重庆地铁开挖工法优化实例

让大断面开挖像小断面一样简单

发布日期:2021/12/27
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当前,重庆的轨道交通建设如火如荼,4号线二期、18号线等多条线路的地下车站采用标准化设计,隧道跨度达23米,且大多为浅埋隧道,基岩以砂岩、砂质泥岩为主。为保证足够的安全余量,车站的大断面开挖工法设计为双侧壁导坑法,原设计开挖步序如图1-a所示。但是该施工方法中部核心土施工高度过高、施工困难,且部分车站采用悬臂掘进机进行非爆施工,面临设备出入困难、边坡易失稳及容易陷机等风险。在相关建设单位和施工单位的邀请下,西南交通大学仇文革教授及求是工作室结合现场工程实际,对车站主体结构施工工序进行优化,优化后的开挖工序如图1-b所示。

(a) (b)

图1 施工工序图

优化车站开挖的施工工法后,从标准的双侧壁导坑法基本简化为了传统的三台阶法,解决了原本双侧壁导坑法施工的难题,同时三台阶法开挖相比原工法,大幅缩短了建设工期,提升了经济效益。但是在隧道跨度达23米,埋深最浅处基岩厚度仅8米的浅埋大断面车站隧道进行开挖工法优化,在重庆的轨道交通建设中尚属首次。

为了保证施工的安全,除传统的监控量测必测项目外,还辅以微震监测、掌子面三维重构、全息变形监测、应力监测等综合手段监测开挖过程中围岩及支护结构的状态变化。

微震监测为监测开挖过程中围岩微破裂形成的位置、震级、能量大小,从而判断围岩内部是否形成连续滑移面;同时结合掌子面三维重构,分析微破裂是否分布在主要结构面上,判识是否存在围岩失稳的风险。

(a)俯视图

(b)侧视图

图2 微震监测结果图

(a) (b)

图3 掌子面三维重构模型图

全息变形监测是使用三维激光扫描仪对优化段落的净空变形进行监测。与传统的全站仪监控量测相比,全息变形监测能获得扫描区域的任意点的沉降及收敛变形,不局限于某一点的沉降收敛,而是从整体来判断隧道净空的变形情况。应力监测主要有两个方面的内容:一是通过安装在上台阶核心土的临时支撑上,采用应力解除法测得临时支撑的实际受力;二是通过安装在初支表面,监测在核心土开挖及临时支撑拆除时初支的应力变化。通过这两部分的应力监测,判断隧道整体结构的受力情况,评价施工安全性。

(a)外业现场 (b)成果云图

图4 全息变形监测

图5为车站开挖步序优化前后的现场对比图。从我们的监测结果来看,优化前的钢架、核心土的受力并不大,采用新工序施工后也没有发生大的变形情况,同时微震检测也没有发现存在贯通的破裂面,从各个方面都可以通过数据证明新工序的安全、合理。

(a)优化前 (b)优化后

得益于仇文革教授及求是工作室多年的科研积淀,综合各监测手段齐抓并管,为大断面车站隧道施工保驾护航,用科学支撑工程,开启大断面车站隧道安全快速施工新纪元。在重庆地铁车站的优化工作中取得了一定的技术进步与显著社会经济效益,让大断面开挖像小断面一样轻松!