孫旭東

城市小凈距重疊隧道施工技術

孫旭東

結(jié)合工程實例,對重慶軌道交通六號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行了總結(jié),在只利用一個施工通道的前提下,通過合理化組織及應用信息化技術,安全、優(yōu)質(zhì)、高效地進行施工,大大縮短了車站及隧道施工工期,減小了爆破震動對結(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

0 引言

本文針對城市小凈距重疊隧道施工這一技術難題,結(jié)合了重慶輕軌六號線大龍山車站及區(qū)間隧道工程實例及周邊復雜環(huán)境,針對小凈距重疊隧道施工的有關技術進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。

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。車站橫斷面圖見圖 1。區(qū)間隧道均位于龍山大道下方,小里程端右線長 509.961m,左線長 513.93m,線路水平間距 0m～9.43m;六號線大里程端右線長 155.339m,左線長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,飽和抗壓強度20.9MPa～36.7MPa,飽和抗壓強度標準值 23MPa,屬較軟巖)、砂質(zhì)泥巖(中風化巖體裂隙不發(fā)育,巖體完整系數(shù)0.67～0.72,飽和抗壓強度8.6MPa～36.7MPa,飽和抗壓強度標準值 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。

2 施工組織

車站及區(qū)間隧道均通過斜井通道進行組織施工。

1)斜井通道位于明挖車站小里程端,斜井放坡(14%坡度)進入小里程六號線區(qū)間重疊隧道上洞(總長 509.961m)進行開挖支護,車站基坑土石方開挖至底部時,斜井口放坡至六號線下洞開挖支護,重疊段上洞底標高放坡至下洞,形成上下洞兩個工作面同時施工,隧道及車站基坑土石方均用斜井運出。2)因TBM在大龍山車站過站轉(zhuǎn)場,先過六號線上洞后過下洞,為滿足TBM過站工期要求,在區(qū)間隧道上下洞分開段(下洞里程ZDK23+984.3)處由上洞拉槽至下洞,進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出。3)車站大里程六號線區(qū)間重疊隧道根據(jù)基坑開挖進度,安排先上洞后下洞的開挖支護順序進行施工,開挖土方通過基坑由斜井運出。4)車站兩端區(qū)間重疊隧道襯砌采用先施作下洞,待混凝土達到設計強度后施作上洞襯砌,確保TBM順利通過。

3 施工難點及對策

重疊隧道段施工是本工程的重點,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,設計結(jié)構(gòu)復雜,工藝要求較高,安全質(zhì)量控制難度大,又處在 TBM過站節(jié)點上,工期緊,并且此類硬巖小凈距重疊隧道在國內(nèi)外尚無此先例,對施工技術要求非常高,施工安全風險及工期壓力大。

主要施工對策：1)合理組織施工,加大資源投入,確保施工安全及TBM節(jié)點工期目標。2)優(yōu)化方案,根據(jù)重疊隧道設計線路增加工作面,科學的調(diào)整施工工序,保證 TBM能順利步進過站。3)采用短進尺、弱爆破進行施工。嚴格控制循環(huán)進尺和裝藥量,采用分段微差爆破,控制裝藥量,減少重疊段下洞爆破震動對上洞初支及地表和圍巖的擾動。4)開挖后及時進行初期支護,隨挖隨支,嚴格按照設計參數(shù)進行施作。5)加強洞內(nèi)變形、拱架應力、地表沉降等項目的監(jiān)控量測,以量測數(shù)據(jù)分析結(jié)果指導施工。

4 施工方案

4.1 重疊隧道開挖方法的選擇與優(yōu)化

在重疊小凈距隧道施工方法的選擇中,對兩種開挖方法進行了優(yōu)缺點對比：

1)“先下洞,后上洞”施工流程：下洞開挖初支→下洞二次襯砌→上洞開挖初支→上洞二次襯砌。優(yōu)點：安全風險小。缺點：施工進度慢(需先把基坑開挖到底才能進行隧道施工,后期上洞進行開挖時出渣困難),下洞施工完成后,開挖上洞時將會對下洞二襯及防水造成嚴重破壞,對后期隧道防水影響極大。

2)“先上洞,后下洞”施工流程：上洞開挖初支→下洞開挖初支→下洞二次襯砌→上洞二次襯砌。優(yōu)點：施工進度快(比上種施工方法可提前進入隧道施工,提高上洞出渣速度,加快隧道施工進度),對整個上下隧道二襯和防水不會造成任何影響,提高隧道整體防水質(zhì)量。缺點：安全風險較大。

鑒于以上原因,根據(jù)方案對比及 TBM過站節(jié)點工期要求,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、高效的進行區(qū)間隧道施工作業(yè)。

4.2 重疊隧道分開段施工方案

4.2.1 重疊隧道分開段拉槽施工

為保證節(jié)點工期,滿足TBM步進通過,重疊隧道分段開挖采用上洞拉槽至下洞同步施工技術,相應的增加一個工作面可以加快施工進度。

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

4.2.2 支護參數(shù)安全性分析

為了檢驗上洞出渣時雙洞圍巖的穩(wěn)定性,采用大型有限元軟件ANSYS對大龍山小凈距重疊隧道進行穩(wěn)定性分析,以保證隧道上、下洞開挖支護同時進行。

隧道上洞寬7.92m,高6.348m;下洞寬8.16m,高8.437m。埋深取 18m,Ⅳ級圍巖。模型橫向計算范圍取 120m;豎向計算范圍取 60m。在車輛出渣的模擬過程中,假設在洞中有一輛卡車,重約 400 kN,每輛長約 8m,將其線性分布在上洞臨時仰拱上,即在上洞的臨時仰拱上加上兩個 25 kN/m沿軸向分布的線性荷載,并乘以 2倍的車輛動力系數(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工字鋼進行臨時支護,拱墻和仰拱使用C 25噴射混凝土。由于鋼架是0.8m/榀,在計算過程中,將其折算成鋼板。

材料在計算過程中的物理力學參數(shù)見表 1。

表1 初期支護參數(shù)表

有限元計算模型見圖 3。

通過有限元計算以后得到開挖支護鋼拱架的內(nèi)力,結(jié)果見圖 4。

根據(jù)內(nèi)力分析結(jié)果,對結(jié)構(gòu)進行驗算,經(jīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)的特點,重疊隧道拉槽段主體結(jié)構(gòu)的支護參數(shù)滿足設計要求。

4.3 施工監(jiān)測

監(jiān)控量測的項目主要根據(jù)地下工程的地質(zhì)條件、圍巖類別、跨度、埋深、開挖方法和支護類型等綜合確定,針對本標段區(qū)間隧道的實際情況,確定的量測項目主要有：

1)地表沉降及建筑物基礎沉降監(jiān)測：本標段區(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)筑物進行沉降觀測。2)地面建筑物爆破震動監(jiān)測：在區(qū)間隧道施工影響區(qū)范圍內(nèi)布設監(jiān)測點對所有房屋及構(gòu)筑物進行爆破震動監(jiān)測。3)圍巖變形觀測：對隧道拱頂下沉及兩側(cè)邊墻的相對收斂值進行觀測。4)拱架應力監(jiān)測：對由圍巖變化給拱架造成的應力改變進行監(jiān)測。

5 結(jié)語

通過合理組織及充分的技術準備,在施工過程中始終保持“技術超前”,同時注重“信息化施工”,采用變形監(jiān)測及爆破震動監(jiān)測,確保了各項變形及振速控制在合理范圍之內(nèi)。充分結(jié)合工程特點及施工條件,對重疊隧道施工制訂了新穎、科學的實施性施工方法,降低了爆破震動對結(jié)構(gòu)的影響,提高了重疊隧道的防水及施工質(zhì)量。

利用僅有的一個施工通道,確保了多工作面同時開展施工,使各工作面進度均較施組計劃超前。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)、高效完成整個工程的施工任務,為以后類似工程的施工提供必要的參考依據(jù)。

[1] 王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術通論[M].合肥：安徽教育出版社,2005.

[2] 張建兵.小凈距隧道施工技術[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,高級工程師,中國中鐵股份有限公司投資發(fā)展部,北京 100039