超前支護在淺埋暗挖技術中的應用

萬景剛（中煤科工集團重慶設計研究院有限公司，重慶 400042）

超前支護在淺埋暗挖技術中的應用

萬景剛
（中煤科工集團重慶設計研究院有限公司，重慶 400042）

隨著城市的發展，地下建設規模的逐步擴大，且普遍埋深較淺。暗挖結構對既有交通及周邊環境影響較小，適合在城市地下建設中進行推廣。但其施工安全風險大，作好超前支護對于確保整個項目的順利實施非常重要。本文介紹了重慶市南坪人民醫院地下通道的暗挖超前支護技術，以期對類似項目提供參考。

淺埋暗挖；超前支護分析；經驗交流

淺埋暗挖法沿用新奧法 （New Austrian Tunneling Method）基本原理，初次支護按承擔全部基本荷載設計，二次模筑襯砌作為安全儲備；初次支護和二次襯砌共同承擔特殊荷載。由于埋深淺，施工風險大，在施工過程中，必須嚴格執行十八字方針：管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測，確保施工過程安全。

一、工程簡介

重慶市南岸區人民醫院地下通道橫穿城市主干道，主通道長49m，通道凈寬5m；地下通道底面標高距路面為11.95m，設計頂板以上覆土約為4.5m。為減小施工過程中對城市交通的影響，采用淺埋暗挖法進行設計及施工。

初次支護采用R42中空超前注漿小導管加型鋼剛架的方式，小導管長3.5m，橫向間距為35cm；型鋼鋼架順向間距為50cm，型鋼規格為工字鋼20a；掛網Φ8@15×15cm，噴26cm厚砼C30封閉；開挖進尺為50cm。如圖1所示。

二、荷載分析

超前支護主要承擔車輛荷載、豎向土壓力及側向土壓力，不考慮水壓力及溫度荷作用。

1 車輛荷載

參照《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2004）第4.3.1第、4.3.4條，由汽車荷載作用引起的作用于小導管上的土壓力p′＝140/（5.4×5.8）=4.47kN/m2。投影重疊區土壓力P1′＝2×4.47=8.94kN/m2。小導管間距為35cm，作用于小導管上的線荷載p1=8.94×0.35=3.129kN/m。

表1　土側壓力計算表

2 豎向土壓力

根據規范《公路隧道設計規范》（JTG D70-2004）第E.0.2條，計算淺埋隧道垂直土壓力P2＝γH＝21×4.5=94.5 kN/m2。

注：γ—隧道上覆圍巖重度（kN/m3），根據勘察報告，此處取21kN/m3。

H—隧道深度，指坑頂至地面的距離，此處取4.5m。

小導管間距為35cm，作用于小導管上的線荷載p2=94.5×0.35=33.075kN/m。

3 側向土壓力

根據規范《公路隧道設計規范》（JTG D70-2004）第E.0.2條，側向壓力

注：Ht—隧道高度；

φc—圍巖計算摩擦角，其值見表A.0.4-1，根據地質勘察報告，此處取40°。

小導管間距為35cm，作用于小導管上的線荷載p3見表1所示。

三、超前支護計算

1 模型的建立

采用MIDAS/CIVIL對超前支護體系進行建模分析。鋼架采用截面為20a工字鋼的梁單元模擬，小導管采用圓管中間注水泥漿的復合截面，單元類型為梁單元。鋼架基礎采用一般連接處理，約束相應活動方向；小導管用一般彈性連接處理，線彈性剛度參照勘察報告提供的巖土力學性能，按60000kN/m取用。同時釋放小導管支于工字鋼上的彎矩約束。

2 計算結果如下

經計算，最大彎曲應力為166.8 MPa ＜[σ]=210MPa（如圖2所示），最大剪切應力為-35.9MPa ＜[τ]=120MPa，最大軸向應力考慮穩定系數0.653后，軸向應力為27.87 ＜[σ]=200MPa，滿足要求，頂面變形最大值為0.784mm＜2000/400=5mm（如圖3所示），側面變形最大值為6.173mm＜4000/400=10mm，均滿足規范要求。

四、施工過程監控量測

本項目全程由重慶交通大學變形監控，從監測信息反饋結合工程施工安全、質量、進度分析，本項目采用的超前支護方式是可行的。

淺埋暗挖技術采用超前小導管加型鋼鋼架支護體系進行開挖，能滿足工程施工安全、能控制工程的質量及進度要求。本文對淺埋暗挖技術在城市地道建設中的應用具有一定的參考意義，為類似工程項目相關參數的選擇提供了經驗數據。

結語

[1] JTG F60—2009，公路隧道施工技術規[S].

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