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        飽和軟黃土淺埋大坡度暗挖施工工法研究

        2017-11-22 02:27:29王正偉
        綠色環(huán)保建材 2017年2期
        關(guān)鍵詞:施工

        王正偉

        中鐵四局集團(tuán)有限公司第七工程分公司

        飽和軟黃土淺埋大坡度暗挖施工工法研究

        王正偉

        中鐵四局集團(tuán)有限公司第七工程分公司

        隨著國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展,我國的許多大城市在修建地鐵中有成功超前淺埋下穿既有市政構(gòu)筑物的工程實(shí)例,但像西安地鐵隧道在濕陷性黃土地層環(huán)境下的淺埋、大坡度的施工還無類似施工技術(shù)可工參考。本文對(duì)傳統(tǒng)的開挖方法進(jìn)行的深入的研究與探索,經(jīng)過試驗(yàn)及總結(jié),初步形成了飽和軟黃土淺埋大坡度暗挖CRD六部法施工工法,有效地控制了變形,安全地下穿既有構(gòu)筑物,該施工技術(shù)可為類似工程施工提供參考。

        軟弱地層;淺埋暗挖;工法研究

        1 工程概述

        西安地鐵3號(hào)線咸寧路車站1、2號(hào)出入口過街暗挖通道所處地層主要為濕陷性黃土層,1、2號(hào)出入口敞口段基坑長度47.48米,過街通道及橋下暗挖段長度54.75米。出入口敞口段明挖下坡,暗挖通道呈現(xiàn)近30度的爬坡才能與車站主體相連,覆土厚度2.6米~17.7米。通道下穿咸寧路橋及市政管道,施工期間需保證行車正常通行。由此,如何保證暗挖通道安全快速開挖支護(hù)完成,且沉降控制得當(dāng),對(duì)咸寧路橋、市政管線不造成過大影響是關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)。

        出入口過街通道斷面示意圖

        2 工程重難點(diǎn)分析

        ⑴ 該段為黃土地質(zhì),綜合圍巖等級(jí)為Ⅵ級(jí),采用礦山法開挖,難免會(huì)對(duì)上部結(jié)構(gòu)及地面行人產(chǎn)生影響。

        ⑵ 地質(zhì)較復(fù)雜,地下水位相對(duì)較高、通道開挖、降水引起地表不均勻沉降超標(biāo)、管線滲漏、沿線建構(gòu)筑物保護(hù)難度大;

        ⑶ 暗挖通道需要通過30度坡率的爬升段才能與車站主體相連,最淺段覆土僅2.6米,如何在保證路面行車的情況下,安全開挖是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn),必須確保安全。

        ⑷ 隧道緊臨市政DN2200污水管及DN1200排水管,最小距離1.7米,傳統(tǒng)的開挖方法難以確保管線的沉降控制在安全范圍內(nèi)。

        3 施工工法實(shí)驗(yàn)分析

        根據(jù)地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)圖紙中并結(jié)合相關(guān)產(chǎn)權(quán)單位的要求,地表沉降需控制11mm以內(nèi),城市立交橋橋墩差異沉降值控制在5mm以內(nèi)。但通常情況下施工過程中的地表沉降的控制值是30mm。結(jié)合該地區(qū)地鐵的施工類似工程的施工經(jīng)驗(yàn),并根據(jù)隧道設(shè)計(jì)的跨度、凈空、埋深等條件,筆者提出了CRD四部法與CRD六部法兩種可能滿足要求的方法進(jìn)行試驗(yàn)。

        ⑴ CRD四部法施工分析

        以本項(xiàng)目延興門站-咸寧路站區(qū)間隧道在埋深約17米時(shí)采用CRD四部法施工的監(jiān)測(cè)結(jié)果為例。采用ANSYS建立模型,劃分網(wǎng)格后導(dǎo)入FLAC,周圍土體采用FLAC命令流建立模型方式進(jìn)行試驗(yàn)。

        根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,地鐵隧道采用CRD四部工法施工完成后引起的地層豎向位移云圖沿兩隧道的對(duì)稱中心線基本對(duì)稱分布。地表最大沉降值發(fā)生在兩隧道洞室的頂部,最大沉降量為20.2mm。隧道左線拱頂最大沉降為41.5mm,右線拱頂最大沉降為38.6mm。該工法不能滿足沉降控制的要求,該方法不可行。

        ⑵ CRD六部法施工分析

        CRD六部法施工試驗(yàn)在1號(hào)出入口進(jìn)行。通過一周時(shí)間對(duì)地表沉降、拱頂沉降、橋墩差異沉降,CRD六部法施工工法對(duì)地層沉降影響最小,地表沉降控制在11mm以內(nèi),橋墩差異沉降控制在5mm以內(nèi),各項(xiàng)數(shù)據(jù)均滿足控制要求。

        ⑶ 對(duì)比結(jié)論

        六部法施工時(shí),有效減少了開挖斷面,通過分割出的六個(gè)小掌子面,并分段開挖的方式,有效控制沉降;通過分階段降水的方式,有效控制了水對(duì)黃土隧道的影響,并利用分階段的方式,又有效控制了地層沉降。

        施工中通過旋噴加固地層的方式,對(duì)超淺埋段的提前預(yù)加固,既能確保隧道開挖過程中安全,且能對(duì)隧道二襯施工前的拆除初支支撐的安全有所保障。

        4 施工工法應(yīng)用

        通過多種開挖方法的試驗(yàn),最終選擇了CRD六部法施工工藝。其特點(diǎn)是在既能保證隧道斷面需求,隧道自身安全,并對(duì)地表沉降控制、既有構(gòu)筑物沉降控制滿足要求。

        ⑴ 施工步驟

        CRD六部法施工工藝為:左側(cè)導(dǎo)上半部開挖支護(hù)→右側(cè)上半部開挖及支護(hù)→左側(cè)下半部開挖及支護(hù)→右側(cè)下半部開挖及支護(hù)→仰拱施工→二襯施工。

        各部之間的單循環(huán)進(jìn)尺控制在0.5米左右,開挖步距控制在3-5米左右,待1、2、3、4部完成后再行開挖5、6部。1、3部臺(tái)階采用預(yù)留核心土人工開挖。

        ⑵ 淺埋段進(jìn)洞措施

        施工前先進(jìn)行施工降水作業(yè),并對(duì)淺埋隧道四周土體進(jìn)行旋噴加固,減少開挖作業(yè)對(duì)圍巖的擾動(dòng)。暗挖通道采用從車站內(nèi)破除圍護(hù)結(jié)構(gòu),在車站圍護(hù)樁范圍布設(shè)2榀鋼架,超前支護(hù)采用雙排直徑42注漿小導(dǎo)管,鋼架及雙層超前注漿小導(dǎo)管需與圍護(hù)樁鋼筋進(jìn)行有效聯(lián)結(jié)。掘進(jìn)按照CRD六部法進(jìn)行作業(yè)。

        5 施工效果

        西安地鐵三號(hào)線咸寧路站1、2號(hào)出入口過街通道暗挖施工采用CRD六部法工法,并在本工程中綜合運(yùn)用控制沉降技術(shù),采用降水、旋噴加固、雙排超前注漿小導(dǎo)管等措施,實(shí)現(xiàn)了對(duì)飽和軟黃土地質(zhì)下大坡度超淺埋暗挖隧道的開挖,最大限度的確保市政設(shè)施的安全。施工監(jiān)測(cè)結(jié)果如下:

        ⑴ 拱頂下沉:隧道拱頂下沉監(jiān)測(cè)斷面共有5個(gè)斷面,15個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),累計(jì)沉降最大值為:10.7mm,小于控制值11mm;

        ⑵ 水平收斂:水平收斂共有監(jiān)測(cè)斷面5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),累計(jì)變化最大值為:12.31mm,小于控制值14mm;

        ⑶ 構(gòu)筑物沉降監(jiān)測(cè):構(gòu)筑物監(jiān)測(cè)共有8處,8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),橋墩差異沉降最大值4.5mm;

        ⑷ 監(jiān)測(cè)管線2條,合計(jì)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)10個(gè),累計(jì)變化最大值9.92mm,小于控制值15mm,且經(jīng)巡查管線無異常。

        6 總結(jié)

        ⑶ 掘進(jìn)支護(hù)參數(shù)

        拱部180度雙排φ42小導(dǎo)管,環(huán)向間距0.3米,縱向間距0.5米,長度1.5米; 格柵鋼架間距0.5米,6榀連排,每榀鋼架采用8根φ42鎖腳錨管加強(qiáng),有效控制格柵鋼架的下沉。

        開挖設(shè)臨時(shí)混凝土橫撐、中壁臨時(shí)支護(hù),厚度26cm;鋼筋網(wǎng)采用150×150mmΦ8鋼筋網(wǎng),初期支護(hù)采用C25噴射早強(qiáng)砼厚度35cm。

        本工程中,在通常開挖工法難以滿足沉降控制的情況下,選擇CRD六部法施工方法,并結(jié)合降水控制、沉降輔助控制措施,經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和相關(guān)測(cè)算,該方法達(dá)到了預(yù)期的效果,最大限度地保障了安全、成本和進(jìn)度比較合理的平衡,經(jīng)使用,順利完成了咸寧路站1、2號(hào)出入口超淺埋大坡度暗挖施工。在西安地鐵3號(hào)線施工中,通過采用科學(xué)合理的施工方法,積極探索、大膽嘗試采用新工藝新材料,精心施工,嚴(yán)格控制了既有結(jié)構(gòu)的沉降和變形,成功地完成了咸寧路站1、2號(hào)出入口超淺埋大坡度暗挖施工,為今后類似工程提供借鑒。

        [1]魏新江,魏綱,丁智.城市隧道工程施工技術(shù)[M],化學(xué)工業(yè)出版社,2011.

        [2]趙勇.黃土隧道工程[M],中國鐵道出版社,2011.

        [3]孔恒,城市地下工程鄰近施工關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[M],人民交通出版社,2013.

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