| 城市轨交小间距暗挖隧道加固方案研究 |
| 日期：2016-9-19 14:22:46 来源：互联网 浏览数： |
近年来由于特殊地质及地形条件、线桥隧衔接方式、总体路线线形和工程造价等原因的限制，周爱国[1]提出双洞隧道左右线间距不能保证达到规范要求时，必须采用小净距隧道及连拱隧道等特殊结构型式。从目前来看，采用连拱隧道的工程较多，但连拱隧道存在安全性不易保证、衬砌易出现裂缝、进出口浅埋段及低类别围岩段工程造价过高等缺点。采用小净距隧道方案[2]，不仅能很好地满足特殊地质及地形条件、线桥隧衔接方式、总体路线线型等特殊要求，而且有利于公路整体线型规划和线型优化，能较好地解决连拱隧道存在的缺点，取得良好的技术经济效果。
1· 工程概况 石家庄城市轨交1 号线张营停车场———西王站区间由西王站引出后，沿中山西路向西敷设，南绕石家庄西环下行铁路路基、石太引入线下行铁路路基、石太引入线上行铁路路基及石家庄西环上行铁路桥后，继续向西敷设，北转并下穿中山西路后至西三环东侧绿地，再接入张营停车场。右RK0+019.100～右RK0+455.000 范围内为暗挖段，暗挖区间下穿现况中山西路、南侧绿地及既有铁路线，区间顶覆土4.0～10.50 m，采用矿山法施工。单线单洞浅埋暗挖隧道，位于中山西路及南侧绿地下方（见图1）。结构最大开挖宽7.0 m，覆土4.2～10.5 m，采用台阶法施工。暗挖断面拱部位于黄土状粉土层及黄土状粉质黏土层。两隧道间净距0.2～3.0 m。  2 ·小净距隧道加固方案 横通道二衬达到设计强度后，开挖横通道单线单洞左线小断面隧道。隧道采用超前小导管注浆加固地层，采用台阶法施工，中部加设临时仰拱，上下导洞间隔3～5 m。由于两小断面之间的净距0.2～3.0 m，为保证施工安全、土体的稳定性，所以采用径向小导管注浆加固隧道间土体。开挖左线的同时，向右线左侧土体加设φ42 mm 小导管，并注浆加固土体。当隧道净距＜2.0 m 时，初支纵向连接筋加强，纵向连接筋采用φ22 mm，内外侧间隔布置，环距0.6 m。区间径向小导管与左、右线的初支格栅钢架焊接牢固，锁脚锚管结合径向小导管设置。当左右线净距＞2.0 m 时，两线间的锁脚锚管需要埋入土体，长度根据结构净距进行调整。 单线单洞左线隧道进洞30 m 后，再开挖单线单洞右线隧道。右线小断面隧道采用台阶法施工，中部加设临时仰拱。为减少近距离隧道施工的偏压影响，上、下2 个导洞需间隔15～20 m。开挖时加强对左线的监控量测，并根据监测结果修正暗挖施工方案。超前小导管拱部150°范围内隔榀设置，与水平面之间的夹角为20°25°注浆压力为0.3～1.0MPa，根据现场情况适当调整。右RK0+200、RK0+205 处，暗挖段下穿2 条DN1200 排水管，管线前后2 m 范围小导管每榀设置。过管线前进行超前探测。 3 ·数值分析 3.1 土体参数及模型建立 根据勘察报告中提供的数据，结合小间距隧道所处的土体断面，应用三维有限元软件，进行网格划分，形成相应的计算单元；并对相应计算处的网格进行加密。土体模型见图2。  相应的土层信息为：1-1 杂填土的天然密度为1.65 g/cm3，黏聚力为0 kPa，摩擦角为8°；1-2 素填土的天然密度为1.60 g/cm3，黏聚力为8 kPa，摩擦角为10 ；2-2 黄土状粉质黏土天然密度为1.81 g/cm3，孔隙比为0.689，压缩模量为7.5MPa，黏聚力为37 kPa，摩擦角为24 ，渗透系数为0.1 m/d；3-1 黄土状粉质黏土天然密度为1.94 g/cm3，孔隙比为0.695，压缩模量为7.3 MPa，黏聚力为35 kPa，摩擦角为21 ，渗透系数为0.1m/d；3-2 黄土状粉土天然密度为1.86 g/cm3，孔隙比为0.688，压缩模量为11.0 MPa，黏聚力为25 kPa，摩擦角为29 ，渗透系数为0.5m/d；5-1 粉质黏土天然密度为1.99 g/cm3，孔隙比为0.682，压缩模量为5.1 MPa，黏聚力为37 kPa，摩擦角为18 ，渗透系数为0.1 m/d。 3.2 右线隧道开挖时双线隧道的变形分析 计算土体的竖向应力，见图3。从云图中可以看出位于隧道底部的土体应力相对于隧道周边土体的应力较小，并且2 个隧道周边的土体应力成对称变化。这说明，隧道的开挖对隧道周边土体造成了卸载效应，卸载效应在隧道底部表现得较为明显；也说明底部土体的变形趋势较大。  双线圆隧道开挖后，土体位移的等势曲线见图4。说明在隧道周边的土体因为隧道的开挖产生了不同的位移。从等势（位移大小一致）线的分布疏密程度中也可以看出，位于隧道底部附近的土体位移较大；位于双线圆隧道顶部的位移较小。这种土体位移的不均匀，从另外的角度说明隧道支撑结构自身存在着一定的压曲变形。  土体位移矢量见图5。从图5 中可以看出，右线隧道开挖后，仍然出现了隧道上浮的状况，但土体的隆起状况没有超过《建筑基坑工程监测技术规范》位移限制值，属安全状态。  为了能够更加清楚地观测右线隧道开挖后自身对周边土体带来的影响，以及两侧隧道开挖后对周边土体的累计影响，本次数值试验分别计算了两种工况产生的位移值。从图6 中可以看出，在右线隧道开挖后，位移主要发生在隧道的周边，而且最大位移发生在隧道开挖的底端，最大值为1.1 mm，顶端位移相对较小，说明右线隧道也产生了一定量的压缩变形。具体变形情况在力学参数中加以分析。  隧道开挖后土体的扰动最大处发生在双线圆隧道之间，见图7。由于在实际工程施工中，我们提前对此处土体进行了加固，因此位移值有所控制，最大位移值为3.8 mm，在限值范围内。  计算了右线隧道支撑结构成形后的轴力，见图8。从图8 中可以看出，隧道轴力沿混凝土环分布较均匀，位于混凝土环顶部的混凝土格栅受力最小。与此同时，位于混凝土环底部的结构轴力值最大，最大值达到-798.98 kN/m。  计算了隧道支撑结构形成后的剪应力图，见图9。从图9 中可以看出，隧道剪应力沿斜向45 对称轴对称：其中最大的剪应力发生在2 个对称轴上，剪应力最大值为71.71 kN/m；最小剪应力值发生在垂直与水平对称轴与隧道的交叉处，说明此处弯矩出计算了右线隧道支撑结构成形后的轴力，见图8。从图8 中可以看出，隧道轴力沿混凝土环分布较均匀，位于混凝土环顶部的混凝土格栅受力最小。与此同时，位于混凝土环底部的结构轴力值最大，最大值达到-798.98 kN/m。 计算了隧道支撑结构形成后的剪应力图，见图9。从图9 中可以看出，隧道剪应力沿斜向45 对称轴对称：其中最大的剪应力发生在2 个对称轴上，剪应力最大值为71.71 kN/m；最小剪应力值发生在垂直与水平对称轴与隧道的交叉处，说明此处弯矩出现了极值，此处支撑结构变形值最大。 计算了右线隧道支撑结构形成后的弯矩，见图10。从图10 中可以看出，隧道的弯矩沿竖向与横向对称（这与剪应力变化图的力学行为相符合），最大弯矩值为139.15 kN·mm。  4· 结语 通过对石家庄地区小间距隧道矿山法掘进过程中加固材料以及加固方案的研究，得出的结论如下： 对加固方案进行研究，通过数值试验方法，验证了方案的合理性，并在今后类似工程中对加固方案进行推广。 |
| 相关阅读 |