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軟土地層小凈距重疊隧道施工技術(shù)研究 |
| 文章來源：魚泡隧道 提供人：劉剛 提供日期：2022-12-11 |
1 概述 隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市所面臨的交通壓力也日益增加，地鐵因其載客量大，對(duì)地面影響小，而被廣泛采用，目前我國部分城市的地鐵已由單線向網(wǎng)絡(luò)化快速發(fā)展，地鐵線路大多穿越城市繁華地區(qū)，或?yàn)閷?shí)現(xiàn)兩條地鐵線同臺(tái)換乘，導(dǎo)致了重疊隧道的出現(xiàn)。 特別是小凈距重疊隧道，因雙線間距小，相互影響大，施工難度也急劇增加，因此對(duì)小凈距重疊隧道的分析研究也變得很有必要。本文以天津地鐵某區(qū)間為例，通過建模分析，研究了小凈距重疊隧道的變形規(guī)律，并給出了施工建議，可供類似工程借鑒。 2 工程概況 該區(qū)間為實(shí)現(xiàn) 5 號(hào)、6 號(hào)線同臺(tái)換乘采用了重疊隧道，線型復(fù)雜，具有凈間距小、重疊線路長、大縱坡段線路長、部分線路覆土淺、局部穿越承壓水層等特點(diǎn)。 6 號(hào)線區(qū)間為上下完全重疊狀，5 號(hào)線區(qū)間為上下重疊交叉狀，如圖 1 所示。4 條隧道先后施工，地層經(jīng)過多次擾動(dòng)，存在隧道自身變形大、地面沉降大等問題，合理選擇各隧道施工順序，是施工前面臨的首要問題。
該區(qū)間主要穿越⑥1 粉質(zhì)粘土、⑥3 粉土層、⑥4 粉質(zhì)粘土、⑦1 粉質(zhì)粘土、⑧1 粉質(zhì)粘土、⑨1 粉質(zhì)粘土層。隧道穿地層地下水屬孔隙性潛水，靜止水位埋深 0.9 m ～ 4.8 m，水位年變幅 0.5 m ～ 1 m。 承壓含水層分布于⑨2 粉土中，水量較豐富，隔水層為上部的粉質(zhì)粘土層，距離隧道最小距離 7.2 m，如圖 2所示。
3 重疊段隧道建模分析 如按“先下后上”的順序施工，受上方后建隧道施工影響，下方先建隧道在盾構(gòu)前方 15 m 范圍內(nèi)存在向下?lián)锨�，而在盾尾后�?30 m 范圍內(nèi)則向上隆起，直至趨于一個(gè)定值，見圖 3。 下方先建隧道在上方后建隧道施工期間的荷載組合建議采用表 1。
采用巖土分析有限差分法軟件 FLAC3D 分別對(duì)“先上后下”和“先下后上”進(jìn)行模擬分析。分析結(jié)果如圖 4，圖 5 和表 2所示。
按照 1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)、4 號(hào)隧道依次施工的順序進(jìn)行建模分析( 隧道編號(hào)見圖 6) ，分析結(jié)果如下：1 號(hào)、2 號(hào)隧道隨著 3 號(hào)、4號(hào)隧道的開挖將產(chǎn)生上浮，4 號(hào)隧道開挖會(huì)引起 1 號(hào)隧道上浮15 mm。 隨著相鄰隧道的相互錯(cuò)開，這種影響會(huì)逐漸減弱。若新建隧道與既有隧道水平距離過近，將會(huì)引起既有隧道向新建隧道方向位移。隨著 2 號(hào)、3 號(hào)隧道由重疊狀漸變?yōu)槠叫袪睿? 號(hào)隧道將會(huì)產(chǎn)生向 3 號(hào)隧道的位移，根據(jù)理論計(jì)算最大位移為10 mm。 2 號(hào)、3 號(hào)線隧道開挖會(huì)引起 1 號(hào)隧道管片內(nèi)力的微量增加，彎矩值增加約 1 kN·m。而 4 號(hào)隧道開挖會(huì)引起 1 號(hào)隧道管片內(nèi)力較大幅度減小，彎矩值由 90 kN·m 減少到 63 kN·m。隨著各隧道距離拉開，新建隧道對(duì)既有隧道內(nèi)力的影響越來越小。
4 施工中采取的措施與建議 根據(jù)理論分析，雖然“先上后下”總體沉降量小，但考慮到在施工過程中下部隧道一旦出現(xiàn)險(xiǎn)情不可避免的將會(huì)對(duì)上部已完成隧道造成重大影響，且搶險(xiǎn)困難，因此該重疊隧道最終的施工順序確定為“先下后上”。 針對(duì) 5 號(hào)線區(qū)間為上下重疊交叉狀，兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)分別從兩座車站始發(fā)，提前計(jì)算出兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)的始發(fā)時(shí)間，過程中合理控制兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)速度，確保兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)同時(shí)到達(dá)中間交叉點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)“先下后上”。重疊段隧道管片的注漿孔由原來的 6 孔增加至 16 孔。在上部隧道施工前需對(duì)下部隧道進(jìn)行二次注漿加固。 二次注漿采用水泥—水玻璃雙液漿，對(duì)隧道周圍 3 m 范圍內(nèi)土體進(jìn)行注漿加固，注漿壓力 0.3 MPa ～ 0.4 MPa。注漿管采用 3 m 長鋼管，永久埋設(shè)于注漿加固體內(nèi)，達(dá)到錨桿骨架支撐的效果。 上部隧道施工前，應(yīng)完成下部隧道注漿加固及等強(qiáng)，上部隧道也應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)速度及時(shí)注漿。注漿采用TSS 后退式長管注漿工藝，注漿時(shí)間為盾構(gòu)通過后 15 d 左右。 隧道縱向注漿順序采取隔環(huán)跳打的方式，每環(huán)一次施工 1 孔～ 2 孔，兩個(gè)施工環(huán)間隔 4 環(huán)。注漿范圍見圖 7。
在上部隧道施工前，采用支撐對(duì)下部隧道進(jìn)行加固，提高下部隧道剛度，減小其垂直彎曲變形。支撐按照每兩環(huán)加固一環(huán)進(jìn)行布設(shè)。加固范圍為盾構(gòu)刀盤前 15 m 至盾尾后 30 m，支撐在盾構(gòu)施工過程中不能卸力。 考慮到重疊隧道同步施工的需要，下部支撐可采用鋼拱臺(tái)車，如圖 8 所示。支撐臺(tái)車在鋼軌上行走，每道支撐由 5 個(gè)輪式支撐臂組成，支撐點(diǎn)避開縱縫及手孔位置，支撐臂采用液壓控制，具備壓力調(diào)節(jié)功能。 支撐臺(tái)車在外力的推動(dòng)下，根據(jù)上部隧道的掘進(jìn)速度可實(shí)現(xiàn)不卸力向前移動(dòng)。在鋼拱臺(tái)車推進(jìn)過程中可對(duì)支撐臂軸力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
重疊隧道施工時(shí)，地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)以隧道正上方軸線為界，處于主要影響區(qū)域的監(jiān)測(cè)點(diǎn)建議按 4 m 間距布設(shè)( 影響區(qū)如圖 9所示) ，處于次要影響區(qū)域的監(jiān)測(cè)點(diǎn)建議按 8 m 間距布設(shè)。當(dāng)主要影響區(qū)和次要影響區(qū)內(nèi)存在建構(gòu)筑物時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)建構(gòu)筑物的豎向位移監(jiān)測(cè)。 |
