淺埋暗挖隧道下穿高梁橋施工方案分析

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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,可在合理錯距后同時施工。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～動物園站區(qū)間隧道處于西直門外大街下方。該區(qū)間起點里程左線為K13+、右線為K13+,終點里程為K15+,左線全長、右線全長為。隧道正線于樁號K14+000～K14+10段穿過高梁橋基礎(chǔ),設(shè)計過橋段長104m

2、;高梁橋上部結(jié)構(gòu)為跨度m×的預(yù)應(yīng)力簡支T梁;下部為厚m的擴(kuò)大基礎(chǔ),分兩層澆筑,底層面積.m×,上層面積m×m,基礎(chǔ)埋深。擴(kuò)大基礎(chǔ)上為獨立橋墩,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個基礎(chǔ),中心間距;沿區(qū)間縱向有兩排橋基,間距21m。隧道埋深,兩隧道中心間距為.0m,見圖1所示。隧道結(jié)構(gòu)從一排個基礎(chǔ)中的中間個基礎(chǔ)正下方附近通過,結(jié)構(gòu)頂與基礎(chǔ)底之間凈距為。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,顆粒之間點對點傳力,地層反應(yīng)靈敏,稍微受到擾動,就很容易破壞原來的相對穩(wěn)定平衡狀態(tài)而

3、坍塌,引起較大的圍巖擾動,使開挖面和洞壁都失去約束而產(chǎn)生不穩(wěn)定。通過篩分試驗表明,該處地層為卵石～圓礫層,粒徑0～70mm,最大粒徑達(dá)到150mm,含砂率11%～30%,平均內(nèi)摩擦角5#左右,N值7～50,施工中遇到最大的卵石達(dá)50mm。工程難點分析在砂卵石地層中采用淺埋暗挖法施工,存在以下難點:(1)超前小導(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

4、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.0mm,縱向變形沉降10mm。根據(jù)該工程特點,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)測項目的監(jiān)測控制值,見表1。施工方案的確定為了嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)沉降,通過對比試驗,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、和導(dǎo)洞、6、7、順序施工,錯距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,再施工號導(dǎo)

5、洞,依次施工其他導(dǎo)洞,直至完成(見圖)。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)號洞室,施作初期支護(hù),1、號洞室縱向間距10m左右;第三步:施作超前支護(hù),前后開挖兩側(cè)號洞室,并預(yù)留核心土,施作初期支護(hù),號與號洞室縱向間距10m;第四步:繼續(xù)前后開挖兩側(cè)號洞室,施作初期支護(hù),左側(cè)號與號洞室縱向間距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;施工方案數(shù)

6、值分析4.1計算模型說明采用PLAXIS3D進(jìn)行計算分析,計算范圍頂部取到地面,左右兩側(cè)和底部各取0m,沿隧道軸線方向取0m,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)黏土、細(xì)砂層、砂卵石層。土層的參數(shù)如表所示。整個模型采用實體單元建模,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05個實體單元,960個實體單元節(jié)點(見圖)。施工步驟:先施工左邊隧道,再施工右邊隧道;單個隧道按照CRD工法1、2、3、順序施工。計算工況:(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號橋墩和號橋墩的擴(kuò)大基礎(chǔ)采用注入混凝

7、土的方式連接成整體;將號橋墩和號橋墩的擴(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m范圍內(nèi)土體實施超前深孔注漿加固。.計算結(jié)果分析計算結(jié)果見表、表。從表數(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,橋墩基礎(chǔ)的差異沉降分別達(dá)到和.2mm。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.30mm;C、D號橋墩的差異沉降為mm,可見加固后效果是顯著的。為便于加強(qiáng)施工中過程控制,表給出了各個工序?qū)Τ两地暙I(xiàn)值。分析可見,導(dǎo)洞1和導(dǎo)洞沉降占總體沉降的5%,因而加強(qiáng)對這兩個步序的施工管理十分必要。主要結(jié)論(1)針對淺埋暗挖隧道下

8、穿高梁橋施工,為控制沉降,必須對橋樁及隧道周圍地層采取加固措施;(2)區(qū)間兩隧道的施工順序宜按