大跨度不对称双联拱隧道在复杂地质条件下的施工技术

 

摘 要: 介绍广州地铁三号线番禺折返线工程大跨度不对称双联拱的设计与施工过程, 针对隧道结构特点进行受力分析, 采取一系列施工技术措施使工程顺利完工, 为今后复杂地质条件下同类结构施工积累了宝贵的经验。

关键词: 大跨度; 不对称双联拱; 区间隧道; 施工

 

1 工程概况

      广州地铁三号线番禺折返线隧道西起番禺广场站, 沿清河东路向东, 穿过东环路跨线桥, 止于外经贸中心大楼, 该区间由左右两条正线及存车线组成。左右线设计里程为 ZDK28(+431.80￣+786.30), 全长354.5m, 两线隧道的净距为 1.75～8.1m, 埋深 14.0～17.5m。该区间线路相互交错, 断面类型较多, 变化频繁, 断面跨度大, 结构较复杂。其中大跨度不对称双联拱地段位于 DK28(+546.05￣+566.5), 开挖跨度为21.7m, 开挖高度 10.21m, 隧道拱顶埋深 15.2m, 是施工难度很大的地下洞室群。

      大跨度不对称双联拱段基岩为燕山三期(γ_y³)花岗岩。隧道洞身位于一条宽达 15m 的断层破碎带上, 该破碎带岩石多为全风化花岗岩, 绿泥石化严重, 岩石呈碎粒、碎块状、地下裂隙水丰富, 岩石粘结力差, 开挖易坍塌。

      由于该双联拱所处地段附近地面建筑物较少,仅北边 20m 外为某电脑城, 故只需确保双联拱施工安全, 防止双联拱地段出现较大沉降和地下失水, 即可保证地面和地下结构物的安全。针对双联拱跨度大且不对称、地质条件复杂等特点, 采用“中墙法+台阶法+CRD 法”进行施工, 并以超前注浆小导管为辅助措施确保施工安全。

2 模拟计算及隧道结构设计

2.1 结构计算模型

      结构尺寸设计时充分考虑地铁限界和暗挖结构的施工工艺要求, 以及结构受力特性、围岩级别、地表建筑等条件, 经计算分析优化并类比后综合确定。

      结构计算采用荷载—结构模型平面杆系有限单元法, 计算基本假定衬砌为小变形弹性梁, 衬砌离散为多个等厚度直杆梁单元; 用布置于各节点上的弹簧单元来模拟围岩与衬砌的相互约束; 弹簧只承受压力, 其受压时的反力即为围岩对衬砌的弹性抗力;初期支护在施工期间承受水土压力。正常使用期间二次衬砌承受全水头压力; 排水措施作为安全储备,不在结构计算中加以考虑。

      隧道所承受的荷载主要有土压力、水压力、围岩抗力、混凝土收缩作用力以及背后注浆压力等。考虑到大跨度不对称双联拱隧道为浅埋隧道, 其荷载组合按作用基本组合和偶然组合进行分析, 根据经验,作用偶然组合对截面设计不加控制, 故不作分析。基本组合关系如下: 结构重要性系数 1.1; 各作用力及其分项系数分别为地面荷载 1.4, 土压力 1.2, 主体结构水压力 1.1, 活载产生的侧压力 1.4。

      采用 SAP8450 程序进行计算, 可得出大跨度不对称双联拱隧道初期支护弯矩及轴力如图 1 所示, 据此进行结构设计。再通过计算得出挖土支护各工序( 如图 2), 分别为: ①中导洞上导挖支; ②中导洞下导挖支; ③双线断面右半侧上导挖支; ④双线断面右半侧下导挖支; ⑤中墙衬砌; ⑥单线断面上导挖支; ⑦单线断面下导挖支; ⑧单线断面仰拱衬砌及回填; ⑨单线断面拱墙衬砌; ⑩双线断面左半侧上导挖支; ,⑾双线断面左半侧下导挖支;.⑿双线断面仰拱衬砌及回填; ⒀双线断面拱墙衬砌。各工序开挖的最小错开距离分别为: ①与②、③与④、⑥与⑦、⑩与⑾为3m,其余均为15m。

2.2 结构设计

   

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