城市小净距重叠隧道施工技术

孙旭东

城市小净距重叠隧道施工技术

孙旭东

结合工程实例,对重庆轨道交通六号线一期工程大龙山车站小净距重叠隧道的施工组织及施工方法进行了总结,在只利用一个施工通道的前提下,通过合理化组织及应用信息化技术,安全、优质、高效地进行施工,大大缩短了车站及隧道施工工期,减小了爆破震动对结构的影响,确保了重叠隧道防水、二衬的整体性及耐久性。

小净距,重叠隧道,施工技术

0 引言

本文针对城市小净距重叠隧道施工这一技术难题,结合了重庆轻轨六号线大龙山车站及区间隧道工程实例及周边复杂环境,针对小净距重叠隧道施工的有关技术进行了初步探索和总结,为类似工程施工积累宝贵的经验。

1 工程概况

大龙山站地处渝北区,位于龙山大道和龙山路的交汇处,龙山大道路中,呈南北向布置,车站东北侧为武警总队招待所,东南侧为商业住宅楼,西南侧为逸静丰豪住宅小区,西北侧为华渝仪表厂,建筑密度高。车站横断面图见图 1。区间隧道均位于龙山大道下方,小里程端右线长 509.961m,左线长 513.93m,线路水平间距 0m～9.43m;六号线大里程端右线长 155.339m,左线长155.717m,线路水平间距0m～8.065m,均为上下重叠小净距隧道。

沿线表层主要为人工素填土及残坡积粉质粘土,厚 0.5 m～9.4m,下伏基岩主要为砂岩(中风化岩体裂隙不发育,岩体完整系数0.69～0.71,饱和抗压强度20.9MPa～36.7MPa,饱和抗压强度标准值 23MPa,属较软岩)、砂质泥岩(中风化岩体裂隙不发育,岩体完整系数0.67～0.72,饱和抗压强度8.6MPa～36.7MPa,饱和抗压强度标准值 23MPa,属较软岩)等,以砂质泥岩为主,砂岩多呈薄层及透镜体,围岩均为Ⅳ级。

2 施工组织

车站及区间隧道均通过斜井通道进行组织施工。

1)斜井通道位于明挖车站小里程端,斜井放坡(14%坡度)进入小里程六号线区间重叠隧道上洞(总长 509.961m)进行开挖支护,车站基坑土石方开挖至底部时,斜井口放坡至六号线下洞开挖支护,重叠段上洞底标高放坡至下洞,形成上下洞两个工作面同时施工,隧道及车站基坑土石方均用斜井运出。2)因TBM在大龙山车站过站转场,先过六号线上洞后过下洞,为满足TBM过站工期要求,在区间隧道上下洞分开段(下洞里程ZDK23+984.3)处由上洞拉槽至下洞,进入重叠隧道下洞施工,以增加重叠隧道工作面,土石方由斜井通道运出。3)车站大里程六号线区间重叠隧道根据基坑开挖进度,安排先上洞后下洞的开挖支护顺序进行施工,开挖土方通过基坑由斜井运出。4)车站两端区间重叠隧道衬砌采用先施作下洞,待混凝土达到设计强度后施作上洞衬砌,确保TBM顺利通过。

3 施工难点及对策

重叠隧道段施工是本工程的重点,重叠隧道段上下洞之间距离极近(下洞拱顶距上洞拱底仅0.2m),重叠部位长,设计结构复杂,工艺要求较高,安全质量控制难度大,又处在 TBM过站节点上,工期紧,并且此类硬岩小净距重叠隧道在国内外尚无此先例,对施工技术要求非常高,施工安全风险及工期压力大。

主要施工对策：1)合理组织施工,加大资源投入,确保施工安全及TBM节点工期目标。2)优化方案,根据重叠隧道设计线路增加工作面,科学的调整施工工序,保证 TBM能顺利步进过站。3)采用短进尺、弱爆破进行施工。严格控制循环进尺和装药量,采用分段微差爆破,控制装药量,减少重叠段下洞爆破震动对上洞初支及地表和围岩的扰动。4)开挖后及时进行初期支护,随挖随支,严格按照设计参数进行施作。5)加强洞内变形、拱架应力、地表沉降等项目的监控量测,以量测数据分析结果指导施工。

4 施工方案

4.1 重叠隧道开挖方法的选择与优化

在重叠小净距隧道施工方法的选择中,对两种开挖方法进行了优缺点对比：

1)“先下洞,后上洞”施工流程：下洞开挖初支→下洞二次衬砌→上洞开挖初支→上洞二次衬砌。优点：安全风险小。缺点：施工进度慢(需先把基坑开挖到底才能进行隧道施工,后期上洞进行开挖时出渣困难),下洞施工完成后,开挖上洞时将会对下洞二衬及防水造成严重破坏,对后期隧道防水影响极大。

2)“先上洞,后下洞”施工流程：上洞开挖初支→下洞开挖初支→下洞二次衬砌→上洞二次衬砌。优点：施工进度快(比上种施工方法可提前进入隧道施工,提高上洞出渣速度,加快隧道施工进度),对整个上下隧道二衬和防水不会造成任何影响,提高隧道整体防水质量。缺点：安全风险较大。

鉴于以上原因,根据方案对比及 TBM过站节点工期要求,重叠隧道采用先上洞后下洞的施工方法,在确保安全质量的前提下,能够快速、高效的进行区间隧道施工作业。

4.2 重叠隧道分开段施工方案

4.2.1 重叠隧道分开段拉槽施工

为保证节点工期,满足TBM步进通过,重叠隧道分段开挖采用上洞拉槽至下洞同步施工技术,相应的增加一个工作面可以加快施工进度。

大龙山车站小里程区间隧道为保证上、下洞开挖支护同时进行,且保证安全,减小下洞出渣对上洞出渣的影响,对上洞区间隧道YDK 24+000～YDK23+960段做拓宽处理,在原开挖洞身净宽尺寸上每边扩挖 1.5m,洞顶标高不变,待此扩挖段施工完成后,上洞增设斜槽,放坡至下洞既定标高,随后上、下洞隧道同时进行开挖支护。斜槽里程为YDK 23+995～YDK23+963段,放坡段总长32m,便道宽4.5mm,坡度14%,放坡高度4.48m,斜槽侧壁适当放坡(见图2)。

4.2.2 支护参数安全性分析

为了检验上洞出渣时双洞围岩的稳定性,采用大型有限元软件ANSYS对大龙山小净距重叠隧道进行稳定性分析,以保证隧道上、下洞开挖支护同时进行。

隧道上洞宽7.92m,高6.348m;下洞宽8.16m,高8.437m。埋深取 18m,Ⅳ级围岩。模型横向计算范围取 120m;竖向计算范围取 60m。在车辆出渣的模拟过程中,假设在洞中有一辆卡车,重约 400 kN,每辆长约 8m,将其线性分布在上洞临时仰拱上,即在上洞的临时仰拱上加上两个 25 kN/m沿轴向分布的线性荷载,并乘以 2倍的车辆动力系数。边界条件：底部加水平和竖向约束,左右两侧加水平约束。上、下洞分别采用Ⅰ16和Ⅰ18工字钢进行临时支护,拱墙和仰拱使用C 25喷射混凝土。由于钢架是0.8m/榀,在计算过程中,将其折算成钢板。

材料在计算过程中的物理力学参数见表 1。

表1 初期支护参数表

有限元计算模型见图 3。

通过有限元计算以后得到开挖支护钢拱架的内力,结果见图 4。

根据内力分析结果,对结构进行验算,经综合考虑结构的特点,重叠隧道拉槽段主体结构的支护参数满足设计要求。

4.3 施工监测

监控量测的项目主要根据地下工程的地质条件、围岩类别、跨度、埋深、开挖方法和支护类型等综合确定,针对本标段区间隧道的实际情况,确定的量测项目主要有：

1)地表沉降及建筑物基础沉降监测：本标段区间隧道施工影响区范围内上部地表和所有房屋及构筑物进行沉降观测。2)地面建筑物爆破震动监测：在区间隧道施工影响区范围内布设监测点对所有房屋及构筑物进行爆破震动监测。3)围岩变形观测：对隧道拱顶下沉及两侧边墙的相对收敛值进行观测。4)拱架应力监测：对由围岩变化给拱架造成的应力改变进行监测。

5 结语

通过合理组织及充分的技术准备,在施工过程中始终保持“技术超前”,同时注重“信息化施工”,采用变形监测及爆破震动监测,确保了各项变形及振速控制在合理范围之内。充分结合工程特点及施工条件,对重叠隧道施工制订了新颖、科学的实施性施工方法,降低了爆破震动对结构的影响,提高了重叠隧道的防水及施工质量。

利用仅有的一个施工通道,确保了多工作面同时开展施工,使各工作面进度均较施组计划超前。目前重叠隧道已完成 85%,拱顶下沉量最大值为 8.26mm。在剩余工程的施工过程中,继续加大信息化施工管理及施工组织,确保优质、高效完成整个工程的施工任务,为以后类似工程的施工提供必要的参考依据。

[1] 王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥：安徽教育出版社,2005.

[2] 张建兵.小净距隧道施工技术[J].山西建筑,2009,35(14)：297-298.

Construction technology of urban small spacing overlapped tunnel

SUN Xu-dong

Integrating with project case,it summarizes the construction organization and construction technology of Dalongshan station small spacing overlapped tunnel at the first stage of Chongqing trial transportation line No.6.In the premise of using a construction passageway, through reasonable organization and information technology app lication,it carries on the construction safely,efficiently,and effectively,greatly shortens the station and tunnel construction schedu le,reduces the impacts of the blasting vibration on the structure,and ensures the overlapped tunnelwaterproofing,completeness and durability of the secondary lining.

small spacing,overlapped tunnel,construction technology

U 455.4

B

1009-6825(2011)09-0168-03

2010-11-26

孙旭东(1970-),男,高级工程师,中国中铁股份有限公司投资发展部,北京 100039