盾構(gòu)隧道下穿高速公路路基施工技術(shù)研究

李科志　徐劍旋　金乃麒　高躍峰*

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都　610031)

0　引言

隨著城市地下空間的迅猛發(fā)展，地鐵的建設(shè)環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜。如何避免地鐵建設(shè)過(guò)程中盾構(gòu)施工對(duì)周邊土體擾動(dòng)過(guò)大，減少臨近建(構(gòu))筑物的沉降顯得尤為重要。目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者已有較多研究：張志強(qiáng)[1]借助于三維有限元數(shù)值模擬，對(duì)盾構(gòu)下穿既有民房樁基進(jìn)行了施工力學(xué)行為研究；肖立[2]對(duì)多條鐵路軌道下長(zhǎng)距離盾構(gòu)掘進(jìn)，采用三維有限元方法，對(duì)地表變形進(jìn)行分析；馬偉斌[3]，方勇[4]，郭晨[5]，黃新民[6]通過(guò)數(shù)值分析、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等方法，對(duì)盾構(gòu)下穿鐵路橋梁，樁基進(jìn)行分析，研究盾構(gòu)掘進(jìn)的擾動(dòng)影響。

本文基于鄭州軌道交通2號(hào)線二期金達(dá)街站—?jiǎng)⑶f站區(qū)間盾構(gòu)下穿高速公路路基，通過(guò)建立支護(hù)結(jié)構(gòu)—土體—路基三維有限元模型，分析隧道盾構(gòu)施工過(guò)程中連霍高速路基沉降變化規(guī)律，并與現(xiàn)場(chǎng)沉降實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，為隧道順利安全的施工提供指導(dǎo)和依據(jù)。

1　工程概況

鄭州市軌道交通2號(hào)線二期金達(dá)街站—?jiǎng)⑶f站區(qū)間沿花園北路向南前行，下穿連霍高速后南行進(jìn)入劉莊站。區(qū)間隧道在YCK10+530.000～Y(Z)CK10+575.000附近下穿連霍高速路基段，盾構(gòu)隧道離路基最小凈距約為10.645 m。盾構(gòu)隧道掘進(jìn)與連霍高速路基平面位置及剖面位置關(guān)系如圖1和圖2所示。

連霍高速為河南省公路網(wǎng)主骨架，鄭州繞城高速的重要組成部分，地位突出，社會(huì)影響極大，且路基自身采用10 m長(zhǎng)PC管樁

進(jìn)行加固，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，結(jié)合目前設(shè)計(jì)情況，盾構(gòu)下穿時(shí)擬采用以下措施：

1)盾構(gòu)通過(guò)前，對(duì)路堤坡腳碼砌砂袋，提高邊坡的穩(wěn)定性；

2)對(duì)路面臨時(shí)鋪設(shè)1 cm厚的鋼板，該路段對(duì)機(jī)動(dòng)車提出限速通過(guò)的要求；

3)盾構(gòu)通過(guò)時(shí)，注意控制盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)及注漿參數(shù)，及時(shí)盾尾注漿，適時(shí)二次注漿，并適當(dāng)加大注漿量；

4)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)。

2　隧道施工過(guò)程數(shù)值計(jì)算與對(duì)比分析

2.1　計(jì)算模型建立

采用Midas NX軟件分析地鐵2號(hào)線二期金達(dá)街—?jiǎng)⑶f站區(qū)間隧道下穿連霍高速路基段進(jìn)行影響分析，模型x方向取180 m，模型y方向取60 m，模型z方向取80 m，模型中巖土體以實(shí)體單元模擬，地鐵隧道管片以板單元模擬，有限元數(shù)值計(jì)算分析模型如圖3所示。土體本構(gòu)模型采用摩爾庫(kù)倫模型進(jìn)行模擬。模型共計(jì)62 251個(gè)單元，103 301個(gè)節(jié)點(diǎn)。區(qū)間隧道與連霍高速路基位置關(guān)系如圖4所示。各巖土層物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。盾構(gòu)開(kāi)挖步長(zhǎng)為1.5 m，左右線開(kāi)挖支護(hù)共計(jì)80個(gè)施工步。

表1　地層的主要物理力學(xué)參數(shù)

地層名μEs/MPac/kPaφ/(°)γ/kN·m-3雜填土0.354.08.08.118.0粘質(zhì)粉土0.323.51319.619.7粉砂0.3317.5028.019.5細(xì)砂0.3024032.020.0砂質(zhì)粉土0.349.117.034.319.8

2.2　計(jì)算結(jié)果與對(duì)比分析

采用上述措施后，對(duì)盾構(gòu)隧道下穿連霍高速路基進(jìn)行三維數(shù)值模擬分析，結(jié)果如圖5，圖6所示：左線隧道施工后，路基最大沉降為5.81 mm，位于盾構(gòu)下穿連霍高速左線隧道正上方；右線隧道施工后，路基累計(jì)最大沉降為6.30 mm，位于盾構(gòu)下穿連霍高速右線隧道正上方。

從圖7中可以看出，數(shù)值計(jì)算路基沉降曲線與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量沉降數(shù)據(jù)規(guī)律基本吻合，說(shuō)明數(shù)值計(jì)算的結(jié)果是合理可靠的，同時(shí)

說(shuō)明了在富水粉細(xì)砂地層中，盾構(gòu)下穿連霍高速路基，采取合理措施后，對(duì)控制地層變位是非常有效的，可有效控制地表路基沉降，為現(xiàn)場(chǎng)安全施工提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。

3　結(jié)語(yǔ)

本文采用三維有限元方法對(duì)盾構(gòu)隧道施工引起連霍高速路基和花園路箱涵的沉降變形進(jìn)行分析，并與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，得出如下結(jié)論：

1)金—?jiǎng)^(qū)間下穿連霍高速路基，左線隧道施工完成后豎向最大沉降為5.81 mm；右線隧道施工完成后豎向最大沉降為6.30 mm；沉降均滿足《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》關(guān)于路基變形控制要求。

2)地鐵區(qū)間盾構(gòu)開(kāi)挖對(duì)路基基礎(chǔ)影響較小，能有效控制沉降。

3)數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，兩者的數(shù)據(jù)吻合較好，論證了計(jì)算結(jié)果的可靠性和現(xiàn)場(chǎng)方案的合理性。

4)理論模擬難以對(duì)施工誤差、開(kāi)挖掘進(jìn)的土層損失、同步注漿和二次注漿等做到精確分析。因此，在盾構(gòu)施工過(guò)程中，要進(jìn)行系統(tǒng)全面的跟蹤監(jiān)測(cè)，特別是對(duì)路堤邊坡的監(jiān)控，必要時(shí)進(jìn)行跟蹤注漿或采取其他應(yīng)急措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]張志強(qiáng)，何川.地鐵盾構(gòu)隧道近接樁基的施工力學(xué)行為研究[J].鐵道學(xué)報(bào)，2003，25(1):92-95.

[2]肖立，張慶賀.鐵路軌道下盾構(gòu)施工所致地面沉降的數(shù)值模擬[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011，39(9):1287-1291.

[3]馬偉斌，付兵先，杜曉燕，等．地鐵隧道下穿鐵路橋施工變形分析及處理措施[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2013，9(4)：896-901.

[4]方勇，何川.地鐵盾構(gòu)隧道施工對(duì)近接樁基的影響研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2008(1)：42-47.

[5]郭晨.近距離重疊盾構(gòu)隧道施工影響的數(shù)值模擬[D].成都：西南交通大學(xué)，2009.

[6]黃新民.盾構(gòu)隧道下穿既有橋樁工程的保護(hù)方案研究[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2012,8(3):557-561.