大跨超浅埋轻轨车站隧道开挖方法研究.doc
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4、宙大跨超浅埋轻轨车站隧道开挖方法研究大跨超浅埋轻轨车站隧道开挖方法研究 摘要:针对大坪车站隧道工程跨度大、埋深浅、地面人口及建筑密集等情况,经过方案比较选择,参考施工过程中力学行为模拟分析结果,在地铁工程施工中提出了“在大管棚预支护下,上半断面侧壁导坑法,下半断面先中槽后侧墙开挖、先拱后墙衬砌”的隧道施工新方法,成功建成了特大跨、超浅埋城市车站隧道。 关键词:隧道工程;轻轨;开挖方法:衬砌 1引言 大坪车站隧道工程跨度大、埋深浅、地面人口及建筑密集,环保要求高。据悉,其规模仅次于米兰城市铁路威尼斯车站隧道,且差距甚小。因此,无论从围岩稳定性及支护结构的复杂程度还是从城市环境保护角度看,施工难度
5、是国内外少见的。若采用全断面开挖或简单的分步开挖均无法保证隧道开挖安全和控制地表下沉以及爆破震动对地表建筑物的影响,因此,需通过综合现有大跨、大断面隧道开挖方法再结合本工程的地质条件选择合理的分步开挖方法、分步开挖的尺寸和相互错开的距离以及超前支护方法,并进行优化施工方案:在开挖实施过程中如何通过监控量测等信息化施工手段,对开挖尺寸相互错开的距离和支护参数进行调整,以确定最优参数,是亟待解决的关键技术问题。本文主要探讨大坪车站大跨超浅埋隧道开挖方法的选择,研究成果对以后类似城市隧道施工具有重要的参考价值。 2 工程概况 大坪车站里程为K7+609.7739.5,其中K7+658.2DK7+73
6、9.5段为暗挖车站隧道,全长81.3m。车站隧道覆盖层厚425m,岩层为砂岩、泥岩和地表杂填土,其中DK7+658.2DK7+701.00段覆盖层厚410m,为类泥岩,顶跨比为0.150.5,顶板岩层薄,成洞条件极差。车站隧道与明挖车站接口段底部开挖宽度为22.68 m,隧道开挖高度为20.6m,拱部开挖宽度为26.3m,最大开挖面积为430.3m2。 本工程地处繁华市区,行经地段地表人文情况复杂,多为抗震性能差的楼房或交通干道公路路面,而主洞洞室高,跨度大、顶板薄,施工难度非常大,对爆破振动(质点振动速度2 cm/s)和对地表沉降要求严格。 3 工程难点 (1) 隧道特大跨、高边墙、拱部结构
7、扁平、超大断面、超浅埋。 隧道最大开挖跨度为26.3 m,拱部结构扁平,最大开挖面积为430.3m2,最大开挖高度为20.6m,最小埋深为4.0m。由于浅埋大跨扁平隧道的特殊受力条件,隧道结构所受荷载非常复杂,因此对开挖及初期支护要求极高。 (2) 周边环境差,工期紧张 工程地处重庆市闹市区,洞顶地表建筑物林立,多为八至九层居民房和交通干道,居民房抗震能力差,并有1栋7层居民楼嵌入隧道拱腰,要求地表沉降不大于3cm,由于夜间施工,时间受到限制,工期十分紧张。 (3) 成洞条件差 车站隧道洞顶覆盖层厚410 m,为类泥岩,中等偏弱,洞口最薄处仅4 m。洞室顶跨比为0.150.5,顶板岩层薄,成洞
8、条件极差。围岩不均匀性变化大,左侧围岩比右侧围岩破碎,围岩风化严重,自稳能力差,施工难度大。 4 大坪车站隧道开挖方案比较选择 不论国内还是国外,尽管大跨度扁平隧道的开挖方法多种多样,但基本上是经过适当的地层预加固处理后采用双侧壁导洞法、CD或CRD工法、台阶法或其中的组合。其出发点是尽可能地借助于辅助施工方法化大为小、先拱后墙或先墙后拱,从而尽快地沿开挖轮廓形成封闭或半封闭的承载结构,再开挖核心土和仰拱。 根据国内外大跨隧道的施工经验、大跨隧道开挖后应力分布情况分析以及大坪隧道结构特点,适合本工程特点的开挖方式主要有以下几种: (1) 上下半断面台阶开挖法; (2) 上下半断面台阶法+中隔壁
9、法; (3) 上下半断面台阶法+双侧壁导坑微台阶开挖法: (4) 上下半断面台阶法十双侧壁导坑微台阶开挖法+小导管注浆; (5) 上下半断面台阶法+双侧壁导坑微台阶开挖法+大管棚超前注浆。 上述施工方法比较见表1。 从表1可以看出,前2种方法虽然造价较低,施工快,但不能保证安全,故不予采纳。后3种基本方法均为台阶法+双侧壁导坑法。通过组织专家评审,然后根据专家意见,对确定的施工方法分成4种工况,利用ANSYS有限元分析软件模拟各工况的施工过程,并进行了施工过程中力学行为分析,从计算结果可以看出,采用表中第5种施工方法最为合理。即在洞口超浅埋段采用大管棚预注浆加强支护,在大管棚保护下进洞,正台阶
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