城市密集住宅区浅埋隧道施工技术研究

城市密集住宅区浅埋隧道施工技术研究1问题的提出1.1课题来源及工程概况“城市密集住宅区浅埋隧道施工技术研究”是针对我处已中标的重庆市渝中区石黄隧道B2合同段而进行的。通过课题研究，切实解决石黄隧道具体而复杂的各种问题，使城市密集住宅区浅埋隧道施工技术达到国际国内领先水平，并为其他城市浅埋、超浅埋隧道施工提供经验。石黄隧道为重庆市黄花园大桥工程的重要组成部分。它位于重庆市渝中区，横穿两江夹持的河间半岛。隧道由石板坡立交进洞（南口起点里程桩号K0+680），黄花园立交出洞（北口终点里程K1+193）。隧道为双洞单向行车，隧道左线长1034.656m，右线长1006.34m，两隧道轴线间距31m，洞内平曲线半径1000m，最大纵坡2.0%，最小纵坡0.3%，隧道净高7.43m，净宽10.96m。隧道内轮廓采用曲墙半圆拱，拱半径5.59m，曲墙半径8.99m。为了与黄花园立交桥匝道顺接，隧道出口端设有40m（包括明洞喇叭）长的加宽段，加宽段断面采用曲墙三心圆拱，净宽13.96m，净高8.04m，拱半径7.71m，曲墙半径8.99m。隧道内设汽车横通道和紧急停车港。并设有通风、照明、消防等服务、防灾设施。隧道内有9根110KV高压电力电缆，24孔通讯电缆和2ф400输水管从隧道两侧及路面下通过。石黄隧道分2个标段，即进口端的B1标段和出口端的B2标段。标段分界里程桩号为K0+680。其中：B1标段：左线长520m，ZK0+160~ZK0+680右线长485m，YK0+195~YK0+680B2标段：左线长514.656m，ZK0+680~ZK1+194.656右线长521.344m，YK0+680~YK1+201.344B1标段由铁道部隧道局三处中标承建施工，隧道埋置较深30~40m，无浅埋段；B2标段由铁道部第十八局四处中标承接施工，隧道埋置呈较浅30m，浅埋地段长。1.2石黄隧道工程的主要特点：石黄隧道穿越长江，嘉陵江夹持的河间半岛，地面为人口密集，高楼林立的渝中闹市区。工程施工主要有以下几方面的特点：1.2.1地质条件差隧道穿越区表层为第四系全新统人工杂填土石层及残坡积松散层；基岩为侏罗系中统沙溪庙组长石石英砂岩与砂质泥岩互层。岩层产状走向NE20°~SW20°，倾向SE110°，倾角15°左右，近水平。隧道位于江北向斜西翼，隧道轴线近于平行，洞体围岩呈单斜构造状态，隧道围岩主要为长石石英砂岩和砂质泥岩，裂隙不发肓，沿线无断层构造。其中，B1标段围岩类别以Ⅳ、Ⅴ为主，主要为灰白色长石石英砂岩；B2标段围岩类别则主要为Ⅲ类，岩性为紫红色粉砂质泥岩，夹灰白色长石石英砂岩层或砂岩透镜体，泥岩遇水易风化、松软，尤其是在隧道顶部自稳性较差。由于历史原因，隧道线路区人工石硐室较多，其中多数为延伸距离短，无动荷载的盲洞，其底板与隧道相距较远，对拟建隧道安全不会构成致命威胁。区内与隧道顶板相距较近，对隧道安全构成潜在威胁的人工硐室主要有两处：一是地下轻轨道隧道，其底板至隧道拱顶的距离为11.8m；二是科技情报所人防硐室，其底板至隧道拱顶的距离仅为6.5m。在里程K1+087米处隧道顶部有一人防洞室，断面规格2×2.5米，洞底标高230米，与拟建隧道拱顶相距仅约5米，且洞室内有积水。在B2段隧道右洞开挖至此时，出现多次拱顶塌方，后来采取放水措施（从拱顶往上打洞放水，放了三天才排干），并采取一系列即时支护加固措施，才使得隧道开挖安全通过。1.2.2开挖断面大本隧道加宽段，停车港属大型开挖断面，开挖高度11m，宽度16.5m，开挖面积达160m2，形状扁平，高跨度比0.66，属较大型开挖断面。1.2.3浅埋施工地段长一号桥冲沟的沟源垭口黄花园一侧的低洼地带，分布里程K0+900~K1+000路段，为隧道通过的浅埋地段，地表杂填土层厚1~7.5m，基岩顶面至隧道拱顶之距约6~15m。左线ZK0+920~+970，基岩厚7~13m，覆土层3~10m；ZK1+090~+140，基岩厚7~10m，覆土厚2~4m；右线YK0+940~+980，基岩厚5~6m，覆土厚1~5m。浅埋段最小埋深6~7m，拱顶基岩4.2m，杂填土1.3m。其中ZK0+920~+970、YK0+940~980段为B2标段华一路至华一坡浅埋区。根据地勘资料，华一路浅埋区，右洞沿轴线长度为40m。在YK0+960里程（CK6号钻孔），毛洞拱顶埋深为11.28m，其中杂填土厚7.5m，毛洞拱顶基岩厚度仅有3.78m；左洞浅埋区沿轴线长度为70m，在ZK0+960里程（CK5号孔）毛洞拱顶埋深为12.85m，其中杂填土厚度6.9m，毛洞拱顶基岩厚度为5.95m。加宽段隧道衬砌顶部覆盖厚度为6~8m，仅为洞径的36%~48%，属超浅埋。一般开挖段洞径12.5~13.0m覆盖厚度6~8m，仅为洞径的51%~68%，均属超浅埋地段。1.2.4地面高层建筑及危房覆盖率高沿隧道轴线地势呈波浪形起伏，测区内冲沟发肓，由于渝中区地皮昂贵，利用率高，冲沟均被杂土堆填，并已建成密集的民居。沿隧道轴线宽60m范围内居民密集，地面建筑多为2~7层砖混结构旧房，基础资料不明，年久失修，抗震性能差，洞身开挖放炮产生的震动效应风险很大。在B2标段华一路浅埋区，地面沿华一公路北侧为37#、44#和45#等2~6层楼房，始建于80年代初期，质量欠佳。其中44#汽配厂位于轴心线上，原建筑为4层砖房，后违章搭顶，右洞放炮时，发生过掉块掉砖现象。37#为6层砖住宅楼，年久失修，基础为条石；45#为丝织厂3层砖房。华一路北侧除45#为5层砖房外，其它都属新建筑的7~14层楼房。隧道开挖通过浅埋区段时，地表高层建筑和密集的居民住宅或危房对爆破振动要求极严反映敏感，需严格控制爆破装药量，爆破时差以及每一循环进尺，严防地表较大沉降。1.3应着力解决的几个问题针对石黄隧道工程地质条件差、开挖断面大、浅埋及超浅埋施工、地面高层建筑及危房覆盖率高等特点，如何保证地表各种建筑物的安全，控制振动速度，防止塌方的发生等技术问题已经摆在我们的面前。为此，本课题研究将着力解决以下几方面技术问题，既保证安全又促进施工，并为同类型隧道的施工提供有效的技术保证，开拓城市超浅埋隧道工程施工新领域起到积极的推动作用。1.3.1合理选择隧道开挖方式石黄隧道B2标段围岩主要为紫红色粉砂质泥岩与泥质砂岩互层或夹砂岩透镜体，泥岩遇水易风化、松软，自稳性较差，属Ⅲ类围岩（铁道部标准）。隧道开挖断面大、埋深浅且地表建筑物密集。为此，必须选择合理的开挖方式，作到“安全、稳妥、快速”地进行隧道开挖，保质、保量地完成工程任务。1.3.2采取及时、有效的支护措施如果说合理选择隧道开挖方式是本工程，以及本研究课题的基础。那么，采取及时而有效的支护措施则是顺利完成本工程任务的必要保障。隧道围岩地质条件差，埋深浅，如不及时进行一次支护，加固隧道围岩稳定，尤其是对浅埋段、超浅埋段以及洞口扩大段，必然会严重影响地表建筑物和拱部上方硐室稳定，放纵隧道围岩变形和拱顶下沉，加速地表下沉。并且，沿着隧道轴线方向，隧道围岩地质条件以及埋深条件在不同地段又不尽相同，需针对不同地段不同条件采取相应的支护措施，严格保证支护措施的及时性、有效性，作到合理而快速地促进隧道的安全开挖。1.3.3隧道掘进爆破参数的优化隧道穿过人口密集，高楼林立的重庆市渝中区，B2标段隧道围岩主要为Ⅲ类围岩，以紫红色砂质泥岩为主，遇水易风化、松软。如果是在人烟稀少的山沟，爆破掘进速度在围岩稳定前提下是可适当加大的。但对于人口密集、高楼林立、埋深又浅的城市隧道，爆破振动速度限制是非常严格的，甚至可以说是相当苛刻的。为此，必须根据本工程的地质、地形条件，确定出合适的分段药量，分段微差时间和最大爆破规模，确保爆破时所产生的振动不危及地表建筑、仪器设备的安全。同时，通过爆破振动参数的优化，最大限度地加快循环周期，加大进尺速度，在安全基础上抓进度，增效益。