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1、浅埋暗挖隧道下穿高梁桥施工方案分析摘要:通过工程类比和数值分析,对北京地铁4号线浅埋暗挖区间隧道下穿高梁桥施工方案进行了分析。结果表明,采用地面桥墩加固和地下隧道周边注浆加固地层,能有效控制沉降。区间隧道先后施工对临近桥墩差异沉降影响甚微,为提高施工速度,可在合理错距后同时施工。关键词:浅埋暗挖;下穿桥梁;砂卵石;注浆加固;数值模拟1工程概况西直门站～动物园站区间隧道处于西直门外大街下方。该区间起点里程左线为K13+902.747、右线为K13+903.000,终点里程为K15+125.853,左线全长1224.066m、右线
2、全长为1222.853m。隧道正线于桩号K14+000～K14+104段穿过高梁桥基础,设计过桥段长104m;高梁桥上部结构为跨度23m×3的预应力简支T梁;下部为厚2m的扩大基础,分两层浇筑,底层面积5.5m×5.5m,上层面积3m×3m,基础埋深4.874m。扩大基础上为独立桥墩,两相邻桥墩上有盖梁相连。与区间遂道纵向相垂直方向一排上有4个基础,中心间距11.546m;沿区间纵向有两排桥基,间距21m。隧道埋深17.9m,两隧道中心间距为8.0m,见图1所示。隧道结构从一排4个基础中的中间2个基础正下方附近通过,结构顶与基
3、础底之间净距为11.66m。该区间段隧道左右线全部穿越砂卵石地层。砂卵石地层是一种典型的力学不稳定地层,颗粒之间空隙大,黏聚力小,颗粒之间点对点传力,地层反应灵敏,稍微受到扰动,就很容易破坏原来的相对稳定平衡状态而坍塌,引起较大的围岩扰动,使开挖面和洞壁都失去约束而产生不稳定。通过筛分试验表明,该处地层为卵石～圆砾层,粒径20～70mm,最大粒径达到150mm,含砂率11%～30%,平均内摩擦角35#左右,N值27～50,施工中遇到最大的卵石达250mm。2工程难点分析在砂卵石地层中采用浅埋暗挖法施工,存在以下难点:(1)超前
4、小导管或注浆孔施工成孔难度大,施工速度慢;(2)砂卵石地层容易坍塌,地层成拱性差,超挖量较大,工作面稳定性难以保证;(3)由于没有地面降水条件,拱顶上方存在的上层滞水,易造成砂体的部分流失,增加地层沉降量控制的难度;(4)砂卵石地层中浅埋暗挖法隧道下穿桥墩桩基相对其他地层,容易造成不均匀沉降。根据北京地铁施工有关规定,确认下穿高梁桥施工风险等级为一级,其中变形控制标准如下:桥台横向变形差异5.0mm,纵向变形沉降10mm。根据该工程特点,并参考《北京地铁施工监控量测试行稿》确定了该标段监测项目的监测控制值,见表1。33施工方案
5、的确定为了严格控制结构沉降,通过对比试验,研究提出了适用于砂卵石地层的前进式分段超前深孔注浆加固方案。隧道采用CRD法进行施工,根据分析,确定区间两隧道按照导洞1、2、3、4和导洞5、6、7、8顺序施工,错距10m。先施工1号导洞,为了减小各导洞之间的相互影响,待施工10m后,再施工2号导洞,依次施工其他导洞,直至完成(见图2)。具体施工步序如下:第一步:施作超前支护,注浆加固地层,前后开挖两侧1号洞室,并预留核心土,施作初期支护;第二步:继续前后开挖两侧2号洞室,施作初期支护,1、2号洞室纵向间距10m左右;第三步:施作超前
6、支护,前后开挖两侧3号洞室,并预留核心土,施作初期支护,2号与3号洞室纵向间距10m;第四步:继续前后开挖两侧4号洞室,施作初期支护,左侧3号与4号洞室纵向间距10m;第五步:待左洞开挖完毕,再以同样的方式开挖右导洞;第六步:根据监测情况纵向分段拆除中隔墙,临时支撑,逐步完成侧洞底板防水与二次衬砌,先作业左洞,再作业右洞;4施工方案数值分析4.1计算模型说明采用PLAXIS3D进行计算分析,计算范围顶部取到地面,左右两侧和底部各取50m,沿隧道轴线方向取60m,隧道均考虑小导管超前注浆加固地层;地层由上到下依次为杂填土层、粉质
7、黏土、细砂层、砂卵石层。土层的参数如表2所示。整个模型采用实体单元建模,土层采用摩尔库仑模型,隧道结构采用弹性体模型,共划分30655个实体单元,48960个实体单元节点(见图3)。施工步骤:先施工左边隧道,再施工右边隧道;单个隧道按照CRD工法1、2、3、4顺序施工。计算工况:(1)不进行任何加固措施;(2)对桥墩及隧道周围采取加固措施:将1号桥墩和2号桥墩的扩大基础采用注入混凝土的方式连接成整体;将3号桥墩和4号桥墩的扩大基础采用注入混凝土的方式连接成整体。隧道拱部及侧墙2m范围内土体实施超前深孔注浆加固。4.2计算结果分
8、析计算结果见表3、表4。从表3数据可以看出,采取加固措施后,效果十分显著。不进行任何加固时,桥墩基础的差异沉降分别达到10.95mm和9.22mm。采用注浆加固土体及桥墩连接加固后,A、B号桥墩的差异沉降为4.30mm;C、D号桥墩的差异沉降为4.50mm,可见加固后效果是显
