小凈距礦山法隧道支護方案研究

在城市軌道交通工程中由于總體線路、線型及工程規(guī)模等條件的限制，線路間距往往都比較小。當(dāng)由于工程自身條件及周邊環(huán)境條件限制不得不采用礦山法開挖時，隧道間凈距就相對偏小，根據(jù)小凈距隧道圍巖的受力、變形特點，如何采用有效的支護技術(shù)措施保證隧道間巖柱具有足夠的強度和穩(wěn)定性是小凈距隧道設(shè)計、施工應(yīng)該重點解決的問題。成都市地鐵10號線雙流機場2航站樓站站臺層加長段隧道間巖柱厚度為2.2m，隧道長15m，根據(jù)工程自身特點，借助有限元分析軟件及借鑒實際工程經(jīng)驗，確定了合理的支護結(jié)構(gòu)方案，保證了工程的施工、使用安全。
　　1.工程概況
　　成都市地鐵10號線雙流機場2航站樓站為地下二層島式站臺車站，共分兩個階段實施。第一階段作為雙流機場T2航站樓配套工程與航站樓同期建設(shè)完成土建工程，該階段實施期間10號線仍處于規(guī)劃階段，建設(shè)時采用成都地鐵4號線技術(shù)原則及標(biāo)準(zhǔn)；第二階段為成都地鐵10號線一期工程整體建設(shè)時對既有車站的局部改造，由于10號線建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)相較于4號線發(fā)生改變，本站站臺層需向小里程端加長15m。
　　車站地處雙流機場T 2航站樓前，地面為出租車接站通道及機場貴賓專用通道，上為機場進站高架橋。由于機場方明確表示本站場地范圍內(nèi)不允許進行明挖作業(yè)，故本站改造方案為：車站小里程端修建兩座獨立且平行的隧道與既有車站相接，并采用礦山法施工。隧道單孔開挖寬度9.7m，高度9.2m，長15m，覆土5.7m，兩座隧道間凈距為2.2m，約為0.23B（B-隧道開挖寬度）。
　　本工程所處場地特殊，機場方對工程影響范圍內(nèi)的地面及建（構(gòu)）筑物變形控制要求嚴(yán)格，因此須采取有效的支護結(jié)構(gòu)及技術(shù)措施，保證工程建設(shè)期間，地表沉降及周邊建（構(gòu)）筑物的變形保持在可控范圍之內(nèi)。
　　我國鐵路隧道設(shè)計規(guī)范規(guī)定，當(dāng)圍巖級別為V時，兩相鄰單線隧道間的最小凈距應(yīng)按3.0～5.0B（B-隧道開挖斷面的寬度）設(shè)計，以保證隧道間巖柱具有足夠的強度和穩(wěn)定性，確保施工及結(jié)構(gòu)的安全。
　　雙流機場T2航站樓站隧道地層由上至下主要為：人工填土、粘土、粉質(zhì)粘土、卵石土。隧道底板位于中密卵石土層，拱頂為松散卵石土層及粉質(zhì)粘土層，主要穿越松散卵石土、稍密卵石土及中密卵石土層，圍巖級別為V級，地下水以孔隙型潛水為主。
　　2.小凈距隧道主要特點
　?。?）小凈距隧道工程由于隧道間巖柱體厚度較小，施工時中夾巖柱體會出現(xiàn)塑性區(qū)，中夾巖柱體厚度越小、強度越低，塑性區(qū)將越大。
　　（2）小凈距隧大施工，及時進行隧道支護，對抑制隧道洞周及中夾巖柱體塑性區(qū)發(fā)展有利，可以改善隧道的變形和受力條件，保證中夾巖柱體的穩(wěn)定。
　?。?）施工小凈距隧道時，先開挖較差巖體一側(cè)的隧道，巖體的力學(xué)形態(tài)比先開挖較好側(cè)隧道要好。
　?。?）小凈距隧道中夾巖柱體加固根據(jù)不同圍巖級別采取不同的加固措施，其效果是不同的。一般情況下，低級別圍巖對中夾巖柱體采用注漿加固以提高巖柱體水平方向的約束作用，其效果比較好，而對于高級別圍巖采用對拉錨桿支護中夾巖柱體效果顯著。
　　3.隧道支護方案
　　小凈距隧道的初期支護和二次襯砌支護與普通分離式隧道的支護方案基本無差別，初期支護作為主要的受力構(gòu)件，承受大部分的荷載，采用噴錨構(gòu)筑法；二次襯砌承受少量的荷載，作為安全儲備，保證隧道長期使用的安全，采用模筑鋼筋混凝土。
　　小凈距隧道設(shè)計施工的重點在于采用合理的支護手段保證隧道施工期間洞周圍巖及中夾巖柱體的穩(wěn)定性，抑制塑性區(qū)的出現(xiàn)與發(fā)展。本工程隧道處于稍密、中密卵石土層，圍巖級別為V級，圍巖條件較差，故設(shè)計首要目標(biāo)為采取有效的工程措施，以提高圍巖自承載能力，加強隧道拱部上方巖體的抗拉強度，避免拉裂區(qū)的出現(xiàn)；提高中夾巖柱體的水平向約束，增強中夾巖柱體的支承能力，防止其在豎向荷載下發(fā)生破壞。根據(jù)以往成都地鐵礦山法隧道工程相關(guān)經(jīng)驗，在卵石土層中打設(shè)錨桿長度>1.5m時，施工難度就比較大，錨桿施工質(zhì)量無法保證，故該項目舍棄了對拉錨桿的設(shè)置。
　　綜合工程自身特點及地區(qū)相關(guān)類似工程經(jīng)驗，本工程采用了對工程所處范圍進行全斷面地面預(yù)注漿加固，提高圍巖自穩(wěn)能力，并于隧道拱頂設(shè)置φ108mm注漿大管棚進行支護。相關(guān)支護參數(shù)如下：
　　（1）地面預(yù)注漿：全斷面注漿加固，注漿材料采用42.5號普通硅酸鹽水泥，水灰比1：0.75～1：1，要求加固土體28d無側(cè)限抗壓強度達到2MPa，RQD指標(biāo)達到75。
　　（2）大管棚：采用直徑φ108mm，壁厚5mm的注漿鋼花管，管棚環(huán)向間距0.35m，長20m，外插角1°～2°。
　?。?）初期支護：厚300mm，采用C25早強噴射混凝土，全環(huán)設(shè)置單層φ6mm@200×200鋼筋網(wǎng)片，格柵鋼架縱向間距0.5m，采用4根φ28mm鋼筋焊接組成。
　?。?）二次襯砌：500mm厚，為模筑鋼筋混凝土，混凝土等級為C35。
　?。?）隧道開挖工法：采用CRD法開挖隧道，并要求先施工完成一側(cè)隧道后，再施工另一側(cè)隧道，以避免后施作隧道初期支護未及時跟進的情況，從而改善隧道的變形受力條件。
　　4.施工監(jiān)控量測
　　通過本工程施工過程中監(jiān)控量測數(shù)據(jù)顯示，地表變形最大的測點是DB4-6，位于后施工隧道縱向中部靠近中夾巖柱側(cè)，累積沉降值17.13mm。隧道監(jiān)控量測測點布置圖詳見圖1。
　　DB4-6測點地表累積沉降歷時曲線圖詳見圖2。
　　由施工監(jiān)測結(jié)果表明，本工程周邊變形控制在設(shè)計要求之內(nèi)，達到設(shè)計預(yù)期，其變形特點與前期模擬計算結(jié)果基本一致。