任　鵬　陳　達(dá)　嚴(yán)　啟

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司,北京　100055)

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特殊雜填土地層地鐵暗挖區(qū)間施工加固措施分析

任鵬陳達(dá)嚴(yán)啟

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司,北京100055)

以沈陽(yáng)地鐵9號(hào)線某暗挖區(qū)間穿越特殊雜填土地層工程為例，建立暗挖區(qū)間開挖的數(shù)值模型，分別計(jì)算區(qū)間隧道與特殊雜填土段不同位置關(guān)系以及不同地層加固措施下的地表沉降和隧道變形。采用FLAC3D軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，分析采用地面注漿和洞內(nèi)深孔注漿地層加固措施對(duì)于暗挖區(qū)間隧道開挖沉降、變形控制的效果。

特殊雜填土地鐵暗挖區(qū)間加固

1　概述

沈陽(yáng)地鐵9號(hào)線某區(qū)間，右線長(zhǎng)1 259.984m，左線長(zhǎng)1 233.274m，采用礦山法施工。設(shè)2個(gè)施工豎井及橫通道，區(qū)間結(jié)構(gòu)拱頂覆土厚度為6.6～17.2m。區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)寬度6.4m，結(jié)構(gòu)高度6.63m，初支厚250mm，二襯厚350mm。

開挖1號(hào)豎井時(shí)發(fā)現(xiàn)，地面以下16m范圍內(nèi)為包括混凝土塊、磚頭瓦塊、塑料、布料等在內(nèi)的建筑垃圾及生活垃圾，16m以下為砂層，施工中地表沉降量較大，已達(dá)到125.38mm。后經(jīng)補(bǔ)充勘察，探明此地段原為垃圾填埋場(chǎng)，線路左、右線總共約464m范圍穿越特殊雜填土?？碧斤@示里程右AK10+960.0～AK11+450.0段雜填土厚度約為10.0～15.0m，里程右AK11+500.0～AK11+925.0段雜填土厚達(dá)5.0～17.0m，主要由碎磚塊、建筑垃圾、紡織布條、腐殖質(zhì)生活垃圾、灰黑色粉質(zhì)黏土等組成，物質(zhì)來源較復(fù)雜，且雜填土結(jié)構(gòu)疏松，可能還具有浸水濕陷性，對(duì)暗挖區(qū)間的施工及支護(hù)將產(chǎn)生較大影響(如圖1所示)。

圖1　區(qū)間特殊雜填土分布

2　地層加固方案

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工效果，本區(qū)間穿越特殊雜填土段采用地面注漿及洞內(nèi)注漿相結(jié)合的加固措施。對(duì)于工作面范圍內(nèi)侵入雜填土段，以地面注漿處理為主，地下小導(dǎo)管補(bǔ)充注漿為輔；其余穿越雜填土段以地下注漿加固為主。注漿加固順序應(yīng)分區(qū)分塊，注漿工藝及材料通過試驗(yàn)確定，并要求道路下方的污水管、雨水管在暗挖施工前進(jìn)行防滲漏處理。

2.1工作面侵入特殊雜填土段

區(qū)間在里程右DK11+582～DK11+805、左DK11+572～DK11+693穿越雜填土(生活垃圾、建筑垃圾)層段(如圖2)，采用地面深孔注漿加固措施為主，輔以洞內(nèi)注漿加固，注漿管間距0.6m布置，注漿管均長(zhǎng)約21m，其中注漿段約11.5～13.5m。注漿先周邊，后中間，外圈采用早強(qiáng)型的水泥漿液，內(nèi)圈采用單液水泥液，注漿后土體強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到0.2MPa以上。施工單位需在加固起終點(diǎn)處提前進(jìn)行注漿實(shí)驗(yàn)，以確定實(shí)際適用的注漿工藝及參數(shù)。注漿加固順序應(yīng)分區(qū)分塊，注漿工藝及材料通過試驗(yàn)確定。

2.2其余穿越特殊雜填土段

區(qū)間在里程右DK11+388～DK11+418、左DK11+325.29～DK11+412、左DK11+765～DK11+795穿越雜填土(生活垃圾、建筑垃圾)。這些地段采用洞內(nèi)注漿加固措施為主，輔以地面注漿加固，注漿范圍為拱頂以上

3m，兩側(cè)3m，注漿后土體強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到0.2MPa以上。注漿工藝根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地層情況可以變換，但要求開挖工作面前方至少加固3m以上才可以開挖工作面(如圖3)。

圖2　工作面侵入特殊雜填土段注漿措施(單位：mm)

圖3　其余穿越特殊雜填土段注漿措施

標(biāo)準(zhǔn)段雙排小導(dǎo)管加固范圍為深孔注漿加固起終點(diǎn)前、后各5m。

3　數(shù)值模型

3.1計(jì)算工況

為分析地層加固措施對(duì)于暗挖區(qū)間穿越特殊雜填土地層的沉降、變形控制的效果，根據(jù)工作面侵入特殊雜填土的程度和地層加固措施的區(qū)別，需計(jì)算以下工況。

工況一：工作面大部分侵入特殊雜填土段，不采用地層加固措施。

工況二：工作面大部分侵入特殊雜填土段，全斷面采用地層加固措施。

工況三：工作面少量侵入特殊雜填土段，不采用地層加固措施。

工況四：工作面少量侵入特殊雜填土段，半斷面采用地層加固措施。

工況五：特殊雜填土段距離隧道外輪廓2m外，不采用地層加固措施。

3.2計(jì)算模型及計(jì)算參數(shù)

圖4　計(jì)算模型網(wǎng)格

模型網(wǎng)格劃分如圖4，模型高43m，寬80m，隧道埋深15m，共計(jì)單元3 322個(gè)。巖土體采用摩爾庫(kù)倫彈塑性本構(gòu)模型，支護(hù)結(jié)構(gòu)及加固區(qū)域采用彈性本構(gòu)模型。

模型地層各材料計(jì)算參數(shù)如表1所示。

表1　地層物理力學(xué)參數(shù)

4　計(jì)算結(jié)果

4.1工作面大部分侵入特殊雜填土段不采用地層加固措施

模擬工作面大部分侵入特殊雜填土段且不采用地層加固措施時(shí)，暗挖地鐵區(qū)間施工產(chǎn)生的地層沉降和變形如圖5所示，該工況下地表最大沉降150.0mm，拱頂下沉153.4mm。

圖5　工況一計(jì)算結(jié)果

4.2工作面大部分侵入特殊雜填土段全斷面采用地層加固措施

模擬工作面大部分侵入特殊雜填土段且全斷面采用地層加固措施時(shí)，暗挖地鐵區(qū)間施工產(chǎn)生的地層沉降和變形如圖6所示，該工況下地表最大沉降11.6mm，拱頂下沉15.2mm。

圖6　工況二計(jì)算結(jié)果

4.3工作面少量侵入特殊雜填土段不采用地層加固措施

模擬工作面少量侵入特殊雜填土段且不采用地層加固措施時(shí)，暗挖地鐵區(qū)間施工產(chǎn)生的地層沉降和變形如圖7所示，該工況下地表最大沉降41.2mm，拱頂下沉61.5mm。

圖7　工況三計(jì)算結(jié)果

4.4工作面少量侵入特殊雜填土段半斷面采用地層加固措施

模擬工作面少量侵入特殊雜填土段且半斷面采用地層加固措施時(shí)，暗挖地鐵區(qū)間施工產(chǎn)生的地層沉降和變形如圖8所示，該工況下地表最大沉降28.3mm，拱頂下沉38.8mm。

圖8　工況四計(jì)算結(jié)果

4.5特殊雜填土段距離隧道外輪廓2m外，不采用地層加固措施

模擬特殊雜填土段距離隧道外輪廓2m外，不采用地層加固措施時(shí)，暗挖地鐵區(qū)間施工產(chǎn)生的地層沉降和變形如圖9所示，該工況下地表最大沉降26.0mm，拱頂下沉40.2mm。

圖9　工況五計(jì)算結(jié)果

將各個(gè)工況計(jì)算出得地表最大沉降和拱頂下沉值的匯總?cè)绫?所示。

表2　計(jì)算結(jié)果匯總　mm

5　結(jié)論

(1)通過數(shù)值分析，當(dāng)暗挖地鐵區(qū)間隧道工作面大部分侵入特殊雜填土段，不采用任何地層加固措施時(shí)，得到的地表沉降和拱頂下沉量都非常大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足地鐵區(qū)間隧道的設(shè)計(jì)和施工要求，施工風(fēng)險(xiǎn)巨大。

(2)根據(jù)數(shù)值分析結(jié)果，對(duì)于暗挖地鐵區(qū)間隧道工作面大部分侵入特殊雜填土段，在采用了全斷面地層加固措施之后，地表沉降和拱頂下沉量對(duì)比不采用任何地層加固措施時(shí)有了極明顯的降低，說明以地面注漿為主的地層加固措施有效，且對(duì)于隧道開挖期間的沉降、變形控制效果明顯，并可在很大程度上降低施工風(fēng)險(xiǎn)。

(3)通過數(shù)值分析，當(dāng)暗挖地鐵區(qū)間隧道工作面少量侵入特殊雜填土段，不采用任何地層加固措施時(shí)，得到的地表沉降和拱頂下沉量都較大，不能滿足地鐵區(qū)間隧道的設(shè)計(jì)和施工要求，存在較大的施工風(fēng)險(xiǎn)。

(4)根據(jù)數(shù)值分析結(jié)果，對(duì)于暗挖地鐵區(qū)間隧道工作面少量侵入特殊雜填土段，在采用了半斷面地層加固措施之后，地表沉降和拱頂下沉量對(duì)比不采用任何地層加固措施時(shí)有了明顯的降低，說明以洞內(nèi)注漿為主、地面注漿輔助的地層加固措施有效，且對(duì)于隧道開挖期間的沉降、變形控制有一定效果，并可降低施工風(fēng)險(xiǎn)。

(5)根據(jù)數(shù)值分析結(jié)果，對(duì)于特殊雜填土段距離隧道外輪廓2m外段，地表沉降低于30mm，滿足地鐵區(qū)間隧道設(shè)計(jì)和施工要求，可不做加固措施[1～12]。

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Reinforced Measure Analysis For Underground Excavation Metro Section Constructing in Special Miscellaneous Fill Stratum

REN PengCHEN DaYAN Qi

2016-03-21

任鵬(1988—)，男，2014年畢業(yè)于北京交通大學(xué)巖土工程專業(yè)，工學(xué)碩士，助理工程師。

1672-7479(2016)04-0055-03

U231+.3；U455.4

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