研究报告：复杂地质条件下大断面隧道施工技术

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1、复杂地质条件下大断面隧道施工技术研究报告37评审技术文件之一复杂地质条件下大断面隧道施工技术研究总报告中铁十二局集团有限公司二○○六年十一月37一、概述1、工程简介北京地铁十号线第七合同段全长1.834公里。由花园东路站～八达岭高速站区间、八达岭高速站、八达岭高速站～熊猫环岛站区间三部分组成。设施工竖井3座。区间隧道均为暗挖，由于设计与16号线联络线、存车线和交叉渡线的需要，区间隧道断面复杂多变，共设计13种断面。其中花园东路站～八达岭高速站区间右线325m范围内集中设计11种断面形式（见表1）。复合式衬

2、砌，大管棚和小导管超前支护，格栅钢架、钢筋网、喷混凝土初期支护，C30钢筋混凝土二次衬砌。区间隧道断面结构尺寸表1衬砌类型断面形式结构尺寸(宽×高m)长度m标准断面单跨标准断面6.0×6.33左线1601、右线12101-1断面三连拱断面22.55×10.5右线16.882-2断面单跨大断面13.4×9.11右线13.983-3断面单跨大断面12.2×9.34右线159.244-4断面单跨大断面12.4×9.54右线7.085-5断面双层框架结构20×14.2右线10.66-6断面不对称双连拱断面17.6

3、×9.79右线24.457-7断面不对称双连拱断面14.9×8.45右线25.278-8断面对称双连拱断面11.7×6.8右线16.19-9断面单跨大断面7.3×7.1右线13.1910-10断面单跨大断面6.8×6.89右线11.812、周边建（构）筑物区间隧道埋深8～10m，穿越土城遗址公园，隧道边界距小月河0.5～9.0m，隧道经过地段下穿5处建构筑物：江南大夫第金榜梨园酒楼、瑞洁加油站、河湖管理所办公楼、大气物理研究所的索塔拉锚基础和小月河疏浚工程暗河。3、地质情况区间隧道地层主要为粉细砂层和粉质

4、粘土层，根据铁路隧道设计规范，为Ⅺ级围岩，属于松土和普通土。4、地下水情况地下水有台地潜水和层间潜水，水位较高，接近自然地面。施工时采取降水措施，水位降至隧道底板1.0m以下，确保隧道在无水状态下施工。二、工程特点371、区间设计断面多达13种，属典型的大断面洞群段落，采用6种施工方法，不同施工方法间转换多，断面间接口多。2、区间1－1断面为三连拱隧道，埋深浅，跨度达22.5m，施工步序多，施工难度大。3、区间下穿多种建筑物和管线，要求地面沉降量控制在30mm内，地表沉降要求严格。隧道隆起量控制在10mm

5、内。三、关键技术1、地铁三连拱浅埋隧道施工效应分步模拟分析技术区间1－1断面为三连拱隧道，结构扁平，处于浅埋粉细砂地层，施工中隧道结构所受荷载加大，结构应力集中比较单拱隧道更趋复杂化，隧道成型和围岩稳定性控制的难度增大，稍有不慎，极易造成围岩过度变形，威胁区间管线和地表建筑物安全，甚至坍塌，严重影响施工进度和质量，因此选择合理的开挖方式和支护参数，保证围岩和结构的稳定极其关键。采用弹塑性有限单元法，对三连拱不同施工阶段、不同荷载条件的受力特性和形变量进行模拟和分析，为确定合理的施工方案提供理论参考。根据区

6、间隧道地质情况，采用FLAK软件、显式有限差分方法进行分析。2、水平定向钻进施工隧道长大管棚技术本标段区间隧道在大断面施工、穿越地表建筑物时设计均采用φ108mm大管棚超前支护，累计数量达15213延米。大管棚施工速度和质量的好坏直接影响着施工进展。受竖井口和洞内作业场地施工空间的制约，普通管棚钻机具有移位困难、洞内作业需先扩挖工作室的问题，钻进过程中钻头的方向难于控制，棚管偏位严重是普通钻机管棚作业中的通病，并且在城市地铁扩挖工作室不利于对管线和建筑物的保护。本项目在国内首次采用HGT-100水平钻机对

7、隧道大管棚施工进行了研究和尝试。该方法在钻进过程中能准确测定钻头在地下的位置和方向，根据钻头在钻进过程中的位置和方向同设计轨迹的差异，利用能进行调节方向的楔型钻头改变钻头的钻进方向，从而按设计要求的角度完成各种大管棚的施工。具有一次连续钻进长、管棚精度高、水平钻机在同一断面中不需扩挖工作室等优点。3、不同大断面施工及工法转换技术区间隧道共设计10种大断面，并且大断面集中于花园东路站～八达岭高速站区间右线布置，属典型的大断面洞群段落。断面不同，采用的施工工法不同。根据断面情况分别采用CD法、CRD法、双侧壁

8、导坑法、中洞法、侧洞法和双侧洞法等多种软弱地层隧道工法。相邻断面的施工工法转换是确保施工安全的关键环节37，必须采用技术措施才能实现安全过渡。断面转换分为两种：大断面向小断面转换和小断面向大断面转换。施工中重点研究断面转换中的分部开挖过渡技术和反向扩挖技术。四、主要成果通过北京地铁的施工，复杂大断面施工技术在以下方面取得研究成果：1、地铁三连拱浅埋隧道施工效应分步模拟分析技术采用FLAK软件、显式有限差分方法，对1－1断面拟采