復(fù)雜地層地鐵超大斷面隧道施工關(guān)鍵技術(shù)研究

張業(yè)勤

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川成都 610081)

復(fù)雜地層地鐵超大斷面隧道施工關(guān)鍵技術(shù)研究

張業(yè)勤

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川成都 610081)

以深圳地鐵7號(hào)線BT項(xiàng)目為例，針對(duì)超大斷面隧道施工中存在的小間距、淺埋偏壓及非對(duì)稱連拱工況，分析了工程施工的重難點(diǎn)，并通過(guò)工程類比與理論研究，提出了不同條件下超大斷面隧道開(kāi)挖方案和支護(hù)措施，確保了施工的安全性。

超大斷面，小間距，淺埋偏壓，數(shù)值模擬

近幾年，隨著城市交通的快速發(fā)展，涌現(xiàn)了大量超大斷面隧道工程，如北京地鐵西單車(chē)站［1］。按照國(guó)際隧道協(xié)會(huì)(ITA)定義的隧道的橫斷面面積的大小劃分標(biāo)準(zhǔn)，大于100 m2的為超大斷面隧道［2］。但是超大斷面隧道工程，由于斷面面積較大，因而工程施工規(guī)模也較大，施工技術(shù)相對(duì)較為復(fù)雜，施工工序繁瑣，且國(guó)內(nèi)技術(shù)規(guī)范相對(duì)滯后;開(kāi)挖方案的選擇主要依靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，施工技術(shù)措施也是偏于保守，常常導(dǎo)致施工效率低下。因此研究超大斷面隧道施工技術(shù)、優(yōu)化相關(guān)施工參數(shù)、制定合理的施工措施已經(jīng)成為隧道工程施工管理的重要內(nèi)容［3］。中國(guó)電建深圳地鐵7號(hào)線BT項(xiàng)目是深圳市軌道交通三期工程重大項(xiàng)目之一。地質(zhì)條件復(fù)雜多變，隧道斷面大，雙線隧道最大斷面為275 m2，連拱隧道最大斷面為424 m2。在國(guó)內(nèi)地鐵設(shè)計(jì)中極為罕見(jiàn)。而且存在多種極端工況，比如超大斷面小間距、偏壓淺埋、非對(duì)稱連拱等等。雖然在公路和鐵路工程領(lǐng)域?qū)τ陬愃乒こ添?xiàng)目已展開(kāi)研究，并取得了一定的成果［4］，但在地鐵施工領(lǐng)域如此集中成批出現(xiàn)還是首次，因此本次研究具有開(kāi)拓意義，在國(guó)內(nèi)居領(lǐng)先并具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 超大斷面小間距隧道施工技術(shù)

1.1 工程概況

選取深云車(chē)輛段出入線SKD1+839.393～SKD2+018.751區(qū)間中SKD1+991.700斷面進(jìn)行研究。本區(qū)間地下水位較高，隧道洞室大部分位于地下水位以下。地層以軟弱松散的殘積層為主。且根據(jù)所取地下水的水質(zhì)分析報(bào)告，本區(qū)間的地下水對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋均具微腐蝕性。

1.2 重難點(diǎn)及對(duì)策

1)區(qū)間地下水位較高，設(shè)計(jì)和施工時(shí)要注意地下水的不利影響，采取有效的截水、降水措施，防止出現(xiàn)涌水、涌砂等。同時(shí)應(yīng)注意地下水水位的下降，會(huì)引起地層固結(jié)沉降，進(jìn)而導(dǎo)致周邊建筑物、地下管線等的破壞。

2)殘積層及全、強(qiáng)風(fēng)化層遇水容易軟化，隧道開(kāi)挖后應(yīng)立即封底，防止其軟化。

1.3 方法和結(jié)論

針對(duì)超大斷面和小間距等施工中存在的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，研究主要成果如下:

1)針對(duì)該區(qū)段隧道，進(jìn)行了暗挖隧道施工方案的優(yōu)化，并結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、案例調(diào)研結(jié)果認(rèn)為，結(jié)合巖土工程地質(zhì)條件，采用注漿支護(hù)和預(yù)應(yīng)力錨桿加固相結(jié)合的方式，進(jìn)行小凈距隧道施工，充分利用隧道圍巖的自承、自穩(wěn)能力，保證隧道施工安全，且在工期、投資及環(huán)保等方面具備相對(duì)較大的優(yōu)勢(shì)。2)通過(guò)應(yīng)力分析認(rèn)為，在新線隧道和既有隧道的拱頂和拱角部位，采用注漿加固的辦法是比較合適的。3)針對(duì)該段隧道，對(duì)采用臺(tái)階法和全斷面法暗挖施工方案進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，結(jié)果表明:臺(tái)階法和全斷面法可以提高施工便利性，投資等方面，因此采用臺(tái)階法和全斷面法施工。4)通過(guò)數(shù)值模擬分析和拱頂沉降、水平收斂監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的回歸分析為后期施工預(yù)測(cè)提供參考數(shù)據(jù)，起到了優(yōu)化設(shè)計(jì)和指導(dǎo)施工的作用，也為工程的施工積累了經(jīng)驗(yàn)。5)基于工程類比和理論分析，提出了隧道開(kāi)挖的鉆爆法施工方案和支護(hù)措施，開(kāi)挖爆破均采用光面爆破，對(duì)爆破震動(dòng)加以控制，以利于中間巖柱的穩(wěn)定。施工過(guò)程中，隧道圍巖穩(wěn)定、變形量不大，未發(fā)生地表塌陷等事故，保證了施工安全，驗(yàn)證了本研究成果的正確性。

2 超大斷面淺埋偏壓隧道施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 工程概況

選取深圳市城市軌道交通7號(hào)線7302標(biāo)安托山停車(chē)場(chǎng)出入線ADK1+470.494～ADK1+550.494段為工程背景。場(chǎng)地區(qū)屬丘陵地貌，地形起伏較大，地面高程一般為48.50 m～83.00 m。本區(qū)段隧道最小埋深不足2.5 m，且隧道左右邊壁埋深相差超過(guò)15 m，屬于嚴(yán)重偏壓，根據(jù)隧道淺埋偏壓程度定義屬于淺埋偏壓，開(kāi)挖斷面超過(guò)200 m2，屬于超大斷面。

2.2 施工重點(diǎn)及難點(diǎn)

該區(qū)段隧道跨度大、埋深淺、有偏壓、地質(zhì)條件復(fù)雜，開(kāi)挖過(guò)程中出現(xiàn)坍塌、突水等緊急情況的可能性大，地面沉降難以控制，因此在開(kāi)挖過(guò)程中，施工難度很大，主要表現(xiàn)如下:1)隧道施工對(duì)臨近建筑物的影響。地鐵隧道開(kāi)挖施工時(shí)必須保證建筑物的安全和正常使用，保證企業(yè)的正常運(yùn)營(yíng)和居民的正常生活;2)隧道跨度大，最大斷面寬度15.33 m，為單洞三線隧道，施工工序多、結(jié)構(gòu)繁瑣，受力情況復(fù)雜;3)隧道的地質(zhì)情況復(fù)雜，開(kāi)挖部分為圍巖質(zhì)量較好的微風(fēng)化花崗巖，但上部同等級(jí)覆層較薄，主要為中等風(fēng)化花崗巖;4)隧道開(kāi)挖部分巖質(zhì)堅(jiān)硬，需要采用鉆爆法開(kāi)挖，但爆破對(duì)其復(fù)雜地層擾動(dòng)大，需要嚴(yán)格控制。

2.3 方法和結(jié)論

針對(duì)該隧道開(kāi)挖跨度大、淺埋偏壓施工中存在的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，主要取得如下成果:1)工法采用左右側(cè)壁及中洞分雙層六部分開(kāi)挖，減小一次開(kāi)挖面尺寸，保證施工安全進(jìn)行。2)利用預(yù)支護(hù)措施及平衡偏壓措施，可有效增強(qiáng)支撐強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性，減少安全費(fèi)用的投入，很好的解決了超大斷面隧道開(kāi)挖的安全性問(wèn)題。3)對(duì)該段隧道，采用雙側(cè)壁法的暗挖施工方案進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，結(jié)果表明:雙側(cè)壁法可以有效控制圍巖變形并使圍巖變形處在允許范圍內(nèi)，因此采用雙側(cè)壁法施工。4)通過(guò)數(shù)值模擬分析與實(shí)際地表沉降對(duì)比，結(jié)果表明:考慮地下水影響的數(shù)值計(jì)算值更加接近現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果，因此說(shuō)明地下水對(duì)隧道施工安全存在著顯著的影響。5)在工程實(shí)踐和理論分析的基礎(chǔ)上，提出了鉆爆法施工方案和支護(hù)措施，有效地保證了施工過(guò)程中隧道上覆地層的穩(wěn)定性，控制了爆破振動(dòng)影響。

3 超大斷面連拱隧道施工技術(shù)

3.1 工程概況

針對(duì)超大斷面連拱這兩個(gè)特點(diǎn)，選取標(biāo)安托山停車(chē)場(chǎng)出入線深云—安托山站區(qū)間左右線DK9+427.450～DK9+325段進(jìn)行施工關(guān)鍵技術(shù)研究。所選區(qū)段隧道中線埋深22 m。左右線隧道埋深約26 m，單洞單線隧道。根據(jù)隧道開(kāi)挖揭示地質(zhì)情況，安托山站北側(cè)隧道均以土質(zhì)為主。

3.2 施工重點(diǎn)及難點(diǎn)

該區(qū)段隧道深安區(qū)間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)斷面形式多，施工方法多樣，地質(zhì)條件復(fù)雜，開(kāi)挖過(guò)程中出現(xiàn)坍塌、突水等緊急情況的可能性大，地面沉降難以控制，因此在開(kāi)挖過(guò)程中施工難度很大，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:1)隧道施工對(duì)臨近建筑物的影響。地鐵隧道開(kāi)挖施工時(shí)必須保證建筑物的安全和正常使用，保證企業(yè)的正常運(yùn)營(yíng)和居民的正常生活;2)隧道跨度大，最大斷面寬度12.23 m，為單洞雙線隧道，施工工序多、結(jié)構(gòu)繁瑣，受力情況復(fù)雜;3)隧道的地質(zhì)情況復(fù)雜，開(kāi)挖部分為圍巖質(zhì)量較好的微風(fēng)化花崗巖，但上部同等級(jí)覆層較薄，主要為中等風(fēng)化花崗巖;4)隧道開(kāi)挖部分巖質(zhì)堅(jiān)硬，需要采用鉆爆法開(kāi)挖，但爆破對(duì)其復(fù)雜地層擾動(dòng)大，需要嚴(yán)格控制。

3.3 研究結(jié)論

針對(duì)該隧道開(kāi)挖跨度大、隧道洞口多，施工中存在的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，通過(guò)研究取得了如下主要成果:1)對(duì)該區(qū)段隧道，進(jìn)行了暗挖隧道施工方案的優(yōu)化，并結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、案例調(diào)研結(jié)果認(rèn)為，采用中隔墻法施工方案來(lái)保證隧道施工安全，而且該方法在縮短工期和環(huán)保方面優(yōu)勢(shì)顯著。2)針對(duì)該區(qū)段隧道，通過(guò)采用FLAC軟件對(duì)中隔墻法的暗挖施工方案進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，結(jié)果表明:中隔墻法可以控制圍巖變形并使圍巖變形處在允許范圍內(nèi)。3)采用的中隔墻法施工方案將隧道斷面一分為二，并在隧道斷面中部架設(shè)一臨時(shí)支撐隔墻，減小了開(kāi)挖斷面跨度，使斷面受力更合理，從而使隧道開(kāi)挖更安全、可靠。4)深圳地鐵隧道的監(jiān)測(cè)工作達(dá)到了預(yù)期效果，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得出回歸分析曲線，為后期施工預(yù)測(cè)提供參考數(shù)據(jù)，對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)和指導(dǎo)施工起到了積極的作用，也為工程的施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

研究針對(duì)不同條件下的超大斷面隧道，采用FLAC軟件對(duì)暗挖施工方法的各工序進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，分析各工序圍巖受力和變形的重點(diǎn)部位，預(yù)判變形處允許范圍，綜合考慮施工便利性、投資等多種因素，確定合理施工方案;并基于工程類比和理論分析，提出了不同條件下的超大斷面隧道開(kāi)挖的施工方案和支護(hù)措施，在施工中順利實(shí)施，確保了施工安全和地表安全，驗(yàn)證了研究成果的正確性，總結(jié)出有效施工方案，對(duì)今后類似工程可提出明確指導(dǎo)。

［1］ 曾慶元.超大斷面淺埋暗挖地鐵車(chē)站施工技術(shù)研究［D］.西安:西安科技大學(xué)，2014.

［2］ 程志鵬.特大斷面超淺埋暗挖地鐵車(chē)站隧道施工技術(shù)研究［D］.北京:北京交通大學(xué)，2009.

［3］ 黃 林.復(fù)雜條件下大斷面隧道施工關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.北京:北京交通大學(xué)，2015.

［4］ 陳林杰，梁 波，王國(guó)喜.淺埋暗挖超大斷面地鐵車(chē)站隧道開(kāi)挖方法研究［J］.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2013(4):928-933.

Study on critical construction technologies of the extra-large section tunnel of the subway with complicated stratum

Zhang Yeqin
(China Hydropower 7th Engineering Bureau Co.，Ltd，Chengdu 610081，China)

Taking Shenzhen subway line No.7 BT project as an example，in light of extra-large section tunnel construction problems，such as small-spacing，shallow-buried and unsymmetrical pressure and non-dynamic continuous arch，the paper analyzes the engineering construction difficulties and points.Through engineering analogy and theoretical research，it puts forward extra-large section tunnel excavation scheme and support measures under different conditions，so as to guarantee the construction safety.

extra-large section，small-spacing，shallow-buried and unsymmetrical pressure，numerical simulation

U455

A

1009-6825(2016)35-0161-02

2016-09-27

張業(yè)勤(1974-)，男，高級(jí)工程師