頂管隧道近距離穿越既有地鐵盾構(gòu)區(qū)間設(shè)計

黎 建

(中鐵隧道勘測設(shè)計院有限公司，天津 300133)

頂管隧道近距離穿越既有地鐵盾構(gòu)區(qū)間設(shè)計

黎 建

(中鐵隧道勘測設(shè)計院有限公司，天津 300133)

結(jié)合成都市犀浦鎮(zhèn)龍梓萬片區(qū)電力隧道工程實例，針對頂管隧道施工力學(xué)進行了研究，分析了工程設(shè)計要點和施工技術(shù)控制要領(lǐng)，并對既有地鐵盾構(gòu)區(qū)間進行了受力模擬計算和安全性分析，為類似工程積累了一定經(jīng)驗。

電力隧道，穿越，既有地鐵區(qū)間，模擬計算

1 工程概況

成都市犀浦鎮(zhèn)龍梓萬片區(qū)電力隧道工程位于郫縣犀浦鎮(zhèn)，始于犀安路、學(xué)院路口北象限內(nèi)，沿學(xué)院路北側(cè)地下東行，至規(guī)劃晨風(fēng)路、學(xué)院路路口穿越學(xué)院路后轉(zhuǎn)向西南方向，延晨風(fēng)路在其西側(cè)綠線內(nèi)行進，向南穿越317國道后沿現(xiàn)狀晨風(fēng)路繼續(xù)向西南方向行進，下穿百草路，沿百草路西側(cè)前行50 m結(jié)束。

電力隧道在百草路段從已運營的既有地鐵2號線西延伸線工程區(qū)間上方通過，同時將下穿DN1 000的污水管和7 m寬的茅草堰，鑒于電力隧道范圍內(nèi)地面交通繁忙，地下管線密集，周邊條件錯綜復(fù)雜的情況，經(jīng)比選，采用頂管施工。電力隧道頂管部分全長46 m，在百草路—晨風(fēng)路十字路口西南角和東北角分別設(shè)置始發(fā)井和接收井。電力隧道與既有2號線西延伸線左線區(qū)間凈距為1.5 m，右線區(qū)間凈距為2.02 m，與污水管凈距為0.575 m，與茅草堰凈距2.123 m，其相互間的影響極大，施工難度高，是電力隧道設(shè)計的關(guān)鍵，如圖1，圖2所示。

2 工程與水文地質(zhì)

本電力隧道地處川西平原岷江水系Ⅰ級階段，為沖洪積地貌，地形平坦。根據(jù)鉆探揭示，該隧道由上而下依次為：①-1雜填土、①-2素填土、②-4粉土、②-5-2細砂、②-6-1松散卵石土、②-6-2稍密卵石土、②-6-3中密卵石土。

巖土物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 地層物理力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計表

本隧道主要通過的巖土層為②-6-1松散卵石土和②-6-2稍密卵石土，局部夾雜著砂層。

隧道范圍內(nèi)的地下水主要為賦存于砂卵石層中的孔隙潛水，卵石層滲透系數(shù)可取12 m/d～25 m/d。

3 工程特點與難點

針對工程具體情況分析，本工程存在如下特點和難點：

1)隧道所處位置的周邊條件復(fù)雜，距離地鐵2號線西延線的盾構(gòu)區(qū)間最小距離僅有1.5 m，在頂管施工時必須控制好頂推力，保證既有地鐵區(qū)間的結(jié)構(gòu)安全和正常使用；

2)隧道將下穿基礎(chǔ)較差的茅草堰和DN1 000的污水管，并且與它們的距離僅有2.123 m和0.575 m，施工風(fēng)險高；

3)地質(zhì)條件差，隧道主體主要位于松散卵石層和稍密卵石層中，自穩(wěn)能力差，受擾動后易松散塌落，容易引起較大的沉降。

4 隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 隧道斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計

隧道結(jié)構(gòu)形式主要取決于施工方法、使用功能以及周邊環(huán)境條件等因素。針對本隧道周邊的既有地鐵盾構(gòu)區(qū)間、污水管及茅草堰的變形要求嚴格的特點，控制施工期間的變形成為隧道設(shè)計和施工需要首要考慮的關(guān)鍵。結(jié)合國內(nèi)以往工程經(jīng)驗，新建的電力隧道的斷面采用圓形斷面，斷面外徑1.8 m，內(nèi)徑1.5 m，壁厚0.15 m，管長2 m。隧道與既有盾構(gòu)區(qū)間斜角，角度為80°，隧道底部距離盾構(gòu)區(qū)間頂最小為1.5 m。電力隧道結(jié)構(gòu)斷面見圖3。結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮地質(zhì)條件、埋設(shè)深度、荷載、結(jié)構(gòu)形式、施工工序等因素，按照信息化進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，工程類比法確定結(jié)構(gòu)參數(shù)，并進行計算分析。

4.2 隧道結(jié)構(gòu)檢算

因隧道是一個狹長的建筑物，縱向很長，橫向尺寸相對較小，計算可以取中間每延米隧道作為平面應(yīng)變問題來進行近似處理，考慮圍巖與結(jié)構(gòu)的共同作用及分步施工過程，采用有限元數(shù)值計算模型進行模擬計算。通過計算得出頂管隧道計算內(nèi)力圖如圖4所示。

4.3 對既有地鐵盾構(gòu)區(qū)間受力分析

頂管隧道施工期間，圍巖作用于結(jié)構(gòu)的應(yīng)力隨頂進和支撐不斷變化，其地層應(yīng)力將重新分配，這將對既有地鐵盾構(gòu)區(qū)間的受力產(chǎn)生影響?？紤]頂管隧道與盾構(gòu)區(qū)間的距離越近，相互影響就越大，因此計算模型取相互距離最近的斷面進行受力分析。為了模擬頂管施工過程時既有盾構(gòu)區(qū)間的位置以及其所在范圍內(nèi)的地層應(yīng)力變化的情況，可以用有限元模擬施工過程，分析出隧道以及周邊環(huán)境的內(nèi)力，位移變化的情況，以確定既有盾構(gòu)區(qū)間的安全性。

計算模型長60 m，寬46 m，高40 m，模型節(jié)點數(shù)11 201個，單元數(shù)為22 576個。土體采用實體單元進行模擬，盾構(gòu)管片、頂管采用板單元，茅草堰采用板單元模擬。計算結(jié)構(gòu)模型和計算結(jié)果見圖5～圖7。

通過有限元數(shù)值計算分析可以看出，頂管隧道在施工過程中，對既有地鐵盾構(gòu)區(qū)間管片的擠壓變形值小于1 mm，可以確保頂管施工時既有地鐵的安全運營。

5 監(jiān)控量測

現(xiàn)場施工監(jiān)測是保證判斷設(shè)計是否合理、安全，施工方法是否正確的重要手段。通過信息化監(jiān)測施工變形監(jiān)測包括頂管隧道的監(jiān)測和既有盾構(gòu)區(qū)間的監(jiān)測，新建隧道的施工必然會引起既有通道結(jié)構(gòu)的變位，為保證既有盾構(gòu)區(qū)間的安全和正常使用，在施工期間，必須加強對既有盾構(gòu)區(qū)間進行監(jiān)控量測。既有盾構(gòu)區(qū)間的監(jiān)測項目和頻率見表2。

表2 既有盾構(gòu)區(qū)間監(jiān)控量測表

序號監(jiān)測項目監(jiān)測儀器監(jiān)測頻率監(jiān)測目的1既有區(qū)間隆陷變形靜力水準系統(tǒng)1次/2h掌握施工期間既有結(jié)構(gòu)隆陷變形情況2既有區(qū)間變形縫差異沉降靜力水準系統(tǒng)1次/2h掌握施工期間既有通道結(jié)構(gòu)縫差異沉降變形情況3既有區(qū)間變形縫開合度測縫計1次/2h掌握施工期間既有區(qū)間結(jié)構(gòu)縫水平變形情況

6 結(jié)語

為了能確保電力隧道施工的順利進行和既有地鐵盾構(gòu)區(qū)間的正常使用，將施工期間對既有結(jié)構(gòu)物的影響降低到最小限度，本文針對頂管隧道近距離穿越既有已運營的地鐵盾構(gòu)區(qū)間的施工力學(xué)行為進行了研究，分析了工程設(shè)計要點和施工技術(shù)控制要領(lǐng)，并且介紹了施工應(yīng)急預(yù)案的編制，可以為今后類似的工程提供參考。

[1] 日本鐵道綜合技術(shù)研究所.接近既有隧道施工對策指南[M].日本：[s.n.],1996.

[2] 李罩平，黃慶華，馬天文.下穿大型鐵路站場的地鐵車站施工對線路變形影響的監(jiān)測分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2005，11(S2)：5569-5575.

[3] 關(guān)寶樹.隧道工程設(shè)計要點集[M].北京：人民交通出版社,2003.

The interval design of pipe jacking tunnel close quarters crossing existing metro shield

LI Jian

(ChinaRailwayTunnelSurveyandDesignResearchInstitute,Tianjin300133,China)

Combining with the electric power tunnel engineering examples of Longziwan district Xipu Chengdu, researched the pipe jacking tunnel construction mechanics, analyzed the key points of engineering design and construction technology control key methods, and made the force simulation calculation and safety analysis on existing metro interval, accumulated certain experience for similar engineering.

power tunnel, crossing, existing metro interval, simulation calculation

1009-6825(2014)07-0188-02

2014-01-07

黎 建(1979- )，男，工程師

U455

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