浅埋暗挖隧道下穿既有构筑物的设计研究

来源:用户上传      作者:

　　 摘要：西安地铁二号线体育场~小寨区间采用浅埋暗挖法施工，须下穿南二环立交及环河盖板暗涵。本文根据下穿构筑物的沉降标准要求，制定了合理的设计施工方案，采取洞内和洞外的工程措施，并辅以有限元软件模拟，使隧道顺利安全通过了南二环立交及暗涵，为以后类似工程提供了参考。
　　 关键词：浅埋暗挖法下穿南二环立交环河盖板暗涵
　　1工程概况
　　 在闹市地区修建地铁隧道，往往不可避免遇到下穿既有地面或地下构筑物，对既有构筑物使用安全产生一定的影响。体育场～小寨区间为西安地铁二号线难点工程之一，本区间线路长894.148m，主要敷设在长安中路以下，长安中路为西安市南北向城市主干道，车流量很大。根据沿线的线路条件及地面交通情况，经各种工法比选后采用浅埋暗挖法施工。本文重点研究隧道下穿南二环立交及环河盖板暗涵的设计施工技术措施。
　　 工程地质情况：自地表往下的地层顺序为:全新统人工填土（Q4ml）；其下为上更新统风积（Q3eol）新黄土及残积（Q31el）古土壤；第一层古土壤下部在黄土梁区为中更新统风积（Q2eol）老黄土、残积（Q2el）古土壤及冲积（Q2al）粉质黏土、砂土等，在洼地区为上更新统冲积（Q3al）粉质黏土、砂土及中更新统冲积（Q2al）粉质黏土、砂土等地层。
　　 南二环立交桥桥面总宽51.5m（包括护栏），其中两幅机动车道各宽12m,两幅非机动车道各宽6m,两侧人行道（包括护栏）各宽为5.25m，中央分割带宽2m，机动车道与非机动车道之间的分割带各宽1.5m。桥下净空：机动车道最小净高4.5m，非机动车道最小净高3.5m，桥梁跨径：上交四跨简支先张预应力空心板桥，跨径为10.2＋13.5＋13.,5＋10.2（m），基础为扩大基础，下采用1.5m厚片石混凝土处理，隧道开挖拱顶距桥梁主跨基础底面为7.21m。隧道结构与南二环桥梁及环河盖板暗涵的相对关系图详见图1。
　　环河盖板暗涵为3m×8m（高×宽）钢筋混凝土结构，采用600mm厚钢筋混凝土底板，其下采用1.5m厚三七灰土换填。隧道开挖拱顶距桥梁主跨基础底面为9.2m。
　　
　　
　　图1南二环立交桥、盖板暗涵与隧道纵剖面关系图
　　２南二环桥及环河盖板暗涵的沉降控制标准
　　 经过大量调查资料及多次专家的审查意见，并取得其的产权单位的同意，对于过南二环立交及环河盖板暗涵，其监控量测基准值如下：
　　 1)地表沉降宜控制在30mm内。
　　 2)桥墩、梁板的沉降，以及建（构）筑倾斜应保证结构安全和使用要求。
　　 承台竖向沉降控制值不大于20mm,承台水平位移控制值：3.75mm；横桥向同一盖梁两个承台不均匀沉降位移差控制值小于5mm。（满足于桥面不返修）。
　　 3)盖板暗涵沉降允许值一般要求应不大于15mm。不均匀沉降位移差控制值小于±5mm。
　　3隧道下穿技术施工措施
　　 区间隧道左右线下穿南二环立交及盖板暗涵有80m长，该段隧道初期支护、二次衬砌均进行了加强。根据已收集到南二环立交桥的竣工资料，基底承载力为140kPa。立交基础为扩大基础，并且距离隧道有一定距离，因此主要立足于洞内解决，主要目的是尽可能减少暗挖法隧道施工引起的地面沉降，以及减小地面沉降槽宽度，以保护立交桥使用的安全。
　　 3.1洞内处理措施
　　 为保证隧道开挖顺利通过立交桥，尽可能的减少对桥梁基础的影响，控制地表下沉。在过立交桥段的隧道的暗挖施工中采取一系列必要措施，来确保桥梁及暗涵的安全。
　　 (1)加强超前支护，注浆加固围岩
　　 在施工该区段隧道时，除按一般区间隧道台阶法施工外，分别在此范围内对隧道周围土体进行超前预注浆加固，拱部为仰角1°～2°的大管棚超前预加固形成拱棚。开挖掘进时，用Ф42超前小导管注浆补充加固和止漏。隧道结构侧墙部位均设置超前小导管注浆，小导管环向间距0.3m，通过注浆加固桥基周围地层，减小隧道开挖的侧向变形。
　　 (2)缩短开挖进尺，加强各工序之间的衔接管理，尽早封闭断面，及时形成封闭结构。
　　 (3)加强初期支护
　　 开挖时上半断面留核心土并设临时仰拱；隧道拱腰布置锁脚锚管；为防止掌子面涌塌，在开挖过程中，需短进尺施工，台阶法保留核心土，每开挖进尺0.5m，立即挂网喷射混凝土对掌子面进行封闭。
　　 (4)及时进行初支及二衬背后的回填注浆处理，保证初衬与围岩、二衬与初衬的密贴，减少地层变形危及地面建筑物安全。
　　 (5)根据测量监控数据，及时进行补充注浆；
　　 3.2洞外措施
　　 除洞内加强措施外，施工时加强监测，信息化施工，及时反馈信息修正设计,及时进行地面双液浆注浆等措施加固桥基。
　　 双液注浆加固桥基土体，其施工为人工用重锤将φ60mm钢管敲击插入土层中然后对基底地基层进行定点注浆，从而达到对基层加固保护桥基的目的。双液注浆保护注浆孔距50cm，桥基础两侧布置，钢管长度约7～8m，孔径φ=60mm成孔采用φ60mm厚壁无缝钢管人工锤击将钢管慢慢插入地层中。采用水泥―水玻璃双液注浆材料，注浆最大压力P=1Mpa。
　　 3.3盖板河内保护措施
　　 在区间通过的盖板河槽内60m范围内实施2.0mm厚ECB防水板+过水帆布+围堰PE管，形成渡槽和渡管结合，小水导流，大水泄流，确保枯汛期施工全过程防止漏水渗水的防护措施。采用跟进式注浆对暗涵周边的土层进行注浆加固处理，该注浆方式作用效果明显，便于控制。目的在于防止因暗涵漏水对地层的掏蚀、软化作用。另外在施工中应密切配合降水施工，随时监测降水效果，重视地下水的水量及水质，对抽出水的含砂率常作检测，既争取确保在无水条件下施工，又注意防止抽水产生大的地层损失。
　　
　　
　　 图2盖板河内防护措施图
　　 3.4有限元数值模拟计算
　　利用Midas―GTS大型有限元软件对隧道下穿既有构筑物进行模拟计算，结果显示大管棚预加固后正线区间隧道施工完成后地面最大沉降计算值为14.5mm，南二环立交基础的最大沉降为11.5mm，盖板暗涵基础最大沉降为14.1mm，具体详见图3与图4。与不施做大管棚相比, 地表的最大沉降值可降低51% ，拱顶的最大沉降可降低53%左右，同时，洞周围岩塑性区的面积大大减小。沉降计算表明施工引起的地表沉降满足要求。
　　
　　
　　 图2三维有限元模型图图3既有构筑物变形图
　　4结束语
　　 本段区间隧道左右线于2008年3月～2009年4月间先后下穿通过南二环立交及环河盖板暗涵，施工中严格按设计所提出的方案及要求进行。据施工监测的信息可知，南二环桥及盖板暗涵的变形均在沉降控制标准范围内，暗涵亦未发生渗漏水事故。在本工程提到的隧道加固措施为以后西安地铁类似工程提供了有益的经验。
　　
　　注：文章内的图表、公式请到PDF格式下查看

转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-605039.htm