矿山法隧道下穿广深高速公路影响研究分析

2023-03-13刘谨豪秦辉辉

中国水运 2023年2期

刘谨豪，秦辉辉

（中交公路规划设计院有限公司，北京 100088）

隧道开挖过程中伴随着地层应力状态的改变和调整，引起地层位移与变形，而这种地层位移和变形随着土的自重以及附加应力作用引起的土的固结沉降在沉降速度和空间分布上有着不同的特点。本文以广州地铁十三号线温东区间矿山法隧道施工为例，分析其下穿广深高速公路的影响。

1 工程概况

广州轨道交通十三号线一期工程温涌路～东洲区间以矿山法隧道形式下穿广深高速公路，隧道与广深高速路基平面呈斜交关系，交角约45 度，隧道埋深约13m，区间隧道穿越地层主要有强风化混合花岗岩及中风化混合花岗岩。下图1所示为广深高速与温东区间隧道相互位置关系。

图1 温东区间与广深高速及桥梁桩基关系横断面示意图

2 矿山法隧道穿越高速公路加固方案介绍

温东区间矿山法隧道下穿广深高速公路工程段，临近桥梁桩基，经调查研究，区间隧道穿越地层主要有强风化混合花岗岩及中风化混合花岗岩，隧道施工过程中，为确保广深沿江高速安全运营，设计阶段采取了以下加固方案：

（1）袖阀管预注浆：矿山法隧道施工开挖前对邻近桥梁桩基采取袖阀管预注浆措施进行预加固处理。

（2）在隧道开挖过程中针对拱顶的软弱土层和全、强风化花岗岩采取上半断面注浆加固措施。

（3）在矿山法隧道施工过程中，注意控制爆破影响，控制开挖进尺，及时支护，控制地层失水和变形。

（4）动态施工，在隧道穿越高速施工前对相邻建构筑物进行系统全面的跟踪监测：主要包括广深高速公路路面沉降、临近桥梁桩基沉降及水平变形、桥梁定期巡检、隧道变形等。

图2 广深高速段落矿山法隧道衬砌断面方案图

3 计算模型及计算参数

模型计算范围选取按照实际需求及圣维南原理，范围为100m（长）×100m（宽）×60m（高），对左右线隧道走向在模拟范围内简化为平行布置，广深高速桩基与隧道相互关系根据实际情况模拟，模型共81236 个节点和73246 个单元，计算模型网格划分如图3所示。边界条件采用位移边界，上表面设置为自由边界，侧边界及底边界对法线方向位移进行约束。

图3 模型网格图

计算模拟过程分以下三步：

（1）在隧道开挖之前，模型在初始地应力下达到平衡状态。

（2）清除塑性区及位移归零，先行隧道矿山法隧道开挖（右线隧道）。

（3）后行隧道矿山法隧道开挖（左线隧道）。

地层参数按地勘资料及相关资料取值。

4 计算结果

下图4为右线隧道贯通后地表变形曲线图，从地表沉降曲线可以看出，右线隧道贯通后地表最大沉降约6.6mm，地表沉降基本以右线隧道轴线为对称轴，影响范围基本上在洞轴线两侧40m 内。下图5为两线隧道均贯通后地表变形曲线图，从图中可以看出，两线隧道贯通后地表最大沉降9.3mm，以两线隧道中部轴线为对称，说明左右线隧道开挖产生地表沉降槽相互影响，且影响程较大，形成“单峰”型地表沉降槽，同时可以看出地表沉降倾斜（表征地表不均匀沉降大小）为0.04%，地表沉降影响范围基本在两线隧道中心线两侧40m 内，施工中对该范围内路面沉降加强监测，发现异常情况，立即采取相应措施。

图4 矿山法隧道右线施工后地表沉降曲线

图5 矿山法隧道两线施工后地表沉降曲线

图6～7 为右线隧道开挖过程中、两线隧道贯通后地表沉降变形云图，从沉降变形云图可以看出：右线隧道施工过程中，地表产生以右线隧道轴线为对称轴的沉降槽，并有一定超前变形量，左线隧道施工过程中，地表沉降槽轴线呈现向左侧偏移趋势，两隧道贯通后地表沉降云图沿两隧道中轴线对称，左线隧道施工过程中对右线隧道沉降槽影响有一定超前效应。