上软下硬地层浅埋暗挖隧道覆跨比研究

上软下硬地层浅埋暗挖隧道覆跨比研究
摘要：伴随社会经济发展，基础设施建设也随之增加，在我国地铁和市政工程中，浅埋暗挖法得到广泛应用，相比于其他方法，浅埋暗挖法的优势和特点更加
显著。

本文主要探究分析上软下硬地层浅埋暗挖隧道覆跨比。

关键词：上软下硬地层；浅埋暗挖；隧道；覆跨比
在隧道施工中，浅埋暗挖法是重要方法之一，同时也是比较常见的方法之一，由于此种
方法的应用有明显优势，因此比较多见，但也同样因施工方法的特殊性给其应用带来一定影响，使其实际应用存在一定的限制。

在上软下硬地层中，对浅埋暗挖法隧道覆跨比的研究非
常重要。

一、浅埋暗挖法的概述
相比于明挖法，浅埋暗挖法不会对正常交通产生影响，同时涉及到的占地和拆迁问题相
对较少；相比于盾构法，浅埋暗挖法可以良好的适应地层，对机械设备的要求不高，且机械
操作简单灵活。

另外，因其自身的施工方法比较独特，使得此种方法的应用存在一定局限性，如不易控制地表沉降等。

对于浅埋暗挖法来说，很多学者对其局限性进行分析和研究，有研究分析了隧道施工过
程中的监测数据，并从力学角度对隧道上覆地层下沉情况进行分析，结果显示浅埋暗挖法施
工的隧道中，其地层塌陷和下沉等情况主要是因围岩几何以及力学特性共同作用而导致的。

同时也有学者利用随机介质法对浅埋暗挖法施工隧道出现的变形和地表移动问题进行研究，
得出相关预测公式。

另外，也有学者基于室内离心模型试验和隧道原位观测，分析和研究了
采用浅埋暗挖法对软弱地层进行施工的管棚法棚架原理，结果显示管棚对周围岩石有加固作用，同时对周围岩石所产生的压力有扩散作用，另外还可以使开挖释放应力减少。

尽管现阶段针对浅埋暗挖法的相关分析研究已经取得诸多成果，但大部分浅埋暗挖施工
通常是在单一土层中实施，对于上软下硬地层，需要进行详细的分析和研究隧道的覆跨比，
需要将覆跨比影响因素和施工期影响因素考虑在内，以保证施工质量。

二、覆跨比及施工期影响因素分析
（一）覆跨比
在浅埋暗挖隧道中，覆跨比是初步设计的重要参数之一，覆跨比的合理性不仅是浅埋暗
挖隧道施工经济性得到保障的前提，而且还是施工安全性得到保障的关键。

在浅埋暗挖隧道
施工中，减少覆跨比可以使建设期成本降低，同时如果涉及到硬质岩层中，可以使开挖难度
降低，在运营期间，覆跨比较小的隧道工程可以便于运营应用，使其客流的吸引力得到增加，通常情况下，通过对跨度的增加或对埋深深度的减小，使覆跨比减小，依据建筑功能对跨度
进行确定，如果跨度过大则会影响结构稳定性，所以通常利用是埋深深度减小的方式减小覆
跨比。

（二）施工期影响因素
通过浅埋暗挖法在城市主干道下方修建隧道，在开挖期间需要保证结构安全性。

在结构
安全性得到充分满足的前提下尽量使车站埋深减小，对车站的运营比较有利。

尽管浅埋暗挖
法的应用可以有效避免交通中断问题，使交通通畅性得到保障，这也是此种施工方法的主要
优势所在，但此种方法也会导致一定的风险问题。

新奥法理论是此种施工方法的核心理念，
将围岩自承载能力充分利用起来，并通过实时监测手段的辅助，以最经济的方式对地下工程
进行修建，但对围岩自承载能力的充分利用意味着围岩将出现变形问题，在人口稀疏的山岭
公路隧道中具有一定的可行性，但在城市主干道下方隧道施工不可行。

隧道开挖施工应避免
对周围建筑、地面道路和地下管线的影响，如果涉及到花岗岩地层，因其具有较大的刚度，
因此避免存在极小的位移，都有损害周围建筑的可能性，甚至会导致地面塌陷以及地下管线
破裂等现象，这些不良事件在施工中在所难免。

总之，在隧道施工中，主要涉及到两方面的
变形问题，一是地面变形，包含了周围建筑位移、地表路面沉降、地下管线位移等，对于此
应做好实时跟踪监测工作，一旦发现不良情况，需要及时作出处理；二是车站自身变形，主
要包括开挖中的变形、初衬变形、二衬沉降，对于此，应保证隧道以及车站的防水要求和耐
久性要求。

三、实际工程案例分析
以某地铁车站工程为例，该地为明显地上软下硬地层，工程结构包括地下两层岛式站台车站，通过浅埋暗挖法进行施工，覆跨比的初步设计为0.465,埋深为10米，通过复合式衬砌额结构砌筑，洞室内跨度为21.5米，选用高性能防渗喷射混凝土联合湿喷混凝土作为初期支护，喷层厚度为0.3米。

在初步设计中，保持其他因素不变的条件下，对覆跨比变化与地表位移情况之间关系进行研究，在数值模型中，将车站结构抬高，并抬高加固区，直至模型不收敛，本工程中初步设计的覆跨比为0.465，以覆跨比的10%为单位减小，即将覆跨比设计为0.0465，并模拟开
挖施工。

在开挖好隧道之后，由于受到荷载影响，围岩将出现自我调节，难以保持自身的稳定性，逐渐形成压力拱。

从岩石力学角度来说，压力拱形成的关键在于岩层中存在拱效应，同时也是隧道顶部围岩不断变化发展的最终形态，此时围岩将逐渐成为一个拱形，且处于相对稳定的状态，这一拱形也被称为压力拱。

对此种现象的研究可以了解岩体自承载能力，同时了解洞室稳定机理，为隧道施工和支护设计提供参考。

另外，通过浅埋暗挖法进行施工过程中，隧道上方土体进入塑性区的土方量以及塑性区大小均会影响着隧道安全。

在对开挖稳定性进行研究过程中，本工程对各覆跨比下开挖结束后塑性区位置和大小进行模拟分析和计算，并利用对初衬结束后隧道主应力迹线图的分析，对压力拱范围进行确定，通过对上述结果的分析和统计，可以对覆跨比进行合理化确定。

结语：
对于上软下硬地层的隧道工程来说，浅埋暗挖法施工占有一定优势，在多种情况下均可适用，但在浅埋暗挖法应用过程中，需要对覆跨比进行控制，只有控制有覆跨比才能保证工程的合理性和稳定性，提升工程整体质量。

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