城市小凈距重疊隧道施工技術(shù)

孫旭東

城市小凈距重疊隧道施工技術(shù)

孫旭東

結(jié)合工程實(shí)例,對(duì)重慶軌道交通六號(hào)線一期工程大龍山車站小凈距重疊隧道的施工組織及施工方法進(jìn)行了總結(jié),在只利用一個(gè)施工通道的前提下,通過(guò)合理化組織及應(yīng)用信息化技術(shù),安全、優(yōu)質(zhì)、高效地進(jìn)行施工,大大縮短了車站及隧道施工工期,減小了爆破震動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響,確保了重疊隧道防水、二襯的整體性及耐久性。

小凈距,重疊隧道,施工技術(shù)

0 引言

本文針對(duì)城市小凈距重疊隧道施工這一技術(shù)難題,結(jié)合了重慶輕軌六號(hào)線大龍山車站及區(qū)間隧道工程實(shí)例及周邊復(fù)雜環(huán)境,針對(duì)小凈距重疊隧道施工的有關(guān)技術(shù)進(jìn)行了初步探索和總結(jié),為類似工程施工積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

大龍山站地處渝北區(qū),位于龍山大道和龍山路的交匯處,龍山大道路中,呈南北向布置,車站東北側(cè)為武警總隊(duì)招待所,東南側(cè)為商業(yè)住宅樓,西南側(cè)為逸靜豐豪住宅小區(qū),西北側(cè)為華渝儀表廠,建筑密度高。車站橫斷面圖見(jiàn)圖 1。區(qū)間隧道均位于龍山大道下方,小里程端右線長(zhǎng) 509.961m,左線長(zhǎng) 513.93m,線路水平間距 0m～9.43m;六號(hào)線大里程端右線長(zhǎng) 155.339m,左線長(zhǎng)155.717m,線路水平間距0m～8.065m,均為上下重疊小凈距隧道。

沿線表層主要為人工素填土及殘坡積粉質(zhì)粘土,厚 0.5 m～9.4m,下伏基巖主要為砂巖(中風(fēng)化巖體裂隙不發(fā)育,巖體完整系數(shù)0.69～0.71,飽和抗壓強(qiáng)度20.9MPa～36.7MPa,飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 23MPa,屬較軟巖)、砂質(zhì)泥巖(中風(fēng)化巖體裂隙不發(fā)育,巖體完整系數(shù)0.67～0.72,飽和抗壓強(qiáng)度8.6MPa～36.7MPa,飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 23MPa,屬較軟巖)等,以砂質(zhì)泥巖為主,砂巖多呈薄層及透鏡體,圍巖均為Ⅳ級(jí)。

2 施工組織

車站及區(qū)間隧道均通過(guò)斜井通道進(jìn)行組織施工。

1)斜井通道位于明挖車站小里程端,斜井放坡(14%坡度)進(jìn)入小里程六號(hào)線區(qū)間重疊隧道上洞(總長(zhǎng) 509.961m)進(jìn)行開(kāi)挖支護(hù),車站基坑土石方開(kāi)挖至底部時(shí),斜井口放坡至六號(hào)線下洞開(kāi)挖支護(hù),重疊段上洞底標(biāo)高放坡至下洞,形成上下洞兩個(gè)工作面同時(shí)施工,隧道及車站基坑土石方均用斜井運(yùn)出。2)因TBM在大龍山車站過(guò)站轉(zhuǎn)場(chǎng),先過(guò)六號(hào)線上洞后過(guò)下洞,為滿足TBM過(guò)站工期要求,在區(qū)間隧道上下洞分開(kāi)段(下洞里程ZDK23+984.3)處由上洞拉槽至下洞,進(jìn)入重疊隧道下洞施工,以增加重疊隧道工作面,土石方由斜井通道運(yùn)出。3)車站大里程六號(hào)線區(qū)間重疊隧道根據(jù)基坑開(kāi)挖進(jìn)度,安排先上洞后下洞的開(kāi)挖支護(hù)順序進(jìn)行施工,開(kāi)挖土方通過(guò)基坑由斜井運(yùn)出。4)車站兩端區(qū)間重疊隧道襯砌采用先施作下洞,待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后施作上洞襯砌,確保TBM順利通過(guò)。

3 施工難點(diǎn)及對(duì)策

重疊隧道段施工是本工程的重點(diǎn),重疊隧道段上下洞之間距離極近(下洞拱頂距上洞拱底僅0.2m),重疊部位長(zhǎng),設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,工藝要求較高,安全質(zhì)量控制難度大,又處在 TBM過(guò)站節(jié)點(diǎn)上,工期緊,并且此類硬巖小凈距重疊隧道在國(guó)內(nèi)外尚無(wú)此先例,對(duì)施工技術(shù)要求非常高,施工安全風(fēng)險(xiǎn)及工期壓力大。

主要施工對(duì)策：1)合理組織施工,加大資源投入,確保施工安全及TBM節(jié)點(diǎn)工期目標(biāo)。2)優(yōu)化方案,根據(jù)重疊隧道設(shè)計(jì)線路增加工作面,科學(xué)的調(diào)整施工工序,保證 TBM能順利步進(jìn)過(guò)站。3)采用短進(jìn)尺、弱爆破進(jìn)行施工。嚴(yán)格控制循環(huán)進(jìn)尺和裝藥量,采用分段微差爆破,控制裝藥量,減少重疊段下洞爆破震動(dòng)對(duì)上洞初支及地表和圍巖的擾動(dòng)。4)開(kāi)挖后及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù),隨挖隨支,嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行施作。5)加強(qiáng)洞內(nèi)變形、拱架應(yīng)力、地表沉降等項(xiàng)目的監(jiān)控量測(cè),以量測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果指導(dǎo)施工。

4 施工方案

4.1 重疊隧道開(kāi)挖方法的選擇與優(yōu)化

在重疊小凈距隧道施工方法的選擇中,對(duì)兩種開(kāi)挖方法進(jìn)行了優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比：

1)“先下洞,后上洞”施工流程：下洞開(kāi)挖初支→下洞二次襯砌→上洞開(kāi)挖初支→上洞二次襯砌。優(yōu)點(diǎn)：安全風(fēng)險(xiǎn)小。缺點(diǎn)：施工進(jìn)度慢(需先把基坑開(kāi)挖到底才能進(jìn)行隧道施工,后期上洞進(jìn)行開(kāi)挖時(shí)出渣困難),下洞施工完成后,開(kāi)挖上洞時(shí)將會(huì)對(duì)下洞二襯及防水造成嚴(yán)重破壞,對(duì)后期隧道防水影響極大。

2)“先上洞,后下洞”施工流程：上洞開(kāi)挖初支→下洞開(kāi)挖初支→下洞二次襯砌→上洞二次襯砌。優(yōu)點(diǎn)：施工進(jìn)度快(比上種施工方法可提前進(jìn)入隧道施工,提高上洞出渣速度,加快隧道施工進(jìn)度),對(duì)整個(gè)上下隧道二襯和防水不會(huì)造成任何影響,提高隧道整體防水質(zhì)量。缺點(diǎn)：安全風(fēng)險(xiǎn)較大。

鑒于以上原因,根據(jù)方案對(duì)比及 TBM過(guò)站節(jié)點(diǎn)工期要求,重疊隧道采用先上洞后下洞的施工方法,在確保安全質(zhì)量的前提下,能夠快速、高效的進(jìn)行區(qū)間隧道施工作業(yè)。

4.2 重疊隧道分開(kāi)段施工方案

4.2.1 重疊隧道分開(kāi)段拉槽施工

為保證節(jié)點(diǎn)工期,滿足TBM步進(jìn)通過(guò),重疊隧道分段開(kāi)挖采用上洞拉槽至下洞同步施工技術(shù),相應(yīng)的增加一個(gè)工作面可以加快施工進(jìn)度。

大龍山車站小里程區(qū)間隧道為保證上、下洞開(kāi)挖支護(hù)同時(shí)進(jìn)行,且保證安全,減小下洞出渣對(duì)上洞出渣的影響,對(duì)上洞區(qū)間隧道YDK 24+000～YDK23+960段做拓寬處理,在原開(kāi)挖洞身凈寬尺寸上每邊擴(kuò)挖 1.5m,洞頂標(biāo)高不變,待此擴(kuò)挖段施工完成后,上洞增設(shè)斜槽,放坡至下洞既定標(biāo)高,隨后上、下洞隧道同時(shí)進(jìn)行開(kāi)挖支護(hù)。斜槽里程為YDK 23+995～YDK23+963段,放坡段總長(zhǎng)32m,便道寬4.5mm,坡度14%,放坡高度4.48m,斜槽側(cè)壁適當(dāng)放坡(見(jiàn)圖2)。

4.2.2 支護(hù)參數(shù)安全性分析

為了檢驗(yàn)上洞出渣時(shí)雙洞圍巖的穩(wěn)定性,采用大型有限元軟件ANSYS對(duì)大龍山小凈距重疊隧道進(jìn)行穩(wěn)定性分析,以保證隧道上、下洞開(kāi)挖支護(hù)同時(shí)進(jìn)行。

隧道上洞寬7.92m,高6.348m;下洞寬8.16m,高8.437m。埋深取 18m,Ⅳ級(jí)圍巖。模型橫向計(jì)算范圍取 120m;豎向計(jì)算范圍取 60m。在車輛出渣的模擬過(guò)程中,假設(shè)在洞中有一輛卡車,重約 400 kN,每輛長(zhǎng)約 8m,將其線性分布在上洞臨時(shí)仰拱上,即在上洞的臨時(shí)仰拱上加上兩個(gè) 25 kN/m沿軸向分布的線性荷載,并乘以 2倍的車輛動(dòng)力系數(shù)。邊界條件：底部加水平和豎向約束,左右兩側(cè)加水平約束。上、下洞分別采用Ⅰ16和Ⅰ18工字鋼進(jìn)行臨時(shí)支護(hù),拱墻和仰拱使用C 25噴射混凝土。由于鋼架是0.8m/榀,在計(jì)算過(guò)程中,將其折算成鋼板。

材料在計(jì)算過(guò)程中的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表 1。

表1 初期支護(hù)參數(shù)表

有限元計(jì)算模型見(jiàn)圖 3。

通過(guò)有限元計(jì)算以后得到開(kāi)挖支護(hù)鋼拱架的內(nèi)力,結(jié)果見(jiàn)圖 4。

根據(jù)內(nèi)力分析結(jié)果,對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算,經(jīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),重疊隧道拉槽段主體結(jié)構(gòu)的支護(hù)參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。

4.3 施工監(jiān)測(cè)

監(jiān)控量測(cè)的項(xiàng)目主要根據(jù)地下工程的地質(zhì)條件、圍巖類別、跨度、埋深、開(kāi)挖方法和支護(hù)類型等綜合確定,針對(duì)本標(biāo)段區(qū)間隧道的實(shí)際情況,確定的量測(cè)項(xiàng)目主要有：

1)地表沉降及建筑物基礎(chǔ)沉降監(jiān)測(cè)：本標(biāo)段區(qū)間隧道施工影響區(qū)范圍內(nèi)上部地表和所有房屋及構(gòu)筑物進(jìn)行沉降觀測(cè)。2)地面建筑物爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)：在區(qū)間隧道施工影響區(qū)范圍內(nèi)布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)所有房屋及構(gòu)筑物進(jìn)行爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)。3)圍巖變形觀測(cè)：對(duì)隧道拱頂下沉及兩側(cè)邊墻的相對(duì)收斂值進(jìn)行觀測(cè)。4)拱架應(yīng)力監(jiān)測(cè)：對(duì)由圍巖變化給拱架造成的應(yīng)力改變進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)合理組織及充分的技術(shù)準(zhǔn)備,在施工過(guò)程中始終保持“技術(shù)超前”,同時(shí)注重“信息化施工”,采用變形監(jiān)測(cè)及爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè),確保了各項(xiàng)變形及振速控制在合理范圍之內(nèi)。充分結(jié)合工程特點(diǎn)及施工條件,對(duì)重疊隧道施工制訂了新穎、科學(xué)的實(shí)施性施工方法,降低了爆破震動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響,提高了重疊隧道的防水及施工質(zhì)量。

利用僅有的一個(gè)施工通道,確保了多工作面同時(shí)開(kāi)展施工,使各工作面進(jìn)度均較施組計(jì)劃超前。目前重疊隧道已完成 85%,拱頂下沉量最大值為 8.26mm。在剩余工程的施工過(guò)程中,繼續(xù)加大信息化施工管理及施工組織,確保優(yōu)質(zhì)、高效完成整個(gè)工程的施工任務(wù),為以后類似工程的施工提供必要的參考依據(jù)。

[1] 王夢(mèng)恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論[M].合肥：安徽教育出版社,2005.

[2] 張建兵.小凈距隧道施工技術(shù)[J].山西建筑,2009,35(14)：297-298.

Construction technology of urban small spacing overlapped tunnel

SUN Xu-dong

Integrating with project case,it summarizes the construction organization and construction technology of Dalongshan station small spacing overlapped tunnel at the first stage of Chongqing trial transportation line No.6.In the premise of using a construction passageway, through reasonable organization and information technology app lication,it carries on the construction safely,efficiently,and effectively,greatly shortens the station and tunnel construction schedu le,reduces the impacts of the blasting vibration on the structure,and ensures the overlapped tunnelwaterproofing,completeness and durability of the secondary lining.

small spacing,overlapped tunnel,construction technology

U 455.4

B

1009-6825(2011)09-0168-03

2010-11-26

孫旭東(1970-),男,高級(jí)工程師,中國(guó)中鐵股份有限公司投資發(fā)展部,北京 100039