超浅埋矩形暗挖隧道施工技术研究.docx

科技开发项目申请立项报告

项目名称:超浅埋矩形暗挖隧道施工技术研究
申请单位:中交二航局
项目负责人:罗卫
申请时间:2009年3月
项目委托单位:中交第二航务工程局有限公司

中交第二航务工程局有限公司

项目提出单位项目委托单位
项目批准单位及文号1.项目研究的主要内容及技术方案
1.1、研究目的和意义
近年来，由于基础设施的大建设和交通的大发展，出现了大量下穿既有铁路和公路或在既有结构旁近距离修建隧道工程的实例，如深圳地铁重叠隧道、广州地铁三号线盾构隧道下穿广州火车站、包兰线增建二线八米源隧道下穿既有陇海铁路、206国道改造工程拾荷隧道下穿广梅汕铁路等。在运营繁忙的公路、铁路和既有建筑物等结构物下面修建隧道或下穿通道等地下工程时，在目前的技术条件下多采用暗挖的施工方法。如此以来，对于既有铁路、公路及其它构筑物下的浅埋隧道来说，不仅要受到地层和自身永久荷载的作用，而且还会受列车（汽车）动载作用。而当隧道的覆盖层较薄且地面荷载较大或者穿越一些不良地层时，隧道结构的受力和周围地层的变形将会非常复杂，加上下穿隧道往往具有大断面和大跨度的特点，其自身的建设对施工方法和技术水平等具有很高的要求。因此类似的近接施工工程具有很大的难度和风险，处理不当，则可能造成结构的损坏和功能的失效，给人民生命和财产带来严重损失。因此，如何确保在工程施工过程中新建隧道结构的受力安全性，有效控制地面或既有结构物的沉陷，全面保持地层处于稳定状态，降低工程成本，提高经济效益，便成为类似工程迫切需要解决的一系列问题。
尽管隧道施工技术在国内外均已得到了很大的发展，在地层较为均一、施工环境较为简单的情况下已经取得了阶段性的成果。然而，对于铁路、公路及其它构筑物下的浅埋隧道来说，汽车、列车等动荷载的作用程度及相邻结构物的影响规律等方面的相关理论及规范还非常欠缺，尤其是在下穿隧道具有大断面、大跨度、薄覆盖层等特点的情况下，无论是在其自身结构物的安全分析方面，还是在环境效应的控制、施工风险的评估方面，既有的成果都存在较大的不足。
龙大高速下穿通道的建设又使这一技术难题重新凸显出来。为了确保万无一失，很有必要对汽车动荷载下大跨度、大断面隧道结构的安全性能、环境效应及施工风险等问题作深入详细地分析。同时，相关研究成果也可以为类似工程提供技术参考或指导，进一步提高我国复杂条件下隧道工程施工的技术水平。

1.2、研究内容、技术方案：
（1）隧道施工过程中动态仿真数值模拟模型的建立。
通过对高速公路上的汽车动荷载的作用规律展开分析，得到更为合理的汽车动荷载模拟方法；结合依托工程自身特点，研究开挖过程中初始地应力的释放规律；并采用大型有限元（有限差分）程序，建立下穿通道施工过程中动态仿真数值模拟模型。
（2）下穿高速超宽矩形断面隧道施工过程监测及其反演分析
现场监测结果的反演分析及进一步施工时产生的受力、变形状况预测。比较现场阶段性的实测结果和动态仿真数值模拟同阶段的计算结果，进一步探寻结构受力及地层位移的发展规律，进行反演分析，调整岩土体的物理力学参数或监测点的布置位置，并对下一阶段施工中研究对象的受力、变形状态进行预测，如此反复，直至施工完毕。
（3）超浅埋暗挖隧道结构安全性评估及施工工艺的可行性分析
基于动态仿真数值模拟模型和阶段性的监测结果，对已确定施工方案的各个阶段中大跨度下穿通道的受力状况和收敛位移等进行深入分析，对下穿隧道结构安全性能及施工方法的可行性进行评价，并针对施工中的薄弱环节及可能出现的意外提出可行的控制措施。
（4）施工期高速公路地面沉降及对策
对于超浅覆的高速公路而言，地表变形（主要是不均匀沉降）的大小直接决定了其运营安全。根据高速公路的等级和设计标准，建立合理的运营安全控制标准（变形允许值等）；基于动态仿真数值模拟模型和阶段性的监测结果，对各阶段地层的变形和位移展开深入分析，并准确预测最终的地表沉降和地层位移（包括后期沉降），分析新建隧道施工对既有公路的影响程度，评价其运营安全。
（5）超宽矩形断面浅埋隧道主要设计、施工参数的优化分析
支护参数和施工参数不同，施工中结构的受力状态和地层位移等会有很大的差别。本课题将对涉及到的主要设计、施工参数和支护参数展开详细讨论，深入分析各个参数对结构受力和地层位移的影响规律，在满足施工安全和使用功能的前提下，优化近接施工中的各主要参数，确保工程安全。
（6）下穿高速路超宽矩形断面浅埋隧道施工中风险的分析
复杂条件下隧道近接施工涉及到众多的不确定性，其在建设阶段存在着众多的技术风险。本课题将在广泛调研国内外隧道施工风险相关文献的基础上，对复杂条件下隧道近接施工风险事故（出现的或可能出现的）进行风险辨识，并对风险事故产生的机理进行分析；提出适用于复杂条件下隧道近接施工的风险定义模式，建立风险