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
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
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。
3.1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)
4.1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
(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]。
[1]張曉光,劇亮,李菲.暗挖隧道下穿跨河橋部分橋樁的影響——4號(hào)線北工大站_平樂園站區(qū)間為例[J].隧道建設(shè),2015(7):692-697
[2]徐源,董志高.地鐵隧道下穿既有高鐵橋梁基礎(chǔ)的變形控制[J].現(xiàn)代交通技術(shù),2014(2):26-32
[3]譚富圣.地鐵隧道下穿擴(kuò)大基礎(chǔ)橋梁施工分析[J].施工技術(shù),2009(10):100-102
[4]李奎,高波.地鐵隧道下穿小河和橋梁的施工方案研究[J].巖土力學(xué),2010,31(5):1509-1516
[5]郝坤,方林,石波.電纜隧道下穿城市橋梁結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬[J].公路交通技術(shù),2014(2):79-83
[6]白偉,胡勇,等.深圳地鐵 5 號(hào)線下穿梅龍立交橋施工技術(shù)[J].橋隧工程,2011(4):246-249
[7]宋艷彬,崔雋,吳金剛.市政管線隧道下穿既有橋梁關(guān)鍵技術(shù)研究[J].隧道與地下工程,2013(2):88-90
[8]劉志祥,等.隧道下穿橋梁的橋墩穩(wěn)定性未確知測(cè)度評(píng)價(jià)研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào),2011(4):91-97
[9]王偉,賈培棟.隧道下穿橋梁樁基開挖和切樁過程仿真分析[J].蘭州工業(yè)學(xué)院報(bào),2015(12):14-18
[10]王建,冷景巖.渣土樁在處理大面積深厚雜填土地基中的試驗(yàn)[J].鐵道勘察,2008(6):72-73
[11]韓建坤.北京地鐵暗挖車站下穿既有線注漿施工技術(shù)[J].鐵道勘察,2005(1):69-71
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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