王刚　苑文博

【摘 要】文章依托某浅埋小净距隧道的工程实践，在复杂地质条件和建设环境下，针对新建隧道下穿既有大型地下构造物严重影响的困难地段工程特殊、技术复杂等特点，可以借鉴的经验较少，通过浅埋暗挖法施工方案，提出相应工程措施，并通过有限元分析法分析隧道开挖、支护过程，研究围岩及支护结构的应力、应变、塑性区分布等，指导施工及设计方案，确保做到方案可行、结构安全、措施可靠、风险可控，保证了施工快速、安全、优质，可为类似隧道项目提供经验和参考。

【关键词】隧道下穿;浅埋暗挖;排洪渠;安全性分析

【中图分类号】U455 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2020）07-0117-03

1 工程概况

拟建某隧道工程原始地貌为近海岸滩涂地貌，现地貌为经挖填整平后市政道路及两侧绿化用地。隧道暗洞段穿越软弱围岩地层，主要为杂填土、黏土、砂砾层、全～强风化花岗岩等，地下水位线处于地表下3.8 m，与海水有一定的连通性。隧道结构形式为小净距隧道结构，中部岩柱厚度为4.7 m，顶部覆土厚度为10.1 m，开挖高度为9.96 m。隧道暗挖斜交下穿2孔5 m×2 m钢筋混凝土排洪渠，叠加下穿段竖向最小净距仅0.95 m，且平面斜交影响范围较广。

2 研究现状

在城市浅埋环境下，深圳、广州、南京、北京等地铁的修建及重庆的轻轨建设中，出现了近距离施工和交叉重叠隧道的小净距隧道结构形式。例如，深圳地铁一期工程罗湖站至大剧院站区间重叠隧道，最小净距仅2.8 m;泉州市丰泽街隧道在泉厦高速公路大坪山隧道下穿过，其平面交角为50°，两洞间岩层厚度为6.4 m。结合类似项目，相关学者在围岩变形、受力及稳定性分析、现场施工技术、开挖支护数值分析、沉降控制等方面展开了一些研究。例如，张忘强、张玉军、陈先国等人对深圳地铁上下交叠隧道利用数值计算并结合现场测试进行了研究。

3 下穿排洪渠施工方案

本工程位于交通繁忙的某市国际会展中心西侧会展路下，隧道下穿会展北路、洪前路、排洪渠及众多地下管线等，为确保施工期间不中断交通，并保证地面车辆及既有排洪渠安全，推荐采用浅埋暗挖法施工方案。浅埋暗挖法基于新奥法的理念，采用强支护体系，施工全程进行监控量测，按信息反馈结果分析、调整及改进施工、设计方案，可在软弱围岩地层实现无塌方、沉降小且安全、快速施工。

城市隧道采用浅埋暗挖法相对其他方法有较显著的优势。浅埋暗挖法相比明挖法，具有交通影响小、征拆少等优点;与盾构法相比，具有大型设备投入少、灵活适应变化断面等优点。针对城市下穿隧道周边环境复杂、建筑密集、管线繁多、地下水水位高、埋深浅、交通繁忙、沉降控制严格等特殊点、难点，浅埋暗挖法尤为适用。

该施工技术已推广应用到广州地铁、深圳地铁、北京地铁、成都地铁、杭州市政工程、地下过街道及厦门市政工程下穿隧道、泉州东海隧道等特殊流砂、淤泥、流塑、半流塑及第四纪地层、浅埋、下穿道路及建筑物等特殊隧道工程。

4 下穿排洪渠工程措施

根据浅埋暗挖法的施工原理、要点，结合本工程的工程实际，在下穿排洪渠段采取针对性的工程措施：①超前长管棚预支护并注浆加固地层。②施工过程辅助超前小导管注浆加固管棚间隙。③采用刚性强支护。④地下水丰富段落，注浆封堵，改良围岩，减少地下水的流失，必要时，采取地表回灌，有效控制固结沉降。⑤采用中导洞法施工，分区域开挖、支护，及时封闭成环（如图1所示）。⑥初支完成后，及时对隐蔽工程进行检测，揭露空洞、不密實区域，采取注浆回灌，减少支护后的收敛变形。⑦二次衬砌拱顶封口处回填砂浆。⑧建立健全监控量测预警制度，加强监控量测工作，动态设计、施工，随时采取补救措施确保既有排洪涵沉降总值控制在允许值内。⑨在保证施工质量的前提下快速施工，尽快通过不良地层，以减少对围岩的影响。

5 施工方案数值模拟分析

5.1 下穿隧道结构支护参数

下穿隧道结构形式为小净距隧道结构，设计采取超前长管棚、超前小导管设计及周边预注浆加固措施，施工方法采用中导洞法，初期支护网喷C25聚丙烯纤维混凝土，厚度为30 cm，加φ8 mm、20 mm×20 mm双层钢筋网，二次衬砌采用C30防水耐腐蚀钢筋混凝土，厚50 cm。

5.2 结构模型化

根据下穿段隧道实际的开挖、结构支护、施工步骤等情况，采用有限元分析法模拟下穿段隧道施工的全过程。计算过程考虑为左侧隧道施工完成，在围岩稳定情况下，对下穿排洪渠段隧道施工进行施工过程模拟。

有限元数值分析采用岩土与隧道工程专用有限元分析软件MIDAS-GTS，围岩屈服准则采用摩尔-库仑（M-C）强度准则。

围岩与支护结构材料的力学参数取值如下。围岩：E=1.50 GPa;μ=0.40;γ= 18.5 kN/m3;C=125kPa;φ=23.5°。C25喷射混凝土：E=2.5×107 kPa，μ=0.2，γ=23.0 kN/m3。

关于初期支护中的钢筋网和格栅钢架，考虑为提高喷射混凝土的早期支护效果和后期的抗拉强度。

地层初始地应力，围岩、支护结构等自重荷载，通过软件自动加载、求解分析。

5.3 结构分析中围岩体的范围及边界条件

根据岩石力学原理，采用地层-结构模型进行分析，有限元模型周边范围选用不小于3倍开挖洞径的范围，顶部取至地表。计算模型边界条件依据平面应变原理，模型约束左、右两侧X方向水平位移，模型底部约束Y方向竖向位移，顶部取至地表为自由面（如图2所示）。

5.4 结构分析过程

结合本项目的特点和中导洞法施工步骤，分多个荷载步进行模拟施工过程，分别如下：①在模拟左侧隧道开挖完成，右侧隧道进行管棚导管预注浆后，但隧道围岩未开挖情况下的原始地应力;②隧道中导洞上台阶开挖，并及时施作初期支护、闭合成环;③隧道中导洞下台阶开挖，并及时施作初期支护、闭合成环;④隧道两侧导洞上台阶开挖、支护;⑤隧道两侧导洞下台阶开挖、支护;⑥拆除临时支护。

5.5 计算结果分析

由以上计算结果可以得出如下结论。

模拟隧道开挖支护完成后，拱顶下沉最大值为21 mm，仰拱隆起最大值为28 mm，地层变形、位移与工程实际基本相符（如图3所示）。地层最大主应力σ1为0.135 MPa，最小主应力σ3为-1.47 MPa，隧道周边地层未出现大范围明显的塑性区，安全系数（即安全率下同）大于1.0，岩体安全系数较高，地层相对稳定;支护结构应力分布合理，支护效果显著，结构安全可靠（如图4～7所示）。为了防止岩体软化，施工过程要及早施作初期支护。

计算显示箱涵在施工过程中跨中顶板最大沉降为10 mm，最小沉降值为3 mm，发生在箱涵右侧边墙处（如图8所示）。整个施工过程中，箱涵沉降随着施工过程的推进逐步增大，表现为跨中顶板、底板沉降较大，而边墙沉降受施工影响较小，整个施工过程中箱涵不均匀沉降为7～8 mm，不均匀沉降整体可控。拆除临时支护时，箱涵跨中顶板处最为危险，施工过程中应注意保护箱涵，加强监控量测。

计算结果表明下穿段遵循浅埋暗挖法理念，采用的中导洞工法施工是可行的，隧道开挖支护过程围岩、结构的安全度较高。超前管棚及周边注浆的作用较明显，超前管棚起到“环向成拱、纵向成梁”的强支护作用，通过注浆进一步改善、提高地层参数，有效控制了沉降，对保护排洪渠起到重要作用。计算结果显示在拱顶、拱腰及分部开挖转换过渡区域，应力集中较显著，需注意增设、加强锁脚锚杆。

6 结语

结合某浅埋小净距隧道下穿排洪渠的工程案例，针对地质条件差、工程特殊、技术复杂的工程难点，对浅埋暗挖法施工方案进行分析论证，采取强支护、严注浆、勤量测等可靠、安全、合理的工程措施和中导洞法施工，并通过数值分析方法进行验证、核查，分析围岩及支护结构的应力、位移状态，将地层不均匀沉降控制在允许范围内，确保了工程的安全、顺利建成。

参 考 文 献

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