本書主要以昆明市軌道交通3號線金太區(qū)間(太平村站金馬寺站區(qū)間)小角度(角度為20左右)下穿人民東路延長線暗挖區(qū)間隧道施工科研項目為依托,對超淺埋地鐵區(qū)間矩形斷面隧道施工中超長大管棚超前支護體系力學特性與工藝、中導洞先行的6導洞法施工力學特性、地表沉降分析控制技術、區(qū)間隧道開挖與支護工藝關鍵技術進行總結(jié)與提煉。本書獲得的技術成果旨在滿足地鐵工程技術人員掌握淺埋暗挖矩形地鐵區(qū)間隧道工程施工技術,洞悉地鐵工程施工安全控制重點和難點,提高工程質(zhì)量安全水平的需求。該書可作為地鐵區(qū)間隧道工程設計人員、工程管理及教學、科研等相關人員的參考書。
隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展,城市的建設規(guī)模迅速擴大,特別是近20年來,我國城市軌道交通的建設規(guī)模與速度世界罕見。越來越多城市軌道交通線路與既有的交通線路、建(構(gòu))筑物等工程進行交叉作業(yè)。目前在運營繁忙的公路、鐵路和既有建筑物等結(jié)構(gòu)物下面修建隧道或下穿通道等地下工程時,多采用暗挖的施工方法。對于既有鐵路、公路及其他構(gòu)筑物下的淺埋隧道,不僅要受到地層和自身永久荷載的作用,而且還會受列車(汽車)動載作用或其他附加荷載。如果一旦隧道施工措施不當、地質(zhì)水文災害變化等原因引起路面大量沉降甚至坍塌,就可能造成交通中斷或工程事故發(fā)生,導致巨大的經(jīng)濟損失和不良的社會影響。因此,合理選擇隧道施工工法和控制路面沉降是城市軌道交通近接施工的關鍵。
昆明市軌道交通3號線金太區(qū)間(太平村站金馬寺站區(qū)間)小角度下穿機場人民東路延長線暗挖矩形隧道工程(角度為20左右),其區(qū)間小埋深僅3 m。人民東路延長線路寬約44 m,地面車流量大,需要嚴格控制公路路面沉降,確保公路暢通。暗挖段區(qū)間隧道左線平曲線半徑為R=500 m,線路坡度為19。沿線地下水主要有上層滯水、孔隙水和巖溶裂隙水。根據(jù)地質(zhì)勘察,該地區(qū)的土層從上至下依次主要為雜填土、素填土、黏土和白云質(zhì)灰?guī)r,隧道結(jié)構(gòu)主要位于素填土和黏土層中。暗挖隧道采用中導洞法施工(6#導洞),施工工序復雜,開挖斷面尺寸為116 m70 m。預支護措施采用超長大管棚施工,管棚分別兩端工作井采用精確導向鉆機進行施工,管棚總長度170 m,單邊施工長度85 m,管棚采用180 mm,壁厚10 mm熱軋無縫鋼管制作。
本書針對昆明市軌道交通3號線金太區(qū)間下穿機場公路超淺埋矩形隧道工程特點,通過分析矩形斷面隧道淺埋暗挖法施工工藝以及長大管棚的預支護措施,并經(jīng)技術經(jīng)濟比選后,提出了式180超長大管棚快速施工成套技術,研究了淺埋暗挖矩形隧道中導洞先行的6導洞施工方案及其相關的施工技術參數(shù)(6#洞開挖工序、導洞縱向錯距、預加固措施等);隨后針對矩形隧道臨時支護系統(tǒng)受力變化規(guī)律,提出了地鐵區(qū)間矩形隧道6導洞施工臨時支撐折二留一的拆撐技術方案和中墻跳槽施工技術方案;在金太區(qū)間隧道施工過程中,基于地表沉降監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析,得出了淺埋暗挖矩形隧道施工地表沉降的變化規(guī)律及其影響范圍,并首次推導出了適合淺埋暗挖矩形斷面隧道施工地表沉降的修正Peck經(jīng)驗公式,形成了一套小角度下穿公路超淺埋地鐵區(qū)間矩形隧道施工修建技術體系。本書的研究成果具有廣闊的應用前景和實際應用價值,可以為城市軌道交通下穿既有建(構(gòu))筑物工程采用淺埋暗挖法的隧道工程設計、施工和推廣應用提供重要的理論依據(jù)和技術支撐。
全書共分10章,包括緒論、區(qū)間隧道工程概況、區(qū)間矩形隧道施工方案比選、隧道施工力學特性、現(xiàn)場隧道施工監(jiān)測與分析、超長式180管棚預支護體系力學特性及其施工工藝、地表沉降變形規(guī)律及其控制技術、區(qū)間隧道開挖與支護技術等內(nèi)容。
本書由申玉生、鄧能偉、趙輝、連小濤等著。主要分工如下:第1章由中鐵四局城市軌道交通工程分公司鄧能偉、西南交通大學朱雙燕撰寫;第2章由昆明軌道交通有限公司陳立龍,中鐵四局城市軌道交通工程分公司趙輝、連小濤撰寫;第3章由西南交通大學申玉生、趙樂撰寫;第4章由西南交通大學申玉生、何尉祥撰寫;第5章由西南交通大學申玉生、何永輝撰寫;第6章由西南交通大學申玉生、趙建灃、唐浪洲撰寫;第7章中鐵四局城市軌道交通工程分公司趙輝、連小濤撰寫;第8章西南交通大學申玉生、何永輝撰寫;第9章由中鐵四局城市軌道交通工程分公司鄧能偉、趙輝、連小濤撰寫;第10章由中鐵四局城市軌道交通工程分公司趙輝、連小濤,西南交通大學廖雄撰寫;全書由申玉生統(tǒng)稿定稿。
在本書撰寫過程中,西南交通大學高波教授對本書的內(nèi)容規(guī)劃給予了悉心指導;本書成稿中也得到了昆明軌道交通有限公司、深圳市勘察研究院有限公司昆明項目部、北京首爾工程技術有限公司等單位提供的寶貴數(shù)據(jù)資料及其相關技術支持,工程實施過程中昆明軌道交通有限公司王傳亮、陳立龍、張楊在工程施工中多次現(xiàn)場指導,確保施工安全質(zhì)量可控;在文檔整理、現(xiàn)場資料收集等方面由西南交通大學陳政、張靜、黃永鵬、朱雙燕、資曉魚、曹幫俊、楊佳奇等碩士及中鐵四局城市軌道交通工程分公司鮑俊捷、劉利國、劉宏生、周鵬、盧鵬程、劉佳慶等現(xiàn)場人員做了大量的工作,在此一并表示感謝。
由于時間倉促、作者水平和知識面所限,書中難免有疏漏或不妥之處,敬請專家和讀者批評斧正。
編者2018年4月
第1章緒論1
11我國城市軌道交通建設發(fā)展狀況1
111運營數(shù)據(jù)統(tǒng)計1
112軌道交通在建和規(guī)劃整體情況3
12地鐵區(qū)間隧道施工方法4
121區(qū)間隧道明挖法施工4
122區(qū)間隧道淺埋暗挖法施工7
123區(qū)間隧道盾構(gòu)法施工11
124區(qū)間隧道TBM法施工14
13地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)形式18
131明挖法修建的地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)形式18
132盾構(gòu)法和TBM法修建的地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)形式19
133礦山法修建的地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)形式20
14淺埋暗挖下穿既有構(gòu)筑物隧道施工力學特性21
15本書要解決的問題22
第2章昆明市軌道交通3號線金太區(qū)間暗挖隧道工程概況23
21隧道工程概況23
22隧址區(qū)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)24
221地形地貌24
222水文地質(zhì)24
223不良地質(zhì)與特殊巖土25
23隧道襯砌結(jié)構(gòu)設計及荷載26
第3章金太地鐵區(qū)間暗挖矩形隧道施工方案比選28
31淺埋暗挖隧道施工基本理論及其施工過程分析28
311力學模型29
312淺埋暗挖隧道初始地應力場的模擬34
313隧道施工開挖過程模擬35
32地鐵區(qū)間矩形隧道超長管棚的支護措施36
321管棚支護結(jié)構(gòu)的力學模擬36
322計算模型的建立36
323區(qū)間矩形隧道管棚支護效果分析40
33矩形隧道施工方法比選及其工序的優(yōu)化45
331隧道開挖方法比選45
332區(qū)間隧道6#導洞開挖工序優(yōu)化49
333隧道導洞開挖面縱向間距優(yōu)化58
334隧道結(jié)構(gòu)臨時支撐拆除方案優(yōu)化63
335中隔墻施工方案優(yōu)化68
34暗挖區(qū)間隧道施工方案經(jīng)濟技術指標比選70
341施工條件分析70
342方案比選71
343經(jīng)濟效益比選77
第4章小角度下穿機場公路地鐵區(qū)間矩形隧道施工力學特性79
41地鐵區(qū)間矩形隧道施工模型簡化79
42矩形隧道開挖與支護受力特性分析81
421隧道結(jié)構(gòu)拱頂下沉變化規(guī)律81
422隧道底板豎向位移變化規(guī)律82
423隧道初期支護彎矩變化規(guī)律84
424隧道臨時支撐應力變化規(guī)律85
425隧道圍巖應力變化規(guī)律88
426隧道圍巖塑性區(qū)變化90
43地鐵區(qū)間矩形隧道襯砌與中隔墻施工力學分析92
431隧道計算模型92
432隧道襯砌應力變化規(guī)律93
第5章小角度下穿機場公路金太區(qū)間矩形隧道施工監(jiān)測與分析96
51現(xiàn)場隧道施工監(jiān)控量測的必要性和意義96
52地鐵區(qū)間矩形隧道施工監(jiān)控量測方案96
521隧道施工監(jiān)控量測目的96
522區(qū)間隧道施工監(jiān)控量測內(nèi)容、方法、頻率97
523隧道監(jiān)測斷面選擇與測試方案99
53監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方法101
531監(jiān)測資料分析原則101
532監(jiān)測資料初步分析方法102
533監(jiān)測數(shù)據(jù)過程分析方法102
54金太區(qū)間暗挖隧道現(xiàn)場監(jiān)控量測管理106
541隧道監(jiān)控量測管理流程及預警分級106
542建立監(jiān)測資料報送制度107
543數(shù)據(jù)異常監(jiān)測措施110
55矩形隧道施工初期支護內(nèi)力變化規(guī)律110
551隧道初期支護軸力測試分析111
552隧道初期支護彎矩分析114
56矩形隧道施工臨時支撐應力及結(jié)構(gòu)變形變化規(guī)律117
561臨時支撐應力分析117
562隧道結(jié)構(gòu)變形分析119
563隧道結(jié)構(gòu)安全性分析120
57隧道施工圍巖接觸應力變化規(guī)律120
571隧道圍巖壓力時程曲線分析121
572隧道圍巖接觸應力沿洞周的空間形態(tài)123
58隧道襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化規(guī)律124
581隧道二次襯砌軸力測試分析124
582隧道二襯彎矩測試分析125
第6章地鐵區(qū)間矩形隧道超長式180管棚預支護體系力學機理126
61超長管棚的作用機理126
611概述126
612管棚的力學模型129
613管棚支護主要作用與機理130
62隧道開挖過程中長大管棚支護的力學行為131
621軟弱圍巖隧道開挖過程施工力學特性131
622管棚支護結(jié)構(gòu)的力學特征133
623區(qū)間隧道長大管棚支護體系的力學特性分析134
63區(qū)間矩形隧道長大管棚支護體系數(shù)值仿真分析135
631管棚豎向位移分析136
632管棚應力分析136
64金太區(qū)間隧道管棚應力現(xiàn)場測試分析138
第7章金太區(qū)間矩形隧道式180長大管棚施工工藝140
71矩形區(qū)間隧道式曲線長大管棚水平定向鉆進技術140
72淺埋暗挖矩形隧道超長大管棚設計參數(shù)及其施工工藝142
721管棚直徑分析142
722管棚間距設計143
723管棚施工引起的地表沉降145
724管棚預支護條件下的滲流力145
725管棚施工工藝147
726管棚施工注意事項153
73矩形隧道施工長大管棚質(zhì)量保證措施153
第8章金太地鐵區(qū)間矩形隧道施工地表沉降變形規(guī)律155
81淺埋暗挖隧道地表沉降變形的影響因素155
82金太區(qū)間隧道施工地表沉降監(jiān)測156
821地表沉降監(jiān)測目的156
822監(jiān)測方案設計原則156
823現(xiàn)場監(jiān)測點位布置157
824隧道地表沉降規(guī)律分析157
83基于Peck公式的地鐵區(qū)間矩形隧道施工地表沉降優(yōu)化預測159
84地鐵區(qū)間矩形隧道地表沉降數(shù)值計算分析165
第9章金太地鐵區(qū)間矩形隧道施工地表沉降控制技術170
91矩形區(qū)間隧道施工地表沉降原因分析170
92下穿高速公路的矩形隧道施工變形控制措施170
921區(qū)間隧道圍巖預支護加強措施170
922區(qū)間隧道初支結(jié)構(gòu)加強措施174
923隧道施工其他輔助措施176
第10章金太區(qū)間矩形隧道施工開挖與支護技術181
101金太區(qū)間隧道施工方案181
102暗挖預支護技術183
1021超長大管棚施工技術183
1022超前小導管施工技術183
1023全斷面注漿施工技術184
103隧道暗挖施工技術186
1031導洞開挖支護施工187
1032鋼架(鋼筋網(wǎng))施工192
1033噴射混凝土施工195
104隧道臨時支撐拆除及二次襯砌施工技術197
1041隧道二次襯砌施工方案197
1042臨時支撐拆除技術197
1043隧道中隔墻施工技術198
1044隧道側(cè)墻施工技術200
1045隧道二襯模板施工技術202
105隧道防水施工技術措施203
1051隧道防水體系及施工工藝流程203
1052混凝土結(jié)構(gòu)自防水205
1053柔性防水層施工205
1054明挖隧道結(jié)構(gòu)底板、側(cè)墻防水施工方法206
1055明挖區(qū)間結(jié)構(gòu)頂板防水施工方法207
1056暗挖結(jié)構(gòu)防水施工方法207
參考文獻209