變截面渡線隧道暗挖關(guān)鍵施工技術(shù)

李星晨

摘 要：變截面渡線隧道截面突然轉(zhuǎn)換時(shí)常出現(xiàn)初支受力不穩(wěn)定，造成施工坍塌、冒頂問(wèn)題。為解決這一問(wèn)題，在確定整體施工順序由大樁號(hào)向小樁號(hào)施工基礎(chǔ)上，確定7個(gè)開(kāi)挖階段6步施工順序。左線施工在完成標(biāo)準(zhǔn)斷面后，臺(tái)階法轉(zhuǎn)換為CRD法，采用“反掏”施工方法，增設(shè)中隔壁、挑頂、擴(kuò)挖，逐漸擴(kuò)大斷面實(shí)現(xiàn)漸變擴(kuò)大段施工。過(guò)程中臨時(shí)封堵開(kāi)挖掌子面，注漿和拉錨加固楔形土體避免了土體失穩(wěn)，明確了工法轉(zhuǎn)換過(guò)程中支撐及拆撐的具體操作方式。本研究表明，采用該方法可解決變截面隧道斷面轉(zhuǎn)換問(wèn)題，應(yīng)用MIDAS軟件對(duì)二次襯砌盤扣支架進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算，減少了標(biāo)準(zhǔn)模板臺(tái)車無(wú)法施工二襯問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：隧道工程;變截面;渡線;暗挖;施工技術(shù);有限元分析

0 引言

盡管普遍采用增設(shè)橫通道解決地鐵渡線區(qū)變截面開(kāi)挖難題，但增設(shè)橫通道區(qū)間為不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，兩端馬頭門破除后受力不均。對(duì)于渡線兩側(cè)為既有建筑物密集，受到特殊地理環(huán)境及地質(zhì)條件的影響，無(wú)法增設(shè)橫通道、豎井等措施時(shí)如何安全施工研究很少，為此有必要對(duì)不增加橫通道施工變截面渡線隧道進(jìn)行研究，本文以變截面渡線施工為例，研究合理的施工順序，并采用科學(xué)手段分析二次襯砌支撐體系，以便為今后類似工程提供參考[1]。

1 工程概況

北京地鐵某線路區(qū)間設(shè)有單渡線，左幅長(zhǎng)131.67 m，右幅長(zhǎng)79.641 m。隧道采用臺(tái)階法、CRD法施工。位于直線段上，隧道縱坡為0.2%，拱頂埋深為19.5 m～21.4 m，圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)。區(qū)間渡線暗挖段左、右線最小間距17.2 m，單渡線長(zhǎng)度左幅131.67 m、右幅79.641 m。區(qū)間暗挖段共設(shè)置4個(gè)斷面，分別為A型（單線標(biāo)準(zhǔn)斷面）、B型（單線洞門斷面）、C型（漸變擴(kuò)大斷面）、D型（斜通道斷面）。車站在渡線大樁號(hào)側(cè)（見(jiàn)圖1）。

1.1 難點(diǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施

（1）難點(diǎn)分析。①開(kāi)挖工序復(fù)雜，開(kāi)挖、換拱過(guò)程存在較大風(fēng)險(xiǎn)。②二襯支架施工空間有限，施工組織難。③區(qū)間礦山法隧道位于主路下方，隧道埋深淺，保證周圍建（構(gòu)）筑物穩(wěn)定是施工重點(diǎn)[2]。

（2）應(yīng)對(duì)措施。①嚴(yán)格按設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，合理組織施工順序，施工中制定詳細(xì)施工計(jì)劃，施工支護(hù)應(yīng)配合開(kāi)挖作業(yè)及時(shí)進(jìn)行，確保施工安全。加強(qiáng)換拱地段徑向注漿效果檢測(cè)，頂部施作超前小導(dǎo)管，加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，當(dāng)總變形滿足要求時(shí)方可換拱，力保施工安全。②二襯施工在初支全部完成圍巖穩(wěn)定后組織進(jìn)行，每次施工長(zhǎng)度為10 m，雙洞可同時(shí)進(jìn)行施工，施工順序?yàn)閺男短?hào)向大樁號(hào)。③首先進(jìn)行試驗(yàn)確定注漿參數(shù)，以取得最佳的注漿效果加固地層，注漿過(guò)程中根據(jù)監(jiān)控量測(cè)及時(shí)反饋施工。及時(shí)施作初期支護(hù)或臨時(shí)支護(hù)，早封閉、早成環(huán)，施工過(guò)程中嚴(yán)格按擬定的監(jiān)控量測(cè)方案對(duì)建（構(gòu)）筑進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

2 開(kāi)挖工藝

（1）施工順序。渡線暗挖整體施工順序?yàn)閺拇髽短?hào)向小樁號(hào)（圖2左側(cè)為小樁號(hào)側(cè)，右側(cè)為大樁號(hào)側(cè)），采用7個(gè)開(kāi)挖階段6步施工順序，總體順序?yàn)橄仁┕び揖€再施工左線，最后“反掏”施工漸變段。數(shù)字序號(hào)為開(kāi)挖階段，箭頭為掘進(jìn)方向，如圖2所示[3]。

（2）進(jìn)洞施工。車站為3跨3層站，長(zhǎng)168.2 m。基坑寬23.5 m，采用半蓋挖法施工，鉆孔樁+內(nèi)支撐的支撐結(jié)構(gòu)。在半蓋挖車站具備進(jìn)洞條件下，通過(guò)超前大管棚進(jìn)洞，用臺(tái)階法進(jìn)入?yún)^(qū)間暗挖。

（3）洞身開(kāi)挖隧道利用圍巖自承能力，受地理位置及隧道埋深限制，為減少地層擾動(dòng)和對(duì)周邊建筑物保護(hù)，根據(jù)巖層巖性，隧道開(kāi)挖采用人工或小型機(jī)械，遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早閉合、勤量測(cè)”的原則，初支拱頂沉降和收斂基本穩(wěn)定后，逐漸拆除臨時(shí)支撐，拆除長(zhǎng)度一般宜≤5 m。隧道（各導(dǎo)洞）均采用人工+小挖掘機(jī)（帶松土器）進(jìn)行開(kāi)挖，上臺(tái)階留核心土，且各臺(tái)階根據(jù)土層穩(wěn)定情況采用1：（0.8～1.0）放坡，為及時(shí)封閉掌子面可噴射早強(qiáng)混凝土[4]。

3 關(guān)鍵工序施工工藝

（1）A型到C型斷面施工。由A型斷面漸變至C型斷面，C型斷面分8段圓曲線，其中2段圓曲線半徑、長(zhǎng)度發(fā)生漸變，6段圓曲線半徑、長(zhǎng)度不變。左線施工由長(zhǎng)沙地鐵6號(hào)線迎賓路口站向小樁號(hào)掘進(jìn)，在ZDK33+510.462處存在A型、C型斷面突變處，左線繼續(xù)向小樁號(hào)方向施工A型斷面至盾構(gòu)法隧道與礦山法隧道分界處B型斷面。左線“返掏”施工C型斷面（剩余段）至D型斷面與其分界處，及時(shí)封堵開(kāi)挖面進(jìn)行核心土注漿。①第1步開(kāi)挖C型斷面最大端1/3跨，跨度約5.5m，架設(shè)型鋼中隔壁封閉初支，頂部挑高約1.05 m;利用6榀格柵鋼拱架漸變中隔壁型鋼位置擴(kuò)大開(kāi)挖斷面達(dá)到可架設(shè)中間臨時(shí)中隔壁的正常開(kāi)挖斷面的目的，每榀寬度擴(kuò)挖0.5 m;正常開(kāi)挖半斷面;當(dāng)達(dá)到無(wú)需中隔壁段時(shí)再次漸變到側(cè)壁，全斷面封閉格柵鋼拱架，直至C型小斷面段最小端。②第2步拆除第2次中隔壁漸變段，并逐榀封閉初支;正常開(kāi)挖半斷面，補(bǔ)充架設(shè)A型、C型斷面接口處跨中臨時(shí)中隔壁。③第3步拆除第1次中隔壁漸變段，挖除三角區(qū)土體，逐榀封閉初支。

（2）臨時(shí)支撐及中隔壁拆除。①拆除方法。當(dāng)暗挖及初支完成后，圍巖變形收斂穩(wěn)定后進(jìn)行臨時(shí)支撐和中隔壁破除，采用小型挖掘機(jī)破除，挖掘機(jī)采用140型挖掘機(jī)帶破碎錘機(jī)，挖掘機(jī)重13 t，最大挖掘高度8.5 m，最小旋轉(zhuǎn)半徑2.7 m。上導(dǎo)洞的中隔壁破除完成后，挖掘機(jī)站在下導(dǎo)洞內(nèi)破除剩余的臨時(shí)橫撐和下部中隔壁。②拆除順序。首先，先破除臨時(shí)支撐的混凝土，割除鋼筋網(wǎng)片，拆除時(shí)對(duì)初支進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)。當(dāng)周邊位移變形速率及拱頂下沉速率無(wú)變化時(shí)，從上到下割除9，10號(hào)型鋼支撐。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)異常，再跳段拆除3，4，15，16號(hào)支撐，最后進(jìn)行剩余型鋼拆除。當(dāng)在型鋼支撐拆除過(guò)程中出現(xiàn)隧道變形速率增大，即周邊位移速率>0.1 mm/d，拱頂沉降速率>0.15 mm/d時(shí)，先施工仰拱，待仰拱強(qiáng)度達(dá)到100%后再拆支撐。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）采用7個(gè)開(kāi)挖階段6步施工順序，由小斷面向大斷面逐步轉(zhuǎn)換，三角區(qū)核心土部位、“反掏”過(guò)程及拆撐需嚴(yán)格按監(jiān)控量指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。（2）通過(guò)“反掏”施工方法，逐漸挑頂，漸變標(biāo)準(zhǔn)段至擴(kuò)大的斷面分界處可實(shí)現(xiàn)變截面渡線隧道安全施工。（3）跨度大，洞身高，二次襯砌也是施工中的一個(gè)難點(diǎn)，通過(guò)MIDAS軟件對(duì)變截面渡線隧道模板支架體系進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，拱腰與拱頂相交處受力較大，是施工控制重點(diǎn)。（4）從施工角度說(shuō)明該施工方法可行，基本解決了變截面隧道開(kāi)挖、初支和二襯在施工中面臨的技術(shù)難題。

參考文獻(xiàn)：

[1]付軍恩.基于數(shù)值分析的區(qū)間渡線段隧道變截面施工方案比選[J].鐵道建筑技術(shù)，2019（3）：104-108.

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[3]尹成虎.大跨度變斷面小凈距地鐵交叉渡線淺埋粉細(xì)砂層隧道暗挖施工關(guān)鍵技術(shù)[D].石家莊鐵道大學(xué)，2017.

[4]王鑫.地鐵分離島式車站及區(qū)間群洞效應(yīng)研究[D].中南大學(xué)，2009.