淺埋暗挖隧道下穿高梁橋施工方案分析.doc

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1、淺埋暗挖隧道下穿高梁橋施工方案分析摘要:通過工程類比和數(shù)值分析,對北京地鐵4號線淺埋暗挖區(qū)間隧道下穿高梁橋施工方案進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,采用地面橋墩加固和地下隧道周邊注漿加固地層,能有效控制沉降。區(qū)間隧道先后施工對臨近橋墩差異沉降影響甚微,為提高施工速度,可在合理錯(cuò)距后同時(shí)施工。關(guān)鍵詞:淺埋暗挖;下穿橋梁;砂卵石;注漿加固;數(shù)值模擬1工程概況西直門站～動(dòng)物園站區(qū)間隧道處于西直門外大街下方。該區(qū)間起點(diǎn)里程左線為K13+902.747、右線為K13+903.000,終點(diǎn)里程為K15+125.853,左線全長1224.066m、右線

2、全長為1222.853m。隧道正線于樁號K14+000～K14+104段穿過高梁橋基礎(chǔ),設(shè)計(jì)過橋段長104m;高梁橋上部結(jié)構(gòu)為跨度23m×3的預(yù)應(yīng)力簡支T梁;下部為厚2m的擴(kuò)大基礎(chǔ),分兩層澆筑,底層面積5.5m×5.5m,上層面積3m×3m,基礎(chǔ)埋深4.874m。擴(kuò)大基礎(chǔ)上為獨(dú)立橋墩,兩相鄰橋墩上有蓋梁相連。與區(qū)間遂道縱向相垂直方向一排上有4個(gè)基礎(chǔ),中心間距11.546m;沿區(qū)間縱向有兩排橋基,間距21m。隧道埋深17.9m,兩隧道中心間距為8.0m,見圖1所示。隧道結(jié)構(gòu)從一排4個(gè)基礎(chǔ)中的中間2個(gè)基礎(chǔ)正下方附近通過,結(jié)構(gòu)頂與基

3、礎(chǔ)底之間凈距為11.66m。該區(qū)間段隧道左右線全部穿越砂卵石地層。砂卵石地層是一種典型的力學(xué)不穩(wěn)定地層,顆粒之間空隙大,黏聚力小,顆粒之間點(diǎn)對點(diǎn)傳力,地層反應(yīng)靈敏,稍微受到擾動(dòng),就很容易破壞原來的相對穩(wěn)定平衡狀態(tài)而坍塌,引起較大的圍巖擾動(dòng),使開挖面和洞壁都失去約束而產(chǎn)生不穩(wěn)定。通過篩分試驗(yàn)表明,該處地層為卵石～圓礫層,粒徑20～70mm,最大粒徑達(dá)到150mm,含砂率11%～30%,平均內(nèi)摩擦角35#左右,N值27～50,施工中遇到最大的卵石達(dá)250mm。2工程難點(diǎn)分析在砂卵石地層中采用淺埋暗挖法施工,存在以下難點(diǎn):(1)超前

4、小導(dǎo)管或注漿孔施工成孔難度大,施工速度慢;(2)砂卵石地層容易坍塌,地層成拱性差,超挖量較大,工作面穩(wěn)定性難以保證;(3)由于沒有地面降水條件,拱頂上方存在的上層滯水,易造成砂體的部分流失,增加地層沉降量控制的難度;(4)砂卵石地層中淺埋暗挖法隧道下穿橋墩樁基相對其他地層,容易造成不均勻沉降。根據(jù)北京地鐵施工有關(guān)規(guī)定,確認(rèn)下穿高梁橋施工風(fēng)險(xiǎn)等級為一級,其中變形控制標(biāo)準(zhǔn)如下:橋臺橫向變形差異5.0mm,縱向變形沉降10mm。根據(jù)該工程特點(diǎn),并參考《北京地鐵施工監(jiān)控量測試行稿》確定了該標(biāo)段監(jiān)測項(xiàng)目的監(jiān)測控制值,見表1。33施工方案

5、的確定為了嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)沉降,通過對比試驗(yàn),研究提出了適用于砂卵石地層的前進(jìn)式分段超前深孔注漿加固方案。隧道采用CRD法進(jìn)行施工,根據(jù)分析,確定區(qū)間兩隧道按照導(dǎo)洞1、2、3、4和導(dǎo)洞5、6、7、8順序施工,錯(cuò)距10m。先施工1號導(dǎo)洞,為了減小各導(dǎo)洞之間的相互影響,待施工10m后,再施工2號導(dǎo)洞,依次施工其他導(dǎo)洞,直至完成(見圖2)。具體施工步序如下:第一步:施作超前支護(hù),注漿加固地層,前后開挖兩側(cè)1號洞室,并預(yù)留核心土,施作初期支護(hù);第二步:繼續(xù)前后開挖兩側(cè)2號洞室,施作初期支護(hù),1、2號洞室縱向間距10m左右;第三步:施作超前

6、支護(hù),前后開挖兩側(cè)3號洞室,并預(yù)留核心土,施作初期支護(hù),2號與3號洞室縱向間距10m;第四步:繼續(xù)前后開挖兩側(cè)4號洞室,施作初期支護(hù),左側(cè)3號與4號洞室縱向間距10m;第五步:待左洞開挖完畢,再以同樣的方式開挖右導(dǎo)洞;第六步:根據(jù)監(jiān)測情況縱向分段拆除中隔墻,臨時(shí)支撐,逐步完成側(cè)洞底板防水與二次襯砌,先作業(yè)左洞,再作業(yè)右洞;4施工方案數(shù)值分析4.1計(jì)算模型說明采用PLAXIS3D進(jìn)行計(jì)算分析,計(jì)算范圍頂部取到地面,左右兩側(cè)和底部各取50m,沿隧道軸線方向取60m,隧道均考慮小導(dǎo)管超前注漿加固地層;地層由上到下依次為雜填土層、粉質(zhì)

7、黏土、細(xì)砂層、砂卵石層。土層的參數(shù)如表2所示。整個(gè)模型采用實(shí)體單元建模,土層采用摩爾庫侖模型,隧道結(jié)構(gòu)采用彈性體模型,共劃分30655個(gè)實(shí)體單元,48960個(gè)實(shí)體單元節(jié)點(diǎn)(見圖3)。施工步驟:先施工左邊隧道,再施工右邊隧道;單個(gè)隧道按照CRD工法1、2、3、4順序施工。計(jì)算工況:(1)不進(jìn)行任何加固措施;(2)對橋墩及隧道周圍采取加固措施:將1號橋墩和2號橋墩的擴(kuò)大基礎(chǔ)采用注入混凝土的方式連接成整體;將3號橋墩和4號橋墩的擴(kuò)大基礎(chǔ)采用注入混凝土的方式連接成整體。隧道拱部及側(cè)墻2m范圍內(nèi)土體實(shí)施超前深孔注漿加固。4.2計(jì)算結(jié)果分

8、析計(jì)算結(jié)果見表3、表4。從表3數(shù)據(jù)可以看出,采取加固措施后,效果十分顯著。不進(jìn)行任何加固時(shí),橋墩基礎(chǔ)的差異沉降分別達(dá)到10.95mm和9.22mm。采用注漿加固土體及橋墩連接加固后,A、B號橋墩的差異沉降為4.30mm;C、D號橋墩的差異沉降為4.50mm,可見加固后效果是顯