超前支护在浅埋暗挖技术中的应用

万景刚（中煤科工集团重庆设计研究院有限公司，重庆 400042）

超前支护在浅埋暗挖技术中的应用

万景刚
（中煤科工集团重庆设计研究院有限公司，重庆 400042）

随着城市的发展，地下建设规模的逐步扩大，且普遍埋深较浅。暗挖结构对既有交通及周边环境影响较小，适合在城市地下建设中进行推广。但其施工安全风险大，作好超前支护对于确保整个项目的顺利实施非常重要。本文介绍了重庆市南坪人民医院地下通道的暗挖超前支护技术，以期对类似项目提供参考。

浅埋暗挖；超前支护分析；经验交流

浅埋暗挖法沿用新奥法 （New Austrian Tunneling Method）基本原理，初次支护按承担全部基本荷载设计，二次模筑衬砌作为安全储备；初次支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。由于埋深浅，施工风险大，在施工过程中，必须严格执行十八字方针：管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测，确保施工过程安全。

一、工程简介

重庆市南岸区人民医院地下通道横穿城市主干道，主通道长49m，通道净宽5m；地下通道底面标高距路面为11.95m，设计顶板以上覆土约为4.5m。为减小施工过程中对城市交通的影响，采用浅埋暗挖法进行设计及施工。

初次支护采用R42中空超前注浆小导管加型钢刚架的方式，小导管长3.5m，横向间距为35cm；型钢钢架顺向间距为50cm，型钢规格为工字钢20a；挂网Φ8@15×15cm，喷26cm厚砼C30封闭；开挖进尺为50cm。如图1所示。

二、荷载分析

超前支护主要承担车辆荷载、竖向土压力及侧向土压力，不考虑水压力及温度荷作用。

1 车辆荷载

参照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）第4.3.1第、4.3.4条，由汽车荷载作用引起的作用于小导管上的土压力p′＝140/（5.4×5.8）=4.47kN/m2。投影重叠区土压力P1′＝2×4.47=8.94kN/m2。小导管间距为35cm，作用于小导管上的线荷载p1=8.94×0.35=3.129kN/m。

表1　土侧压力计算表

2 竖向土压力

根据规范《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）第E.0.2条，计算浅埋隧道垂直土压力P2＝γH＝21×4.5=94.5 kN/m2。

注：γ—隧道上覆围岩重度（kN/m3），根据勘察报告，此处取21kN/m3。

H—隧道深度，指坑顶至地面的距离，此处取4.5m。

小导管间距为35cm，作用于小导管上的线荷载p2=94.5×0.35=33.075kN/m。

3 侧向土压力

根据规范《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）第E.0.2条，侧向压力

注：Ht—隧道高度；

φc—围岩计算摩擦角，其值见表A.0.4-1，根据地质勘察报告，此处取40°。

小导管间距为35cm，作用于小导管上的线荷载p3见表1所示。

三、超前支护计算

1 模型的建立

采用MIDAS/CIVIL对超前支护体系进行建模分析。钢架采用截面为20a工字钢的梁单元模拟，小导管采用圆管中间注水泥浆的复合截面，单元类型为梁单元。钢架基础采用一般连接处理，约束相应活动方向；小导管用一般弹性连接处理，线弹性刚度参照勘察报告提供的岩土力学性能，按60000kN/m取用。同时释放小导管支于工字钢上的弯矩约束。

2 计算结果如下

经计算，最大弯曲应力为166.8 MPa ＜[σ]=210MPa（如图2所示），最大剪切应力为-35.9MPa ＜[τ]=120MPa，最大轴向应力考虑稳定系数0.653后，轴向应力为27.87 ＜[σ]=200MPa，满足要求，顶面变形最大值为0.784mm＜2000/400=5mm（如图3所示），侧面变形最大值为6.173mm＜4000/400=10mm，均满足规范要求。

四、施工过程监控量测

本项目全程由重庆交通大学变形监控，从监测信息反馈结合工程施工安全、质量、进度分析，本项目采用的超前支护方式是可行的。

浅埋暗挖技术采用超前小导管加型钢钢架支护体系进行开挖，能满足工程施工安全、能控制工程的质量及进度要求。本文对浅埋暗挖技术在城市地道建设中的应用具有一定的参考意义，为类似工程项目相关参数的选择提供了经验数据。

结语

[1] JTG F60—2009，公路隧道施工技术规[S].

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