客运专线铁路隧道Ⅵ级围岩地段设计探讨

RAILWAY摇STANDARD摇DESIGN

铁道标准设计

Vol.60摇No.4Apr.2016

文章编号:10042954(2016)04008204

客运专线铁路隧道遇级围岩地段设计探讨

王占东

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安摇710043)

摘摇要:宝兰客运专线马鞍梁隧道遇级围岩地段处于富水的松散地层中,下穿浅埋沟谷,工程力学条件差、施工风险大,隧道设计方案的选择不仅对工程施工安全、进度和投资影响较大,甚至会对工程的运营安全带来影响。通过工程实例研究客运专线隧道遇级围岩地段主要工程特点,提出遇级围岩隧道设计的合理方案。通过工程类比法及数值分析确定结构支护参数,采用全包防水理念,并辅以井点降水及注浆加固等措施改善地层,保障了遇级围岩隧道工程的施工安全,方案经济合理。

关键词:客运专线铁路;铁路隧道;遇级围岩;浅埋隧道;富水隧道;设计

中图分类号:U238;U452摇摇文献标识码:A摇摇DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.04.020

ApproachtoDesignofDedicatedPassenger

RailwayTunnelof遇ClassRock

(ChinaRailwayFirstSurvey&DesignInstituteGroupCo.,Ltd.,Xi蒺an710043,China)

收稿日期:20151124;修回日期:20151202

作者简介:王占东(1979—),男,工程师,2003年毕业于西南交通大学隧道工程专业,E鄄mail:wgzndg@163.com。

WANGZhan鄄dong

Abstract:MaAnliangtunnelof遇classofsurroundingrockonBaoji-Lanzhouhigh鄄speed

蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯

1226.摇1143郾9kN。设计的单桩承载力为4739kN,桩基托换后满足承载力要求。

通过以上计算结果可以看出,既有鱼儿沟桥通过地面桩基托换,洞内截桩后,地表沉降、桩基沉降、桩基受力均满足规范要求,桩基托换方案从力学性能上分析时可行的。5摇结语

在饱和黄土地区,由于黄土其特殊的工程性质,桩基托换工程实例相对较少。本论文通过数值模拟计算,分析了隧道开挖和切桩过程中地表沉降、桩基沉降和托换桩基受力机制,验证了托换方案的可行性,所取得的相关结论可对同类工程的设计、施工提供技术参考与支持。参考文献:

[1]摇王毅才.隧道工程[M].北京:人民交通出版社,2000.

2010,39(9):812.

[2]摇吕剑英.我国地铁工程建筑物基础托换技术综述[J].施工技术,[3]摇黄欣.北京地铁10号线黄庄站—科南路站桩基托换施工技术[4]摇徐前卫,朱合华,马险峰,等.地铁盾构隧道穿越桥梁下方群桩基

础的托换与除桩技术研究[J].岩土工程学报,2012(7):1217[J].铁道标准设计,2009(9):7174.

设计[J].铁道工程学报,2012(3):9196.

[5]摇毛学锋,许智焰,胡京涛.深圳地铁3号线广深铁路桥梁桩基托换[6]摇董道海.哈尔滨地铁博龙区间既有地下商场结构托换数值计算分

析及施工技术[J].隧道建设,2014,34(10):967974.计[J].建筑结构,2013,43(16):100102.道标准设计,2010(2):113118.

56.

[7]摇吴筑海,付晋申,余家林.南京南站北广场跨越地铁隧道的基础设[8]摇刘建卫.盾构穿越城市建(构)筑物桩基的施工技术研究[J].铁[9]摇童明华.托换技术在湿陷性黄土地区的应用实例[J].工业建筑,[10]李世伟,张长浩.湿陷性黄土隧道桩基托换应用及潜在问题思考[11]王寒冰,魏焕卫,白世和.某基础沉降原因分析及托换加固处理[12]崔江余.建筑物托换技术[M].北京:中国建筑工业出版社.2013.

[S].北京:中国计划出版社,2011.理工大学出版社,2013.

[J].四川建筑科学研究,2015(2):124128.[J].中国房地产业,2011(2):28.1989(3):54

[13]中国工程建设协会.CECS295:2011建(构)筑物托换技术规程[14]王海涛.MIDAS/GTS岩土工程数值分析与设计[M].大连:大连[15]北京城建勘测设计研究院.GB50911—2013城市轨道交通工程

监测技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2013.基础设计规范[S].北京:人民交通出版社,2007.

[16]中华人民共和国交通运输部.JTGD63—2007公路桥涵地基与

第4期王占东—客运专线铁路隧道遇级围岩地段设计探讨

83

dedicatedpassengerlineislocatedinloosestratawithrichwater,passingshallowvalleyandfacingverycomplexengineeringmechanicsconditionsandgreatconstructionrisks.Theselectionoftunneldesigningschememaybringbigimpactnotonlyonengineeringconstructionsafety,progressandinvestmentbutalsoonfutureoperationalsafety.Theaimofthepaperistostudythecharacteristicsof遇classrockrailwaytunnelandtoputforwardreasonablescheme.Bymeansofnumericalsimulationandcomparisonanalysis,allinclusivewaterproofingconceptsupplementedwithwellpointdewateringandgroutingreinforcementmeasuresisproposedtoprotectthesafetyofthe遇classrocktunnelconstruction.Theschemeisapplicableandeconomical.

Keywords:PDL;Railwaytunnel;遇classrock;Shallowtunnel;Richwatertunnel;Design

1摇工程概况

宝兰客专马鞍梁隧道位于天水市麦积区元龙镇与伯阳镇之间渭河南岸黄土梁卯区,隧道全长4190m,为双线隧道。该隧道位于F1渭河断裂带及断层破碎带以内,隧道穿越地层主要为压碎变砂岩、断层角砾和黏质黄土。其中IDK743+440~IDK743+620段,下穿五龙沟,最小埋深11m,上部沟谷富水,地表水及地下水发育,隧道洞身通过地层主要为第四系全新统(Q冲洪积黏质黄土、砾砂、细圆砾土、粗圆砾土,地下水渗4)透性强,遇级围岩。本文在设计方案及现场施工基础上,结合设计及施工过程对马鞍梁隧道遇级围岩地段的研究情况进行介绍。

2摇遇级围岩地段工程特点分析

(1)马鞍梁隧道下穿五龙沟段地表水

,通过沟谷枯水期的流量及计算参数见表1。

表1摇马鞍梁隧道河沟流量量测及径流模数计算参数

河谷名称隧道通过里程江水面河沟流量地下径流模数积/km2/(m3/d)/(m3/d·km2M)

五龙沟

IDK743+370IDK744+000

~4郾42

4675

1057郾6

摇摇(2)隧道区属黄土梁峁区地下水

,地下水主要为第四系松散

层孔隙水和基岩裂隙水,主要接受大气降水补给,第四系孔隙水主要分布在隧道进口附近的五龙沟内,含水层为粗圆砾土,汇水条件较好,富水性较好正。常单位可能64最大668涌m水量97002m33/d·km。摇

/d·km,单位涌水量

(3)遇土和断层角砾等地层淤隧道洞身位于第四系粗圆砾土层级围岩地段隧道工程特点分析

,隧道所处地层工程力学性质差、砾砂、黏质黄

,加之地层含水透水,受水后隧道所处地层力学性质下降严重。

小埋深于隧道通过五龙沟粗圆砾土强富水段时11m,且五龙沟内为常年流水,地表水对地下,洞顶最水补给充足盂综上,。

备以下工程特点马鞍梁隧道下穿五龙沟:施工期间开挖面自稳性差遇级围岩地段具

、施工开挖处理不当易带来地表水大量渗漏、运营期间结构稳定性受地层地形影响大,这些也正是客运专线隧道遇级围岩地段的设计和施工难点[17]研究。

,针对所述问题进行3摇衬砌支护参数研究

(1)根据喷锚构筑法的基本理论和复合式衬砌的作用衬砌支护参数设计思路

原理,考虑了遇级围岩地段隧道埋深、围岩应力场以及影响围岩自承能力的各种因素进行隧道结构设计。初期支护为开挖后的主要承载结构,运营期间综合考虑耐久性等因素初期支护和二次衬砌共同承载。初期支护主要以工程类比法确定设计参数[8]有限元分析并按破损阶段法进行设计[9],二次衬砌采用(2)。

结合防排水系统设计

遇级围岩地段隧道地形地质条件,防排水设计若采取一般的“防、排、截、堵相结合,因地制宜,综合治理冶的原则,有利于衬砌结构设计,但必将增大地表水下渗量,对于此类环境敏感地段隧道运营及周边环境安全不利。因此设计中遵循\"以堵为主,刚柔结合,多道防线,因地制宜,综合治理\"的原则,进行隧道防排水系统设计。

马鞍梁隧道遇级围岩地段,采用“全包防水冶[10]

设计,全环设厚度不小于2mm防水板,无纺布缓冲层和防水板要求与施工缝设置的背帖式止水带配合使用,形成防水分区(3)。

马鞍梁隧道衬砌结构设计遇级围岩地段(图1、图,采用全包防水衬砌2)

,衬砌考虑相应水头压力,根据数值分析,结构及配筋进行相应加强设计。

84

铁道标准设计第60卷

砌支护设计参数见表2。

图1摇弯矩图

图2摇轴力图

综合数值计算分析,马鞍梁隧道遇级围岩地段衬

表2摇马鞍梁隧道遇级围岩段支护参数

预留变形量/cm15~20

C25喷混凝土

3535

钢筋网网格间距/cm20伊20

初期支护

钢筋规格准8mm

设置部位拱墙

锚杆

格栅(型钢)钢架

钢架类型

间距/m0郾5

二次衬砌拱墙/cm65*

仰拱/cm75*

施作部位拱墙仰拱

厚度/cm

设置部位拱墙

间距

长度/m

(环向伊纵向)/m

1郾0伊1郾0

4郾0

设置部位全环

I25a型钢

4摇地表辅助施工方案研究

(1)地表降水方案研究(图3、图4)

水井,线路左侧降水井距离左线线路中线10m,纵向间距20m;线路右侧降水井距离左线线路中线15m,纵向间距20m。降水井底部深入轨面以下5m。采用降水井一次施工完成,分段降水措施,即当开挖面距降水井10m时,开始该降水井的降水,直至二次衬砌超过降水井10m时,方可结束该降水井降水[11]。(2)地表注浆方案研究6郾5m,水泵流量60m3/h,扬程35m,抽水3h后,水量未能达到水位设计要求。结合现场地表降水试验情况,该段地下水补给量大,渗透性强,降水难度大,难以达到预期降水效果。为确保遇级围岩地段隧道施工安全,启动了地表注浆方案研究。针对遇级围岩地段隧道工程特点,地表注浆主要图3摇地表降水剖面(单位:m)IDK743+440左10mJ1降水井,井深28m,静水位马鞍梁隧道现场在地表降水井降水试验施工时,达到稳定,水位稳定在17郾5m(降深11m)不再下降,立足于解决施工期间开挖面自稳性差、施工开挖处理不当易带来地表水大量渗漏等问题。由于该段隧道地层以圆砾土和砾砂为主,且地下水有流动性,成孔困难,施工宜采用多功能钻机跟管钻进施工工艺垂直地面进行钻孔施工,通过钻孔将袖阀马鞍梁隧道遇级围岩地段,上部沟谷富水,地表水及地下水发育,渗透性较强,为减少地下水对围岩稳定性的影响,降低施工风险,地表沿线路两侧各设一排降图4摇地表降水平面布置(单位:m)第4期王占东—客运专线铁路隧道遇级围岩地段设计探讨

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管经套管下入地层,然后退出套管进行封孔注浆。浆液采用单液浆为主,纵向分段周边两排孔采用普通水泥-水玻璃双液浆为主。采取静压注浆,分段注浆工艺,使浆液在压力条件下,注入地层,降低地层的渗透能力,从而形成注浆截水帷幕。

,达到防渗堵漏和加固地层的目的

[1215]

注浆顺序原则上采取由外到内约束———发散性方式,从而有效控制浆液扩散区域,确保注浆后形成完整的注浆加固体。注浆方式采取后退式分段注浆工艺,即在注浆带内由孔底进行注浆,每次注浆段长0郾5m,注完第一注浆段后,后退注浆芯管,进行第二注浆段的注浆,以此下去,直至完成注浆带。注浆过程中应做好详细的注浆记录,并对浆液进行凝胶时间的测定,确保注浆施工效果(3)地表辅助施工方案设计。

(图5)

图5摇地表袖阀管注浆剖面(单位:m)

为了有效控制注浆加固范围和保证注浆效果,马鞍梁隧道遇级围岩地段地表注浆,采取分区段注浆,纵向长度不大于IDK743+54020m,以便于控制注浆。IDK743+430~艺,注浆固结地层段,长,封堵地下水110m地表采用袖阀管分段注浆工。注浆范围为:拱部和边墙环向开挖轮廓线外5m以内、仰拱环向开挖轮廓线外2m以内,钻孔直径准120mm,钻孔间距1郾5m,浆液扩散半径为100cm。注浆材料分段周边采用双液浆,其他采用单液浆。采用准65mm伊5mmPVC袖阀管和双向皮碗式止浆塞,准25mm镀锌钢管做芯管分段进行注浆。地表袖阀管注浆主要参数见表3。

表3摇地表袖阀管注浆主要参数

参数名称参数值浆液扩散半径/m

1

加固范围纵向共110m

环向开挖轮廓线外5m加固深度拱顶以上5m至仰拱以下2m

注浆孔间距/m

等边三角形,间距1郾5

孔深/m

30~38郾5

5摇研究结论

结合宝兰客专马鞍梁隧道下穿五龙沟段方案设计,针对客运专线遇级围岩地段隧道工程措施的关键问题进行了研究和分析案,于(1)2014宝兰客专马鞍梁隧道下穿五龙沟段设计方

。

年3月~2014年12月完成施工,遇级围岩地段设计方案在施工中得到验证,保障了复杂地质地形条件下隧道施工安全究,涵盖了(2)宝兰客专马鞍梁隧道下穿五龙沟段设计研

。

遇级围岩地段施工期间开挖面自稳性差、施工开挖处理不当易带来地表水大量渗漏、运营期间结构稳定性受地层地形影响大等典型问题,为客运专线隧道类似地段的工程设置提供了丰富的研究经验合考虑地下水情况及周围环境敏感性(3)马鞍梁隧道遇级围岩地段衬砌结构设计。

,采用全包防水,综

衬砌,衬砌考虑相应水头压力,结构进行相应加强设计。结合设计过程,研究认为此类工程设计应统筹考虑工程投资、运营安全、环境要求等多种要素,隧道施工及运营安全应一并纳入考虑案,前期考虑工程投资设计了地表井点降水方案(4)马鞍梁隧道遇级围岩地段地表辅助施工方

。

,现场根据井点降水施工情况,采取了地表注浆堵水并加固地层。研究认为:含水、富水地层隧道施工,进行地表注浆可有效改善含水地层工程力学性质,有利于隧道

施工安全,实际实施中应依据地层及施工试验情况确定相应参数,既保障工程施工安全,又保障工程设置方案经济合理。参考文献:

[1]摇史茂林(1):77.吁78.

级黄土富水隧道施工技术[J].铁道标准设计,2009[2]摇孙明彪隧道技术.富水糜棱岩大断面隧道,2014(4):152157.遇级围岩变形控制技术[J].现代

[3]摇建筑黄庆文,2011(11):41,柳超,成广.大断面隧道下穿泥石流沟施工技术43.

[J].铁道[4]摇吴发展与技术.,2014(6):40哈达铺隧道遇级围岩浅埋段施工技术42.[J].国防交通工程

[5]摇报张英才,2010(6):70.函谷关隧道下穿新黄土冲沟施工技术73.

[J].铁道工程学[6]摇宋学伦铁道标准设计.兰渝铁路首阳山隧道浅埋富水,2010(S1):120122.遇级围岩段施工技术[J].

[7]摇道标准设计蒋红英,陈党辉,2008(8):109.秦东隧道穿越远望沟负浅埋段施工技术112.

[J].铁[8]摇贾亮[J].,铁道标准设计戚铁.新建太兴铁路,2012(9):85吁级围岩黄土段隧道支护参数研究[9]摇程文斌.88.程学报,2012(3):74软弱富水遇级围岩隧道下穿道路及数值分析78.

[J].铁道工

摇

第60卷摇第4期2016年4月

RAILWAY摇STANDARD摇DESIGN

铁道标准设计

Vol.60摇No.4Apr.2016

文章编号:10042954(2016)04008605

内坑坑背系数对坑中坑基坑变形影响的敏感性分析

侯新宇,火映霞,薛必芳

(江苏开放大学建筑工程学院,南京摇210036)

摘摇要:以苏州某地铁换乘站坑中坑为基本模型,采用土体卸载条件下的HS有限元模型,系统研究内坑坑背系数茁对坑中坑基坑支护结构和基坑土体变形的影响。结果表明:外墙侧移随茁增大而增大,茁由0郾125增大到0郾75,外墙最大侧移增加34郾08%,同时最大侧移位置下移了2郾0m,茁对外坑底面附近以上的外墙墙身侧移影响较小,而对坑底以下侧移影响显著。内墙侧移随茁增加而显著增大,茁由0郾125增大到0郾75,内墙墙身最大侧移增加153郾95%,最大侧移位置随茁增大而下移,内墙墙顶竖向位移随茁增大而减小。内坑坑底隆起、外坑坑底隆起随茁增大而微弱减小,外坑坑背沉降总体随茁增大而增大,但不同茁值对应的沉降曲线相似。关键词:坑背系数;坑中坑;变形影响;敏感性分析;HS模型

中图分类号:U231+郾4摇摇文献标识码:A摇摇DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.04.021

SensitivityAnalysisofImpactofInternalDepthtoBottom

WidthRatioonDeformationofPitinPit

(DepartmentofCivilEngineering,JiangSuOpenUniversity,Nanjing210036,China)

HOUXin鄄yu,HUOYing鄄xia,XUEBi鄄fang

Abstract:AdoptingHardening鄄Soilfiniteelementmodelwithunloadedsoil,thispaperaddressesthethepitinpitbasedonthebasicmodelofthepitofametrotransferstationinSuzhou.Theresultsshow

influenceoftheratio茁ofinternaldepthtobottomwidthontheretainingstructureandthedeformationofthatthelateraldeformationofexternalwallincreaseswithgrowing茁andmaximumvalueof34郾08%isaddedwhen茁increasesfrom0郾125to0郾75,meanwhilethelocationmovesdownward2郾0m;茁haslittleeffectonthelateraldeformationneartheaboveexternalpitbottom,butremarkablyonthepartunderthepitbottom.Thelateraldeformationofinternalwallincreasesobviouslywithgrowing茁andthemaximumdownward,andtheupliftoftheinternalwallreducesaswell.Thebottomupliftoftheinternalandexternalpitdecreasesslightlywithgrowing茁,whilethesettlementoftheinternaldepthtobottomwidthtendstoincreasewithgrowing茁,butthesettlementcurvescorrespondingtodifferent茁aresimilar.

收稿日期:20150813;修回日期:20150826

基金项目:国家自然科学基金项目(41202203);江苏省高校自然科学研究面上项目(14KJB560004);江苏省“六大人才高峰冶项目(2014JZ010);江苏省“青蓝工程冶项目

作者简介:侯新宇(1975—),男,副教授,博士,注册土木工程师(岩土),主要从事地下交通工程的理论研究和技术应用工作,E鄄mail:Houxy_geo@163.com。

valueof153郾95%isaddedwhen茁increasesfrom0郾125to0郾75,meanwhilethelocationmoves

Keywords:Ratioofinternaldepthtobottomwidth;

influence;Sensitivityanalysis;HS(Harden鄄ing鄄Soil)model摇

Pits

in

foundation鄄pit;

Deformation

[10]叶少敏,马志富.哈大铁路客运专线隧道防排水设计[J].铁道标

准设计,2012(5):123131.

[11]毕焕军.胡麻岭隧道第三系富水砂岩地表深井降水研究[J].铁道

标准设计,2015(7):116119.设,2014(12):1183

1190.

[12]任国宏.富水圆砾卵石层袖阀管注浆加固技术研究[J].隧道建

蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯

铁道工程学报,2010(7):5559.

[13]彭峰,刘广均.狮子洋隧道下穿珠江大堤注浆加固技术研究[J].[14]魏晨亮,王玉卿,唐高洪.南宁地区富水圆砾层袖阀管注浆加固技

术[J].隧道建设,2014(5):499502.铁道建筑技术,2013(5):6567.

[15]周渊韬.富水岩溶隧道郁级围岩段涌水及注浆加固厚度分析[J].