浅埋隧道的设计与施工特性研究—以马来西亚的PLUS南北公路为例--论文翻译.docx

武汉科技大学本科毕业论文外文翻译武汉科技大学本科毕业论文外文翻译1Challenging features in design and execution of a low overburden underpass - A case history from Malaysia: PLUS North-South HighwayR.R.Osgoui , A. Poli , M. Pescara TA-AITES World Tunnel CongressUnderground spaces in the service of a sustainable society and the 37th ITA-AITES General Assembly20-26 May, 2011, Helsinki, Finland浅埋隧道的设计与施工特性研究浅埋隧道的设计与施工特性研究——以马来西亚的以马来西亚的 PLUSPLUS 南北公路为例南北公路为例R.R.OsgouiR.R.Osgoui , , A.A.保利保利 , , M.M.派斯卡派斯卡 ITA-AITES 世界隧道大会世界隧道大会为可持续发展社会服务的地下空间和第为可持续发展社会服务的地下空间和第 37 届届 ITA-AITES 大会大会2011 年年 5 月月 20 日至日至 26 日，芬兰赫尔辛基日，芬兰赫尔辛基武汉科技大学本科毕业论文外文翻译武汉科技大学本科毕业论文外文翻译2浅埋隧道的设计与施工特性研究浅埋隧道的设计与施工特性研究——以马来西亚的以马来西亚的 PLUSPLUS 南北公路为例南北公路为例R.R.OsgouiR.R.Osgoui , , A.A. 保利保利 , , M.M. 派斯卡派斯卡 , , GeodataGeodata EngineeringEngineering SpA.SpA. 意大利意大利摘要：摘要：近年来，地下和地面结构之间的相互作用问题迅速增加，特别是在城市地区。

本文通过管幕法（管屋顶）处理浅埋隧到的设计和施工，以保证面部的稳定性，尽量 减少表面沉降和避免交通限制案例正在马来西亚 PLUS 南北高速公路项目中建设，位 于巴东贝萨与怡保之间的新电气双轨隧道管幕法是通过微型挖掘实现的管顶技术实 现的，所以重点关注屋顶管拱设计的主要方面和施工难点，具有 3-5 米厚度残留土层 的 Berapit 双轨隧道的长度为 70 米，每个隧道由一系列直径为 780 毫米的钢管预支撑 从操作的角度来看，管拱技术的实施涉及到诸多困难和风险，包括地面条件差，覆盖 困难，几何结构复杂，现有结构的存在，施工质量以及复杂工作中的不确定性等关 键技术，主要程序和相关困难在下文中详细说明通过现场观察数据对该方法的机理 和结果进行了检验关键词关键词：地下通道 钢屋顶管拱法 预支撑法 管顶技术 微型隧道 沉降 PLUS 高速公路1 1、工程概述、工程概述挖掘浅埋隧道，可以使用隧道顶升法，切割和覆盖法，表面开采与地面开挖相结 合法等适当的技术 采用这些方法进行施工，会受到一些要求限制，特别是对于主干 道或高速公路，是不能停止工作的 在这种情况下，唯一可能的解决方案是对预支撑 技术（钢管幕）和隧道面或入口（玻璃纤维元件）的地面加以改进后再进行开采。

一 般来说，管幕法是通过将钢管插入前进面而制成预支撑的技术，如图 1 所示在隧道的顶部纵向安装一些大型钢管或混凝土管时，可通过微型挖掘技术（顶管） 进行挖掘 根据地面条件，这种技术可以通过微管道钢管的管屋顶实现 考虑到结 构作用，它是一种在隧道开挖方向纵向梁作用的预支撑系统[2]在隧道上方安装的钢 管相互连接，形成屋顶状结构，称为管道屋顶 这些互锁的空间被具有刚性和防腐性 的混凝土所密封 为了提高管顶的强度，将混凝土注入中空管内随着开挖的进行， 形成了通过管顶的纵向梁支撑上覆载荷的机构此外，地面损失控制是开挖地下通道 的最重要的问题，地面变形是一个主要问题，因为如果不受控制，将会导致地面沉降 的积累 要尽量减少地面沉降，首先要削减地面损失 这可以通过利用恒定面压力武汉科技大学本科毕业论文外文翻译武汉科技大学本科毕业论文外文翻译3的微型焊接管屋顶技术来实现 此外，这种技术还保证了前进面的纵向跨度的稳定性， 并且减小了软土地面中的主支撑件上的载荷Microtunnelling 允许较大的钢管惯性， 其定向挖掘允许的能力也可以长时间穿透而不偏离理想轴，因此，尽管相当昂贵，但 是微型挖掘技术的应用也在不断增加[1]。

图 1 钢管屋顶法1.11.1、管幕法的发展情况、管幕法的发展情况由于管幕法被划分为所谓的管式方法，因此简要回顾了该方法的创新和过去经验 管幕法的发明和成功应用首先在意大利和日本 隧道在恶劣的地面条件下，或者如果 在隧道顶部上方有浅层地面，则需要在面前加强岩石或土体 管幕法是一种地面加固 技术，其中在开始挖掘之前放置隧道段的全部或部分支撑 管幕法通常在以下条件下 使用[2]：（1）隧道以上有浅层覆盖层的存在，（2）需要限制地面沉降，（3）地面 条件恶劣许多研究人员研究隧道面稳定性与城市浅层隧道地表沉降相关的问题 在土壤地 面条件下，采用纵向玻璃纤维管道灌注到地面时，需要采用预先加固的核心，在需要 控制面部稳定性的地面条件下开挖隧道[3， 4，5] 这种技术通常与预先切割的技术，钢管幕（管顶）或喷射灌浆拱结合，可以进行头 部和台面或全面开挖管幕法的成功应用之一是在意大利米兰建造的大型地下威尼斯 火车站，宽度有 22.8 米，而覆盖层仅有 4 米[6]Tan＆Ranjith [7]通过使用 2-D 有限差分法（FLAC2D）研究了管屋顶幕对隧道腔收 敛，面变形和表面沉降的影响 这种分析结果表明，由钢管形成的隧道屋顶对隧道诱 发位移提供了抑制作用，有助于减少隧道变形和相应的地表沉降。

直接在地面上方的 地面沉降可以减少所产生的沉降物的 40-50％，而不需要任何管道加固武汉科技大学本科毕业论文外文翻译武汉科技大学本科毕业论文外文翻译4森田等[8]已经在日本的五个不同的项目中采用浆体屏蔽微 TBM 的管幕应用其中 一例，他们使用有限元法对大洞穴顶部的钢管屋顶进行了建模与实际工况相比，考 虑到每个管道的土壤条件，顶推力，顶升速度以及每个管道屋顶开挖后的最大表面沉 降情况Ahuja 和 Sterling [9]通过使用 FLAC3D 的 3-D 有限差分法研究了微型隧道辅助管 道屋面对每个管道屋顶的挖掘和安装造成的地面损耗进行了建模和分析在三维建 模中考虑了模型设置，管道屋顶安装和隧道掘进的顺序最近，Poli 等人[1]将地下通道的解决方案与风险管理方法相结合，包括设计，连 续监测和施工跟踪这种全面的方法已被证明在成功的通行证解决方案中最有效这些情况表明，在困难的地面条件下进行隧道掘进的管幕技术已经成为隧道工程成 功的关键部分2 2、地质力学条件、地质力学条件建成高速公路隧道的地面是土层和岩层之间的混合 花岗岩基岩预计距离右侧管 反射一小段距离，由冲积土壤沉积物和残余土壤层叠，由于风化花岗岩，岩土力学性 质差。

在上部的 PLUS 高速公路上，有一个路堤 在这个地区，水位一般位于地表附 近，保持堤防处于干燥状态设计中使用的岩土参数见表 1表 1 数值分析中使用的岩土参数武汉科技大学本科毕业论文外文翻译武汉科技大学本科毕业论文外文翻译53 3、、PLUSPLUS 南北高速公路隧道南北高速公路隧道Brapit 双孔隧道的总长度为 2900m，单孔面积为 50-60㎡，在具有不同程度的风 化和压裂的花岗岩介质中进行挖掘上覆层在 110 米到 220 米之间变化 在这条双层 钻孔隧道 236.6km 处应在残余土壤和花岗岩床岩内的 PLUS 高速公路下通过 地下隧 道开挖与液压涵洞相互作用，扩大了工作问题 地下隧道和现有结构的布局如图 2 所 示地下双隧道在土壤中由重型支护段类型分配，如图 3 所示图 2 地下隧道和现有结构的布局图 3 用于地下通道的重支撑段类型4 4、数值分析、数值分析由于可用的管幕法分析解决方案不能提供有关地面变形和表面的更详细信息计算， 数值模型的使用变得不可避免 数值分析的主要目的是调查隧道的稳定性，验证隧道 支护的充分性，预测塑性区和隧道收敛的程度，最后预测 PLUS 高速公路的地表沉降， 这是主要关注的问题。

为了达到这一目标，使用软件 PHASE2 [10]，采用 2 维平面应 变弹塑性有限元数值模型，其全局视图如图 4 所示武汉科技大学本科毕业论文外文翻译武汉科技大学本科毕业论文外文翻译6图 4 全局视图的数值模型4.14.1 模型定义模型定义为了精确模拟双隧道的挖掘步骤，研究每个开挖步骤中地基的应力，位移和塑性变 化，所以需要进行多阶段开挖因此，为了模拟挖掘阶段，共考虑了 14 个步骤按照步骤 1 和 2 分别与地面和交通负荷的地静位置状况相关联，步骤 3 至 8 和 9 至 14 分别属于第一和第二隧道的挖掘分段模型应能够模拟在安装支撑措施之前发生 的变形因此，为了使隧道逐渐收敛，使用等效模数的方法[11]隧道边界内的地面 区域的初始模量逐渐降低（包含材料），允许隧道会聚，直到支撑措施安装对应于 30％的松弛的减小的模量，类似于实现通过玻璃纤维元件的面增强的前进状态在数 值模型中，为了模拟埋在喷浆混凝土层内的钢筋的存在，使用了由 Carranza-Torres [12]开发的等效梁配方数值分析中使用的支持措施的特点如表 2 所示表 2 管幕法和支撑元件在数值模式下使用的特点武汉科技大学本科毕业论文外文翻译武汉科技大学本科毕业论文外文翻译7主要支持（喷浆混凝土+钢丝绳）在放松 30％后成立。

根据 Kavvadas 公式，该值 为 30％松弛（Pi / P0 = 0.7）与等效模量 19.7MPa 相关[11] 在这种情况下，逐渐 挖掘，面部的 3-D 效应以及所用的玻璃纤维元件的效果是非常好的 为了减少地面运 动，在隧道表面附近注入混凝土，防止隧道向上流动并控制隧道倒置的位移4.24.2 地面沉降地面沉降由于地下道路建设的重大关切是尽量减少地面沉降，使所有阶段都应该引起沉降 沉降 第 14 阶段的总诱导沉降计数器及其横截面分别如图 5 和图 6 所示最大表面 沉降获得约 6.7 mm，因为 PLUS 公路的允许沉降定义为 δadm= 20 mm 使用这些值可 以定义与表面沉降测量相关的注意力和报警极限，如表 3 所示为了缓解施工可能造 成的高风险，必须遵循基于风险管理方法的组织良好的施工方案图 5 第 14 号隧道开挖后的隧道位移和定居点图 6 双隧道开挖引起的横向地表沉降剖面图武汉科技大学本科毕业论文外文翻译武汉科技大学本科毕业论文外文翻译8表 3 要考虑的注意/报警限值5 5、实施管拱解决方案、实施管拱解决方案采用管道顶压技术，采用泥浆微型掘进方式安装了每套包括 27±7 个屋顶管的钢管 拱。

每根管子直径 78 厘米，厚 10mm，长 6 米（图 7（1））管拱的左孔在 PLUS 高速 公路上大约 59m，右孔约为 62.5m因此，为了完成每个驱动器，一系列 6m 管道使用 插口焊接在一起为了初始化管道屋顶，建造了一个发射坑，用于每个驱动器的发射 泥浆屏蔽和顶升目的（图 7（2））构建了在每个驱动器末端检索浆料屏蔽机的接收 坑为了保持坑的稳定性，在发射和突破的入口处建立了微孔壁通过海瑞克 AG AVN 500 型浆液屏蔽机（图 7（2））进行管顶起重机的有效作用力约为 3000kN起重轴 尺寸为 9m×15m，接收轴尺寸为 4m×15m武汉科技大学本科毕业论文外文翻译武汉科技大学本科毕业论文外文翻译9图 7（1）通过顶管实现屋顶管道（2）在发射坑开始微隧道（3）PLUS 高速公路下方的 管顶（4）管道损坏5.1。