CRD法在淺埋鐵路隧道下穿既有高速公路的探討與研究

黃忠鑫（中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司濟(jì)南設(shè)計(jì)院,濟(jì)南250022）

CRD法在淺埋鐵路隧道下穿既有高速公路的探討與研究

黃忠鑫
（中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司濟(jì)南設(shè)計(jì)院,濟(jì)南250022）

以新建鐵路龍口至煙臺(tái)線東吳家隧道下穿高速公路的工程實(shí)例為基礎(chǔ),探討了CRD（交叉中隔壁法）在隧道下穿既有高速公路控制地表沉陷及加固地層整體受力結(jié)構(gòu)，確保施工安全和施工進(jìn)度。同時(shí)對(duì)下穿高速公路段的襯砌結(jié)構(gòu)采用數(shù)值的計(jì)算方法確定結(jié)構(gòu)截面及配筋,從而為今后類似工程的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

CRD法；鐵路隧道；下穿高速公路

1　工程概況

1.1基本概況

新建鐵路龍口至煙臺(tái)線東吳家隧道為電力牽引單線無(wú)砟軌道隧道，并滿足雙層集裝箱列車的通行條件，隧道設(shè)計(jì)速度目標(biāo)值按160km/h設(shè)計(jì)，隧道建筑限界采用“隧限-2A”。進(jìn)口設(shè)計(jì)里程為DK96+883，出口設(shè)計(jì)里程為DK100+100，隧道全長(zhǎng)3217m，為全線的控制性工程。

1.2下穿高速公路概況

高速公路路基寬28.9米，雙向四車道，設(shè)計(jì)行車速度120公里/小時(shí)。隧道下穿高速公路段線路位于左偏曲線上，曲線半徑R=2805m，其里程為DK99+780～DK99+830,長(zhǎng)度50m（詳見圖1）。隧道中線與高速公路中線相交里程為DK99+805，夾角為55°。該段地層巖性主要為：下伏下元古界粉子山群（Pt1FG）片巖、大理巖夾片巖，強(qiáng)風(fēng)化，灰綠色、黃褐色、灰綠色變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，巖芯呈碎塊狀、粗角礫狀，夾少量短柱狀，厚度約2.5～22.3m，圍巖等級(jí)為V級(jí)，隧道下穿高速公路段埋深12.26m（隧道結(jié)構(gòu)頂至高速公路路面距離）。隧道下穿高速公路段無(wú)地上管線，地下管線主要為中央隔離帶鋪設(shè)的高速公路的電力線和通信光纜，隧道在高速公路下方施工，對(duì)地下管線無(wú)影響。

2　工程設(shè)計(jì)存在的特點(diǎn)及難點(diǎn)

（1）高速公路車流量大，速度快，從而帶來(lái)動(dòng)荷載變化大。對(duì)地面沉降控制要求高，保證行車安全責(zé)任重大。

（2）地質(zhì)條件差，隧道穿越強(qiáng)風(fēng)化片巖遇水容易軟化，自穩(wěn)性差。

（3）隧道埋深淺。隧道結(jié)構(gòu)頂至高速公路路面距離12.26m，屬淺埋大跨隧道，施工風(fēng)險(xiǎn)大。

3　施工工法及支護(hù)參數(shù)的選定

3.1施工工法的選定

結(jié)合工程特點(diǎn)及類似工程成功經(jīng)驗(yàn)，從控制地面沉降和確保施工安全角度考慮，CRD工法較為合適。該工法的最大特點(diǎn)是將大斷面施工轉(zhuǎn)化小斷面施工，采用多部開挖，減小分部開挖跨度和開挖高度，封閉成環(huán)的時(shí)間短，控制早期沉降好，每道工序受力體系完整，結(jié)構(gòu)受力均勻，變形變小。同時(shí)CRD法施工應(yīng)遵循“管超前，弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的原則進(jìn)行。

3.2支護(hù)參數(shù)的選定

DK99+780～DK99+830下穿高速段圍巖等級(jí)為V級(jí)，襯砌類型為Vc型復(fù)合式襯砌（詳見圖2）。

本段超前支護(hù)措施為：分別在DK99+836～DK99+830、DK99+821～DK99+815、DK99+806～DK99+800三處拱頂140°環(huán)向范圍內(nèi)擴(kuò)挖75cm設(shè)置管棚工作室,長(zhǎng)6m。采用φ89管棚（壁厚5mm）+φ42超前小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)，環(huán)向間距中至中為40cm，外插角3～5°。管棚每節(jié)長(zhǎng)20m，搭接長(zhǎng)度為5m。

初期支護(hù)措施為：拱墻采用25cm厚C25噴混凝土，φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距20×20cm。拱部錨桿采用φ22組合中空錨桿，長(zhǎng)3.0m；邊墻采。

用φ22全螺紋砂漿錨桿，長(zhǎng)3.5m。錨桿尾端均應(yīng)配有墊板、螺母，環(huán)向×縱向間距為1.2×1.0m。全環(huán)設(shè)置I20b型鋼鋼架，間距0.6m。

4　隧道及路面監(jiān)控量測(cè)

為確保下穿高速公路施工安全，應(yīng)采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測(cè)技術(shù)手段。通過施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控量測(cè)，為判斷圍巖穩(wěn)定性，支護(hù)、襯砌可靠性，二次襯砌合理施作時(shí)間提供依據(jù)，以便采取回填注漿、加強(qiáng)臨時(shí)支護(hù)等措施控制沉降。監(jiān)控量測(cè)內(nèi)容包括洞內(nèi)外觀察、地表沉降、拱頂下沉、凈空變化。

4.1監(jiān)控量測(cè)終止標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)收斂速度進(jìn)行判別，收斂速度＞5mm/d時(shí)，圍巖處于急劇變化狀態(tài)，應(yīng)加強(qiáng)初期支護(hù)系統(tǒng)；當(dāng)收斂速度＜0.2mm/d時(shí)，圍巖基本達(dá)到穩(wěn)定。各項(xiàng)量測(cè)項(xiàng)目持續(xù)到變形基本穩(wěn)定2周后結(jié)束，變形較大地段位移長(zhǎng)時(shí)間不能穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)延長(zhǎng)量測(cè)時(shí)間。

4.2監(jiān)控量測(cè)信息反饋

施工中堅(jiān)持監(jiān)控量測(cè)，尤其是對(duì)路面沉降、洞內(nèi)拱頂下沉和周邊位移收斂等主要項(xiàng)目，勤于量測(cè)，并及時(shí)對(duì)量測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，動(dòng)態(tài)掌握掌子面的變化情況，控制支護(hù)結(jié)構(gòu)變形，控制循環(huán)進(jìn)尺，及時(shí)反饋信息，最有效地指導(dǎo)施工，確保路面沉降、洞內(nèi)拱頂下沉和周邊位移等在允許范圍內(nèi)。

5　數(shù)值模擬分析

為保證襯砌結(jié)構(gòu)截面及配筋經(jīng)濟(jì)合理，采用sap2000v14計(jì)算軟件進(jìn)行內(nèi)力分析計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果采用理正工具箱進(jìn)行結(jié)構(gòu)配筋。建模計(jì)算結(jié)果表明，最大負(fù)彎矩為576.379kN?m，集中在邊墻腳；其最大正彎矩為159.76kN?m，集中在底板部位；其最大軸力為3680.71kN，集中在邊墻底部；最小軸力為1420.77kN，集中在拱頂；其最大剪力為692.22kN，集中在邊墻與仰拱連接處。

6　結(jié)語(yǔ)

（1）采用CRD法施工,充分發(fā)揮支護(hù)體系和臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)共同受力的作用，保證了結(jié)構(gòu)安全和施工安全，有效的保證地表沉降控制等難題。

（2）采用洞身管棚、超前小導(dǎo)管、系統(tǒng)錨桿等洞內(nèi)圍巖預(yù)加固措施，解決了開挖過程中圍巖松弛釋放應(yīng)力而產(chǎn)生較大變形的安全隱患，對(duì)淺埋下穿建筑物的隧道施工有一定的借鑒價(jià)值。

（3）通過數(shù)值計(jì)算優(yōu)化了結(jié)構(gòu)斷面的配筋。從而確保結(jié)構(gòu)安全性，經(jīng)濟(jì)性。

[1]中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10003—2005鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,2005.

[2]鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院.TZ204—2008鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,2008.

[3]中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10121-2007鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,2007.

[4]王夢(mèng)恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論[M].安徽教育出版社,2004.

黃忠鑫（1979—），男，江西新建人，工程師，本科，研究方向：地下工程。