1、运输经理世界隧道与桥梁工程0引言在铁路隧道及高速公路隧道施工中，行业专家已通过多种方式认识到安全施工重要性，而本文也尝试利用 MIDAS GTS 软件辅助进行分析，并对相关三维数值进行仿真模拟。在该试验模拟中，隧道内部的应力变化、位移变形、二次初砌结构都为试验重点。另外，部分研究指出，现代爆破施工技术与大管棚施工技术也能直接应用于隧道施工中，并能够调整项目的基础安全性。1工程概况目标施工区域为我国南方地区，该地区主体呈中低地貌。施工进度上，隧道正洞、导洞部分已基本施工完成。两者交叉距离较小，净距离仅有 12m，中心距离可达到 19.45m1。由于土壤湿度较高，施工中要时刻检查钢筋腐蚀情况，并监
2、控衬砌混凝土结构数据。在施工后期，发现氯离子浓度过高，且有明显的施工薄弱处，就需要加强对该方面的施工监管。2工程施工遇到的问题2.1 软弱地层对 该 地 区 进 行 地 质 分 析 后，可 发 现 淤 泥 占 比 较高，尤其在到达一定深度后，地层承载力迅速降低，土壤孔隙超过 1.0，软塑值已达到 65%左右。该地层在施 工 范 围 中 占 比 高 达 47%，并 主 要 集 中 在 施 工 后 半段2。在荷载试验中，发现该地区地层承载能力极低，部分施工操作有明显沉降变形趋势。2.2 对原有路基影响较大原有高速公路修建时间较早，所使用的相关技术并不成熟。首先，在模型建立中可发现新建铁路隧道施工会
3、破坏原有的公路路基，并严重降低路基稳定性。在进行相关模拟后，原有路基形变量已超过预定值，部分区域公路出现明显的路面破损3。其次，该施工区域下部含水量较高，原路基本身已经有沉降趋势，而施工中虽会对该区域进行简单排水处理，但由于该区域本身排水系统较差，实际效果并不理想4。最后，该路段车辆通过数极高，较长工期会严重影响该地区的交通运输，而运输路线改变会迅速提高成本，所以也需要重新考虑施工对车辆通过的影响。3施工相关技术介绍3.1 软弱地层处理3.1.1基本数据评估在进行施工操作前，应对施工区域的初始地应力进行检测。该数据计算主要利用 FLAC3D 软件进行模拟，初始测定值设定为 05。完成后需要对公
4、路重新进行沉降评估。评估时需调整条件限制，如仅记录未注浆条件下、紧跟支护条件下的地面沉降数据。在相关模型中可发现，该地区预计沉降距离为 1520cm，单一紧跟支护对于地面沉降的控制十分有限。另外，该地区开挖时，理论上会形成沉降盆地，具体等高线数据表现复杂，其中沉降距离最大位置与掌子面距离达到 6m，沉降影响范围也超过 16m6。3.1.2施工方案确定施工区域地质环境薄弱，需要提前对排水沟、截水沟进行位置定位，并进行注浆处理，部分隧道内还需要利用超前大管棚施工技术。开挖方式选择上，可以用三台阶临时仰拱开挖模式，设备选择上可选择人铁路隧道下穿既有高速公路隧道施工应用研究韩霄禹陕西省铁道及地下交通工
5、程重点试验室（中铁一院），陕西 西安 710043摘要：城市运输需求增加会与原有交通运输网络产生矛盾，而相关矛盾的有效处理成为现代城市发展的主要课题。如在铁路隧道建设中，就需要处理好与既有高速公路隧道的交汇问题，保证交通运输的安全质量。针对该问题，分析现阶段广州地区公路运输情况，并根据铁路隧道下穿既有高速公路隧道施工实例分析未来该类型施工的具体操作模式，希望能够为其他城市的公路建设提供学习经验。关键词：铁路隧道；高速公路；工程施工中图分类号：U415文献标识码：A86运输经理世界隧道与桥梁工程工风镐及挖掘机。隧道挖掘中尽可能降低循环进尺，并及时利用钢筋进行支撑，形成瞬间临时支护7。工程后期淤泥
6、较多，地面沉降也更加明显，需要时刻对沉降数据进行监测。若沉降数据超过规定范围值，则需立即加强临时支护质量。若相关操作依旧无法缓解路面沉降，需及时停止作业，一方面加强对地下结构应力的调整，另一方面也需要对地面交通情况进行管理，降低沉降压力8。3.1.3数据误差管理目标施工区域力学环境复杂，且岩体数据与理论数据有较大差异。首先，在计算中，需提前排除其他外界因素影响，如围岩计算可以视作在无蠕变、黏性条件下。虽无法排除全部数据误差，但整体数据精确度有明显提升，整体误差在可接受范围内。其次，也可以对目标地层进行精准注浆，并通过多次试验获取平均数。如在工程后期，原定超前大棚管长度设置为15m，经数据调整后
7、延长至 20m，地面沉降得到有效控制。最后，施工中还发现监测点数据与理论数据出现明显误差，如掌子面管与棚尾部距离超过 6m，所以后期需要重新调整管棚长度至 5m9。3.2 力学模型处理3.2.1材料分析该工程材料主要为围岩、C20 混凝土和 C35 钢筋混凝土。可从材料性能入手，判断施工中大概应力情况。围岩的数据计算上，可利用屈服准则减少边界效应。在该算法下，模型长宽高最终定为 150m、180m 和120m。在施工前期，由于整体沉降距离较低，因此通过弹性实体单元模拟施工10。3.2.2计算结果调整计算结果的调整主要包含既有位移处理与既有结构内力分析。根据施工关键横断面判断施工横竖向 位 移
8、结 果，最 终 可 以 利 用 Origin 软 件 进 行 辅 助 检测。在操作数据中可以看出，随着施工进行，工程水平纵向位移不断扩大，并且在二衬期间达到最大值。其 中 水 平 最 大 位 移 被 发 现 在 右 墙 腰，已 达 到0.353mm。垂 直 最 大 位 移 被 发 现 在 仰 拱 区 域，达 到5.339mm11。在结构内力分析中，二衬中隧道最小应力已达到 10.833MPa，集中在拱脚附近。左右线贯通完成后，最小应力发生变化，数据变为 11.339MPa。3.2.3各位置安全系数确认施工前应根据国家相关标准确定隧道中各位置横截面受力情况，并确认基本安全系数。如在该施工中，工程
9、拱顶轴力为 1297.3kN，弯矩为-229(kNm)，安全系数为 4.47。拱肩轴力为 1493.3kN，弯矩为 69(kNm)，安全系数为 5.47。拱腰轴力为 2213.4kN，弯矩 为-3.6(kNm)，安 全 系 数 为 3.97。墙 角 轴 力2297.4kN，弯矩为 88.4(kNm)，安全系数为 4.97。仰拱轴力为 2311.3kN，弯矩为-6.4(kNm)，安全系数为5.27。若条件允许，施工前尽可能记录不同位置的内力变化情况，绘制成表后确认内力变化趋势，并保证整体工程数据保持在安全范围内。3.3 爆破控制管理3.3.1预先准备进行爆破前，需根据爆破震动效应分析爆破干扰因素
10、，确定整个爆破过程在一定范围内。在具体炸药选择上，爆破的使用需要提前对该地区受力情况进行分析。在上文中也提到该地区结构受力复杂，需要尽可能降低爆破负面影响，可通过以下方式实现：首先，选择爆炸速度在 20002300m/s 的低爆速炸药，该炸药类型的实际振速只有普通炸药的 65%，能够有效降低爆炸振动效应，避免对该区域的应力结构造成破坏12。其次，可提前对地质受力情况进行分析，通过多段引爆方式降低瞬间震动效应。爆炸需要尽可能错过爆炸时间，降低振动波叠加概率。3.3.2装药量确认爆炸会瞬间改变该区域的受力，所以装药量确认为爆炸施工的重中之重。在实际施工中发现，目标施工区域上层除了有高速公路隧道外，
11、近距离范围内还有大型地面建筑物、输电站等特殊建筑。同时，旧隧道建立时间较早，受力混乱同时部分结构有明显缺陷，所以理论上震动速度设置最小值应该为 4cm/s。考虑到复杂建筑存在，该工程又将该数据调整至原数据的 50%，即 2cm/s。整体数据分析后，将 15m、20m、25m 三数据代入公式后，可得到对应距离的最大载药量分别为 5.5kg，12.4kg 和 22.3kg。在后期数据模拟中，可发现上述装药量符合国家相关管理规范，可用于此次施工中。3.4 桥桩保护技术从工程走向看，该工程施工中必定会与广佛环线相遇，出现交叉点的可能性极大。又因为该地区敏感设施较多，所以交叉点选择范围会进一步缩小。在经
12、过多方分析后，工程项目前段会与广佛环线直接相交。为保证施工质量，该工程前期决定利用桥桩保护技术进行施工操作，具体操作如下：3.4.1相关技术选择该地区地面交通复杂，埋深情况不容乐观且施工条件极差，普通处理方法很难达到施工要求，所以施工初期将盾构法与暗挖法作为主要操作方案。不过，在工程中前部分，施工区域沉降明显，临时支护需求量较大。在多次分析后，抛弃了支护难度较大的暗挖法，从而选择了操作较简单的盾构法，即土压平衡盾构法。该施工中刀盘选择传统辐条面板刀盘，开孔率需控制在 30%，配置合金滚刀，刀盘组成为 9 把中心双刀与 40 把单刀。管片衬砌厚度控制在 400mm，内外径分别为 7.8m 与 8
13、.3m。3.4.2工程操作难点首先，该项施工前期盾构距离较长，正穿桥墩数量为 4 根，侧穿数量已达到 12 根。同时，从中期会利87运输经理世界隧道与桥梁工程用到爆破施工，也会对工程造成一定影响。其次，桥墩正上方公路车辆通过量较大，施工周期控制也是该项施工的关键。最后，侧穿桥墩中有 23 根桥墩离河岸较近，地下水较丰富，岩体的间隙超过标准范围，所以盾构中防水难度较大。3.4.3具体操作方案施工区域环境复杂，在掘进至目标点后 30m 左右需要立即进行停机检修，确保掘进工作能够稳定推进。若掘进速度无法保持平衡，则需立即停止作业进行调整。前期下穿地段地质以风化砂岩为主，可适当调整转速(最大值不得大于
14、 1.4r/min)、增加推力，防止出现滚动偏差。当发现盾构机偏离预定位置时，需要及时进行纠偏。误差数据控制上，盾构机行进路线不得偏离轴线 15mm，每次水平纠偏量应小于 8mm，垂直纠偏量应低于 4mm。掘进过程中可适当性道具补充泡沫，并通过注射泥浆对刀盘进行保护。泥浆注入时，膨胀量应控制在 1520，泥浆比重需要调整在1.01.2g/cm3。若掘进中发现变形量超过一定值，则需要立即检查管片状态，并通过注浆调整管片运行。注浆选择为单液浆，注浆量控制在每环 910m3，注浆压力需要控制在 0.300.45MPa 之间。若施工存在二次补浆需求，则需要将浆液调整为双液浆，保证水灰与水泥浆液比值为
15、54，并保证在 510 天内结束补浆工作。4施工总结该施工难度较高，为满足施工需求，需多种施工技术同时应用，如爆炸施工技术、盾构施工等。为保证施工安全，也需要针对大管棚施工、爆炸施工进行安全管理，具体情况如下：第一，施工中在隧道关键部位的内顶处补充设置钢筋笼，保证掘进的正常进行。该工程钢筋笼长度可达 40m，直径超过 100mm，应用数量超过 31 根，有效保证掘进施工安全。为了避免施工中塌陷，在目标位置进行超前支护，并保证支护层有足够的反应距离。在爆炸施工安全管理中，除了控制振动频率外，还计算了施工主体的结构变化情况，并通过设置多个检测点提高检测精度。而在掌子面的稳定方面，需要在工程应力最大
16、区域进行加固，规避非规范操作所带来的不良影响。比如，需要在工程拱脚处设置注浆钢管，降低爆破施工所带来的异常震动。5结语在城市资源运输需求增加后，现有的交通运输需求必定会与原有的交通运输网形成矛盾。在该背景下，施工应充分分析目标生活区的地质条件，并尝试将地质、水、施工材料、测量技术等多种因素考虑到施工环节中，保证施工质量。另外，未来隧道建造的难度会进一步提升，所需考虑的因素也将更多，届时则需要将多种施工技术充分融合，在满足实际需求的情况下保证施工流程的稳定。参考文献：1钟彦之.新建高速公路隧道下穿既有铁路隧道施工影响分析J.四川建筑，2021（6）：98-100+104.2黄波.铁路隧道下穿既有高速公路隧道施工控制分析J.建筑技术开发，2020（15）：47-48.3钟文亮.铁路隧道下穿既有高速公路隧道施工控制技术研究J.冶金与材料，2020（3）：87+90.4陈胜俊.铁路隧道下穿既有高速公路隧道施工控制技术分析J.绿色环保建材，2020（6）：109+111.5严巨龙.铁路隧道下穿既有高速公路隧道施工技术及其控制探讨J.住宅与房地产，2020（9）：214.6李君君，刘传涛，梁树锋.
