超近接上跨既有隧道施工影响分区及加固措施效果.pdf
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1、收稿日期:修回日期:基金项目:国家自然科学基金项目()北京市青年拔尖人才培育计划项目()中铁二十三局科技创新计划项目()作者简介:崔光耀()男山东莒南人教授博士主要从事隧道与地下工程方面的教学与研究工作:.:./.():超近接上跨既有隧道施工影响分区及加固措施效果崔光耀宋博涵何继华田宇航(.北方工业大学 土木工程学院北京 .中铁二十三局集团第六工程有限公司重庆)摘 要:为探明新建隧道施工的扰动影响范围以提出施工对策从而保障既有隧道的安全运营依托北京地铁新机场线上跨既有地铁 号线工程采用 有限差分软件对不同埋深、净距下的既有隧道进行了施工仿真计算分析 基于既有隧道拱顶位移控制标准即控制值 和预警
2、值.将扰动影响分域划分为强影响区、弱影响区和无影响区 根据施工影响分区及工程特点提出了超前管幕和超前管幕夹土注浆 种加固措施并进行数值模拟分析 结果表明:超前管幕加固措施位移减小.超前管幕夹土注浆加固措施位移减小.结合现场控制标准近接施工采取超前管幕夹土注浆加固措施能够保障新建隧道的施工安全性及既有隧道的运营安全关键词:地铁隧道超近接上跨软件施工影响分区加固措施中图分类号:文献标志码:文章编号:()开放科学(资源服务)标识码():(.):.()(.).:.().:第 卷 第 期长 江 科 学 院 院 报.年 月 .研究背景截至 年 月全国共计 座城市已开通轨道交通线路 条总里程数达到 城市地铁
3、的建设已然成为城市轨道交通发展的重中之重 受地下复杂环境的影响地铁隧道不断出现上跨、下穿、平行侧穿等多条隧道交叠等情况 因此保证既有隧道的安全运营降低新建隧道自身的施工风险是目前关注的重点降低施工扰动影响或主动控制既有隧道的变形是解决近接隧道施工问题的核心 从施工扰动影响而言卸载造成围岩应力重分布是近接施工扰动影响的本质原因继而对隧道产生新的荷载作用 而对于上跨、下穿、平行等不同近接形式的穿越既有隧道受力特征也会发生改变 新建隧道上跨既有隧道近接施工根据工法的不同会导致既有隧道发生不同程度的上浮下穿既有隧道施工由于土体损失及固结沉降既有隧道的结构变形主要以沉降为主平行侧穿既有隧道施工由于土体的
4、附加应力作用既有隧道边墙会向新建隧道方向扩张拱顶发生沉降明确隧道近接施工的受力特征以此着手考虑加固措施的施作可有效地控制扰动影响 例如通过数值模型对隧道开挖前后主应力加载面的变化建立影响分区以初始地应力场的应力计算得到的加载面函数 与新建隧道开挖完成后应力状态计算得到的加载面函数 的大小关系为判别准则当加载面函数 时表示围岩发生屈服为强影响区并于强影响区内进行措施加固保证工程的顺利进行当 时为弱影响区当 时为无影响区 通过影响分区理论提出基于工程的近接影响判别表达式由近接影响度划分影响区域并结合数值模拟与现场监测等方法对提出的分区对策进行验证通过 弹性力学经典解先估算施工开挖对既有隧道造成的荷
5、载作用在此基础上进行有限差分计算得到既有隧道纵向预测变形值结合实际工程验证该计算方法的适用性综上所述部分专家学者对隧道近接施工的受力特征、影响分区、结构变形等通过数值模拟、理论分析、现场监测等方法进行了大量的研究 对于隧道超近接施工加固措施关系着施工的顺利安全进行然而既有隧道的哪些空间范围内需要控制措施还需要进一步研究 因此确定新建隧道施工的扰动影响分区尤为关键 本文依托北京地铁新机场线上跨既有地铁 号线暗挖工程对新建隧道超近接上跨既有隧道的扰动影响分区进行了研究 工程概况.工程位置北京地铁新机场线暗挖区间段上跨既有地铁 号线间距.呈 斜交属超近接上跨施工为特级风险源下穿镇国寺北街埋深 属超前
6、埋深为一级风险源 具体地理位置如图 所示1 91 0图 新机场线暗挖区间.地质条件地层分布较均匀由上至下依次为粉土素填土层、粉土层、粉细砂层、圆砾、砾砂层、粉细砂层、卵石圆砾层、卵石圆砾层、卵石圆砾层岩性属软弱级围岩根据地质详勘 深度范围内揭露 层地下水分别为上层滞水和潜水(微承压)分别赋存于第层圆砾、砾砂层和第层卵石层中地下水位标高约.工程位于水位线以上 在施工过程中密切关注地下水水位的动态变化加强地下水位监测并根据实际情况及时进行地下水处理施工过程中若发现上层滞水可采取明排措施同时应切断其补给源妥善处置以保证施工的安全进行.隧道暗挖区间施工概况新建隧道暗挖区间长约.横向洞桩间距 洞内高.由
7、于复含 个特殊风险源为最大程度上降低施工风险优选洞桩法进行施工洞桩法的特点为在施工过程中首先开挖多个小导洞率先形成多个临时的小支护体系待结构稳定后完成后续施工内容本文洞桩法施工断面及施工流程如图 所示在导洞开挖前采取超前打设管棚及小导管注浆等主动控制措施以保证地表变形在安全范围内 上层小导洞、下层土体均采用对向台阶法施工单位进尺为 下台阶开挖滞后上台阶 进行 第 期崔光耀 等 超近接上跨既有隧道施工影响分区及加固措施效果12341:0.51:0.53 m、下部土体开挖施作底板侧墙整体施工完成拆除上层导洞底板上部小导洞完成初支间回填二衬扣拱8 1 0 m(a)施工断面(b)m mm m图 洞桩法
8、施工断面及流程.近接施工影响分区.拱顶隆起值控制标准依据现场“微扰动”施工要求基于既有隧道拱顶隆起值制定相应的控制标准见表 现场要求既有隧道拱顶隆起不得超过 报警值一般取变形控制值的 故不得超过.基于拱顶隆起值控制标准可确定影响分区的阈值范围表 拱顶位移控制标准 拱顶变形阈值范围/).).)影响分区强影响区弱影响区无影响区.计算工况为确定隧道施工对既有隧道的横向扰动影响分区首先建立不同净距、不同埋深条件下的既有隧道模型计算工况如表 所示 采用 有限差分计算软件对 种工况进行施工仿真计算提取 个位置下的拱顶变形后通过拱顶隆起控制标准的椭圆线对各点进行拟合确定影响分区表 计算工况 埋深 不同净距
9、下的工况编号.表 中 为新建隧道洞径跨度为 为既有隧道拱顶至新建隧道底板埋深距离 为新建隧道中心线至既有隧道拱顶净距 计算工况示意图如图 所示图 计算工况示意图.计算模型建立二维弹塑性本构模型摩尔库伦准则为塑性破坏准则 各材料均以实体单元构建模型纵深 高 宽 盾构管片直径 以埋深为.净距为 的计算工况为例如图 所示约束模型四周边界地表为自由面 地层取级围岩参数具体计算参数见表 图 计算模型.表 地层及各材料参数 材料名称/()/()地层.小导管注浆.管棚.隧道衬砌.盾构管片.桩.冠梁.计算结果分析施工模拟工序同.节 模拟循环进尺 开挖对既有隧道的扰动影响 将 组计算结果汇于表 进行分析 长江科
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