下穿地下管线浅埋暗挖隧道施工关键技术研究

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第3页王梦恕等曾在大秦线军都山隧道的浅埋软土地段，对锚杆的使用效果进行研究。通过测试发现，对12m埋深的地层，拱顶处的锚杆均受压应力，因此认为隧道拱顶处的锚杆没有加固效果，后设计取消了拱顶锚杆垆J。太笪拯管棚法作为浅埋暗挖隧道的一种辅助工法，在防止隧道塌方、控制地层位移方面发挥着重要的作用，特别是在下穿既有结构物的隧道及地下工程施工中，大管棚作为超前预支护更是首选。国内外的学者关于大管棚的研究以及注浆加固【6。】做了大量的工作。Oreste&Peila采用弹性地基梁模

2、型对管棚进行了计算，分析了钢拱架刚度、工作面前土体模量和钢管刚度的影响，并利用FLAC3D数值分析软件对管棚的作用进行了模拟，且给出了上述参数以及简单表达式瞵JKoizumi等利用三维边界元研究了注浆管棚的作用机理和加固效果。研究表明，注浆管棚所形成的预加固结构在隧道纵轴方向可以看作为梁，而在横断面上可看作供，且梁、拱主要承受压力。由于上部伞形状结构支撑着地层压力，因此限制了围岩应力的释放，从而保证了隧道工作面的稳定19l。西南交通大学常艄东博士对超前管棚的预加固作用机理及效果进行了初步研究【10

3、l。研究认为：①管棚预支护体系能够有效地减少地面沉降和提高开挖工作面的稳定性。管棚对地面的沉降抑制效果始于工作面前方0．6D～1．0D处。说明管棚预加固能够从空间上控制工作面前方地层的位移；管棚通过注浆，提高了地层的物理力学指标，将工作面上方荷载分散到钢拱架和地基梁上，从而达到减少工作面上方受力荷载，提高工作面稳定性。②隧道拱顶或地表沉降量与格栅钢架的间距成正比，随间距增大，管棚的受力将增大。⑧隧道拱顶和管棚的沉降量与管棚在围岩中的剩余长度关系不大，而隧道工作面的稳定与管棚在围岩中的剩余长度有关。

4、剩余长度越小，隧道工作面愈不稳定。对管棚，原苏联全苏运输建筑工程科学研究所和莫斯科汽车公路学院采用物理模型试验【11．12】，研究了管棚预加固隧道周围土体的应力状态。其结论是：①隧道横断面周围的土体可分为三个区：非扰动区、中间区和作用区。非扰动区位于隧道两侧外1．0～1．5倍隧道宽度处。中间区的特点是位于从非扰动区到作用区的0．75～1．20倍隧道宽度的位置处，其压应力值比正常值递减15％--20％。②管棚是应力集中的地方，最大的应力集中区在离隧道顶部0．5～1．0倍隧道宽度的上方和0．1-4)．

5、2倍隧道宽度的两侧。③隧道上方和两侧都有拉应力区，拉应力区与压缩区之间的界线几乎与理论滑移线相重合。管棚法从上世纪80年代传入我国，并得到迅速的发展，成功的工程实例不断涌现，大量应用于隧道坍方处理，浅埋暗挖隧道建设等。西南交通大学硕士研究生学位论文第4页1990年，北京地铁西单站0+000-4)+260地段，采用0115、长18m的长管棚加小导管注浆的联合超前支护体系通过覆盖层仅厚6m的表层土及砂土，在土体自稳性极差的条件下，实现了大跨度的超前超长加固，不仅保证了掘进安全，而且有效控制地表沉降和满

6、足了环境需要【l引。利用管棚法建造浅埋暗挖隧道的工程实例日益增多。杭州市西区水厂主要输水压力管道在穿越平均车流量达8000辆／天的杭徽公路采用了长管棚法，隧道埋深仅3m，长度达24m，采用25根01146mm钢管，这是该施工工法在我国南方浅埋粘土地层中首次应用，不但加快了施工进度，缩短了工期，克服了明挖法施工对交通的影响和干扰，而且保证了路中管线安全【14】。南京地铁TAO标V类围岩段为软一流想状地层，采用长管棚注浆加固围岩的施工工艺，保证了软流塑状地层施工围岩的稳定性，良好的控制了地表公路及建筑

7、物和地下管线的影响。管棚设计长度40m，采用0108mm6mm热轧无缝钢管，管棚环向间距32cm【151。香港屯门公路下部行车隧道，屯门公路的沉降控制在20mm以内，而隧道结构顶与屯门公路路基底之间距离仅为1．15～1．65m，属于超浅埋隧道，施工难度很大，经比较采用管棚支护体系，顶排7条套管选用0600钢管、其余位置24条套管选用0800钢管，管棚施工实际总长度达到1100mtl6J。对超前预注浆加固研究，西南交通大学王明年等利用有限元分析了预注浆的加固效果【171。研究表明：①不同的注浆部位，

8、对控制地表下沉的力学效果不同。以边墙部位注浆为最佳。但在松散和节理裂隙发育的地层中，拱部注浆是必要的；②不同的注浆加固，对地表沉降槽宽度没有多大影响。这说明注浆加固对减小地层扰动范围无能为力。，宫建岗结合某地铁区间，着重对工程中采用横断面投影法定位管棚导向管及软流塑地层施工中大管棚的操作要点与施工技术做介绍：长大管棚施工采用40m0108mm钢管，环向间距35cm，管棚工作室长6m，管棚搭接4m，每隔36m施工一次。开挖后发现，0108大管棚沿开挖边线密布，并且注浆凝固固体呈脉状分