成都地铁1号线区间隧道穿越外环高速公路路堤方案研究

　　摘要：本文结合具体工程实例简要介绍了成都地区地铁区间隧道穿越既有高速公路路堤的处理方案，重点介绍了最终推荐实施的浅埋暗挖法穿越方案，并对暗挖施工所采用的施工方法及引起的地表沉降进行简要的分析及评价，希望对成都地区地铁1号线后续的在砂砾卵石地层中穿越既有高速公路的类似工程有所借鉴，提供一定的参考价值。
　　关键词：地铁区间隧道,高速公路路堤,浅埋暗挖法,施工方法,地表沉降
　　1、工程概况
　　成都地铁1号线是成都市修建的第一条轨道交通线路，其一期工程北起升仙湖站，南至会展中心站，线路呈南北走向。海洋公园站~会展中心站区间为成都地铁1号线一期工程最南段区间，本区间出海洋公园站后向南需穿越外环高速公路路堤，由于地铁区间隧道穿越高速公路路堤在成都地区还无相关经验，因此，区间隧道的穿越方案为本区间乃至整个地铁1号线设计与施工的重点与难点。
　　区间穿越的外环高速公路为一填方路堤，高约6.5m，路堤顶面宽约36m，路堤底面宽约58m，为一梯形路堤。
　　海洋公园站~会展中心站区间所处环境现状基本为空地，地势开阔，场地条件好，采用自然通风模式，除穿越高速公路路堤段外，其他段区间采用明挖法施工。区间线间距5m，隧道顶最大覆土厚度约为8m，位于路堤顶部；最小覆土厚度约为1.7m，位于路基坡脚处。
　　2、穿越方案的选择
　　区间穿越既有道路的施工方法主要有断道明挖法、盾构法、浅埋暗挖法及顶管法。由于外环高速公路为四川省来蓉货车的主要通行道路，采用断道明挖施工明显不可行（据四川省高速公路管理公司估算，断道明挖施工方案需损失约几千万的交通收益），同时由于区间穿越段长度不足80m，两端区间均采用明挖法施工，因此，不适宜采用盾构法施工，穿越方案只能在浅埋暗挖法与顶管法之间选择。
　　浅埋暗挖法始于北京地铁复兴门折返线，通过采取超前管棚注浆加固地层后进行开挖作业，利用喷射混凝土、钢拱架等作为初期支护，然后施作二次衬砌。施工工艺简单、灵活，并可根据施工监控量测进行信息反馈来验证或修改支护参数及施工工艺，以保证结构和施工的安全性、经济性，控制施工对周边环境的影响。目前在我国城市隧道、公路隧道、地铁区间隧道等建设中已广泛采用，尤其在第四系冲、洪积软弱地层中应用广泛。施工的断面跨度从2m左右的小直径隧道，到大于20m的地铁渡线隧道、地铁车站等。对于本段区间，隧道设计为双跨断面，设中隔墙，隧道开挖跨度为12.7m，开挖高度为9.35m。地层加固后采用CRD工法开挖，开挖分块见图2-1所示，开挖顺序为2→3→4→5→6→7。
　　
　　图2-1区间浅埋暗挖法开挖分块
　　顶管法在国内应用也十分广泛，通过利用千斤顶推力顶进预制管节，多用于穿越铁路、公路、市政道路等，开挖方式也从早期的人工开挖发展到现在的压力平衡顶管机刀盘切削。但一般多应用于小直径隧道或埋深浅的跨越工程中。对于本工程，由于隧道的长度短，断面为矩形，难以采用压力平衡顶管技术。因此只能够采用人工挖土顶管法施工。经方案研究，顶管设计为单层双跨矩形断面，设中隔墙，断面宽度10.55m，高度7.28m；隧道纵向分17节管节，其中4m长管节16节，3m长管节一节；管段结构接头数为16个。施工时先在路堤两侧设置工作坑，一为始发坑，一为接收坑，然后在工作坑内将预制管节逐节顶进。顶管段隧道长67m，宽10.55m，高7.28m，经估算，顶推力最大约为9500t，推力较大，必须设中继站才能满足顶力要求。
　　由于隧道断面和埋深均较大，推力很大，不仅施工难度大，而且如果不采用地层加固技术，沉降也难以控制，因此，经对技术经济作综合比较，穿越方案推荐采用浅埋暗挖法穿越方案。两种穿越方案的技术经济比较见表2-1所示：
　　表2-1浅埋暗挖法与顶管法技术经济比较
　　比较项目 浅埋暗挖法 顶管法
　　埋深 约8m 约8m
　　支护加固 φ108大管棚+小导管注浆+格栅钢架+网喷混凝土 φ108大管棚+预制管节
　　施工步序 CRD工法分步开挖 逐节顶进
　　施工难度 技术成熟，经验多 成熟经验多，但一般皆为浅覆土或零覆土情况下顶进；对于推力大的顶管施工难度大，方向控制也较困难。
　　灵活性 施工灵活，加固方式可以根据信息化施工情况调整 改变施工方法较困难
　　沉降控制 按国内相关经验类比，沉降可以控制在10-25mm以内 按国内相关经验类比，沉降可以控制在10-25mm以内
　　工程质量 较好 较好，但接头防水效果较差
　　工程风险 较小，地层加固方式容易实施；
　　方向易控制 顶进中若推力不够，难处理；地层加固实施较难；易侵限；
　　造价 相对较低 相对较高
　　结论 浅埋暗挖法工程经验成熟，加固方法灵活，造价较低，作为推荐方案
　　3、浅埋暗挖法穿越方案
　　经多方案比选及多次专家论证，确定浅埋暗挖法为最终实施方案。
　　3.1区间平剖面方案
　　受线路条件、车站及外环高速公路路堤的限制，区间以2000m的曲线半径穿越高速公路，确定暗挖段起点里程YDK19+077，终点里程YDK19+144，长度67m。隧道线间距为5m，隧道设中隔墙。
　　路堤两端区间采用明挖法施工，为节省工程造价，区间要求尽量减小隧道埋深，因此，隧道进洞段覆土厚度较薄。区间隧道顶部最大埋深8.2m，最小埋深约1.7m（路堤坡脚距结构顶部最小埋深），断面高度9.35m。
　　隧道线间距5m，设置为双跨断面，设中隔墙。隧道横向开挖跨度为12.7m，开挖高度为9.35m。根据工程类比及计算分析，确定隧道初期支护采用350mm厚的C20早强砼，二衬为500mm厚的C30，P8防水钢筋砼，初支与二衬间设柔性防水层。初期支护钢架采用型钢钢架。
　　3.2施工方法及沉降分析
　　根据区间的断面形式、埋深及地质条件，确定隧道采用CRD工法施工。超前地层加固后，隧道分为6块进行开挖，开挖顺序分别为：左上○1→左下○2→右上○3→右下○4→中上○5→中下○6，隧道工序横断面图如图3-1所示。
　　
　　图3-1隧道工序横断面图
　　开挖产生的围岩变形情况如图3-2~图3-4所示。
　　
　　图3-2第一台阶掌子面距离研究断面1D时围岩沉降云图
　　
　　图3-3第一台阶掌子面距离研究断面2D时围岩沉降云图
　　
　　图3-4第一台阶掌子面距离研究断面3D时围岩沉降云图
　　由以上各图可知：随着开挖推进的进行，洞顶位移逐渐增加，并扩散至地表，使得地表发生下沉。
　　3.3施工进洞方案
　　由于两端区间为明挖区间，区间隧道隧道进洞方案采用套拱进洞方案。区间进洞前先对高速公路的路堤两侧坡面进行注浆加固，注浆管采用钢花管，间距和注浆压力可根据现场试验确定。坡面加固后施做大管棚，大管棚环向间距0.4m，单长36m，打入后管内注入超细水泥浆，而后在两端进洞段施工套拱。待套拱达到强度后可进行隧道开挖施工。
　　3.4信息化施工
　　穿越方案为浅埋暗挖法施工方案，信息化施工是施工中的重点，施工监控量测应伴随隧道施工全过程。施工应根据量测数据随时调整施工工艺及工法，以确保施工及高速路的安全。监控量测项目详见表3-1所示。
　　表3-1信息化施工监控量测一览表
　　
　　4、结束语
　　1、本区间隧道工程在2007年上半年已贯通，施工过程顺利，说明在成都地区砂砾卵石地层中采用浅埋暗挖法施工方案穿越既有高速公路是可行的。
　　2、为保证施工的安全及有效控制地表沉降，应采取有效的辅助施工措施，考虑到成都地区地层主要以砂砾卵石地层为主，推荐采用井点降水对地下水进行处理，保证无水作业，同时拱顶推荐采用φ108大管棚及φ42的超前小导管进行注浆加固。
　　3、计算分析开挖后的最大沉降量为12mm，隧道施工过程中实际测得的最大沉降量为21mm，说明选择的施工方法（CRD工法）是经济合理的，沉降在可控范围内。
　　参考文献：
　　1、中铁隧道勘测设计院有限公司，海洋公园站~会展中心站区间施工图设计，2007年；
　　2、安徽教育出版社，王梦恕著，地下工程浅埋暗挖法技术通论；
　　3、建设部，北京城建设计研究总院主编，地铁设计规范（GB50157-2003）；
　　4、建设部，原国家冶金工业局主编，锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086-2001）；
　　5、中国铁道出版社，李皓月等编著，ANSYS工程计算应用教程，2003年。
　　

《成都地铁1号线区间隧道穿越外环高速公路路堤方案研究》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： 成都地铁1号线区间隧道穿越外环高速公路路堤方案研究

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-12791