平顶直墙通道暗挖施工体系转换稳定分析

器隧道与地下工程　Ｔｕｎｎｅｌ＆Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　平顶直墙通道暗挖施工体系转换稳定分析　原海军　，余家兴　（１．北京市政建设集团有限责任公司，北京　１０００４５；２．北京易成市政１二程有限责任公司，北京　１００１７６）　摘要：平顶直墙浅埋隧道暗挖施工方法凶其施Ｔ灵活，可避免大量拆迁，已成为城市较大型地下通道常用的施工方法。　但是，由于地质水文条件复杂、通道断面大、施工工序复杂，施Ｔ风险较高，其中隧道由初期支护向二次衬砌结构体系转　换是施工的关键环节，ｌ临时支撑的设置、拆除是关键所在。通过Ｔ程实例，探讨支撑及隧道变形特点和体系转换的稳定　性，为今后类似结构施工提供参考　关键词：浅埋暗挖法；地下通道；平顶直墙通道；体系转换：临时支撑　中图分类号：Ｕ　４５５．４１１　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００９—７７６７（２０１０）０４—００８８—０４　Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ　ｉｎ　Ｆｌａｔ　Ｔｏｐ　ａｎｄ　Ｓｔｒａｉｇｈｔ　Ｗａｌｌ　目前，城市地下通道大量运用新奥法原理．采用　以Ｔ程实践为基础，分析临时支撑变形、稳定特点，并　浅埋暗挖法＿１ｌ进行施工，取得了丰富的施工经验，为北　提出相应的控制措施。　京浅埋暗挖施ＴＴ法开拓了新的内涵。受埋深、周边　１工程概况　管线条件限制，地下通道较多采用平顶直墙结构形式，　北京东三环某写字楼公建地下汽车通道工程，埋　以利于地下空间资源的充分利用。平顶隧道与拱形隧　深一１１．１５　ｍ，顶板标高一５．Ｏ０　ｍ。通道采用现浇钢筋混　道暗挖施工方法基本相同，但条件有所区别：１）平顶　凝土结构，宽７．０　ｍ，高３．０　ｍ；顶板厚６００　ｍｍ、底板厚　隧道形状不利于土体开挖，土层自稳能力差．施丁中　６００　ｉｆｌｍ，侧墙厚５００　ｍｍ（见图１）。　拱顶容易掉土、坍塌，发生工程事故。在上覆土层厚度　根据现场勘察，通道上方有雨污水管线通过。由于　小、土质条件差或存在重要管线时，必须采取大管棚加　办公楼和公建已经施工完成，通道上方的地下管线已　固等特别措施，才能确保施工和周边环境安全。２）受　存在，拆改工期均较长，明开施工条件不具备。为确保　开挖形状限制，平顶隧道的顶在施Ｔ开始就要承受较　Ｔ程工期要求、保证施工安全，该通道采用暗挖方法　大的土层荷载，初期支护结构不利于结构变形的控制。　穿越雨污水管线的技术方案，在修建的隧洞中进行该　地层水文条件的任何变化均可能改变顶部荷载大小，　通道的施工　甚至超过顶部的承受能力．威胁隧道施工安全。因此，　一工程地质水文情况：该场地土类型为中软场地，建　Ｉ类。主要以黏土、粉质黏土、粉土以及　般跨度较大的通道均分块施工，合理架设临时支撑，　筑场地类别为ＩＩ杂填土为主。场地内无影响建筑物安全的不良地质作　保证结构稳定。　基于以上考虑，一般大跨平顶直墙隧道施工基本　用。由于管线渗漏的影响，上层滞水较丰富，施工中必　　采取以下方法：化大断面为小断面、化较大跨为较小　须采取相应的地层加固措施，以保证施工安全。跨，分块分部实施开挖，严格超前支护加固、控制开挖　２平顶直墙通道支护设计　进尺，化浅埋为近似“深埋”状态ｌ　，降低开挖难度，保　初期支护隧道净宽８．１　ｍ，净高４．３　ｍ，结构厚３００ｍｉｌｌ　证施工安全。由于是分部开挖，最终形成大跨隧道，临　（见图２），采用格栅钢架，主筋为４根２０ＭｎＳｉ　０２５钢　时支撑选择、设置及拆除方法较为重要，分析其变形　筋，其间采用受力较好、冷压成形的“八”字加强筋，钢　和稳定特性对于指导施工有着较为重要的意义。本文　筋直径　１４　８８　辛荭投　一ＥＴ　２０１０　Ｎｏ．４（Ｊｕ１．）Ｖｏ１．２８　隧道与地下工程器　Ｔｕｎｎｅｌ＆Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　现况结构　现况结构　±０．００－＝３８．７Ｏ＼　＼　５．Ｏ００　＼　一：００　Ｄ　上水　喘　气　外覆　污　上水　ＤＮＳＯＯ￣ＴＪＺ　／　７０００　—兰墨＼　Ｍ。。污水　——　３．９５０　ｎ，量　一Ｕ一　建结构　Ｂ２—９．１５０．　—————一．　此处顶板接顺　量　ｎ　－呈１　ｌ　２．２（　实测标市）　＿＝，０，ｑｄ　／　＼　———～——　／　Ｌ　ｎ　———７．５５０　ｌ一９．１５０　挺　量　嚣　２０Ｄ　Ｏ　，一一ｌ　Ｓ　寸‘２７　２７　（实测标高）警　—ｌ１．１５０　篇　１２．８００　＼　３６　０｛０　Ｉ　．（曲线长度）　堕堕　笪＿孔壅垄苎　施工起点　施工终点　图　通道纵断结构图　３２ｄ、导管注浆补强支护　图　通道结构图　．　格栅钢架在工厂加工成型．现场洞内拼装．间距　部管线运行的安全　隧道纵向设　连接筋，环向间距１．　，连接　通道初衬分３个小洞进行施工．施工顺序为：先施　，筋相互搭接焊接，单面焊搭接长度　铺　６一　隧道内侧满　工中洞，然后施工两个侧洞。　二衬结构待初衬中隔墙拆除、变形稳定后施工。隧　）．　钢筋网，网片与主筋点焊绑扎牢固。格　栅钢架安装完成后，喷射　豆石混凝土．水泥采用　道中隔墙分段拆除，架设临时钢管支撑（　＝　４２．５级普通硅盐酸水泥，石子采用粒径不大于１．　分段长度～７　豆石，砂子采用细度模数大于　的中砂，并掺加％～　３平顶直墙通道暗挖支撑体系转换施工　一％水泥速凝剂，提高喷射混凝土早期强度，以利锚喷　般选用钢筋（型钢）混凝土墙体和型钢（钢管）　支护尽早提供承载力。隧道初期支护完成后，及时进　两种结构作为临时支撑。在体系转换过程中局部采用　行背后回填注浆，严格控制洞体的沉降．确保隧洞上　型钢或钢管进行临时换撑，保证防水层完整。　牟第　期　）第２８拳　啼荭故求一∈１＿　８９　器隧道与地下工程　Ｔｕｎｎｅｌ＆Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　３．１不同阶段临时支撑受力特点及稳定性能　利隧道施工安全的问题　临时支撑受力、变形在不同的施Ｔ阶段有不同的　特点，施工中需要根据不同阶段、地质条件的变化，采　取不同的施工技术措施，确保施Ｔ安全。　１）施工过程中临时支撑变形特点及稳定性能　２）体系转换过程中临时支撑变形特点及稳定性能　为保证隧道安全，临时支撑分段拆除、分段施工　二次衬砌。分段长度一般５～７　ｍ，不得大于隧道宽度．　充分利用隧道顶板空间约束效应，发挥板体承载能力，　临时支撑可采用钢筋格栅＋喷射混凝土墙体形　维持隧道初支稳定，保证二次衬砌顺利进行，完成结　式，格栅连接见冈３所示。其特点是格栅钢架通过连接　构体系转换。同时在拆除过程中随时监测拱顶和地表　板与衬砌顶板结构主筋连成一体，通过喷射混凝土形　变形，发现问题及时加强支护。　成能够承受一定弯矩、压力的受力整体，连接处呈刚　该Ｔ程临时支撑采用钢筋格栅＋喷射混凝土墙　接性质　Ｉ通道中心线　３００ｌ【　２７００　３００　２３５０　３Ｏ０　１２３５０　３ＯＯ　Ｉ　Ｉ图３通道钢格栅加工图　临时支撑也可采用型钢支撑，其特点与钢格栅相　同，两端必须与顶、底板主筋焊接牢同，以承受较大的　压力和弯矩。其受力模型见图４所示。　＼　／　、　＼　８＂￣ＬＸＰ３＂　’　６＼Ｕ　、　／　匹妇　：９）　：１０）［　（４）　／　＼　，ｌｌＩ　ｒ　１ｌ　网４隧道受力模型图　此模型按照均布荷载、局部考虑土抗力进行粗略　分析。从计算分析得知。当通道顶部荷载增大时，顶板　相应跨弯矩增大，如当５－－６号节点间的５号单元均布　荷载增大５０％时，相应的顶板弯矩增大达１１４％，结构　内力急剧增大，不利于结构安全。因此，必须注意周边　环境的变化，充分利用土的有利性质，注意防范其不　９０　４荭技　一∈．ｒ　２０１０　Ｎｏ．４（Ｊｕ１．）Ｖｏ１．２８　体，破除方法：先凿除支撑钢架之间的？昆凝土。保留钢　架，待凿除段内的混凝土全部凿除后，再割除钢架，进　行二衬混凝土的施Ｔ。凿除混凝土过程中．由于震动　及墙体受压截面的急剧减少，墙体极易发生钢筋局部　压屈造成拱顶下沉、坍塌，发生事故，因此拆除过程　中，应及时架设０１０８ｘ４．５　ｍｍ钢管进行补强，确保施　工安全。　南于顶板、底板均有防水层，钢管支撑两端无法　与结构连接，仅起到支撑作用，所以受力计算模型选　用铰接较为合适。通过计算，其临时支撑效果与固结　效果相当，内力值略微偏大，但由于施工误差（如钢管　垂直度偏差较大、顶脚垫楔不实）造成支撑效果大打　折扣，应引起注意　３．２地质水文条件对隧道施工安全的影响　隧道施工中，由于地层被扰动，地表沉降将影响到　地下管线，从而引起渗漏。大量的管道水渗漏到地层　中，破坏了土层卸力拱的形成，消除了非饱和土中基　质吸力，使得土层作用在隧道顶板的实际荷载大大增　加，从而增加隧道结构的内力和变形。这种潜在的安　全隐患在隧道临时支撑拆除过程中尤为突出，支撑尚　未完全拆除．结构已开始急剧变形．不得不进行补强　加固。　该Ｔ程中，受地层滞水及管道渗漏影响，在第２段　支撑拆除前发现拱顶局部开始渗漏，临时支撑墙体混　凝土尚未凿完，尚未切断的钢筋格栅开始发生压屈、失　稳变形，２　ｈ内观测得到拱顶沉降达到１５　ｍｍ，且渗水　继续增大。为保证安全，不得不停止拆除，用碗扣支架　在下沉位置搭设临时支撑，支撑范围横向３　ｍ，纵向６ｍ，　以控制拱顶继续下沉．同时架设０１０８临时钢管支撑：　随后对拱顶采取压注水泥浆封堵地下水，保证隧道不　渗不漏后施Ｔ防水层及二次衬砌结构。　从现场观察看，在有较大面积渗水地段，拆除支　撑过程中。顶板变形较大；而在无水地段．拆除支撑较　隧道与地下工程器　Ｔｕｎｎｅｌ＆Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　为容易，顶板稳定。这些反映了地下水对土层荷载的　４结语　影响，对平顶隧道结构变形、稳定有重要意义，施工中　需特别注意，妥善处理。　３．３　临时支撑施工技术措施　该平顶直墙地下通道初衬、二衬施工完成后，通道　结构稳定，外观质量较好，地面沉降稳定，未出现严重　的地下管线被破坏事件，满足规范和设计要求，达到　　１）临时支撑应根据施工实际情况通过计算选择，其　了预期的目的。笔者认为今后仍需要在临时支撑施工、地下水对　刚度、强度及偏心受压稳定必须满足施工各阶段的受　力要求。　行可靠连接，以增强结构的安全性和稳定性；拆除过程　　中．必须严格按照施工方案进行，拆除１段、支撑１段。　参考文献：隧道施工的影响方面开展研究，才能确保隧道在复杂　２）暗挖隧道施工中，临时支撑必须与隧道结构进　地质条件下的施工安全。蓦　支撑安装必须保证垂直度，减少偏心受压；后安装的　【ｌ】王梦恕．地下工程浅埋暗挖技术通论［Ｍ】．安徽：安徽教育出　支撑必须保证两端与结构面垫实、楔紧。　层滞水、地下水对隧道支护结构的影响，尽量在换撑　之前采用注浆方法封堵地下水，保持土层的稳定。　版社．２００４：６－７．　２】惠丽萍，王良．浅埋暗挖土质隧道开挖进尺的理论探讨［Ｊ］＿铁　３）必须注意地层水文条件的变化，控制并减少地　【道标准设计，１９９５（１１）：２５—２７．　４）支撑拆除实行信息化施工，以监测数据为依据，　作者简介：原海军（１９７２一）．男，山西阳城人，工程师，主要从事市政施　实行动态管理、动态施Ｔ。　工管理工作。　（上接第６２页）　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｉｎ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，１９９５．　收稿日期：２０１０—０３～２１　２］Ｂｌａｎｅｈａｒｄ　Ｊ，Ｄａｖｉｅｓ　Ｂ　Ｌ，Ｓｍｉｔｈ　Ｊ　Ｗ．Ｄｅｓｉｇｎ　ｃｒｉｔｅｒｉａ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　关系；而当结构的速度响应数值较大时，结构的振动响　［应将控制在一定的数值范同内，其上限主要取决于式　中的ｋ，。　２国内研究　ｆｏｒ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｏｆ　ｆｏｏｔｂｒｉｄｇｅｓ［Ｊ］＿Ｃｒｏｗｔｈｏｒｎｅ，１９７７：９０—　１０６．　［３］Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｌｆｏｏｒ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｉｅｓ［ｃ］．Ｌｏｎｄｏｎ：　ＡＵＲＰ　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　Ｓｅｍｉｎａｒ，２００１．　国内对行人荷载模式的研究鲜有报道，仅有孙利　民等人在参考了国外实验结果和一些国家规范的基础　上，给出了周期性行人荷载模式如下ｌ　８】：　【４］Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ－Ｉｎｄｕｃｅｄ　ｂｙ　Ｍａｎ　ａｎｄ　Ｍａｃｈｉｎｅｓ，Ｓｔｒｕｃ—　ｔｕｒａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｏｃｕｍｅｎｔｓ【ｃ］／／Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｂｒｉｄｇｅ　ａｎｄ　Ｓｔｕｃｔｒｕｒａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（ＩＡＢＳＥ）．Ｚｕｒｉｃｈ：Ｓｔｕｃｔｒｕｒａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｏｃｕｍｅｎｔｓ，１９８７：１１５－１１９．　ｆ，ｌ一｛Ｊ　０．３６ｘ７００　ｓｉｎ（２７ｒｆｖｔ）　１．６　Ｈｚ　≤２．４　Ｈｚ　・　ｒ　Ｘ　ｌ　…一一　【０．１３ｘ７００　ｓｉｎ（２￣ｔ）　３．２　Ｈｚ≤　≤４．８　Ｈｚ’　［５］Ｋｅｒｒ　Ｓ　Ｃ．Ｈｕｍａｎ　Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｌｏａｄｉｎｇｏｎ　Ｓｔａｉｒｃａｓｅｓ［Ｄ］．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＵＫ：Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　Ｌｏｎｄｏｎ，１９９８．　，ｆ０．０３３ｘ７００　ｓｉｎ（２－ｒｒｆｔ）０．８　Ｈｚ≤　≤１．２　Ｈｚ　…　Ｉ【ｔ　Ｊ＝１　ｌ　Ｊ　。。　【０．０９９ｘ７００　ｓｉｎ（２盯／，ｔ）　１．６　Ｈｚ≤　≤２．４　Ｈｚ　．　［６】Ｄａｌｌａｒｄ　Ｐ，Ｆｉｔｚｐａｔｉｒｃｋ　Ａ　Ｊ，Ｆｌｉｎｔ　Ａ，ｅｔａ１．Ｔｈｅ　Ｌｏｎｄｏｎ　Ｍｉｌｌｅｎｎｉｕｍ　Ｆｏｏｔｂｒｉｄｇｅ［Ｊ］．Ｓｔｕｃｔｒｕｒａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒ，２００１，７９（２２）：１７－３３．　式中：　（　）、　（ｆ）分别为人行竖向力和水平力；　分　７］Ｓｈｕｎ—ｉｃｈｉ　Ｎａｋａｍｕｒａ，Ｔｏｓｈｉｔｓｕｇｕ　Ｋａｗａｓａｋｉ．Ｌａｔｅｒａｌ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　别为桥梁结构的竖向自振频率和水平自振频率，Ｈｚ；　［竖向和侧向的动载因子是参考了文献ｆ９］得到的。　３结语　ｆｏｏｔｂｒｉｄｇｅｓ　ｂｙ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｗａｌｋｉｎｇ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｌ　ｓｔｅｅｌ　ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００６，６２：１　１４８—１１６０．　【８】孙利民，闫兴非．人行桥人行激励振动及设计方法［Ｊ］．同济大　学学报，２００４，３２（８）：９９６—９９９．　上述所有的行人荷载模式中，周期性荷载模式最　为简单实用，很多国家的人行桥设计规范在确定行人　［９］Ｐｉｍｅｎｔｅｌ　Ｒ　Ｌ，Ｐａｖｉｃ　Ａ，Ｗａｌｄｒｏｎ　Ｐ．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｅｓｉｇｎ　ｒｅｑｕｉｒｅ—　荷载时均采用了这种荷载模式，如英国的ＢＳＩ５４００、欧　ｍｅｎｔｓ　ｆｏｒ　ｆｏｏｔｂｒｉｄｅｇｓ　ｅｘｃｉｔｅｄ　ｂｙ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｆｏｒｃｅｓ　ｆｒｏｍ　ｗａｌｋｉｎｇ［Ｊ］．　盟的ＥＮ１９９０、国际标准化组织规范ＩＳＯ１０１３７、瑞典的　Ｃａｎａｄｉａｎ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００１，２８：７６９－７７７．　Ｂｒｏ２００４等。　参考文献：　囊　收稿日期：２０１０—０２—１０　作者简介：陈阶亮（１９６９一），男，浙江湖州人，教授级高级工程师，硕　士，主要从事项目管理工作。　【１］Ｄｙｎａｍｉｃ　ｆｏｒｃｅｓ　ｆｒｏｍ　ｒｈｙｔｈｍｉｃａｌ　ｈｕｍａｎ　ｂｏｄｙ　ｍｏｔｉｏｎｓ［Ｓ］．Ｂａｓｅｌ　２０１０年第４期（７一）第２８整　啼荭投木一ＥＴ　９１