分析地铁隧道垂直交叉施工关键技术

随着城市交通量的日益增加,城市对地下交通网的需求也越来越大,地铁网络几乎覆盖了大城市的主要交通干道。而地铁隧道工程的增加,使垂直交叉隧道工程相应增多,地铁隧道的垂直交叉情况,使隧道工程的施工难度大大增加。在地铁隧道的垂直交叉施工过程中,对于相关施工手段和技术工艺要求也相应增加。本文将对地铁垂直交叉隧道工程的

关键性施工技术进行分析,以便对其它工程提供有利借鉴。

1.三维有限元垂直交叉隧道施工变形分析技术

地铁持续的建设和开发,采用盾构法施工隧道也非常普遍,在采用盾构法施工过程中,隧道垂直交叉施工情况非常普遍,尤其是新建隧道垂直近距离交叉穿越已建地铁隧道的情况。那么如何控制好垂直交叉的施工带来的变形,尽量减少对即有隧道的扰动,进而确保隧道的安全性和稳定性是地铁隧道施工必需重视的问题,而采用三维有限元分析技术能够有效的对垂直交叉施工变形影响进行科学分析,进而加以预防:

1.1模型计算及土层状况分析

采用三维有限元分析技术,首先应该建立相应的土层模型,根据垂直交叉方式,对垂直交叉隧道的施工模型进行计算。另外还需要对隧道施工段的土层情况进行调查和分析,可根据已建隧道工程的原始资料和当地的水文情况进行建模分析。然后根据相关参数对不排水状态下的水平参数和排水状态下的垂直参数进行计算确定。

1.2三维有限元分析方法

土层的特性往往是决定隧道深陷值与沉降时间的重要因素,对于土层的固结沉降可以采用二维模型的方式进行模拟。由于土体的长期沉降过程,在施工中所引起的早期沉降影响较小,所以在隧道的修建过程中,深陷基本在较短的时间内比较显着,且这种沉陷通常发生在不排水的条件下。当隧道在不排水的条件下表现出深陷稳定后,隧道便会相应保持稳定。分析时可采用SAP程序进行三维弹塑进行计算。为了使计算更加准确,可采用三维多节点空间进行模型的整体分析,并在弹性阶段充分考虑横观各向的导性。在开挖过程中采用推进工作面土体的刚度条件来进行模拟。模拟时将开挖的土体刚度降低到最小值来计算。通过对模量单元的降低来模拟出工作面的逐步推进情况。在施工过程中开挖阶段采用活化减退的方法来进行模拟,随着降低模量单元的增加,来模拟盾构施工的推进过程。而隧道管片的施工则是在工作面推进一定距离或者开挖一定时间以后,采用重新活化的方法进行模拟。

2.开挖技术

在地铁隧道的垂直交叉施工中,开挖对既有隧道的扰动和影响较大,如何保证土体的稳定性是垂直交叉隧道技术控制的难点。为了减少开挖对原隧道的扰动可采用短进尺和弱爆破的开挖方式。对于土体不稳定区域可采用开挖前超前注浆加固的方式,以避免造成土体的坍塌:在双洞同为新建的垂直交叉隧道施工中,需要确定好先开挖上洞还是先开挖下洞。如果先开挖上洞,那么下洞施工时,可能会造成上洞在交叉部位的下沉,所以可尽量采取先开挖下洞的方法。但是在下洞开挖完成后,上洞施工时可能会对下洞造成影响,为了减少影响施工时下洞在交叉部位的注浆支护要及时,并保证围岩与支护间没有空隙。如果交叉的上下距离小于3米,下洞在开挖和初支完成后,应该进行型钢支撑和加固,等到上洞隧道二衬施工完成后再进行拆除和下道工序。

3.弱爆破技术

在地铁隧道垂直交叉施工段的爆破技术尤其重要,可采用弱爆破技术来尽量减少对既有隧道的干扰。施工过程中需要严格控制最大段位的药量,尽量将爆破的震动速度控制在最小范围内。同时根据测量仪来测试和调整爆破的参数,以保证爆破的安全:

3.1弱爆破的原则

隧道垂直交叉施工的爆破应该采用弱震爆破方式,尽量将爆破震动控制在允许范围内,可通过控制炸药的用量来实现减少爆破震动强度的目的。进而降低隧道施工爆破对交叉段原隧道及建筑物的影响,拱墙部分可采用光面爆破的形式;核心掏槽可采用抛掷爆破的综合控制爆破技术,以便使爆破对围岩的扰动控制在最小范围内;充分利用好周围岩体的自稳性,有效的控制好地表的沉降量;严格控制超挖和欠挖问题,使隧道轮廓达到良好效果。

3.2减震带的设置

为了能够尽量减少爆破带来的震动,减小开挖爆破对隧道的扰动,爆破时需要在底部设置相应的减震带。减震带可由两排一定直径的减震孔组成,其深度应该是掘进眼的7倍,并沿其周围设直径相对小的减震孔,深度为掘进眼的2.5倍,进而起到减震的作用。

3.3爆破工艺

钻爆工艺是整个爆破作业的关键环节,对开挖质量影响极大。隧道的爆破可采用塑料导爆管或者毫秒雷管等起爆装置。其爆破工艺可选择台阶法的微振动光面爆破工艺,炸药通常选用φ32mm或者φ25mm的2#防水乳化炸药;对于周边眼可选择φ25mm的小药卷,并采用导爆索绑小药卷的空气间隔装药结构方式。对于掏槽眼、辅助眼、底眼可采取耦合装药的方式,而周边眼则可采用不耦合的装药方式;起爆顺序应该是掏槽眼、辅助眼、周边眼和底眼;另外,还应该对起爆的各参数和用

药量进行周密计算,进而确定出最为合理且有效的爆破控制参数,并排除潜在的风险,确保垂直交叉隧道的施工稳定。

4.监测技术

监测技术是隧道施工必不可手的技术手段之一,尤其是在垂直交叉隧道施工过程中,监测技术更加重要。隧道施工时可选择相对稳定的地点设置好基准点和观测点,观测点可沿车挡线纵每隔5~10m进行设置,每个断面可布置2~3个观测点。观测在设置时应该保证其通视良好,从而方便使用精密仪器进行测量,测量后的结果需要进行严密的计算,然后与上次测量结果进行对比,以确定本测量点的沉降量;还应该采用爆破振动设备对每次爆破进行测量,以确定可以对被测物体造成的振动影响。爆破测量的结果可根据电脑软件进行计算,并得出此次爆破的振速。然后根据的振速来调整用药量;同时,监测工作还需要对建筑物的裂缝进行监测、地下水位进行监测等。

5.其它关键性技术分析

5.1孔桩开挖

孔桩的开挖主要是依靠钻孔机进行,在开挖过程中,应该注意观察周围岩土的变化情况,如果地质情况与设计方案不符,应该及时上报,然后采取相应的处理措施。如果在开挖过程中出现渗水问题,可采用速凝砂浆进行封堵。桩孔在开挖过程中应该每1m检查一次轴线,以确保桩孔中线的误差小于孔深的0.5%,另外还应该及时检查孔内的二氧化碳浓度,如果浓度过高,可进行通风处理。

5.2拱底加强板施工

施工前需要对断面的尺寸进行复核,然后对拱底进行清理,保证合格以后可进行加强板的绑扎作业。绑扎时,需要对钢筋的型号、规格、间距等参数进行复核,保证其符合设计要求。

6.结论

地铁隧道的垂直交叉工程比较特殊,施工时可根据交叉的方式、地质情况、以及垂直距离等情况,采取合理的爆破方式和技术手段,尽量减小对围岩和既有建筑物的扰动,并保证隧道工程的安全性和稳定性,进而使隧道工程质量达到预期标准。

文献文献:

[1]王亮,姜德义,任松.小净距空间交叉隧道段施工技术研究[J].交通标准化.2008年第9期 .23~27.

[2]刘卫铎.地铁垂直交叉隧道工程施工[J].铁道工程学报.2010年1月第1期.91~94.

[3]巫环.主、支线交叉重叠段隧道施工技术总结[ J].西部挖矿工程.2005年增刊总第111期.210~213. 随着城市交通量的日益增加,城市对地下交通网的需求也越来越大,地铁网络几乎覆盖了大城市的主要交通干道。而地铁隧道工程的增加,使垂直交叉隧道工程相应增多,地铁隧道的垂直交叉情况,使隧道工程的施工难度大大增加。在地铁隧道的垂直交叉施工过程中,对于相关施工手段和技术工艺要求也相应增加。本文将对地铁垂直交叉隧道工程的

关键性施工技术进行分析,以便对其它工程提供有利借鉴。

1.三维有限元垂直交叉隧道施工变形分析技术

地铁持续的建设和开发,采用盾构法施工隧道也非常普遍,在采用盾构法施工过程中,隧道垂直交叉施工情况非常普遍,尤其是新建隧道垂直近距离交叉穿越已建地铁隧道的情况。那么如何控制好垂直交叉的施工带来的变形,尽量减少对即有隧道的扰动,进而确保隧道的安全性和稳定性是地铁隧道施工必需重视的问题,而采用三维有限元分析技术能够有效的对垂直交叉施工变形影响进行科学分析,进而加以预防:

1.1模型计算及土层状况分析

采用三维有限元分析技术,首先应该建立相应的土层模型,根据垂直交叉方式,对垂直交叉隧道的施工模型进行计算。另外还需要对隧道施工段的土层情况进行调查和分析,可根据已建隧道工程的原始资料和当地的水文情况进行建模分析。然后根据相关参数对不排水状态下的水平参数和排水状态下的垂直参数进行计算确定。

1.2三维有限元分析方法

土层的特性往往是决定隧道深陷值与沉降时间的重要因素,对于土层的固结沉降可以采用二维模型的方式进行模拟。由于土体的长期沉降过程,在施工中所引起的早期沉降影响较小,所以在隧道的修建过程中,深陷基本在较短的时间内比较显着,且这种沉陷通常发生在不排水的条件下。当隧道在不排水的条件下表现出深陷稳定后,隧道便会相应保持稳定。分析时可采用SAP程序进行三维弹塑进行计算。为了使计算更加准确,可采用三维多节点空间进行模型的整体分析,并在弹性阶段充分考虑横观各向的导性。在开挖过程中采用推进工作面土体的刚度条件来进行模拟。模拟时将开挖的土体刚度降低到最小值来计算。通过对模量单元的降低来模拟出工作面的逐步推进情况。在施工过程中开挖阶段采用活化减退的方法来进行模拟,随着降低模量单元的增加,来模拟盾构施工的推进过程。而隧道管片的施工则是在工作面推进一定距离或者开挖一定时间以后,采用重新活化的方法进行模拟。

2.开挖技术

在地铁隧道的垂直交叉施工中,开挖对既有隧道的扰动和影响较大,如何保证土体的稳定性是垂直交叉隧道技术控制的难点。为了减少开挖对原隧道的扰动可采用短进尺和弱爆破的开挖方式。对于土体不稳定区域可采用开挖前超前注浆加固的方式,以避免造成土体的坍塌:在双洞同为新建的垂直交叉隧道施工中,需要确定好先开挖上洞还是先开挖下洞。如果先开挖上洞,那么下洞施工时,可能会造成上洞在交叉部位的下沉,所以可尽量采取先开挖下洞的方法。但是在下洞开挖完成后,上洞施工时可能会对下洞造成影响,为了减少影响施工时下洞在交叉部位的注浆支护要及时,并保证围岩与支护间没有空隙。如果交叉的上下距离小于3米,下洞在开挖和初支完成后,应该进行型钢支撑和加固,等到上洞隧道二衬施工完成后再进行拆除和下道工序。

3.弱爆破技术

在地铁隧道垂直交叉施工段的爆破技术尤其重要,可采用弱爆破技术来尽量减少对既有隧道的干扰。施工过程中需要严格控制最大段位的药量,尽量将爆破的震动速度控制在最小范围内。同时根据测量仪来测试和调整爆破的参数,以保证爆破的安全:

3.1弱爆破的原则

隧道垂直交叉施工的爆破应该采用弱震爆破方式,尽量将爆破震动控制在允许范围内,可通过控制炸药的用量来实现减少爆破震动强度的目的。进而降低隧道施工爆破对交叉段原隧道及建筑物的影响,拱墙部分可采用光面爆破的形式;核心掏槽可采用抛掷爆破的综合控制爆破技术,以便使爆破对围岩的扰动控制在最小范围内;充分利用好周围岩体的自稳性,有效的控制好地表的沉降量;严格控制超挖和欠挖问题,使隧道轮廓达到良好效果。

3.2减震带的设置

为了能够尽量减少爆破带来的震动,减小开挖爆破对隧道的扰动,爆破时需要在底部设置相应的减震带。减震带可由两排一定直径的减震孔组成,其深度应该是掘进眼的7倍,并沿其周围设直径相对小的减震孔,深度为掘进眼的2.5倍,进而起到减震的作用。

3.3爆破工艺

钻爆工艺是整个爆破作业的关键环节,对开挖质量影响极大。隧道的爆破可采用塑料导爆管或者毫秒雷管等起爆装置。其爆破工艺可选择台阶法的微振动光面爆破工艺,炸药通常选用φ32mm或者φ25mm的2#防水乳化炸药;对于周边眼可选择φ25mm的小药卷,并采用导爆索绑小药卷的空气间隔装药结构方式。对于掏槽眼、辅助眼、底眼可采取耦合装药的方式,而周边眼则可采用不耦合的装药方式;起爆顺序应该是掏槽眼、辅助眼、周边眼和底眼;另外,还应该对起爆的各参数和用

药量进行周密计算,进而确定出最为合理且有效的爆破控制参数,并排除潜在的风险,确保垂直交叉隧道的施工稳定。

4.监测技术

监测技术是隧道施工必不可手的技术手段之一,尤其是在垂直交叉隧道施工过程中,监测技术更加重要。隧道施工时可选择相对稳定的地点设置好基准点和观测点,观测点可沿车挡线纵每隔5~10m进行设置,每个断面可布置2~3个观测点。观测在设置时应该保证其通视良好,从而方便使用精密仪器进行测量,测量后的结果需要进行严密的计算,然后与上次测量结果进行对比,以确定本测量点的沉降量;还应该采用爆破振动设备对每次爆破进行测量,以确定可以对被测物体造成的振动影响。爆破测量的结果可根据电脑软件进行计算,并得出此次爆破的振速。然后根据的振速来调整用药量;同时,监测工作还需要对建筑物的裂缝进行监测、地下水位进行监测等。

5.其它关键性技术分析

5.1孔桩开挖

孔桩的开挖主要是依靠钻孔机进行,在开挖过程中,应该注意观察周围岩土的变化情况,如果地质情况与设计方案不符,应该及时上报,然后采取相应的处理措施。如果在开挖过程中出现渗水问题,可采用速凝砂浆进行封堵。桩孔在开挖过程中应该每1m检查一次轴线,以确保桩孔中线的误差小于孔深的0.5%,另外还应该及时检查孔内的二氧化碳浓度,如果浓度过高,可进行通风处理。

5.2拱底加强板施工

施工前需要对断面的尺寸进行复核,然后对拱底进行清理,保证合格以后可进行加强板的绑扎作业。绑扎时,需要对钢筋的型号、规格、间距等参数进行复核,保证其符合设计要求。

6.结论

地铁隧道的垂直交叉工程比较特殊,施工时可根据交叉的方式、地质情况、以及垂直距离等情况,采取合理的爆破方式和技术手段,尽量减小对围岩和既有建筑物的扰动,并保证隧道工程的安全性和稳定性,进而使隧道工程质量达到预期标准。

文献文献:

[1]王亮,姜德义,任松.小净距空间交叉隧道段施工技术研究[J].交通标准化.2008年第9期 .23~27.

[2]刘卫铎.地铁垂直交叉隧道工程施工[J].铁道工程学报.2010年1月第1期.91~94.

[3]巫环.主、支线交叉重叠段隧道施工技术总结[J].西部挖矿工程.2005年增刊总第111期.210~213