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下穿铁路的大跨度隧道支护形式适应性研究

发表时间：2021/5/19 来源：《基层建设》2020年第35期作者：张坤1 梁意琨2

[导读] 摘要：随着我国交通的发展，国内各城市存在许多城市、城际交通互相穿越的工程，线路立交下穿的交叉形式有助于交通环境与交通组织的管理，但也对既有结构的变形控制提出了挑战。

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        摘要：随着我国交通的发展，国内各城市存在许多城市、城际交通互相穿越的工程，线路立交下穿的交叉形式有助于交通环境与交通组织的管理，但也对既有结构的变形控制提出了挑战。修建下穿结构时，考虑到经济性与对穿越结构的变形控制难度，会比选不同形式的支护结构，选择更利于下穿控制的支护形式。因此，有必要分析采用不同支护形式修建下穿隧道对既有结构影响的变形规律，以此评估不同支护形式在下穿工程中的适应性。本文基于下穿铁路的大跨度隧道支护形式适应性研究展开论述。
        关键词：下穿铁路；大跨度隧道；支护形式；适应性研究
        引言
        超大跨度隧道由于开挖断面大、形状扁平，围岩整体稳定性较差，特别是在洞口浅埋甚至偏压段，围岩级别多为Ⅴ级或Ⅵ级，承载能力极低。因此，超大跨度公路隧道合理的支护形式和支护参数的选择极为关键。在实际工程中，超大跨度公路隧道支护形式多种多样，如采用初期支护+二次衬砌、初期支护+两层二次衬砌、两层初期支护+二次衬砌等，支护形式并没有形成统一的标准，给超大跨度公路隧道设计和施工带来巨大挑战。非常大隧道的挡土墙传统上设计经济不佳，在设计理念的不同行业中，对于非常大的隧道，没有明确定义。受岩壁尺寸效应影响的大隧道易受大规模塌方的影响。采用传统的实证公式，路面和挡土墙的设计显然既不经济又难以实现。采用超薄挡土墙设计，通过优化利用周边支撑梁材料和石板砌体与挡土墙之间的协作，优化了隧道支护结构设计的技术经济优化。
        1案例
        国内某拟建的软岩地段修建地铁出入线段下穿上方普速铁路工程，普速铁路的下穿节点里程为K35+385。本工程分别比选喷锚支护、整体式衬砌与复合式衬砌等支护形式，以此选择下穿铁路的大跨度隧道的合适支护形式。大跨度隧道截面为三心圆加仰拱的形式，最大洞宽为15．7m，最大洞高为12．3m。采用实体单元模拟围岩、隧道土体及路基，梁单元模拟铁路钢轨，桁架单元模拟锚杆，板壳单元模拟喷混及模筑混凝土。四周及底面设置法向位移边界，顶部自由。采用不同支护形式修建大跨度隧道对轨道的影响进行适应性分析，得出以下结论：（1）铁路路基对地表有加固作用，可使下穿处地表变形减小，且复合式衬砌对地表的影响最小。（2）不同形式支护对轨道变形影响基本一致，最大变形及最大变形斜率的位置基本相同，施作复合式衬砌对铁轨变形影响最小。（3）采取喷锚支护，铁轨变形稳定的时间最早，整体式衬砌次之，复合式衬砌最晚。（4）综合变形及稳定时间分析，支护成本接近时，复合式衬砌对此类大跨度下穿工程适应性更佳。
        2下穿施工工艺
        1）在穿越隧道前进行清查，检查隧道是否有泄漏、裂缝等，并利用地质雷达射线分析背景孔处的结构损伤。2）事先处理影响安全轨道交通的结构损伤，通过在施工现场前加强地面相应位置的轴突注射，改善隧道结构。3）注意盾牌单元的系统参数选择，采用6个交错+6英寸反光工具，孔径率低于35%，搅拌次数增加，刀具放置合理例如更换开口计的一部分，用合金钢改善花岗岩层，提高花岗岩层利用率，提高空化速度，使螺旋的表土保持畅通，等等。水平虹吸管流体带有开口销，允许在必要时在开口销的框架内同时插入特殊泥浆或光栅，并及时补充开口销与土之间的间隙，以减少切入时的地面损失。4）在进入前，将护盾施工现场与轨道交通连接起来，用自行车布置让列车通过或起飞，护盾沿隧道线在隧道正面和背面形成八个环（左侧线553-560、567-574环）；右侧线路551-558环、565-572环需要45公里/小时的线路限制、隧道内的电流锁（左侧线路561-566环、右侧线路565-572环），同时电路的构造得到保护。

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        3超大跨隧道围岩的作用效应
        非常大的隧道受结构尺寸的影响很大，围岩的作用明显增强，特别是通过截面尺寸增大效应、围岩误差选项效应、周长放大效应和施工步骤灵敏度。1）截面尺寸增加会影响隧道截面尺寸的调整，当隧道截面增加到截面时，页岩结构从整体锁结构变为地层、区块结构和断裂结构。断面大小越大，岩石在隧道区域内被截断的可能性越大，岩石相对断裂的可能性也越大。2）通过岩石断层加强不稳定区块体积与隧道顶部跨度的关系。在岩石边坡段和水平断面面积2被包围的两种情况下，隧道顶部不稳定会线性地影响高度和跨度，从而使块体积增大约方跨度关系，隧道顶部产生的弯矩增加约方跨度关系。这样，随着跨度的增大，岩石的放大将影响空间的稳定性。3）梁环效应、塑性动力学的计算结果表明，隧道加载面积与挖方截面尺寸、岩石类型、加固等因素有关，其中边坡边界为3-5倍大，环形区域增强了效果。
        4施工过程需加强监理与质量检测
        （1）了解铁路隧道施工现场的全过程，监督施工过程，同时注意监督的重要性，以便更详细地落实施工细节。监测期间发现问题时，应及时通知主管，以确保后续工作的质量。（2）铁路隧道整体施工质量检测。这些任务详细信息包括整个设计过程中的工作强度、承载能力、建筑行业使用的材料以及许多领域的质量控制和检验。第一，确保建筑材料符合铁路隧道农民的要求。第二，有必要确保运行中的轨道整体承载重力和振动的影响。施工过程中，重要的是要研究隧道内壁的质量，以避免后患等问题。如果铁路运行过程中出现质量检查问题，应立即采取干预措施，避免可能出现的后期应用问题。（3）铁路隧道施工及质量检测后的工程维护等。铁路施工完成后，应集中精力进行施工后的维护保养。长期使用铁路隧道可能会导致工程应用材料腐蚀和变异性，从而降低外部力量的承载能力，降低土壤退化，从而影响工程部门。后期养护是确保铁路隧道可持续利用的重要因素。因此，铁路隧道和高速公路隧道都要利用细节，后期的维护和保养成为更重要的构造块，这一点很重要。及时维护潜在的技术问题和安全风险使您能够有效地定制设计应用程序。
        结束语
        随着城市轨道交通的发展，地铁是解决城市交通拥堵问题的首选方法，在施工过程中，必然会出现大量地铁贯穿现有建筑的现象。城市隧道施工不仅会导致环境地面下沉和扭曲，还会导致邻近铁路隧道的不均匀衰落、裂缝甚至破坏，可能导致列车发车等严重事故。这导致了现有轨道安全运行的巨大不确定因素，需要进行安全分析以评估保护控制是否相适应。
        参考文献：
        [1]陈建勋，刘伟伟，陈丽俊，罗彦斌，武云飞，石州.绿泥石片岩地层大跨度公路隧道大变形控制及合理支护形式现场试验[J].中国公路学报，2020，33（12）：212-223.
        [2]李德军，于程硕，谢东武.大跨度城市山岭隧道初期支护参数优化研究[J].现代隧道技术，2020，57（S1）：387-393.
        [3]罗基伟，张顶立，房倩，李奥，刘道平，于霖，洪学飞.超大跨度隧道预应力锚杆——锚索协同支护机理[J].中国铁道科学，2020，41（05）：71-82.
        [4]陈瑶，罗彦斌，高景明，高栓存，焦有智.双层初期支护在超大跨度公路隧道中的应用[J].科学技术与工程，2020，20（25）：10486-10491.
        [5]杨陈相，孟小伟，陈歆，夏靖.下穿建筑物大跨度暗挖隧道开挖工法的对比分析[C].中国建设科技集团股份有限公司、中国建筑学会工程总承包专业委员会、亚太建设科技信息研究院有限公司、《施工技术》杂志社.2019年全国土木工程施工技术交流会暨《施工技术》2019年理事会年会论文集（下册）.中国建设科技集团股份有限公司、中国建筑学会工程总承包专业委员会、亚太建设科技信息研究院有限公司、《施工技术》杂志社：施工技术编辑部，2019：195-198.