地铁矿山法隧道机械法施工关键工艺比选（论文）.pdf

·1187 · 地铁矿山法隧道机械法施工关键工艺比选 李宝国 1， 卞正涛 2， 张紫洋 2 （1. 北京城市快轨建设管理有限公司，100068，北京；2. 北京建工土木工程有限公司，100015，北京） 摘　要： 研究表明，矿山法隧道机械法施工技术在减少用工数量、降低劳动强度、降低作业风险、避免 群死群伤事故等方面具有显著的优势。通过数值模拟方法对其中的关键工艺进行了深入比选研究，在保证工 程安全质量的前提下，更好地适应和匹配机械化施工的需要，提出了关键工艺的施工参数和控制要求，为矿 山法隧道的机械法施工应用提供指导。 关键词： 地铁工程；矿山法；机械法；施工工艺；数值模拟 中图分类号：TU 74 文献标志码：A 文章编号：1000–4726(2022)09–1187–05 COMPARISON AND SELECTION OF CRITICAL PROCESSES FOR MECHANIZED CONSTRUCTION OF MINED SUBWAY TUNNEL LI B ao-guo 1, BIAN Z heng-tao 2, ZHANG Z i-yang 2 (1. Beijing Urban Express Rail Construction Management Co., Ltd., 100068, Beijing, China; 2. Beijing Construction Engineering Co., Ltd., 100015, Beijing, China) Abstract: The research proves that mechanized construction of mined tunnel has dominant advantages in reducing quantity of workers, lowering down labor intensity & operation risks, and avoiding heavy causalities etc. In-depth comparative research has been done on critical processes by numerical simulation. It can better adapt to and match with the requirements for mechanized construction on the premise of assuring the construction safety & quality. In addition, construction parameters and control requirements for critical processes are defined, to offer guidance for application of mechanized construction of mined tunnel. Keywords: subway project; mining method; mechanical method; construction technology; numerical simulation 近年来，城市轨道交通矿山法隧道机械法施工技 术，已在北京、西安、乌鲁木齐等多项地铁工程中 应用，并取得了一定的研究成果。但研究成果均未对 施工过程中的工艺环节开展进一步优化研究，在施工 过程中，主要沿用原有人力施工的工艺方法和控制要 求，有待在适应和匹配机械化施工需要方面进行深入 研究以及优化施工参数和工艺要求。 本工艺涉及的相关研究及工作范围主要还包含以 下三方面。（ 1）将环形开挖留核心土法与无核心土 开挖方法进行对比分析。在机械法开挖过程中，保留 核心土的工作方法对机械臂的稳定性、灵活性等要求 较高，因此对设备的研发制造成本增加了负担，所以 计划在不留设核心土的情况下进行机械开挖施工，对 留核心土与不留核心土进行了相应的对比研究。（2） 为了尽可能地减弱机械法土方开挖过程中的铣挖工艺 对土体的干扰，分析并对比研究了不同铣挖工艺对隧 道变形的影响，在技术方面为优化铣挖工艺提供了 指导。（3）由于常规人力开挖时每开挖循环 500 mm 的进尺要求，对机械法施工形成了一定的限制，分析 比选了500 mm、750 mm 和1 000 mm3 种进尺参数下 的隧道变形情况，为优化每循环开挖进尺参数，更好 地匹配机械法施工提供基础和依据。 1 暗挖机械开挖方式研究 1.1 环形开挖留核心土法数值计算 （1）计算模型。因为模型在设计施工过程中都 具有相应的空间效应，所以要结合地铁常规隧道模型 的结构尺寸，计算出模型长，取二次衬砌施作为一个 循环 12 m，深度与宽度按 3~5倍洞径，模型长整个 循环尺寸大小分别计算取横向 70 m，纵向12 m,竖向 40 m。计算模型是利用美国 midas GTS NX—大型三 维有限元仿真软件，建立并运行仿真的计算模型，而 岩体结构模拟则采取实体单元，岩石结构本构仿真则 直接采用摩尔库伦计算模型；注浆桩加固区及小孔导 管桩基加固区模拟均未采用任何实体单元，本结构模 拟均使用弹性模型；隧道初期支护体的模拟结构则一 般采用板单元，本结构则采用弹性模型结构；而管网 收稿日期： 2022–06–10 作者简介： 李宝国（1985—），男，黑龙江哈尔滨 人， 工程师， e-mail：40073921@qq.com. *1? ? _ Architecture Technology 1\ 53 思1\ 9 O 2022 ? 98 Vol.53 No.9 Sept. 2022 ·1188 · 棚、小导管体的模拟结构则多采用植入式梁单元模型 构造方式，整个模型结构共计约69 972个单元。 （2）超前加固。选用小导管支护，应采用 32×21 中空锚杆，外插角 9°~12 °， 长 2 m，拱部 150°范围内布置，环向间距 30 cm。格栅钢架间距为 0.75 m，初期支护采用C 20喷射混凝土，二次衬砌选 用C 40 钢架混凝土。 （3）施工步骤。环形开挖留核心土法采用的施 工步骤主要为：先打设超前小导管，形成加固区→对 上半断面进行环形开挖，预留核心土→对上台阶进行 初期支护施工，并同时开