丁改改，姜 海，孔祥興

(中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710075)

非等大斷面小凈距地鐵隧道施工方案分析及優(yōu)化

丁改改，姜 海，孔祥興

(中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710075)

為同時(shí)滿足雙線行車和右線停車線擴(kuò)大斷面的功能需要，西安地鐵一號(hào)線棗園北路站—漢城路站區(qū)間采用非等大斷面小凈距黃土地鐵隧道。針對(duì)斷面不等大、盾構(gòu)法與新奧法組合施工方案、小凈距黃土地鐵隧道的特點(diǎn)，進(jìn)行了左線小斷面盾構(gòu)法、右線大斷面雙側(cè)壁導(dǎo)坑法或CRD法雙線依次先后貫通3種施工方案的數(shù)值模擬與比選分析。計(jì)算結(jié)果表明，與先貫通小洞、后開挖大洞的方案相比較，采用先新奧法貫通大斷面隧道、后盾構(gòu)法掘進(jìn)小斷面隧道的施工方案對(duì)圍巖擾動(dòng)較小，能更有利于控制地表變形；雙側(cè)壁導(dǎo)坑法較CRD法雖更能充分體現(xiàn)圍巖的自承能力，有效發(fā)揮初期支護(hù)的承載能力，提高二次襯砌的安全儲(chǔ)備，但若將先貫通的大斷面隧道施工方案由雙側(cè)壁導(dǎo)坑法改為CRD法，可在確保工程安全的前提下降低施工成本，并加快施工進(jìn)度，順利地完成隧道建設(shè)。

地鐵隧道；非等大斷面隧道；小凈距；盾構(gòu)法；新奧法；方案比選；監(jiān)測(cè)

0 引言

一般情況下，城市地鐵雙線隧道都采取相等大小的2個(gè)斷面[1-2]，僅在工程有特殊需要時(shí)才設(shè)計(jì)為非等大斷面，譬如渡線、聯(lián)絡(luò)線和停(存)車線等。目前針對(duì)非等大斷面隧道已開展了初步研究，通過建立數(shù)值模型[3-4]，研究分析了不等跨公路隧道的支護(hù)力學(xué)行為特性及圍巖穩(wěn)定性影響；對(duì)于非對(duì)稱雙線地鐵隧道的施工力學(xué)和地表沉降也進(jìn)行了研究[5]，但仍需進(jìn)一步深入研究。 然而，由于非等大斷面隧道施工方案的多樣性和復(fù)雜性，已有的研究并未對(duì)參選施工方案進(jìn)行理論上和技術(shù)上的比選與優(yōu)化。

為解決總體線形規(guī)劃和優(yōu)化等問題，小凈距隧道的應(yīng)用與研究也已提上議事日程。如深圳軌道交通科技園—白石洲區(qū)間雙線隧道的間距約為(0.5～1.2)D(D為隧道開挖跨度，下同)[6]，福建鶴上隧道開挖毛洞中間巖柱的凈距為(0.38～0.41)D[7]，而西安地鐵一號(hào)線棗園北路站—漢城路站區(qū)間隧道間距為4.247 m，僅為0.38D，遠(yuǎn)小于我國(guó)現(xiàn)行地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范中1.0D的規(guī)定[8]，這也給工程建設(shè)帶來了相當(dāng)大的難度和風(fēng)險(xiǎn)。

鑒于非等大斷面隧道的典型性、盾構(gòu)法與新奧法組合施工的新穎性以及黃土地區(qū)小凈距地鐵隧道的復(fù)雜性，為確保施工安全，對(duì)左線小斷面盾構(gòu)法與右線大斷面雙側(cè)壁導(dǎo)坑法或CRD法雙線依次先后貫通的設(shè)計(jì)施工方案進(jìn)行了動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬和方案比選探討；重點(diǎn)對(duì)初期支護(hù)、二次襯砌和管片結(jié)構(gòu)的隧道襯砌與拱頂下沉、地表位移和中間土體應(yīng)力的圍巖施工力學(xué)狀態(tài)進(jìn)行了比較分析，以期為獲得最優(yōu)的施工方案，并為安全順利地建設(shè)工程提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。一洞為盾構(gòu)法施工另一洞為新奧法施工的新型組合施工方案在國(guó)內(nèi)黃土地區(qū)鮮有見聞，可為西部黃土地區(qū)的地鐵建設(shè)提供指導(dǎo)和借鑒。

1 工程背景

1.1 工程概況

西安地鐵一號(hào)線棗園北路站—漢城路站區(qū)間隧道位于城市交通主干道的棗園西路下方，該隧址區(qū)域是西安市交通樞紐之一，交通量極大，尤其是建成后地鐵車站與附近城際客運(yùn)站的換乘客流[9]。

1.2 工程地質(zhì)

本區(qū)間隧道穿越的土層主要有人工填土、第四紀(jì)晚更新世風(fēng)積新黃土、殘積古土壤、晚更新世和中更新世沖積粉質(zhì)黏土及砂類土等，上部土層多由新黃土和古土壤組成，下部為黏性土和砂類土層[10]。

2 隧道施工數(shù)值模擬

2.1 模型建立

本工程為非等大斷面盾構(gòu)法與新奧法小凈距黃土地鐵隧道，其難度和復(fù)雜性均很大，為貼近實(shí)際工況、選擇并優(yōu)化合理的施工方案，建立了動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬分析程序[11-13]。

采用二維平面應(yīng)變模型，認(rèn)為土體符合Drucker-Prager強(qiáng)度準(zhǔn)則和等向硬化彈塑性本構(gòu)模型[14]。土體采用四邊形單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，超前注漿小導(dǎo)管加固效果體現(xiàn)為提高圍巖穩(wěn)定性的四邊形單元模擬，初期支護(hù)和鋼格柵用桿單元模擬，二次襯砌采用梁?jiǎn)卧M，初期支護(hù)與二次襯砌之間的防水板采用接觸面單元模擬，盾構(gòu)管片采用梁?jiǎn)卧M。為了保證計(jì)算精度，在隧道周圍采用細(xì)密單元，施工方案的有限元模型如圖1所示。

圖1 有限元模型網(wǎng)格劃分

模型計(jì)算范圍為橫向取4倍洞徑、豎向取3倍洞徑[15]，模型邊界條件對(duì)于左右兩側(cè)給定X方向位移約束和底面Y方向位移約束。

根據(jù)工程建設(shè)條件，初期支護(hù)與二次襯砌的荷載分擔(dān)比例為4∶6，土體及支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 土體及支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)表Table 1 Parameters of soil mass and support structures

2.2 施工方案模擬

區(qū)間隧道為同時(shí)滿足雙線正常行車和右線停車線擴(kuò)大斷面的工程功能需要，考慮左線小斷面隧道為盾構(gòu)法、右線大斷面隧道為新奧法相結(jié)合施工。其中，右線大斷面新奧法隧道開挖高9.31 m、寬11.24 m，C25襯砌厚0.35 m、HPB335鋼格柵厚0.25 m。在黃土淺埋地鐵隧道開挖施工中，施作于隧道拱部的超前注漿小導(dǎo)管可以改善圍巖狀況，保證掌子面穩(wěn)定，對(duì)增加隧道的穩(wěn)定性極為重要[11]。注漿小導(dǎo)管的直徑為42 mm、壁厚為3.5 mm、長(zhǎng)2.5 m、插入角度15°、環(huán)向間距0.3 m、縱向間距1.0 m，壓注材料為水泥-水玻璃雙液漿，注漿壓強(qiáng)為0.6～3.5 MPa。左線小斷面盾構(gòu)法隧道開挖直徑為6.0 m，C50混凝土管片厚為0.3 m，抗?jié)B等級(jí)為S10，圓環(huán)管片襯砌斷面見圖2。

圖2 盾構(gòu)法隧道管片斷面圖(單位：mm)

由于雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和CRD法均適用于大斷面小凈距淺埋黃土隧道，因此，對(duì)小斷面隧道采用盾構(gòu)法施工、大斷面隧道采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法或CRD法施工，并在雙線先后貫通的施工次序和大斷面施工方法上進(jìn)行了3種方案的數(shù)值模擬對(duì)比與分析，以確定本區(qū)間隧道的最優(yōu)施工方案。

1)左線小斷面盾構(gòu)法隧道先行，右線大斷面雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道后行。首先，貫通左線小斷面隧道，盾構(gòu)法施工步模擬為2步：①開挖土體，②施作管片襯砌。然后，進(jìn)行右線大斷面隧道施工，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工步驟模擬為13步：左右兩側(cè)導(dǎo)坑上臺(tái)階分別進(jìn)行①施作拱部超前小導(dǎo)管注漿，②開挖土體，③架立鋼格柵，噴射混凝土；左右兩側(cè)導(dǎo)坑下臺(tái)階依次進(jìn)行④開挖土體，⑤架立鋼格柵，噴射混凝土；中部導(dǎo)坑上臺(tái)階依次進(jìn)行⑥施作拱部超前小導(dǎo)管注漿，⑦開挖土體，⑧架立鋼格柵，噴射混凝土；中部導(dǎo)坑中臺(tái)階分別進(jìn)行⑨開挖土體，拆除前步臨時(shí)橫撐，⑩架立鋼格柵，噴射混凝土；中部導(dǎo)坑下臺(tái)階分別進(jìn)行開挖土體，噴射混凝土，施作二次襯砌。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工步序如圖3所示。

圖3 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工步序

2)右線大斷面雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道先行，左線小斷面盾構(gòu)法隧道后行。方案1)和方案2)的區(qū)別僅在于左線小斷面盾構(gòu)法隧道與右線大斷面雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道的施作先后順序，故方案2)的施工步驟不再贅述。

3)右線大斷面CRD法隧道先行，左線小斷面盾構(gòu)法隧道后行。首先，施作右線大斷面隧道，CRD法施工步驟模擬為11步：右上臺(tái)階依次進(jìn)行①施作拱部超前小導(dǎo)管注漿，②開挖土體，③架立鋼格柵，噴射混凝土；右下臺(tái)階依次進(jìn)行④開挖土體，⑤架立鋼格柵，噴射混凝土；左上臺(tái)階依次進(jìn)行⑥施作拱部超前小導(dǎo)管注漿，⑦開挖土體，⑧架立鋼格柵，噴射混凝土；左下臺(tái)階依次進(jìn)行⑨開挖土體，⑩噴射混凝土，施作二次襯砌。然后，貫通左線小斷面隧道，盾構(gòu)法施工步模擬為2步：①開挖土體，②施作管片襯砌。CRD法施工步序如圖4所示。

圖4 CRD法施工步序

3 計(jì)算結(jié)果及分析

對(duì)非等大斷面盾構(gòu)法與新奧法小凈距黃土地鐵隧道的3種設(shè)計(jì)施工方案進(jìn)行數(shù)值模擬與分析，將初期支護(hù)、二次襯砌和管片襯砌組成的隧道襯砌施工力學(xué)狀態(tài)和地表位移作為方案比選標(biāo)準(zhǔn)和條件，對(duì)參選方案進(jìn)行了比選與優(yōu)化。

3.1 隧道襯砌施工力學(xué)分析

3.1.1 右線大斷面隧道襯砌力學(xué)分析

初期支護(hù)軸力如表2所示。由表2可知，方案2產(chǎn)生的初期支護(hù)軸力最大，方案3次之，但二者差別不大，均大于方案1。以右側(cè)拱腰處為例，方案1，3與方案2相比分別小了5.4%和1.1%，說明先貫通大斷面新奧法隧道、后開挖小斷面盾構(gòu)法隧道所產(chǎn)生的初期支護(hù)軸力較先通小洞、后挖大洞顯著大，其中，大斷面隧道采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法所產(chǎn)生的軸力最大。由此可見，方案2最大限度地發(fā)揮了隧道初期支護(hù)的支護(hù)能力。

二次襯砌負(fù)彎矩如表3所示。由表3可知，隧道二次襯砌的負(fù)彎矩(襯砌外表面受壓、內(nèi)表面受拉)方案2和方案3明顯小于方案1，其中方案2的負(fù)彎矩最小。以右側(cè)拱腰處為例，方案1，3與方案2相比，分別大了13.2%和8.3%，說明先貫通大斷面新奧法隧道、后開挖小斷面盾構(gòu)法隧道所產(chǎn)生的二次襯砌負(fù)彎矩較先通小洞、后挖大洞明顯小，其中，大洞采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法所產(chǎn)生的負(fù)彎矩最小。因此，方案2最大程度地提高了二次襯砌對(duì)隧道的安全儲(chǔ)備。

表2初期支護(hù)軸力
Table 2 Calculation result of axial force of primary support kN

施工方案左拱腰拱頂右拱腰比值/%左拱腰拱頂右拱腰方案112630761312390-64-55-54方案213500835113100方案313306826512950-14-06-11

注：比值=(所選方案結(jié)果-方案3結(jié)果)/方案3結(jié)果，下同。

表3 二次襯砌負(fù)彎矩Table 3 Calculation result of bending moment of secondary lining kN·m

3.1.2 左線小斷面隧道襯砌力學(xué)分析

管片襯砌負(fù)彎矩如表4所示。由表4可知，采用方案2施工引起的管片襯砌負(fù)彎矩最小，方案3次之，但均小于方案1。說明先貫通大斷面新奧法隧道、后開挖小斷面盾構(gòu)法隧道所產(chǎn)生的管片襯砌彎矩較先貫通小洞、后開挖大洞要小，其中，大斷面隧道采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法所產(chǎn)生的負(fù)彎矩最小。因此，方案2最有利于確保管片襯砌的安全性。

表4 管片襯砌負(fù)彎矩Table 4 Calculation result of bending moment of segment lining kN·m

3.2 地表位移分析

地鐵通常修建于城市人口和建筑物密集區(qū)，因此，對(duì)地面的隆起和沉降有著嚴(yán)格的要求，同時(shí)也備受施工單位和建設(shè)者的高度關(guān)注[16]。選擇左、右線隧道和中間土體豎向軸線與地表相交的3個(gè)測(cè)點(diǎn)，3種方案在測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生的地表最終沉降如表5所示。由表5可知，方案2引起的地表沉降最小，方案3次之，但二者差別不大，均小于方案1。在地表沉降中，方案1，3與方案2相比分別大了14.2%和4.7%，說明先貫通大斷面新奧法隧道、后開挖小斷面盾構(gòu)法隧道所產(chǎn)生的地表沉降較先通小洞、后挖大洞要小，其中，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法與CRD法開挖大洞所產(chǎn)生的地表沉降差別不大。

表5地表沉降
Table 5 Calculation result of ground surface settlement mm

施工方案左洞中間右洞比值/%左洞中間右洞方案192121156165142130方案279106138方案383111142514729

4 方案比選優(yōu)化及監(jiān)測(cè)

4.1 方案比選優(yōu)化

通過對(duì)非等大斷面平行小凈距地鐵隧道3種設(shè)計(jì)施工方案的對(duì)比與分析可知：從隧道襯砌施工力學(xué)狀態(tài)來看，方案2和方案3較方案1能更有效地發(fā)揮大斷面隧道初期支護(hù)的承載能力，也能提高二次襯砌的安全儲(chǔ)備，同時(shí)，對(duì)小斷面隧道管片襯砌的安全也更有利；從圍巖施工力學(xué)狀態(tài)來看，方案2和方案3較方案1能更好地發(fā)揮圍巖的自承能力，更有利于減小拱頂下沉，控制地表變形和中間土體應(yīng)力。

在隧道襯砌和圍巖施工力學(xué)狀態(tài)上，方案2雖略優(yōu)于方案3，但考慮到實(shí)際施工中方案2大斷面隧道采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的工作面較小，各工序相互影響較大，以致施工成本較高，進(jìn)度緩慢；因此，擬將方案2優(yōu)化為方案3，在確保隧道工程安全的前提下降低施工費(fèi)用，加快建設(shè)進(jìn)度，順利地完成隧道建設(shè)。

4.2 監(jiān)測(cè)方案的選取

鑒于將方案2改為方案3，則應(yīng)更加重視監(jiān)測(cè)工作并及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)結(jié)果，以做出必要的調(diào)整與優(yōu)化。在隧道開挖施工過程中進(jìn)行了地面和建筑物沉降監(jiān)測(cè)工作，其監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置如圖5所示。新奧法隧道軸線上方地面依次布置間距為10 m的測(cè)點(diǎn)，而盾構(gòu)法隧道一側(cè)則為5 m，建筑物房角或承重墻上的測(cè)點(diǎn)間距為4 m左右，在圖中分別由實(shí)心圓與三角形表示。位于隧道下方的市政排水管線也有嚴(yán)格的沉降變形要求，并布設(shè)了相應(yīng)的監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)，但本文未對(duì)此進(jìn)行分析。以上監(jiān)控量測(cè)工作的目的旨在通過監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化施工參數(shù)，尋求科學(xué)合理的施工控制技術(shù)，確保平行小凈距盾構(gòu)與CRD法黃土地鐵隧道在施工期間和工后的安全和正常使用。

圖5 地面和建筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖

4.3 討論

對(duì)黃土地區(qū)非等大斷面平行小凈距地鐵隧道進(jìn)行的有限元數(shù)值模擬計(jì)算是基于理想的力學(xué)狀態(tài)，包括連續(xù)的力學(xué)介質(zhì)和各向同性的力學(xué)參數(shù)等。然而，本工程實(shí)際的城市地鐵隧道是淺埋黃土隧道，上部覆土有雜填土、新黃土、古土壤和粉質(zhì)黏土等，呈現(xiàn)出非連續(xù)性和各向異性的力學(xué)特征，且在二維動(dòng)態(tài)模擬分析中對(duì)盾尾回填等工序做了簡(jiǎn)化處理，與實(shí)際工程狀態(tài)存在一定差距。通過理論分析和工程實(shí)踐參考，以上實(shí)際工程狀態(tài)與數(shù)值模擬分析之間的差異并未影響數(shù)值計(jì)算結(jié)果在規(guī)律上的正確性，但在量值上會(huì)存在一定差距。

本區(qū)間隧道位于松散的黃土地層中，后貫通的新奧法大斷面隧道的方案1對(duì)圍巖擾動(dòng)較大，將產(chǎn)生較大的地表變形。通過比較可以看出，后開挖小斷面隧道采用盾構(gòu)法的方案2和方案3可通過壁后注漿、化學(xué)加固和凍結(jié)施工等措施加固圍巖，并提高隧道整體穩(wěn)定性，比方案1能更有效、更及時(shí)地控制地表變形和確保中間土體的穩(wěn)定，這也為先行新奧法大斷面、后行盾構(gòu)法小斷面小凈距隧道的方案2和方案3提供了理論上和技術(shù)上的安全儲(chǔ)備和補(bǔ)救時(shí)機(jī)。

5 結(jié)論

通過對(duì)非等大斷面平行小凈距黃土地鐵隧道進(jìn)行左線小斷面盾構(gòu)法與右線大斷面雙側(cè)壁導(dǎo)坑法或CRD法雙線依次先后貫通共3種施工方案在理論上和技術(shù)上的比選與優(yōu)化分析，同時(shí)結(jié)合各方案引起隧道襯砌和圍巖施工力學(xué)狀態(tài)的數(shù)值模擬結(jié)果，得出以下結(jié)論：

1)先貫通新奧法大斷面隧道、后掘進(jìn)盾構(gòu)法小斷面隧道的施工方案對(duì)圍巖擾動(dòng)較小，與先貫通盾構(gòu)法小洞、后開挖新奧法大洞的方案相比，能夠更有利于減小拱頂下沉，控制地表變形和中間土體應(yīng)力。

2)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和CRD法均適合于大斷面隧道施工，但前者能更充分體現(xiàn)圍巖的自承能力，能有效發(fā)揮初期支護(hù)的承載能力，并提高二次襯砌的安全儲(chǔ)備。將先貫通的大斷面隧道施工方案由雙側(cè)壁導(dǎo)坑法改為CRD法，可在確保工程安全的前提下降低施工成本，并加快施工進(jìn)度，順利地完成隧道建設(shè)。

3)本區(qū)間隧道位于松散的黃土地層中，先貫通的新奧法大斷面隧道會(huì)產(chǎn)生較大的圍巖擾動(dòng)及地表變形，后開挖的小斷面隧道采用盾構(gòu)法施工可通過壁后注漿、化學(xué)加固和凍結(jié)施工等措施加固圍巖，并提高隧道的整體穩(wěn)定性，能夠更有效、更及時(shí)地控制地表變形，并確保中間土體的穩(wěn)定。

[1]劉波，陶龍光，丁城剛，等.地鐵雙隧道施工誘發(fā)地表沉降預(yù)測(cè)研究與應(yīng)用[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，35(3)：78-83.(LIU Bo,TAO Longguang,DING Chenggang,et al.Prediction for ground subsidence induced by subway double tube tunneling[J].Journal of China University of Mining &Technology，2006，35(3)：78-83.(in Chinese))

[2]汪敏，廖少明，侯學(xué)淵.近距離重疊地鐵隧道盾構(gòu)法施工地面變形預(yù)測(cè)[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004，32(9)：26-29，37.(WANG Min,LIAO Shaoming,HOU Xueyuan.Ground deformation prediction of shield tunnelling in closely overlapped subway tunnel construction[J].Journal of Tongji University：Natural Science,2004,32(9): 26-29，37.(in Chinese))

[3]鄧健，朱合華，丁文其.不等跨連拱隧道施工全過程的有限元模擬[J].巖土力學(xué)，2004，25(3)：142-145.(DENG Jian,ZHU Hehua,DING Wenqi.Finite element simulation of whole excavation operation of a unequal-span double-arch tunnel[J].Rock and Soil Mechanics，2004，25(3)：142-145.(in Chinese))

[4]張志強(qiáng)，黃朱林，韓飛.非對(duì)稱小凈距隧道施工力學(xué)特性研究及方案優(yōu)化[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2007，44(6)：22-26.(ZHANG Zhiqiang,HUANG Zhulin,HAN Fei.Study on mechanical characteristics and procedure optimization for the construction of unsymmetrical tunnels with close proximity[J].Morden Tunnelling Technology，2007，44(6)：22-26.(in Chinese))

[5]蔣小銳.地鐵渡線段不等跨暗挖隧道施工方法有限元分析[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2009(10)：113-115.(JIANG Xiaorui.Finite element analysis on methods for construction of Metro crossover part with unequal span[J].Railway Standard Design，2009(10)：113-115.(in Chinese))

[6]畢繼紅，江志峰，常斌.近距離地鐵施工的有限元數(shù)值模擬[J].巖土力學(xué)，2005，26(2)：111-115.(BI Jihong,JIANG Zhifeng,CHANG Bin.Numerical simulation for construction of Metro tunnels with short distance between them[J].Rock and Soil Mechanics，2005，26(2)：111-115.(in Chinese))

[7]龔建伍.扁平大斷面小凈距公路隧道施工力學(xué)研究 [D].上海：同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，2008.

[8]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)編寫組.GB 50157—2003 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2003.

[9]孔祥興，夏才初，仇玉良，等.平行小凈距盾構(gòu)與CRD法黃土地鐵隧道施工力學(xué)研究[J].巖土力學(xué)，2011，32(2)：201-209.(KONG Xiangxing,XIA Caichu,QIU Yuliang,et al.Study of construction mechanical behavior of parallel-small spacing Metro excavated by shield method and cross diaphragm (CRD)method in loess region[J].Rock and Soil Mechanics，2011，32(2)：201-209.(in Chinese))

[10]上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院.西安市軌道交通一號(hào)線工程設(shè)計(jì)文件[R].上海：上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院，2008.

[11]關(guān)寶樹.隧道工程施工要點(diǎn)集[M].北京：人民交通出版社，2007.

[12]Soliman E,Duddeck H,Ahrens H.Two and three-dimensional analysis of closely double-tube tunnel[J].Tunneling and Underground Space Technology,1993,8(1): 13-18.

[13]Ng C W W,Lee K M,Tang D K W.Three-dimensional numerical investigation of New Austrian Tunneling Method(NATM)twin tunnel interaction[J].Canadian Geotechnical Journal,2004(41): 523-539.

[14]王偉，夏才初，朱合華，等.雙線盾構(gòu)越江隧道合理間距優(yōu)化與分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，25(S1)：727-732.(WANG Wei,XIA Caichu,ZHU Hehua,et al.Optimization and analysis of reasonable distance of twin-tube river-crossing shield tunnel[J].Rock and Soil Mechanics，2006，25(S1)：727-732.(in Chinese))

[15]陳先國(guó)，高波.地鐵近距離平行隧道有限元數(shù)值模擬[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2002，21(9)：47-51.(CHEN Xianguo,GAO Bo.2D FEM numerical simulation for closely-spaced parallel tunnels in Metro[J].Rock and Soil Mechanics，2002，21(9)：47-51.(in Chinese))

[16]夏才初，龔建伍，陳佑新，等.滑行道下超長(zhǎng)管棚-箱涵頂進(jìn)地表沉降分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，27(4)：53-60.(XIA Caichu,GONG Jianwu,CHEN Youxin,et al.Analysis of ground settlements of overlength pipe and box culvert advancing airport taxiway[J].Rock and Soil Mechanics，2008，27(4)：53-60.(in Chinese))

港珠澳大橋工程沉管隧道建設(shè)采用航天科技

港珠澳大橋工程中6 km的沉管隧道由33節(jié)沉管在海底次第對(duì)接而成，是整個(gè)工程的核心。其沉管隧道為世界首次在槽深30 m左右位置安裝長(zhǎng)度超過3 km的沉管。

在第10節(jié)沉管隧道安裝時(shí)，水下40 m處的流速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水下10 m處。這個(gè)深槽中的海流不符合一般規(guī)律，其現(xiàn)象叫紊流。在國(guó)內(nèi)外對(duì)紊流的研究均屬空白，因此針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的海流變異進(jìn)行研究。沉管振動(dòng)幅度小且振動(dòng)緩慢，為低頻長(zhǎng)周期振動(dòng)，很難精確測(cè)量。2014年5月27日，港珠澳大橋島隧工程請(qǐng)求技術(shù)支援，檢測(cè)深海沉管運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，該技術(shù)為航空航天提供計(jì)量測(cè)試技術(shù)保障與支撐。

工程研究中，采用國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的微機(jī)械陀螺和高速度傾角傳感器，以及航空航天導(dǎo)航制導(dǎo)專用設(shè)備，共同組成了為港珠澳大橋量身定做的沉管運(yùn)動(dòng)姿態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并通過模擬沉管水下振動(dòng)，用所選儀器進(jìn)行深水測(cè)量，并與全站儀的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。

該技術(shù)在港珠澳大橋工程第11節(jié)沉管安裝中成功應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)了精確對(duì)接。

(摘自 隧道網(wǎng) http://www.stec.net/sites/suidao/ConPg.aspx?InfId=3b7fdd91-f2da-4db2-9057-7d90b50c0928&CtgId=142f6ac5-a07a-44b6-8d17-42710c37e548 2014-08-10)

AnalysisonandOptimizationofConstructionSchemeofClosely-spacedMetroTunnelswithDifferentCross-sectionDimensions

DING Gaigai,JIANG Hai,KONG Xiangxing

(CCCCFirstHighwayConsultantCo.,Ltd.,Xi’an710075,Shaanxi,China)

A portion of the running tunnel from Zaoyuan North Road Station to Hancheng Road Station on No.1 line of Xi’an Metro is designed as a closely-spaced Metro tunnel with different cross-section dimensions.The parallel tunnel tubes have such features as different cross-section dimensions,dual construction methods (shield tunneling method and NATM)and small spacing.Numerical simulation is made on the construction of the left small cross-section tunnel tube by shield tunneling method and the right large cross-section tunnel tube by double side drift method and CRD method.The calculation results show that: 1)Compared to the scheme that the left small cross-section tunnel tube is broken through before the right large cross-section tunnel tube is excavated,the scheme that the right large cross-section tunnel tube is broken through by NATM before the left small cross-section tunnel tube is bored by shield has smaller disturbance on the surrounding rock mass and is more helpful for ground deformation control;2)Compared to CRD method,double side drift method is more helpful to making full use of the self-support capacity of the surrounding rock mass,is more helpful to making full use of the load-bearing capacity of the primary support,and is more helpful to improving the safety reserve of the secondary lining;however,if CRD method is adopted for the right large cross-section tunnel tube,which is broken through before the left small cross-section tunnel tube,the construction cost can be reduced,the construction progress can be improved and the tunnel can be constructed successfully under safe conditions.

parallel tunnel tubes with different cross-section dimensions;small spacing;shield tunnelling method;New Austrian Tunnelling Method(NATM);construction scheme selection;monitoring

2014-05-14;

2014-07-08

丁改改(1962—)，女，內(nèi)蒙古臨河人，2004年畢業(yè)于長(zhǎng)沙理工大學(xué)，土木工程專業(yè)，本科，高級(jí)工程師，主要從事公路和地下工程方面的試驗(yàn)檢測(cè)和管理工作。

10.3973/j.issn.1672-741X.2014.08.002

U 45

B

1672-741X(2014)08-0715-06