何 李

(武漢地鐵集團(tuán)有限公司, 湖北武漢 430000)

地鐵工程多位于成熟度極高的市區(qū)，由于受諸多外界條件的限制，地鐵隧道建設(shè)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)采用淺埋暗挖法施工[1]。在施工過(guò)程中，因?yàn)樗淼浪闹艿貙邮艿綌_動(dòng)，從而導(dǎo)致地層應(yīng)力重分布，周邊地層及鄰近建筑物的附加沉降由此加大從而影響到結(jié)構(gòu)的安全。隨著我國(guó)城市地鐵大規(guī)模的建設(shè)，采用淺埋暗挖法側(cè)穿或者正穿建筑物的工程實(shí)例經(jīng)常出現(xiàn)，所以對(duì)地層沉降的預(yù)測(cè)與控制是隧道施工過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題[2-4]。本文通過(guò)某淺埋暗挖法區(qū)間隧道下穿民房的數(shù)值模擬分析、設(shè)計(jì)及施工介紹，對(duì)后期類似案例提供一定經(jīng)驗(yàn)參考。

1 工程概況

1.1 隧道與建筑空間關(guān)系

本淺埋暗挖法隧道為單洞單線隧道，左右線間距14.2m，隧道水平凈距8m，隧道先后共穿越四排民房，穿越民房區(qū)域投影長(zhǎng)度約160m。通過(guò)對(duì)四排房屋與隧道位置關(guān)系、地質(zhì)條件對(duì)比分析，最不利條件為第二排民房，其為7層框架，樁基形式，樁長(zhǎng)5～9m，端承樁，樁底位于中風(fēng)化石英巖中；房屋下隧道拱頂埋深約25.7m，隧道頂距樁底約11.4m(按9m樁長(zhǎng))，隧道位于中風(fēng)化石英巖夾板巖及中風(fēng)化板巖中。

1.2 穿越段工程地質(zhì)、水文條件

1.2.1 工程地質(zhì)

隧道下穿民房段自地面而下地層依次為素填土、含碎石粉質(zhì)黏土、卵石、中風(fēng)化石英巖、強(qiáng)風(fēng)化板巖、中風(fēng)化板巖，隧道斷面主要穿越強(qiáng)風(fēng)化板巖、中風(fēng)化板巖。

1.2.2 水文地質(zhì)

本場(chǎng)地地下水主要為孔隙水和基巖裂隙水，孔隙水主要賦存在素填土層中，基巖裂隙水主要賦存于強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化板巖中，其穩(wěn)定地下水位埋深為2.60～4.80m，水位高程32.02～48.44m。地下水總的徑流方向?yàn)橛杀蔽飨蚰蠔|，其排泄途徑主要是地下徑流,主要補(bǔ)給來(lái)源為徑流補(bǔ)給及大氣降水。

2 數(shù)值分析

本文僅對(duì)最不利的第二排民房進(jìn)行分析。

2.1 計(jì)算模型

采用平面模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，模型按實(shí)際地層條件建立，由于地質(zhì)條件較好，左右邊界及下邊界取為3D(D為隧道開挖跨度)。模型尺寸為橫向(x方向)54.2m，豎向(y方向)49.9m。地層選用平面單元模擬(平面應(yīng)變)，初襯以及樁均采用梁?jiǎn)卧M，模型如圖1所示。

圖1 模型總體

建筑為七層框架結(jié)構(gòu)，每一層荷載取為15kPa，縱向上共有三排樁，間距為5.1m，取作用在建筑物地板上的荷載為500kN·m，模型荷載如圖2所示。

2.2 計(jì)算分析

2.2.1 樁基傾斜度分析

左洞開挖后樁基最大傾斜度為0.33 ‰，當(dāng)右洞開挖之后，樁基傾斜度減?。凰淼朗┕み^(guò)程中，樁的最大傾斜度為0.33 ‰，隧道施工對(duì)樁基傾斜影響很小。

2.2.2 建筑物底板沉降槽分析

左線施工時(shí)，左線隧道正上方建筑物底板沉降最大值為11.43mm，右線施工時(shí)，兩隧道中間上方建筑物底板沉降最大值為16.79mm；左線開挖時(shí)，沉降槽最大斜率為0.74 ‰，右線開挖時(shí)沉降槽最大斜率為1.1 ‰，可見(jiàn)，隧道開挖建筑物地板各部分沉降差值較小。沉降云圖如圖3、圖4所示。

圖2 模型荷載

圖3 左線隧道開挖時(shí)沉降云圖

圖4 右線隧道開挖時(shí)沉降云圖

3 工程措施

本段隧道根據(jù)周圍環(huán)境及穿越的地層情況采取措施為：

(1)施工方法：為減小隧道爆破開挖施工對(duì)周圍噪聲、振動(dòng)等環(huán)境的影響，區(qū)間穿房段采用單臂掘進(jìn)機(jī)的機(jī)械開挖形式，進(jìn)、出建筑范圍的機(jī)械開挖段均超出建筑邊線50m以上。并以振動(dòng)參數(shù)的測(cè)量監(jiān)控輔以控制開挖施工。

(2)穿房段支護(hù)參數(shù)：本段隧道主要位于中風(fēng)化石英巖夾板巖及中風(fēng)化板巖中(圍巖等級(jí)Ⅳ級(jí))，部分位于強(qiáng)風(fēng)化板巖中(圍巖等級(jí)Ⅴ級(jí))；隧道噴射混凝土初期支護(hù)，輔以超前支護(hù)+工字鋼拱架的支護(hù)方式，對(duì)于強(qiáng)風(fēng)化板巖地層超前支護(hù)采用超前小導(dǎo)管；對(duì)于中風(fēng)化石英巖夾板巖及中風(fēng)化板巖地層超前支護(hù)采用超前砂漿錨桿。

(3)隧道施工期間加強(qiáng)對(duì)影響房屋角點(diǎn)的沉降及傾斜監(jiān)測(cè)，同時(shí)加密洞內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，提高監(jiān)測(cè)頻率。

(4)施工前對(duì)隧道上方及周邊房屋進(jìn)行評(píng)估，做好裂縫及沉降標(biāo)記，并由相關(guān)單位明確其允許變形值及沉降值等指標(biāo)。

(5)隧道施工全過(guò)程中做好實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)異常情況及時(shí)處理。

(6)施工現(xiàn)場(chǎng)做好應(yīng)急準(zhǔn)備，洞內(nèi)應(yīng)備有大功率水泵及沙袋，遇見(jiàn)突發(fā)性事件時(shí)能對(duì)掌子面進(jìn)行及時(shí)處理，地面?zhèn)浜米{、房屋支撐等材料及設(shè)備，確保洞內(nèi)及地面建筑安全。

4 結(jié)論與建議

目前，我國(guó)地鐵建設(shè)正大步向前，地鐵隧道側(cè)穿或下穿建筑的工程將會(huì)越來(lái)越多，因其施工難度一般都較大，往往成為整條隧道建設(shè)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。通過(guò)本隧道下穿民房的成功實(shí)例，提出如下建議：

(1)對(duì)暗挖隧道施工采用合理的計(jì)算分析模型，針對(duì)各種施工工況對(duì)地層、結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行針對(duì)性的分析，將計(jì)算結(jié)果結(jié)合淺埋暗挖法理論及工程實(shí)際情況提出相應(yīng)措施以指導(dǎo)施工。

(2)采用機(jī)械臺(tái)階法施工，能有效減小暗挖隧道對(duì)地層的擾動(dòng)。

(3)淺埋暗挖法施工隧道，應(yīng)盡量拉大左右線掌子面距離，減少左右洞開挖相互影響的效應(yīng)，高度重視施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)，根據(jù)對(duì)隧道及地面建構(gòu)筑物的監(jiān)測(cè)情況及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，實(shí)施動(dòng)態(tài)施工。