浅埋暗挖法在长春轻轨暗挖区间的应用

杨 敏

(沈阳铁道勘察设计院有限公司，辽宁 沈阳 110013)

1 工程概况

长春轻轨三期工程四号线长春火车北广场站～北亚泰大街站～伪皇宫站的2个区间为地下区间，除长～北区间小里程端渡线段采用明挖法外，其余均采用浅埋暗挖法施工。本工程具有连续穿越距离长、线路众多、等级不一、埋深变化大、地层软弱等特点，施工中必然会引起地层的位移和地表沉降等现象，从而对工程施工和周边环境产生不利影响。因此，为了确保工程的安全性和决策的有效性、合理性，有必要对浅埋暗挖法施工的地层位移和地表沉降规律进行分析研究。

2 浅埋暗挖法施工要点

长春轻轨暗挖区间基本上都是采用预设核心土环形台阶法的施工方法。施工流程是:施工准备→超前支护注浆→上部弧线开挖→上部钢架安装→上部拱墙喷混凝土→上部核心土开挖→临时支撑安装→下层土方开挖→下层钢架安装→下层边墙喷混凝土→底板开挖→底板钢架安装→底板模筑混凝土→下一循环。

施工要点主要如下:(1)高度重视注浆质量，特别是拱部、拱脚及隧道底部的注浆质量要切实做好，这对加固地层，保证施工安全，减少隧道下沉至关重要。(2)软弱围岩条件下，一定要做到短进尺，每循环进尺控制在0.5～0.75 m范围内，台阶长度控制在2～3 m范围;留核心土，用以稳定掌子面。(3)格栅钢架及时封闭成环，尤其是拱脚除了采用锁脚锚杆或锁脚锚管之外，还要特别注意拱脚悬空的时间不应过长，宜控制在三天以内。拱脚悬空的格栅钢架榀数不应过多，宜控制在三～四榀之内。只有尽快把衬砌封闭成环，才能发挥初期支护防坍塌限沉降的作用。(4)由于初衬承受施工期间的全部荷载，所以喷射混凝土的强度等级及其喷射厚度必须要达到设计图纸的要求。(5)重视初衬及二衬背后的回填注浆，初衬成环后的第三天，二衬封闭后的第七天应分别对初衬及二衬拱顶背后进行回填注浆，这对控制地面沉降和隧道结构防水是至关重要的。(6)严格防水板的铺设和焊接工艺操作程序，保护好防水板，使它真正的能起到防水作用，这也是控制地面沉降的一个重要环节。

根据工程实际地质条件，为了确保施工安全和控制地表沉降，对隧道初期支护和二衬进行了加强，初支厚度为300 mm，二衬厚度为350 mm。超前支护:双层42小导管，并注浆加固地层。上排小导管L=3.0 m，外插角度20°，环向间距0.3 m，纵向间距1.5 m(每环25根计)，下排小导管L=1.8 m，外插角度30°，环向间距0.3 m，纵向间距0.5 m一环。初期支护:C25早强网喷混凝土，格栅间距0.5 m。边墙打设GM25自进式中空注浆锚杆，L=3.0 m，纵向间距同格栅，环向间距0.6 m，梅花形布置，每环16根。

3 浅埋暗挖法数值模拟

3.1 计算模型

根据圣维南原理，计算模型范围水平横向为100 m，竖向50 m，纵向72 m。顶部取至地表面。计算中，采用空间8节点6面体实体单元模拟围岩和初期支护。左右边界水平约束，底部边界竖向约束，顶面自由。整体计算模型如图1所示，区间隧道断面设计如图2所示。

图1 计算模型

图2 区间隧道断面设计

3.2 地层参数

根据地质报告和相关经验，地层的物理力学参数如表1所示。

?

3.3 模拟过程

本文数值模拟采用FLAC3D软件。FLAC3D在模拟隧道开挖时，只需把开挖部分的材料模型设置成空(null)单元即可。具体模拟开挖过程描述为:(1)对掌子面拱顶180°角范围内进行注浆预加固;(2)台阶进尺至1 m后，马上立钢支撑并喷射混凝土;(3)保证上、下台阶纵向相距4 m的长度，上、下台阶同时掘进。

3.4 模拟工况

取如表2所示的四个工况进行研究。

?

3.5 计算结果分析

各工况的地表横向沉降槽计算结果如图3所示。各工况的地表沉降最大值如表3所示。从图3可以看出，随隧道间距的增大，地表横向沉降槽由“U”形渐变为“W”形，基本对称于两隧道连线的中垂线。地表沉降最大值显示:随着隧道埋深和间距的增大，最大地表沉降值减小。

图3 各工况地表沉降结果

?

地表沉降开挖变化曲线如图4所示。横坐标0点对应考察断面。由图可知，曲线在考察断面 前后存在两个明显拐点，拐点范围内沉降速度较大，两拐点间范围随埋深增大而增大，变形速度随埋深增大而减小。掌子面未达到考察断面前的先期沉降值以及其他施工步引起的沉降值随埋深增大而减小。

图4 地表沉降随开挖变化

4 结论

(1)数值模拟结果表明，纵向沉降曲线在考察断面前后存在两个明显拐点，拐点范围内沉降速度较大，两拐点间范围随埋深增大而增大，变形速度随埋深增大而减小，后期沉降值趋于稳定。掌子面未达到考察断面前的先期沉降值以及其它施工步引起的沉降值随埋深增大而减小。

(2)随隧道间距的增大，地表横向沉降槽由“U”形渐变为“W”形，基本对称于两隧道连线的中垂线。随着隧道埋深和间距的增大，最大地表沉降值减小。

(3)浅埋暗挖的施工方法应用于城市轻轨暗挖区间，不仅需要严格遵守“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的18字方针，采用足够的复合式衬砌结构和合理的辅助支护方案，更需要信息化量测反馈设计和施工，以便及时调整支护方案和参数，有效的控制地表沉降。

［1］孔恒.城市地铁隧道浅埋暗挖法地层预加固机理及其研究［D］.北京交通大学，2003

［2］王梦恕.隧道工程浅埋暗挖法施工要点［J］.隧道建设，2006，26(6):3－6

［3］关宝树.隧道工程施工要点集［M］.北京:人民交通出版社，2003