小角度下穿机场公路超浅埋地铁区间矩形隧道施工修建技术

本书主要以昆明市轨道交通3号线金太区间（太平村站—金马寺站区间）小角度（角度为20°左右）下穿人民东路延长线暗挖区间隧道施工科研项目为依托，对超浅埋地铁区间矩形断面隧道施工中超长大管棚超前支护体系力学特性与工艺、中导洞先行的6导洞法施工力学特性、地表沉降分析控制技术、区间隧道开挖与支护工艺关键技术进行总结与提炼。本书获得的技术成果旨在满足地铁工程技术人员掌握浅埋暗挖矩形地铁区间隧道工程施工技术，洞悉地铁工程施工安全控制重点和难点，提高工程质量安全水平的需求。该书可作为地铁区间隧道工程设计人员、工程管理及教学、科研等相关人员的参考书。

第1章绪论111我国城市轨道交通建设发展状况1111运营数据统计1112轨道交通在建和规划整体情况312地铁区间隧道施工方法4121区间隧道明挖法施工4122区间隧道浅埋暗挖法施工7123区间隧道盾构法施工11124区间隧道TBM法施工1413地铁区间隧道结构形式18131明挖法修建的地铁区间隧道结构形式18132盾构法和TBM法修建的地铁区间隧道结构形式19133矿山法修建的地铁区间隧道结构形式2014浅埋暗挖下穿既有构筑物隧道施工力学特性2115本书要解决的问题22第2章昆明市轨道交通3号线金太区间暗挖隧道工程概况2321隧道工程概况2322隧址区工程地质和水文地质24221地形地貌24222水文地质24223不良地质与特殊岩土2523隧道衬砌结构设计及荷载26第3章金太地铁区间暗挖矩形隧道施工方案比选2831浅埋暗挖隧道施工基本理论及其施工过程分析28311力学模型29312浅埋暗挖隧道初始地应力场的模拟34313隧道施工开挖过程模拟3532地铁区间矩形隧道超长管棚的支护措施36321管棚支护结构的力学模拟36322计算模型的建立36323区间矩形隧道管棚支护效果分析4033矩形隧道施工方法比选及其工序的优化45331隧道开挖方法比选45332区间隧道6#导洞开挖工序优化49333隧道导洞开挖面纵向间距优化58334隧道结构临时支撑拆除方案优化63335中隔墙施工方案优化6834暗挖区间隧道施工方案经济技术指标比选70341施工条件分析70342方案比选71343经济效益比选77第4章小角度下穿机场公路地铁区间矩形隧道施工力学特性7941地铁区间矩形隧道施工模型简化7942矩形隧道开挖与支护受力特性分析81421隧道结构拱顶下沉变化规律81422隧道底板竖向位移变化规律82423隧道初期支护弯矩变化规律84424隧道临时支撑应力变化规律85425隧道围岩应力变化规律88426隧道围岩塑性区变化9043地铁区间矩形隧道衬砌与中隔墙施工力学分析92431隧道计算模型92432隧道衬砌应力变化规律93第5章小角度下穿机场公路金太区间矩形隧道施工监测与分析9651现场隧道施工监控量测的必要性和意义9652地铁区间矩形隧道施工监控量测方案96521隧道施工监控量测目的96522区间隧道施工监控量测内容、方法、频率97523隧道监测断面选择与测试方案9953监测数据处理方法101531监测资料分析原则101532监测资料初步分析方法102533监测数据过程分析方法10254金太区间暗挖隧道现场监控量测管理106541隧道监控量测管理流程及预警分级106542建立监测资料报送制度107543数据异常监测措施11055矩形隧道施工初期支护内力变化规律110551隧道初期支护轴力测试分析111552隧道初期支护弯矩分析11456矩形隧道施工临时支撑应力及结构变形变化规律117561临时支撑应力分析117562隧道结构变形分析119563隧道结构安全性分析12057隧道施工围岩接触应力变化规律120571隧道围岩压力时程曲线分析121572隧道围岩接触应力沿洞周的空间形态12358隧道衬砌结构内力变化规律124581隧道二次衬砌轴力测试分析124582隧道二衬弯矩测试分析125第6章地铁区间矩形隧道超长Π式180管棚预支护体系力学机理12661超长管棚的作用机理126611概述126612管棚的力学模型129613管棚支护主要作用与机理13062隧道开挖过程中长大管棚支护的力学行为131621软弱围岩隧道开挖过程施工力学特性131622管棚支护结构的力学特征133623区间隧道长大管棚支护体系的力学特性分析13463区间矩形隧道长大管棚支护体系数值仿真分析135631管棚竖向位移分析136632管棚应力分析13664金太区间隧道管棚应力现场测试分析138第7章金太区间矩形隧道Π式180长大管棚施工工艺14071矩形区间隧道π式曲线长大管棚水平定向钻进技术14072浅埋暗挖矩形隧道超长大管棚设计参数及其施工工艺142721管棚直径分析142722管棚间距设计143723管棚施工引起的地表沉降145724管棚预支护条件下的渗流力145725管棚施工工艺147726管棚施工注意事项15373矩形隧道施工长大管棚质量保证措施153第8章金太地铁区间矩形隧道施工地表沉降变形规律15581浅埋暗挖隧道地表沉降变形的影响因素15582金太区间隧道施工地表沉降监测156821地表沉降监测目的156822监测方案设计原则156823现场监测点位布置157824隧道地表沉降规律分析15783基于Peck公式的地铁区间矩形隧道施工地表沉降优化预测15984地铁区间矩形隧道地表沉降数值计算分析165第9章金太地铁区间矩形隧道施工地表沉降控制技术17091矩形区间隧道施工地表沉降原因分析17092下穿高速公路的矩形隧道施工变形控制措施170921区间隧道围岩预支护加强措施170922区间隧道初支结构加强措施174923隧道施工其他辅助措施176第10章金太区间矩形隧道施工开挖与支护技术181101金太区间隧道施工方案181102暗挖预支护技术1831021超长大管棚施工技术1831022超前小导管施工技术1831023全断面注浆施工技术184103隧道暗挖施工技术1861031导洞开挖支护施工1871032钢架（钢筋网）施工1921033喷射混凝土施工195104隧道临时支撑拆除及二次衬砌施工技术1971041隧道二次衬砌施工方案1971042临时支撑拆除技术1971043隧道中隔墙施工技术1981044隧道侧墙施工技术2001045隧道二衬模板施工技术202105隧道防水施工技术措施2031051隧道防水体系及施工工艺流程2031052混凝土结构自防水2051053柔性防水层施工2051054明挖隧道结构底板、侧墙防水施工方法2061055明挖区间结构顶板防水施工方法2071056暗挖结构防水施工方法207参考文献209

随着我国国民经济的快速发展，城市的建设规模迅速扩大，特别是近20年来，我国城市轨道交通的建设规模与速度世界罕见。越来越多城市轨道交通线路与既有的交通线路、建（构）筑物等工程进行交叉作业。目前在运营繁忙的公路、铁路和既有建筑物等结构物下面修建隧道或下穿通道等地下工程时，多采用暗挖的施工方法。对于既有铁路、公路及其他构筑物下的浅埋隧道，不仅要受到地层和自身永久荷载的作用，而且还会受列车（汽车）动载作用或其他附加荷载。如果一旦隧道施工措施不当、地质水文灾害变化等原因引起路面大量沉降甚至坍塌，就可能造成交通中断或工程事故发生，导致巨大的经济损失和不良的社会影响。因此，合理选择隧道施工工法和控制路面沉降是城市轨道交通近接施工的关键。昆明市轨道交通3号线金太区间（太平村站—金马寺站区间）小角度下穿机场人民东路延长线暗挖矩形隧道工程（角度为20°左右），其区间小埋深仅3 m。人民东路延长线路宽约44 m，地面车流量大，需要严格控制公路路面沉降，确保公路畅通。暗挖段区间隧道左线平曲线半径为R=500 m，线路坡度为19。沿线地下水主要有上层滞水、孔隙水和岩溶裂隙水。根据地质勘察，该地区的土层从上至下依次主要为杂填土、素填土、黏土和白云质灰岩，隧道结构主要位于素填土和黏土层中。暗挖隧道采用“中导洞法”施工（6#导洞），施工工序复杂，开挖断面尺寸为116 m×70 m。预支护措施采用超长大管棚施工，管棚分别两端工作井采用精确导向钻机进行施工，管棚总长度170 m，单边施工长度85 m，管棚采用180 mm，壁厚10 mm热轧无缝钢管制作。本书针对昆明市轨道交通3号线金太区间下穿机场公路超浅埋矩形隧道工程特点，通过分析矩形断面隧道浅埋暗挖法施工工艺以及长大管棚的预支护措施，并经技术经济比选后，提出了π式180超长大管棚快速施工成套技术，研究了浅埋暗挖矩形隧道中导洞先行的6导洞施工方案及其相关的施工技术参数（6#洞开挖工序、导洞纵向错距、预加固措施等）；随后针对矩形隧道临时支护系统受力变化规律，提出了地铁区间矩形隧道6导洞施工临时支撑“折二留一”的拆撑技术方案和中墙跳槽施工技术方案；在金太区间隧道施工过程中，基于地表沉降监控量测数据分析，得出了浅埋暗挖矩形隧道施工地表沉降的变化规律及其影响范围，并首次推导出了适合浅埋暗挖矩形断面隧道施工地表沉降的修正Peck经验公式，形成了一套小角度下穿公路超浅埋地铁区间矩形隧道施工修建技术体系。本书的研究成果具有广阔的应用前景和实际应用价值，可以为城市轨道交通下穿既有建（构）筑物工程采用浅埋暗挖法的隧道工程设计、施工和推广应用提供重要的理论依据和技术支撑。 全书共分10章，包括绪论、区间隧道工程概况、区间矩形隧道施工方案比选、隧道施工力学特性、现场隧道施工监测与分析、超长π式180管棚预支护体系力学特性及其施工工艺、地表沉降变形规律及其控制技术、区间隧道开挖与支护技术等内容。本书由申玉生、邓能伟、赵辉、连小涛等著。主要分工如下：第1章由中铁四局城市轨道交通工程分公司邓能伟、西南交通大学朱双燕撰写；第2章由昆明轨道交通有限公司陈立龙，中铁四局城市轨道交通工程分公司赵辉、连小涛撰写；第3章由西南交通大学申玉生、赵乐撰写；第4章由西南交通大学申玉生、何尉祥撰写；第5章由西南交通大学申玉生、何永辉撰写；第6章由西南交通大学申玉生、赵建沣、唐浪洲撰写；第7章中铁四局城市轨道交通工程分公司赵辉、连小涛撰写；第8章西南交通大学申玉生、何永辉撰写；第9章由中铁四局城市轨道交通工程分公司邓能伟、赵辉、连小涛撰写；第10章由中铁四局城市轨道交通工程分公司赵辉、连小涛，西南交通大学廖雄撰写；全书由申玉生统稿定稿。在本书撰写过程中，西南交通大学高波教授对本书的内容规划给予了悉心指导；本书成稿中也得到了昆明轨道交通有限公司、深圳市勘察研究院有限公司昆明项目部、北京首尔工程技术有限公司等单位提供的宝贵数据资料及其相关技术支持，工程实施过程中昆明轨道交通有限公司王传亮、陈立龙、张杨在工程施工中多次现场指导，确保施工安全质量可控；在文档整理、现场资料收集等方面由西南交通大学陈政、张静、黄永鹏、朱双燕、资晓鱼、曹帮俊、杨佳奇等硕士及中铁四局城市轨道交通工程分公司鲍俊捷、刘利国、刘宏生、周鹏、卢鹏程、刘佳庆等现场人员做了大量的工作，在此一并表示感谢。由于时间仓促、作者水平和知识面所限，书中难免有疏漏或不妥之处，敬请专家和读者批评斧正。编者2018年4月