浅埋铁路隧道群下穿城市道路施工方法及地表沉降研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅埋铁路隧道群下穿城市道路施工 方法及地表沉降研究 摘要：以渝利线五童隧道正线、 左线隧道下穿五童路为例，对浅埋下穿 城市道路隧道施工方法安全性进行评估， 并对由于隧道施工引起公路地表沉降进 行研究。通过计算得出，通过对隧道拱 部围岩超前加固和采用玻璃纤维锚杆加 固位于土层中的掌子面能有效的保证施 工安全和控制公路地表沉降。研究表明 在城市浅埋隧道施工过程中，施作必要 的超前支护和控制掌子面稳定性对保证 施工安全和控制地表沉降具有重要作用， 对类似工程具有重要的借鉴意义。 中国论文网 /2/view-12910655.htm 关键词：铁路隧道； 施工方法； -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 数值模拟；地表沉降 1 前言 对于一些重要的大型岩土工程， 在施工开始前就需要进行详细的、有针 对性的研究，以确保工程在施工过程中 的安全。通过工程类比往往能够提出一 些可行的施工技术方案。但是这些方案 是否可靠和最优就不确定了。在施工方 案中往往是有些工序过于繁杂而有些又 过于简化，这样就造成了施工效率很低 而有些施工方法本身就存在安全隐患。 通过理论分析，将施工方案进行优化， 可以达到在施工方案未实施前就能发现 其中可能存在的安全隐患而同时又能提 高施工效率的目的13。 目前,国内在铁路隧道穿越工程方 面的研究主要是以现场监测手段为主,在 施工过程中监测关键位置处的沉降及水 平收敛位移值,同时在隧道开挖时尽量采 用双侧壁导坑法、CRD 法结合大管棚 超前支护等较安全的开挖方法来控制隧 道及既有建(构) 筑物的位移变形。但由 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 于测点布置有限,同时监测具有一定的滞 后性,因此对于隧道开挖过程中的围岩变 形及公路路面沉降难以准确把握。随着 计算机技术的发展,数值方法越来越多地 用于类似工程的计算模拟中,数值方法可 预先模拟出隧道不同施工阶段的位移变 形情况,同时结合现场监测数据进行总体 分析,进一步指导隧道的设计施工4-7。 本文采用三维有限差分数值模拟 方法，以重庆至利川新建铁路引入重庆 枢纽五童正线隧道、五童左线隧道下穿 重庆市一个交通要道五童路为工程依托， 模拟在隧道开挖过程中，洞周围岩的稳 定性及对公路路面沉降的影响，为铁路 隧道安全施工和五童路安全运营提供理 论依据。 2 工程概况及施工方法 五童正线隧道、五童左线隧道属 于渝利线引入重庆枢纽相关工程，位于 重庆市高新区双碑村。隧区为丘陵地貌， 地形起伏较小，因人为改造建设，原地 形变化较大，原沟槽内多为弃碴堆填。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 五童正线隧道全长 1132m，为单洞双线 隧道；左线隧道全长 997m，为单洞单 线隧道。其中五童正线隧道 D1K2+175+225 段、左线隧道 DRDK0+565+620 段下穿五童路，隧道 与五童路交角 72，下穿五童路段正线隧 道左线线路中线与左线隧道线间距 1417m。隧道与五童路的关系详见图 1 和图 2。 五童正线隧道、左线隧道下穿五 童路段埋深浅，拱顶距路面在 4.2m5m 之间，且围岩条件很差，表层为人工弃 填土，主要为碎石土、块石土及粉质黏 土，厚 67m；其下为强风化泥岩、页 岩夹砂岩，厚 04m；基岩为弱风化泥 岩、页岩夹砂岩。岩层破碎，节理裂隙 发育，地下水相对较少，不发育。总的 来说围岩为 V 级围岩，围岩条件很差。 根据隧道埋深浅，围岩条件差的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 特点，为确保五童隧道施工安全和五童 路营运安全，隧道施工采用了下面几点 措施：隧道施工前对双线隧道拱部 120范围内、单线隧道拱部 90范围内 采用 60m 长 159大管棚内置钢筋笼超 前注浆加固，环向间距 0.4m；施工过程 中，大管棚间隔设大外插角 42小导管 低压注浆。隧道施工初期支护参数为： 双线隧道初期支护拱墙采用喷 27cm 厚 C30 早高强混凝土，保证 3 小时抗压强 度不小于 15Mpa，24 小时强度不小于 10Mpa；仰拱采用喷 25cm 厚 C25 混凝 土，全环采用 I20b 型钢钢架加强支护； 单线隧道初期支护拱墙采用喷 23cm 厚 C30 早高强混凝土，仰拱采用喷 21cm 厚 C25 混凝土，全环采用 I16 型钢钢架 加强支护。双线隧道采用 CRD 法施 工，单线隧道采用台阶法施工。采用 68m 长玻璃纤维锚杆加固位于土层中 的掌子面，并采用喷混凝土封闭。双 线隧道开挖循环进尺不得大于 0.6m，单 线隧道不得大于 0.8m。单双线隧道下 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 穿五童路施工期间，对大于 10 吨的车 辆限制通行。 此外，在五童隧道下穿五童路施 工期间，应加强公路路面沉降监测，并 严格控制地表沉降及沉降速率，地表沉 降位移控制值为 40mm，位移平均速率 控制值为 1mm/d，位移速率最大控制值 为 2mm/d。并根据监测反馈信息制定相 应的应急预案，保证施工安全。详见表 1。 3 计算模型及参数取值 数值模拟计算采用三维有限差分 法、围岩本构模型采用采用摩尔-库伦 准则、隧道开挖采用零本构模型来模拟 隧道施工对洞周围岩及公路路面沉降的 影响。 3.1 模型尺寸与规模 模型尺寸为： 68m30m30m（宽 厚高） 。模型规模： -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 单线隧道左侧 16m，双线隧道右侧 20m，仰拱底 15m，上至路面；隧道纵 向取 30m 长模拟隧道施工对公路路面的 影响。模型由 23040 个实体单元组成。 隧道开挖三维数值模型如图 3 所示。 3.2 边界条件 模型四周及底部为位移约束边界， 上边界为自由边界，施加路面均布荷载 50kpa。 3.3 模型围岩参数及支护参数 模型围岩力学参数入表 2 所示。 隧道初期支护、临时支护及拱顶超前加 固圈力学参数入表 3 所示。其中初期支 护及临时支护采用壳（shell）单元模拟， 其余的采用实体单元模拟。 4 模拟计算结果及分析 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 4.1 隧道洞周围岩位移分析 数值计算模拟开挖支护的顺序参 照设计施工步骤，数值计算结果如下。 图 4 是左洞单线隧道的开挖对地 层位移的影响，上部台阶对拱顶上部地 层产生较大的影响，约 10mm，如图 a。下部台阶的开挖引起隧道两侧地层 的较大沉降，导致隧道两侧的地表沉降 较大,如图 b 所示。图 c 显示的是左隧道 开挖结束后导致的地层水平位移，可见 隧道侧墙的水平位移较大，这是导致隧 道两侧地层沉降较大的主要原因之一。 图 5 是右侧双线隧道开挖对地层 沉降及水平位移的影响，隧道开挖对周 边地层的沉降影响较大：开挖导致隧道 顶部地层沉降，尤其是第 1 步开挖引起 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 的地表沉降较大。隧道开挖过程中，隧 道周围地层的水平位移变化相对较小。 图 6 中汇总了不同开挖步引起的 地表沉降。左侧隧道的上台阶开挖引起 的拱顶沉降较大；下台阶的开挖对隧道 上部地层的沉降较小，引起的隧道两侧 地层的沉降较大；最终地表沉降特点是： 隧道正上方沉降小两侧沉降大。右侧隧 道第 1 步开挖导致拱顶较大沉降，总沉 降量约 15mm；其余各步开挖对拱顶上 部地层沉降影响相对较小，隧道中线两 侧拱肩上部地层沉降较大；地表最终沉 降曲线特点与左侧隧道开挖时相似，拱 顶正上方地表沉降相对较小，两侧地表 沉降较大。 结合图 4、5 中的地层水平位移 云图，左侧单线隧道的开挖施工对两隧 道之间地层的水平位移发展产生较大影 响。根据图 6 地表沉降曲线图，双线隧 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 道开挖对两隧道之间的地层沉降影响较 大。另外，双线隧道拱顶上部地表沉降 较单线隧道大，但两隧道开挖引起的周 围地层最大沉降相差无几。 5 结论 根据工程设计和现场地质环境状 况，结合数值计算结果的比较和分析， 得出以下结论: （1）由于隧道的埋深较浅，隧 道的开挖将引起较大的沉降。为减小地 层沉降，采用大管棚超前支护能够有效 减小隧道开挖引起的地表沉降。 （2）通过采用玻璃纤维锚杆加 固位于土层中的掌子面和喷射混凝土封 闭掌子面，可以保证开挖面的稳定和控 制掌子面前方地表沉降，保证隧道施工 安全。 （3）对于浅埋单线隧道，加强 隧道侧墙背后土体是解决地表沉降的重 要措施。由于隧道形状和地层应力场的 分布两方面原因，其侧墙向洞内的收敛 变形