淺埋暗挖法在長春輕軌暗挖區間的應用

楊 敏

(沈陽鐵道勘察設計院有限公司，遼寧 沈陽 110013)

1 工程概況

長春輕軌三期工程四號線長春火車北廣場站～北亞泰大街站～偽皇宮站的2個區間為地下區間，除長～北區間小里程端渡線段采用明挖法外，其余均采用淺埋暗挖法施工。本工程具有連續穿越距離長、線路眾多、等級不一、埋深變化大、地層軟弱等特點，施工中必然會引起地層的位移和地表沉降等現象，從而對工程施工和周邊環境產生不利影響。因此，為了確保工程的安全性和決策的有效性、合理性，有必要對淺埋暗挖法施工的地層位移和地表沉降規律進行分析研究。

2 淺埋暗挖法施工要點

長春輕軌暗挖區間基本上都是采用預設核心土環形臺階法的施工方法。施工流程是:施工準備→超前支護注漿→上部弧線開挖→上部鋼架安裝→上部拱墻噴混凝土→上部核心土開挖→臨時支撐安裝→下層土方開挖→下層鋼架安裝→下層邊墻噴混凝土→底板開挖→底板鋼架安裝→底板模筑混凝土→下一循環。

施工要點主要如下:(1)高度重視注漿質量，特別是拱部、拱腳及隧道底部的注漿質量要切實做好，這對加固地層，保證施工安全，減少隧道下沉至關重要。(2)軟弱圍巖條件下，一定要做到短進尺，每循環進尺控制在0.5～0.75 m范圍內，臺階長度控制在2～3 m范圍;留核心土，用以穩定掌子面。(3)格柵鋼架及時封閉成環，尤其是拱腳除了采用鎖腳錨桿或鎖腳錨管之外，還要特別注意拱腳懸空的時間不應過長，宜控制在三天以內。拱腳懸空的格柵鋼架榀數不應過多，宜控制在三～四榀之內。只有盡快把襯砌封閉成環，才能發揮初期支護防坍塌限沉降的作用。(4)由于初襯承受施工期間的全部荷載，所以噴射混凝土的強度等級及其噴射厚度必須要達到設計圖紙的要求。(5)重視初襯及二襯背后的回填注漿，初襯成環后的第三天，二襯封閉后的第七天應分別對初襯及二襯拱頂背后進行回填注漿，這對控制地面沉降和隧道結構防水是至關重要的。(6)嚴格防水板的鋪設和焊接工藝操作程序，保護好防水板，使它真正的能起到防水作用，這也是控制地面沉降的一個重要環節。

根據工程實際地質條件，為了確保施工安全和控制地表沉降，對隧道初期支護和二襯進行了加強，初支厚度為300 mm，二襯厚度為350 mm。超前支護:雙層42小導管，并注漿加固地層。上排小導管L=3.0 m，外插角度20°，環向間距0.3 m，縱向間距1.5 m(每環25根計)，下排小導管L=1.8 m，外插角度30°，環向間距0.3 m，縱向間距0.5 m一環。初期支護:C25早強網噴混凝土，格柵間距0.5 m。邊墻打設GM25自進式中空注漿錨桿，L=3.0 m，縱向間距同格柵，環向間距0.6 m，梅花形布置，每環16根。

3 淺埋暗挖法數值模擬

3.1 計算模型

根據圣維南原理，計算模型范圍水平橫向為100 m，豎向50 m，縱向72 m。頂部取至地表面。計算中，采用空間8節點6面體實體單元模擬圍巖和初期支護。左右邊界水平約束，底部邊界豎向約束，頂面自由。整體計算模型如圖1所示，區間隧道斷面設計如圖2所示。

圖1 計算模型

圖2 區間隧道斷面設計

3.2 地層參數

根據地質報告和相關經驗，地層的物理力學參數如表1所示。

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3.3 模擬過程

本文數值模擬采用FLAC3D軟件。FLAC3D在模擬隧道開挖時，只需把開挖部分的材料模型設置成空(null)單元即可。具體模擬開挖過程描述為:(1)對掌子面拱頂180°角范圍內進行注漿預加固;(2)臺階進尺至1 m后，馬上立鋼支撐并噴射混凝土;(3)保證上、下臺階縱向相距4 m的長度，上、下臺階同時掘進。

3.4 模擬工況

取如表2所示的四個工況進行研究。

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3.5 計算結果分析

各工況的地表橫向沉降槽計算結果如圖3所示。各工況的地表沉降最大值如表3所示。從圖3可以看出，隨隧道間距的增大，地表橫向沉降槽由“U”形漸變為“W”形，基本對稱于兩隧道連線的中垂線。地表沉降最大值顯示:隨著隧道埋深和間距的增大，最大地表沉降值減小。

圖3 各工況地表沉降結果

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地表沉降開挖變化曲線如圖4所示。橫坐標0點對應考察斷面。由圖可知，曲線在考察斷面 前后存在兩個明顯拐點，拐點范圍內沉降速度較大，兩拐點間范圍隨埋深增大而增大，變形速度隨埋深增大而減小。掌子面未達到考察斷面前的先期沉降值以及其他施工步引起的沉降值隨埋深增大而減小。

圖4 地表沉降隨開挖變化

4 結論

(1)數值模擬結果表明，縱向沉降曲線在考察斷面前后存在兩個明顯拐點，拐點范圍內沉降速度較大，兩拐點間范圍隨埋深增大而增大，變形速度隨埋深增大而減小，后期沉降值趨于穩定。掌子面未達到考察斷面前的先期沉降值以及其它施工步引起的沉降值隨埋深增大而減小。

(2)隨隧道間距的增大，地表橫向沉降槽由“U”形漸變為“W”形，基本對稱于兩隧道連線的中垂線。隨著隧道埋深和間距的增大，最大地表沉降值減小。

(3)淺埋暗挖的施工方法應用于城市輕軌暗挖區間，不僅需要嚴格遵守“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”的18字方針，采用足夠的復合式襯砌結構和合理的輔助支護方案，更需要信息化量測反饋設計和施工，以便及時調整支護方案和參數，有效的控制地表沉降。

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