一般采用的盾构设备为土压平衡式盾构式设备。但是我国环境差别比较大, 对于不同地层的盾构设备的选用是一项关键的步骤。
2 管片生产质量控制
管片的质量对于隧道质量和隧道的安全系数具有重要的作用。为了保证管片的生产质量, 需要对管片厂的管片生产方案、管片的脱模以及管片的原材料质量、混凝土配合比等各方面工序上进行严格的监督。具体要求是:在管片生产的前三个月, 需要对管片的生产组织进行严格的审查, 监督施工单位对专业人员进行培训等教育活动, 然后在管片生产前, 对管片进行质量控制, 如果出现质量问题, 应立即停止生产。对于管片生产的原材料方面, 应对管片原材料的质量提供良好的保障, 对于进场的钢筋混凝土、砂石料等原材料, 进行见证取样, 抽样检查合格后进行批准使用。对于混凝土的配合比方面, 需要进行严格的控制。在进行组模前, 需要把脱模剂进行均匀的涂抹, 并进行模具的检查。在进行混凝土浇筑时, 对混凝土的抗压能力以及抗渗性等进行检验试验。对于成品管片, 要对管片的生产质量进行严格的把控。
3 盾构掘进与管片拼装
(1) 进行盾构掘进与管片的拼装质量上, 需要对盾构机姿态以及管片的选型等都需要进行严格细心地审查。在管片日常检查中, 需要对管片的错台、渗漏以及破损或者裂缝方面进行严格的检查, 并做好详细的记录, 如果在施工中出现管片破损的现象, 需要进行及时的更换。 (2) 对盾构机的推力、扭矩、油缸行程以及地质情况等进行数据分析, 对于不同地层盾构推进的规律下, 更好地进行成型隧道的控制拼装。 (3) 为了保证盾构始发质量, 始发架需要进行精准的定位, 做好定位的防护措施, 进行防滚动设施的安装, 盾构机应当调整为抬头状态, 在刀盘中心处应当比设计轴线稍高, 在始发架与洞门之间进行导轨的安装, 避免盾构机出现载投的现象。 (4) 对于管片盾构进出洞口的连接处, 要在未浇筑振捣前或者没有达到设计强度前进行管片的拉紧装置, 也就是在洞口十环管片中用型钢沿着隧道进行纵向拉紧, 防止洞口管片出现环缝松弛的现象, 避免漏水的发生。
4 防水施工工艺控制
(1) 同步注浆质量控制:为了保证注浆时填充盾尾间对位隧道的首道防水线, 需要在进行注浆时进行同步注浆, 注浆需要注实, 避免发生漏注的现象, 这样可以更好地提高防渗性能。 (2) 管片接缝处的防水质量控制:管片接缝处的防水质量是隧道防水的重要工序, 对于管片接缝处的防水控制, 主要从防水的材料质量、管片的粘贴质量、以及管片的止水条凹槽质量进行全面的控制。对于防水材料的质量控制上, 需要进行生产厂家的实地考察, 分析生产厂家的生产工艺以及生产质量保证体系, 需要保证生产厂家的生产能力符合国家的标准, 然后需要对防水条每一批次进行见证取样, 并进行实际的实验, 试验合格后才可以进行实际的使用, 此外, 需要对防水条进行水压实验, 保证防水条的水压能力达到合格的要求。对于止水条的粘贴质量控制, 要在管片进行拼装前进行认真地检查, 防止止水条产生松动的现象, 在变形缝处需要进行防水保护。对于管片止水条的凹槽处, 主要检查凹槽附近是否存在破损现象, 对于细微处的凹槽裂缝要进行仔细的检查, 对于发现的止水条的破损处, 需要进行报废处理。 (3) 手孔封堵及嵌缝:隧道内的管片进行拼装后, 为了防止手孔和管片拼装的接缝间出现漏水的现象, 需要在道床表面下手孔封堵与道床混凝土浇筑同时完成。其他的手孔封堵可以采用微膨胀水泥进行施工作业。隧道的螺栓以及螺帽等需要进行防锈处理, 在进行管片拼装安装前, 对管片拼接的螺栓进行拧紧检查, 并保持手孔内的干净整洁, 禁止垃圾杂物的出现。 (4) 堵漏的控制:在进行日常的检查中, 应当对管片的破损渗漏现象进行及时的检查, 并针对出现这种现象的原因进行总结。保证在掘进隧道结束后, 对于管片出现渗漏的现象进行防渗漏方案的制定, 并及时采取措施进行解决。
5 洞门施工质量控制
针对洞门的施工特点, 需要将洞门的施工工序进行合理的规划, 按照施工工序进行施工。针对不同的施工工序, 对不同的质量控制点进行检查, 如果发现不合格的现象, 要进行解决, 然后才能进行下一道施工工序。 (1) 洞门防水施工:对于洞门处的防水施工, 洞门防水首先是拆零环管片前用双液浆对临近洞门的3 环管片进行二次注浆, 进行空隙的填充以及下水通道的封堵。为了保证防水质量的有效性, 需要在零环管片拆除后进行基面的清理, 并针对渗水点进行封堵, 如果暂时封堵不成功的, 应在结构施工完成后进行再次注浆的封堵。等到洞门基面干燥后, 进行遇水膨胀止水条的安装处理, 保证止水条的安装牢固, 防止产生松脱的现象。 (2) 钢筋绑扎:按照设计图纸的要求进行钢筋的绑扎和下料时, 需要保证钢筋的数量以及钢筋的间距等达到设计要求, 保证钢筋的焊接质量。 (3) 模板安装:在对于混凝土的整体浇筑以及振捣, 支撑必须要牢固, 防止出现沉降现象。此外, 为了防止混凝土浇筑出现漏浆的现象, 需要在模板与管片间进行间隙的加强处理。 (4) 洞门混凝土浇筑:洞门处的混凝土浇筑配合比要进行混凝土的坍落度实验, 进行抗压抗渗性能的检测。在进行结构浇筑时, 为了保证混凝土的施工振捣质量, 结合人工与机器进行振捣, 保证每个洞门的混凝土要在三小时之内浇筑完毕, 在混凝土浇筑后的一星期, 才能进行机型钢模的拆除。
6 结束语
使用盾构法进行城市地铁施工, 目前已经被广泛的采用, 随着我国城市建设脚步的不断推进, 我国城市地铁建设不断朝着大深度以及更加复杂化的方向发展, 这使地铁隧道的施工产生了更加复杂的问题与挑战。但是, 随着科学技术的不断进行与施工机械设备的不断更新, 盾构法在地铁施工中将更加完善。
参考文献
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地铁区间隧道 篇11
本文主要论述某地铁项目的3.5 km区间隧道的工程地质勘察以及初期支护的选择，此区间隧道的埋深为12 m～30 m，笔者有幸参与了其中的一部分工作。
在该工程的初步设计阶段，根据围岩的详细地勘资料，给出围岩的分级类别是选择相应支护条件的必要工作。Hoek等人在1995年就提出了几种围岩分级体系以便于建立岩体的岩性特征表，隧道的所需支护系统由RMR值、Q值、GSI值以及新奥法的基本理论决定。然而，仅由围岩的分级体系并不足以计算出围岩的应力重分布、支护反力、围岩变形，因此，除了经验工程类比法外，还应引入数值模拟计算的方法。
2 地质概况
本地铁区间的主要地层为:第四纪冲积层、安卡拉粘土层、中新世火山沉积层。
1)第四纪冲积层主要由粉质粘土层、亚粘土层、粘质砂砾透镜体以及这些组分的混合层构成。
2)安卡拉粘土层是上新世的沉积层，颜色为褐红色，主要由夹砾石的粉砂质粘土层构成，该土层含有膨胀性晶格粘粒矿物的蒙脱石。
3)中新世火山沉积层主要包含安山岩、英安岩、凝灰岩、火成岩:a．安山岩为粉红色，主要包含斜长石、黑云母、角闪石;b．英安石为灰白色，主要包含钾长石、晶石、黑云母;c．奶白色的凝灰岩主要包含的矿物与英安岩一样，并且孔隙率大，岩块表面有较柔和的剖痕;d．火成岩主要由安山岩、英安岩碎块组成，直径从几毫米至一米不等，基岩主要由凝灰岩构成，因风化程度不同而有不同的颜色，如白色、灰色、红色。
3 工程地质条件
地勘结果显示将近50%的隧道里程将穿越灰色、酒红色、红棕色的中风化、微风化的安山岩。安山岩的极限抗压强度(UCS)从6 MPa变化到80 MPa，普遍大于25 MPa(见表1)。节理面较粗糙，节理面之间有粘土、方解石等的充填物。围岩的RQD值为11%～85%。
隧道区间约15%的总里程段将穿越灰白色、奶白色—浅褐色—粉红色的中风化、微风化的英安岩。从表1可以看出，英安岩的强度从22 MPa变化到100 MPa，并普遍大于80 MPa。节理空隙为1 mm～2 mm，并有方解石充填物，RQD从53%变化到59%。
隧道总里程的19%区段将穿越绿灰色的火成岩，其强度为9 MPa～75 MPa。火成岩层以及凝灰岩透镜体包含直径100 mm的火山岩碎块。碎块之间有粘土充填，RQD为55%～97%。
室内实验(ISRM1981)得到了四种火山岩的基本物理力学参数:单位体积重量、孔隙率、单轴抗压强度、抗拉强度等等。此外，岩体的变形实验可以得出岩体的变形模量以及泊松比，详见表1。
4 数值模拟
为了验证初步设计给出的支护系统和开挖方法，使用有限元软件PHASE2进行数值模拟。由于采用平面应变问题的分析模式，所以，在初始地应力状态下，围岩的两个主应力在开挖面内，而第三主应力在开挖面外。真实的三维应力张量可以分解成三个相互正交的应力，这样就与二维的计算模型相一致了。本次数值模拟在二维状态下考虑了围岩的非线性变形，并且根据霍克—布朗破坏准则来考虑开挖面的应力状态和塑性区分布状况。隧道围岩力学参数详见表2。通过不同的数值模型来模拟各施工工况。
在所有的模型中，隧道的几何模型以及水平向与竖直向应力比都是相同的。隧道的宽度、高度分别为15.2 m,13.2 m，如图1所示。当然，水平应力σh是比较难估算的。1980年霍克、布朗分析了全世界范围内的数据，并指出在浅埋情况下，水平应力是一个变量，并在某一高度趋向于静水压力状态。按照1995年Hoek等人提出的概念，在本项目中，假设σh=σv。
在所有的数值模型中，隧道的埋深为11.5 m～38 m，并在开挖面附近加密有限元的网格划分。模型的左、右水平向施加了水平约束，并在模型的底部施加了垂直约束。除了模型的上面边界，其他边界都设置为10倍的隧道直径长度。
数值模型包括了开挖、支护等一些施工步骤。在第一阶段，为初始应力阶段，根据自重应力场得出初始应力状态，紧接着模拟为开挖、支护步骤，在所有的模型中，支护单元由按工程类比法设计的锚杆和喷射混凝土构成。
在开挖后，立即施加支护，而真实的情况为从开挖至施加支护的过程中必有一个应力释放以及重分布的过程。为了模拟这个现象，在该软件中设置了应力释放率的选项。
图2为隧道穿越凝灰岩时的开挖、支护荷载计算步骤。这个模型包括:初始应力阶段、上台阶开挖阶段、相应支护施加阶段(锚喷)、下台阶开挖阶段、相应支护施加阶段(锚喷)。
图3中给出了K8+438～K9+518区段的数值模拟结果，从图中可以得到支护情况下和毛洞情况下的总的垂直向和水平向的位移情况。对比毛洞情况，施加了相应的支护后，位移减少了将近50%，效果显著。
分析结果显示，本工程的最大问题将会出现在隧道穿越凝灰岩区段，从图3a)可以得出毛洞室的最大的总位移以及大的塑性分布区。而当施加支护后，如图3b)所示，隧道周边的位移是显著减小了，塑性区也大为缩小。并且可以看出，在软弱围岩中，应力状态发生了变化。在这些区域普遍的观点是应该根据实际情况，进行注浆加固，包括掌子面前方的超前管棚支护。
5 结语
有限元分析可以用来估算基于围岩分级体系的基本公式的支护系统的作用效果。结果显示当施加推荐的支护体系时，屈服单元和最大的位移值将大为减小。同时，建议围岩分级体系应该和数值工具同时使用。
尽管用数值模拟对围岩特征属性的估算是非常重要的，然而，值得一提的是围岩特征属性的估算不是一门精确科学，而应该在监控量测结果的基础上，对围岩特性和数值模型进行优化。
摘要：基于所建项目的围岩特征条件,运用有限元手段对开挖各阶段的力学、位移特征做了详尽分析,指出了针对该项目的合理支护方式,旨在为类似项目的开挖、支护提供借鉴。
关键词：地铁区间,围岩力学特性,支护方式,有限元
参考文献
[1]梅志荣.高速铁路隧道全断面预加固技术的应用研究[R].青岛:第十五次全国岩土锚固学术研讨会,2007.