城市過街隧道二次襯砌施作方案研究

孫洪碩　代紅濤　高世權

摘要：受城市復雜環境的影響，需對過街隧道二次襯砌施作方案進行相應對比分析，確保過街隧道二次襯砌及周邊環境的結構安全。文章進行了不同方案土體沉降控制效果對比分析，不同方案初支、二襯應力控制效果對比分析，結果表明：方案一待所有導洞施工完成，從底板、邊墻至拱部，總體由下往上依次施工的方案，更為合理。

關鍵詞：城市建設；過街隧道；二次襯砌；施作方案；土體沉降效果 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU94 文章編號：1009-2374（2016）26-0088-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.26.042

二次襯砌的施作是保證二次襯砌長期穩定的關鍵，新奧法中，為保護圍巖充分發揮圍巖的自承能力，對于一般圍巖隧道，初期支護承受全部圍巖荷載，二次襯砌作為安全儲備。而在淺埋軟弱圍巖中，適合及早施作二次襯砌，讓二次襯砌承擔部分荷載的做法與新奧法保護圍巖，充分發揮圍巖自承能力的原則是一致的。本文以廣州某過街隧道為工程背景，對過街隧道的二次襯砌施作方案進行了研究，通過對比分析不同施作時機的支護效果，綜合考慮現實施工和控制預期，確定最終施工方案，為后續工程施工提供了依據。

1 有限元模型的建立

1.1 參數的確定

本文使用ANSYS有限元軟件來模擬隧道施工，其中巖土體及水平旋噴樁都采用彈塑性本構模型、Drucker-Prager屈服準則；混凝土結構及預支護管棚則采用彈性本構模型。根據相關設計規范及地質勘察報告資料，模型中地層物理力學參數可見表1：

圍巖超前預支護，采用水平旋噴樁+大管棚+超前注漿組合作為超前支護措施。根據等效原則考慮，計算時將其簡化為與注漿有效范圍等厚的拱形加固圈。黏土層及砂土層力學參數表見表2所示。

初支部分采用四肢鋼筋格柵鋼架，噴射C20混凝土400mm厚，臨時支撐部分采用Ⅰ22α型鋼鋼架，噴射混凝土300mm厚，鋼架之間采用Ф22鋼筋雙層連接，環向間距為0.5m。根據抗壓剛度等效的原則，將鋼架的彈性模量進行折算，得到襯砌結構力學參數如表3所示：

1.2 模型的建立

計算模型采用三維有限元模型，即X×Y×Z=65m×11m×34.5m。隧道位置模型網格結構，節點個數28922個，單元個數14260個，三維模型如圖1所示。以中導洞法為基本工法，各洞室均按上下臺階法施工，施工步驟如圖2所示。

1.3 隧道二襯不同施作方案

二次襯砌采用C35P10防水鋼筋混凝土，拱墻厚度600mm，底板1000mm，其他侵蝕性系數不小于0.8，環向主筋和縱向筋為HRB400級鋼筋，輔筋為HPB300，拱墻二次襯砌采用5m軌行式移動模架施工。由于隧道導洞與臨時支撐較多，拆除工作量較大，針對此種情況，有兩種二襯施工方案可以進行比對選取：方案一，待所有導洞施工完成，從底板、邊墻至拱部，總體由下往上依次施工；除此之外，針對多導洞施工情況，可采取方案二，跟隨各導洞施工完成后，緊接著施工各部分二襯，再開挖剩余導洞部分。從中導洞二襯至左右導洞，再至左右側中部導洞，總體由中部向兩側施工。

2 計算結果對比分析

2.1 不同方案沉降控制效果對比分析

采用方案二施作二襯土體位移及兩種方案關鍵點位移監測值分別為圖3和表4所示。

對比兩種施工方案圍巖位移結果可以發現，土體位移云圖與之前計算結果變化不大。因為前期施工方案不變，只是改變了后期臨時支撐的拆除與二襯施工順序，采用方案二施工二襯結構不會對圍巖位移情況產生太大影響，位移監測點顯示兩方案位移最大相差為0.9mm，為左側拱頂下沉位移，其余均在0.5mm以下，其中地表沉降與左側拱頂沉降控制要優于原方案，而左側底板隆起和邊墻最大收斂則較原方案有一定程度上的增大。可見兩種方案在位移數值上無明顯的變化，這是由于隧道埋深較淺，加之前期預支護作用較強，所以后期二襯優化施工方案效果顯現比較輕微，方案二顯示出的在控制隧道圍巖豎直位移方面的微弱優勢，所以如單從控制沉降效果，方案二要優于原有方案，但優化效果并不明顯，沉降控制最大提高0.9mm。下面應繼續就兩種方法對襯砌結構應力的不同影響進行對比分析。

2.2 不同方案應力控制效果對比分析

因為兩方案只是改變了后期臨時支撐的拆除與二襯施工順序，所以只對二襯施工結束后初支、二襯以及梁柱應力進行比對。施工后初支及二襯主應力云圖如圖4和圖5所示，不同二襯施工方法襯砌應力極值監測值如表5所示。

通過以上比較可以看出，相比較于方案一計算結果，采取方案二不會使襯砌受力發生明顯轉變，兩種應力大致分布情況基本相同，只是應力極值略有變化，其變化體現在數值和分布位置兩方面。數值方面，二襯施工完畢以后，無論是初支還是二襯，拉壓應力極值均略微減小，最高減小0.5MPa，說明如采用方案二施做二襯，可以一定程度上使襯砌結構受力形式得到優化，減小結構局部應力極值；在分布位置方面，原有方案最大拉應力處位于左側拱頂部位，采用方案二則位于中間梁柱支撐處，這是因為隧道中導洞范圍內的二襯首先施做，自始至終起支撐作用，后期每步工序均在其基礎上進行，而原方案只是施工了梁和柱，其余拱部二襯均為最后施做，圍巖壓力也就在左側拱頂顯現更為明顯。比較兩種分布情況，應力分布有輕微變化，但襯砌及梁柱支撐結構應力極值變化并不明顯，差值最大為0.5MPa，且為壓應力變化，對抗壓性能較強的鋼筋混凝土結構影響并不明顯。

3 結語

綜合圍巖位移情況和隧道結構受力改善效果分析，方案二雖然理論上較有優勢，但結果顯示二者差別較小，其優勢并不明顯，考慮現實施工的可行性，即方案二在導洞中支模澆筑作業，空間非常狹小且施工相互影響，難以保證施工質量，同時進一步降低了施工效率，綜合考慮，應優先選取方案一為合適的二襯施作方法。

參考文獻

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作者簡介：孫洪碩，鄭州鐵路職業技術學院助理講師，碩士。

（責任編輯：王 波）