本發(fā)明屬于淺埋暗挖隧道施工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種淺埋暗挖隧道穿越箱涵的施工方法。

背景技術(shù)：

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設(shè)的加速,國內(nèi)城市地鐵交通建設(shè)發(fā)展也越來越迅速。在地鐵交通建設(shè)中,會經(jīng)常遇到隧道穿越既有建筑物、道路、水渠等地面障礙，還包括地下的下水道、箱涵、管路等地下障礙，此類區(qū)段往往影響隧道施工進度和施工安全，在此類區(qū)段施工隧道時既要控制隧道影響范圍內(nèi)的沉降，又要確保工程本身的安全性和進展順利,因此對不同的情況采用相應(yīng)的應(yīng)對技術(shù)十分必要。

箱涵是城市地下建筑中常見的排水裝置，淺埋暗挖隧道時，遇到箱涵可以提前下降隧道開挖深度，然后從箱涵下部安全穿過，但是這種方法需要提前大距離開始傾斜開挖隧道增加隧道施工埋深，但是地下進行施工隧道范圍有限，而且在淺埋層中不能完全避開箱涵對隧道的影響，不僅需要過大改變施工方向，而且得不到理想的效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種淺埋暗挖隧道穿越箱涵的施工方法，其隧道變化階段較短，而且隧道底部的開挖深度不變，僅僅改變隧道的截面形狀，巧妙的避開了現(xiàn)有箱涵對隧道施工的影響。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種淺埋暗挖隧道穿越箱涵的施工方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

步驟一、施工準(zhǔn)備：

步驟101、確定箱涵位置：采用雷達探測箱涵與所施工隧道的相對位置，所述箱涵位于所施工隧道上方且與所施工隧道相交，箱涵的底部與所施工隧道底部之間的距離h₁小于所述所施工隧道的高度h，

步驟102、修筑防水帷幕：對所施工隧道修筑注漿帷幕進行防水；

步驟103、施工管棚：

步驟103-1、采用長度為L的管棚對所述箱涵進行支托，所施工隧道一側(cè)相平行等間距布設(shè)有N個管棚，N≥5，所述管棚與所施工隧道之間的外插角為α，施工管棚的高度與箱涵底部的高度h₁相等，所施工隧道的另一側(cè)設(shè)置有M個相平行等間距布設(shè)的管棚，M＝N且M個管棚與N個管棚沿隧道軸線對稱布設(shè)，其中，管棚的長度L₃為所施工隧道的收尾段結(jié)束的位置與箱涵之間的距離，L₁為管棚的起始位置與箱涵之間的距離，d為箱涵的寬度；

步驟103-2、對步驟103-1中設(shè)置好的管棚進行注漿加固；

步驟二、準(zhǔn)備段施工：對所施工隧道的準(zhǔn)備段進行止水帷幕注漿，并且在地表施工旋噴樁對土體進行固結(jié)加固，所述準(zhǔn)備段采用上CD下臺階法進行施工，在掘進的同時要對所施工隧道的準(zhǔn)備段進行加固處理并設(shè)置鋼架，在鋼架閉合成環(huán)后對拱部兩側(cè)人工開注漿眼進行注漿止水；

步驟三、確定箱涵段的尺寸：

步驟301、確定箱涵段的高度：所述箱涵段的高度h₃＝h₁-Δh₁，其中，Δh₁為箱涵底部的地基厚度，所施工隧道的下垂過渡段每掘進一米其高度的變化值ΔH為：所述箱涵段的高度h₃減去2Δh之后大于隧道內(nèi)列車的行車安全區(qū)域的高度h₂，Δh為開挖所施工隧道后施工襯砌和支護的厚度；

步驟302、基于有限元法確定箱涵段的寬度：根據(jù)箱涵段的高度變化值ΔH確定n種箱涵段隧道寬度D_i＝{D₁，D₂，...D_j，…D_n},D_j為第j種箱涵段對應(yīng)的隧道寬度，其中，j＝{1,2,...,n}，并將實際尺寸第j種箱涵段對應(yīng)的隧道寬度D_j整理記錄；

步驟302-1、建立有限元模型：先通過對實際的地形和地質(zhì)情況的勘察并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)初建地質(zhì)模型，然后根據(jù)確定的n種箱涵段的隧道寬度D_i在已建立的所述地質(zhì)模型上開設(shè)模擬隧道，一個所述地質(zhì)模型開設(shè)一個所述模擬隧道并與相對應(yīng)的箱涵段隧道寬度D_j相對應(yīng)，n個所述模擬隧道上分別設(shè)置相同厚度的初期支護層和相同密度與外插角的錨桿，得到n個已建立的幾何模型；

步驟302-2、設(shè)置模型參數(shù)：根據(jù)步驟302-1所建立的n個幾何模型結(jié)合隧道的具體情況分別對模型進行相同的方式處理，根據(jù)步驟302-1中勘察的結(jié)果對幾何模型設(shè)定相同的材料參數(shù)，根據(jù)步驟302-1中建立的幾何模型與實際地形的約束情況的比較對幾何模型添加相同的邊界約束，得到已設(shè)定的n個有限元模型；

步驟302-3、分析有限元模型：根據(jù)步驟302-2中所設(shè)定好的n個具有材料參數(shù)的有限元模型，先對所述有限元模型布設(shè)相同數(shù)量的種子，并根據(jù)布設(shè)的種子選擇三維立體單元類型的網(wǎng)格對模型進行劃分網(wǎng)格處理，并設(shè)置相同的分析步，然后對已建立好的有限元模型進行分析，分析的結(jié)果生成圖表的形式；

步驟302-4、整理分析結(jié)果并確定箱涵段寬度：通過對步驟302-3中的有限元模型的分析結(jié)果的整理和采集提取模擬隧道的應(yīng)變和應(yīng)力，并選擇應(yīng)變和應(yīng)力最小的有限元模型作為最優(yōu)模型，并將所述應(yīng)變和應(yīng)力最小的有限元模型的模擬隧道的寬度轉(zhuǎn)化為具體的箱涵段的寬度；

步驟四、下垂過渡段施工：

步驟401、施工下垂過渡段時的圍巖加固：進行下垂過渡段施工時，對所述施工隧道進行止水帷幕注漿，并且在地表施工旋噴樁對土體進行固結(jié)加固；

步驟402、對隧道的下垂過渡段進行開挖:下垂過渡段的掘進方式為上CD下臺階法，拱頂根據(jù)高度差等差降低至步驟三中箱涵段的設(shè)計高度，邊墻根據(jù)直徑差等距變寬至步驟三中箱涵段的設(shè)計寬度，但隧道底部相對位置保持不變，施工下垂過渡段時，在掘進的同時要對所述下垂過渡段已施工隧道進行加固處理并設(shè)置鋼架，在鋼架閉合成環(huán)后對拱部兩側(cè)人工開注漿眼進行注漿止水；

步驟403、設(shè)置下垂過渡段的檢測點：所述下垂過渡段起始位置和結(jié)束位置安裝的鋼架均設(shè)置有用于測量和記錄隧道拱頂沉降數(shù)據(jù)的沉降檢測裝置和用于測量和記錄隧道邊墻收斂數(shù)據(jù)的收斂檢測裝置；

步驟404、初次檢驗下垂過渡段的支護強度：完成對下垂過渡段的開挖后，讀取下垂過渡段開始位置和結(jié)束位置安裝的沉降檢測裝置和收斂檢測裝置的讀數(shù)，若下垂過渡段的沉降和收斂超過安全范圍，就要對下垂過渡段進行安全檢查和支護加固，若所下垂過渡段的沉降和收斂在安全范圍內(nèi)，則結(jié)束所述下垂過渡段的施工；

步驟五、箱涵段施工：

步驟501、施工箱涵段時的圍巖加固：對箱涵段施工隧道的內(nèi)壁進行加倍加固，拱頂和邊墻設(shè)置雙層超前支護，在箱涵的底部地層增大注漿量進行注漿固結(jié)土體；

步驟502、對隧道的箱涵段進行開挖:箱涵段的掘進方式為CRD法，施工箱涵段時，在掘進的同時要對箱涵段已施工隧道進行加固處理并設(shè)置鋼架，在鋼架閉合成環(huán)后對拱部兩側(cè)人工開注漿眼進行注漿止水；

步驟503、設(shè)置箱涵段的檢測點：所述箱涵段中間位置和結(jié)束位置安裝的鋼架均設(shè)置有用于測量和記錄隧道拱頂沉降數(shù)據(jù)的沉降檢測裝置和用于測量和記錄隧道邊墻收斂數(shù)據(jù)的收斂檢測裝置；

步驟504、初次檢驗箱涵段的支護強度：完成對箱涵段的開挖后，讀取下垂過渡段的結(jié)束位置以及箱涵段的中間位置和結(jié)束位置安裝的沉降檢測裝置和收斂檢測裝置的讀數(shù)，若箱涵段的沉降和收斂超過安全范圍，就要對箱涵段進行安全檢查和支護加固，若箱涵段的沉降和收斂在安全范圍內(nèi)，則結(jié)束箱涵段的施工；

步驟六、上挑過渡段施工：

步驟601、施工上挑過渡段時的圍巖加固：進行上挑過渡段施工時，對所述施工隧道進行止水帷幕注漿，并且在地表施工旋噴樁對土體進行固結(jié)加固；

步驟602、對隧道的上挑過渡段進行開挖:上挑過渡段的掘進方式為上CD下臺階法，拱頂根據(jù)高度差等差升高至所施工隧道正常段的高度，邊墻根據(jù)直徑差等距變窄至所施工隧道正常段的寬度，但隧道底部相對位置保持不變，施工上挑過渡段時，在掘進的同時要對所述上挑過渡段已施工隧道進行加固處理并設(shè)置鋼架，在鋼架閉合成環(huán)后對拱部兩側(cè)人工開注漿眼進行注漿止水；

步驟603、設(shè)置上挑過渡段的檢測點：所述上挑過渡段結(jié)束位置安裝的鋼架設(shè)置有用于測量和記錄隧道拱頂沉降數(shù)據(jù)的沉降檢測裝置和用于測量和記錄隧道邊墻收斂數(shù)據(jù)的收斂檢測裝置；

步驟604、初次檢驗上挑過渡段的支護強度：完成對上挑過渡段的開挖后，讀取箱涵段的結(jié)束位置和上挑過渡段的結(jié)束位置安裝的沉降檢測裝置和收斂檢測裝置的讀數(shù)，若上挑過渡段的沉降和收斂超過安全范圍，都要對上挑過渡段進行安全檢查和支護加固，若上挑過渡段的沉降和收斂在安全范圍內(nèi)，則結(jié)束上挑過渡段的施工；

步驟七、收尾段施工：對所施工隧道的收尾段進行止水帷幕注漿，并且在地表施工旋噴樁對土體進行固結(jié)加固，所述收尾段采用上CD下臺階法進行施工，在掘進的同時要對收尾段的已施工隧道進行加固處理并設(shè)置鋼架，在鋼架閉合成環(huán)后對拱部兩側(cè)人工開注漿眼進行注漿止水，當(dāng)隧道掘進至距離箱涵位置L₃的位置時，結(jié)束收尾段施工；

步驟八、檢驗穿越箱涵總體施工隧道段的支護強度：

所述步驟七中收尾段施工結(jié)束后，暫停施工等待一段時間后讀取所有沉降檢測裝置和收斂檢測裝置的數(shù)據(jù)，判斷數(shù)值是否符合強度要求，如果符合要求則對已開挖隧道進行隧道內(nèi)壁進行襯砌施工，如果不符合要求則需要對已開挖隧道進行安全排查和加固，直到符合要求為止；

步驟九、恢復(fù)所施工隧道的正常開挖：穿越箱涵施工完成，恢復(fù)隧道的正常施工。

上述的一種淺埋暗挖隧道穿越箱涵的施工方法，其特征在于：所述上CD下臺階法的施工步驟如下：

步驟a、開挖上層左側(cè)的Ⅰ部并安裝鋼架：首先，在拱部和中隔壁設(shè)置超前小導(dǎo)管并注漿，然后，開挖Ⅰ部并預(yù)留核心土，開挖后，對隧道開挖的Ⅰ部進行初噴砼、安裝鋼筋網(wǎng)、安裝拱頂及邊墻的鋼架，邊墻設(shè)置砂漿錨管并安裝中隔壁和臨時仰拱，最后設(shè)置鎖腳錨管，拱部預(yù)埋注漿管并注漿，噴砼至設(shè)計厚度；

步驟b、開挖上層右側(cè)的Ⅱ部并安裝鋼架：首先，在拱部設(shè)置超前小導(dǎo)管并注漿，然后，延后Ⅰ部開挖Ⅱ部并預(yù)留核心土，開挖后，對隧道開挖的Ⅱ部進行初噴砼、安裝鋼筋網(wǎng)、安裝拱頂及邊墻的鋼架，邊墻設(shè)置砂漿錨管并安裝中隔壁和臨時仰拱，最后設(shè)置鎖腳錨管，拱部預(yù)埋注漿管并注漿，噴砼至設(shè)計厚度；

步驟c、開挖下層的Ⅲ部并安裝鋼架：首先，延后Ⅱ部開挖Ⅲ部并預(yù)留核心土，開挖后，對隧道開挖的Ⅲ部進行初噴砼、安裝鋼筋網(wǎng)、安裝邊墻的鋼架，然后施工邊墻的砂漿錨管，噴砼至設(shè)計厚度；

步驟d、閉合成環(huán)：首先，開挖隧底，開挖后對隧道開挖的隧底進行初噴砼、安裝鋼筋網(wǎng)、安裝鋼架，然后噴砼至設(shè)計厚度，隧道支護閉合成環(huán)。

上述的一種淺埋暗挖隧道穿越箱涵的施工方法，其特征在于：所述步驟103-1中的所述管棚的起始位置與箱涵位置的距離L₁＝9m～11m。

上述的一種淺埋暗挖隧道穿越箱涵的施工方法，其特征在于：所述步驟103-1中的管棚與隧道的外插角α＝20°，相鄰兩個管棚在隧道壁上的設(shè)置位置間隔為20cm～30cm。

上述的一種淺埋暗挖隧道穿越箱涵的施工方法，其特征在于：所述收尾段結(jié)束位置與箱涵的距離L₃等于所述管棚的起始位置與箱涵的距離L₁，取L₁＝L₃＝10m。

上述的一種淺埋暗挖隧道穿越箱涵的施工方法，其特征在于：所述下垂過渡段、箱涵段和所述上挑過渡段設(shè)置的拱架與拱架之間的距離小于正常段設(shè)置的拱架與拱架之間的距離。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明通過設(shè)置下垂過渡段和上挑過渡段，將正常段的隧道的寬和高逐漸改變的適應(yīng)箱涵底的地形條件，在不改變隧道線路的方向的前提下安全穿過箱涵施工，巧妙的避免了箱涵對隧道施工的影響。

2、本發(fā)明通過采用有限元分析法對所施工隧道變斷面施工的斷面尺寸進行了有限元分析，采用最優(yōu)方案的尺寸和形狀也能夠增加隧道的抗沉降和收斂的能力。

3、本發(fā)明通過設(shè)置沉降檢測裝置和收斂檢測裝置，對已挖隧道的沉降情況和收斂情況實時檢測，一旦超過安全標(biāo)準(zhǔn)要求的沉降量和收斂量，便要停止施工對已施工部分進行安全排查，極大的避免了危險的發(fā)生。

4、本發(fā)明通過設(shè)置密集的拱架，雙倍的加固，保證在箱涵段施工時能夠提供足夠強度和足夠安全的支護，保證施工進度和施工安全。

綜上所述，本發(fā)明隧道變化階段較短，而且隧道底部的開挖深度不變，僅僅改變隧道的截面形狀，巧妙的避開了現(xiàn)有箱涵對隧道施工的影響，在保證施工安全的前提下，保證施工進度。

下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)流程圖。

圖2為本發(fā)明的管棚支托結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明的上CD下臺階法的流程圖。

圖5為本發(fā)明的箱涵段隧道截面與正常隧道截面的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明的上CD下臺階法的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明的沉降監(jiān)測點和收斂點在拱架上的布設(shè)位置示意圖。

圖8為本發(fā)明的箱涵段隧道有限元模型分析圖。

附圖標(biāo)記說明:

1—箱涵； 2—下垂過渡段； 3—上挑過渡段；

4—箱涵段； 5—管棚； 6—正常段；

7—超前小導(dǎo)管； 8—砂漿錨管； 9—鎖腳錨管；

10—臨時仰拱； 11—鋼架； 12—中隔壁；

13—沉降檢測裝置； 14—收斂檢測裝置； 15—注漿管；

16—準(zhǔn)備段； 17—收尾段。

具體實施方式

一種淺埋暗挖隧道穿越箱涵的施工方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、施工準(zhǔn)備：

步驟101、確定箱涵位置：采用雷達探測箱涵1與所施工隧道的相對位置，所述箱涵1位于所施工隧道上方且與所施工隧道相交，箱涵1的底部與所施工隧道底部之間的距離h₁小于所述所施工隧道的高度h，

如圖2和圖3所示，需要說明的是箱涵1的底部與所施工隧道底部的距離h₁小于所述所施工隧道的高度h，說明箱涵1的高度過低，影響到所施工隧道的原計劃施工，所述箱涵段4的高度h₃減去2Δh之后大于隧道內(nèi)列車的行車安全區(qū)域的高度h₂，所述隧道的加固層和襯砌厚度2Δh包括拱頂?shù)囊r砌和支護Δh以及仰拱的襯砌和支護Δh，表明在隧道箱涵段4內(nèi)列車可以保持正常行駛且與隧道壁有一定的安全距離，總之，所述箱涵1的位置與所施工隧道底部的距離不僅小于所施工隧道的高度，而且要保證箱涵段4襯砌后的隧道能夠保證列車的正常行駛，對于整段所施工隧道的底部高度是不變化的，在穿越箱涵1時，只需對所施工隧道的拱頂高度和兩側(cè)寬度進行調(diào)整，且需要所述箱涵段4的高度h₃減去2Δh之后大于隧道行車的安全高度h₂，即h₃＞h₂，所述隧道內(nèi)列車的行車安全區(qū)域的高度h₂為軌道厚度、列車高度和列車行進與隧道拱頂?shù)陌踩嚯x之和；

步驟102、修筑防水帷幕：對所施工隧道修筑注漿帷幕進行防水；

施工隧道埋深過淺，受地表水影響較大，隧道靠近箱涵1，箱涵1易發(fā)生漏水滲水，地層含水量較高，所施工隧道全程采用水泥—水玻璃帷幕注漿止水，箱涵段4加大注漿量固結(jié)土體，防止?jié)B水沖走砂層造成空洞，影響支護強度。

步驟103、施工管棚：

步驟103-1、采用長度為L的管棚5對所述箱涵1進行支托，所施工隧道一側(cè)相平行等間距布設(shè)有N個管棚5，N≥5，所述管棚5與所施工隧道之間的外插角為α，施工管棚5的高度與箱涵1底部的高度h₁相等，所施工隧道的另一側(cè)設(shè)置有M個相平行等間距布設(shè)的管棚5，M＝N且M個管棚5與N個管棚5沿隧道軸線對稱布設(shè)，其中，管棚5的長度L₃為所施工隧道的收尾段17結(jié)束的位置與箱涵1之間的距離，L₁為管棚5的起始位置與箱涵1之間的距離，d為箱涵1的寬度；

需要說明的是，由于箱涵1埋深過淺，土質(zhì)疏松易變形，在箱涵1底部開挖隧道有可能造成箱涵沉降嚴(yán)重，使用管棚5對箱涵1進行支護，減少箱涵1的沉降量，避免了箱涵1由于自重發(fā)生沉降對所施工隧道產(chǎn)生影響，如圖3所示，管棚5的設(shè)置位置需與箱涵1保持同一高度，高度誤差過大會造成有的管棚5無法起到應(yīng)有的支撐效果，有的管棚5過載支撐，影響支護的穩(wěn)定性，施工管棚5的高度與箱涵1底部的高度的誤差范圍為0cm～-5cm，即施工的管棚5在對箱涵1進行支護時，誤差允許在箱涵1底部以下5cm的區(qū)域。

步驟103-2、對步驟103-1中設(shè)置好的管棚5進行注漿加固；

步驟二、準(zhǔn)備段施工：對所施工隧道的準(zhǔn)備段16進行止水帷幕注漿，并且在地表施工旋噴樁對土體進行固結(jié)加固，所述準(zhǔn)備段16采用上CD下臺階法進行施工，在掘進的同時要對所施工隧道的準(zhǔn)備段16進行加固處理并設(shè)置鋼架11，在鋼架11閉合成環(huán)后對拱部兩側(cè)人工開注漿眼進行注漿止水；

需要說明的是，在地表施工旋噴樁對土體進行固結(jié)加固是為了減少開挖前后地層沉降對箱涵1產(chǎn)生的影響，箱涵1的埋深過淺，易發(fā)生沉降，地表土質(zhì)較為疏松易散落，增加了施工的難度和危險性，在箱涵1兩側(cè)的地面進行旋噴樁的施工，使兩側(cè)地表圖層固結(jié)為一體，增加了土質(zhì)的強度，避免在施工過程中發(fā)生過大沉降。所述鋼架11為根據(jù)開挖方法的步驟逐步支護，在隧道開挖完成后將隧道底部開挖設(shè)置仰拱使鋼架11閉合成環(huán)，在鋼架11閉合成環(huán)后對拱部兩側(cè)人工開注漿眼進行注漿止水，注漿材料為水泥—水玻璃雙液漿，注漿以達到不滲漏水為目的，初支無明水后立即停止注漿，防止注漿對初支造成荷載。如圖2所示，所述準(zhǔn)備段16的長度為管棚5的施工位置與步驟101中的箱涵1的位置的距離L₁減去下垂過渡段的長度L₂。

步驟三、確定箱涵段的尺寸：

步驟301、確定箱涵段的高度：所述箱涵段4的高度h₃＝h₁-Δh₁，其中，Δh₁為箱涵1底部的地基厚度，所施工隧道的下垂過渡段2每掘進一米其高度的變化值ΔH為：所述箱涵段4的高度h₃減去2Δh之后大于隧道內(nèi)列車的行車安全區(qū)域的高度h₂，Δh為開挖所施工隧道后施工襯砌和支護的厚度；

需要說明的是，如圖3所示，對于箱涵段4的高度h₃＝h₁-Δh₁，是指箱涵段4的高度h₃等于箱涵1高度h₁減去箱涵1底部的地基厚度Δh₁，箱涵段4的高度h₃由箱涵1的高度h₁決定，箱涵1的高度h₁已知，則箱涵段4的隧道高度h₃確定，箱涵段4的底部與正常段6的底部平齊，箱涵段4的高度下降且寬度增加，箱涵段4與正常段6之間的下垂過渡段2的距離確定則所述下垂過渡段2內(nèi)的高度變化可知，根據(jù)其高度變化情況可以設(shè)置合理的箱涵段4寬度進行分析。

步驟302、基于有限元法確定箱涵段的寬度：根據(jù)箱涵段的高度變化值ΔH確定n種箱涵段4隧道寬度D_i＝{D₁，D₂，...D_j，...D_n},D_j為第j種箱涵段4對應(yīng)的隧道寬度，其中，j＝{1,2,...,n}，并將實際尺寸第j種箱涵段4對應(yīng)的隧道寬度D_j整理記錄；

如圖5所示，箱涵段4與所施工隧道的正常施工段的隧道段面比較，箱涵段4的底部高度不變，隧道高度變低，隧道寬度變寬，本實施例中，為方便分析，箱涵段4的寬度D_i＝D+λΔH×L₂，D為所施工隧道正常施工的寬度，λ為寬度變化的系數(shù)，有排列地選用λ＝60％、λ＝80％、λ＝100％、λ＝120％、λ＝140％五組數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)置相同的參數(shù)和分析方法進行分析，確定最優(yōu)的寬度參數(shù)。

步驟302-1、建立有限元模型：先通過對實際的地形和地質(zhì)情況的勘察并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)初建地質(zhì)模型，然后根據(jù)確定的n種箱涵段4的隧道寬度D_i在已建立的所述地質(zhì)模型上開設(shè)模擬隧道，一個所述地質(zhì)模型開設(shè)一個所述模擬隧道并與相對應(yīng)的箱涵段4隧道寬度D_j相對應(yīng)，n個所述模擬隧道上分別設(shè)置相同厚度的初期支護層和相同密度與外插角的錨桿，得到n個已建立的幾何模型；

本實施例中采用ABAQUS軟件先建立幾何模型，采用直接建模分析的方法確定模型的受力情況此種方法對使用者的要求低，使用方便直觀了解分析原理，相較于基于python語言的建模方法，需要對python語言有一定的了解程度和熟練程度，學(xué)習(xí)難度較高，根據(jù)對實際的地形和地質(zhì)情況的勘察情況建立模擬隧道的圍巖，建立的地質(zhì)模型一般采用規(guī)則模型，然后根據(jù)不同的情況對模型進行邊界條件的約束，本實施例中模型形狀采用長方體模型，易于建立。

步驟302-2、設(shè)置模型參數(shù)：根據(jù)步驟302-1所建立的n個幾何模型結(jié)合隧道的具體情況分別對模型進行相同的方式處理，根據(jù)步驟302-1中勘察的結(jié)果對幾何模型設(shè)定相同的材料參數(shù)，根據(jù)步驟302-1中建立的幾何模型與實際地形的約束情況的比較對幾何模型添加相同的邊界約束，得到已設(shè)定的n個有限元模型；

本實施例中模型形狀采用長方體模型，首先對模型各部分進行參數(shù)設(shè)定，根據(jù)現(xiàn)場的取樣實測及已有類似地層工程文獻資料的參考數(shù)據(jù)，為圍巖設(shè)定彈性模量、泊松比、內(nèi)摩擦角、粘聚力和天然密度等參數(shù)，對錨桿設(shè)定彈性模量，對初期支護層設(shè)定彈性模量和泊松比，然后，在幾何模型上方表面加相應(yīng)的載荷以模擬上方地層產(chǎn)生的壓力，四周添加法向約束，頂部為自由面，底部為固定約束，在長方體型的模擬土體開設(shè)已定尺寸和形狀的隧道，并設(shè)置以注漿錨管，每個長方體型的模擬土體開設(shè)一個隧道，五個不同尺寸和形狀的模擬隧道需要建立五個模型。

步驟302-3、分析有限元模型：根據(jù)步驟302-2中所設(shè)定好的n個具有材料參數(shù)的有限元模型，先對所述有限元模型布設(shè)相同數(shù)量的種子，并根據(jù)布設(shè)的種子選擇三維立體單元類型的網(wǎng)格對模型進行劃分網(wǎng)格處理，并設(shè)置相同的分析步，然后對已建立好的有限元模型進行分析，分析的結(jié)果生成圖表的形式；

如圖8所示，該模型為已劃分網(wǎng)格的箱涵段隧道有限元分析模型，由于只對隧道的尺寸形狀有變化，要得到最優(yōu)方案，我們需要采用控制變量法控制其他的實驗參數(shù)不變，在對模型進行ABAQUS有限元分析軟件的有關(guān)設(shè)定時，需保持相同的材料參數(shù)和邊界約束，在允許的條件下對分析步的設(shè)定也盡量一致，這可以保證大致相同的分析誤差，劃分網(wǎng)格的方式也盡量采用同一種方式。

步驟302-4、整理分析結(jié)果并確定箱涵段寬度：通過對步驟302-3中的有限元模型的分析結(jié)果的整理和采集提取模擬隧道的應(yīng)變和應(yīng)力，并選擇應(yīng)變和應(yīng)力最小的有限元模型作為最優(yōu)模型，并將所述應(yīng)變和應(yīng)力最小的有限元模型的模擬隧道的寬度轉(zhuǎn)化為具體的箱涵段4的寬度；

模型設(shè)定好后，運行函數(shù)對建立好的n個幾何模型進行分析，分析得到的后處理模型提取模型的變化參數(shù)并制成圖表，對五個模型的應(yīng)力應(yīng)變進行對比，并根據(jù)實際的地形和施工情況選擇最合適的隧道尺寸和形狀，并將模型參數(shù)還原成實際的施工參數(shù)。

步驟四、下垂過渡段施工：

步驟401、施工下垂過渡段時的圍巖加固：進行下垂過渡段2施工時，對所述施工隧道進行止水帷幕注漿，并且在地表施工旋噴樁對土體進行固結(jié)加固；

步驟402、對隧道的下垂過渡段進行開挖:下垂過渡段2的掘進方式為上CD下臺階法，拱頂根據(jù)高度差等差降低至步驟三中箱涵段4的設(shè)計高度，邊墻根據(jù)直徑差等距變寬至步驟三中箱涵段4的設(shè)計寬度，但隧道底部相對位置保持不變，施工下垂過渡段2時，在掘進的同時要對所述下垂過渡段2已施工隧道進行加固處理并設(shè)置鋼架11，在鋼架11閉合成環(huán)后對拱部兩側(cè)人工開注漿眼進行注漿止水；

需要說明的是，下垂過渡段2的施工方法與正常段6的施工方法可以一致，方法一致可以避免改變施工方法的繁復(fù)過程，也可以根據(jù)實際的地質(zhì)和水文情況決定是否更換施工方式，本實施例中，優(yōu)選的下垂過渡段2和正常段6的施工方式均為上CD下臺階法；如圖3和圖5所示，拱頂根據(jù)高度差等差降低，邊墻根據(jù)直徑等距變寬，拱頂?shù)母叨仍谙嗤乃淼篱L度內(nèi)的下降高度是一樣的，隧道兩側(cè)邊墻的距離在相同的隧道長度內(nèi)的增加距離是一樣的，這樣就保證了下垂過渡段2的內(nèi)表面為平滑的曲面，在鋼架11閉合成環(huán)后對拱部兩側(cè)人工開注漿眼進行注漿止水，進行注漿止水的注漿材料為水泥—水玻璃。

步驟403、設(shè)置下垂過渡段的檢測點：所述下垂過渡段2起始位置和結(jié)束位置安裝的鋼架11均設(shè)置有用于測量和記錄隧道拱頂沉降數(shù)據(jù)的沉降檢測裝置13和用于測量和記錄隧道邊墻收斂數(shù)據(jù)的收斂檢測裝置14；

如圖7所示，在隧道變斷面施工過程中，有效控制和檢測隧道的沉降和收斂一般是施工的重點，設(shè)置沉降檢測裝置13是為了檢測拱頂?shù)某两底冃纬潭?，設(shè)置收斂檢測裝置14是為了檢測邊墻的收斂變形程度，兩者共同作用，檢測整個隧道的變形量，以此來推斷隧道的支護強度是否合格，如果不合格，也可以快速找出支護強度不足的區(qū)域所在，加快了發(fā)現(xiàn)支護問題的速度，從而去解決支護問題，間接加快了隧道的施工速度。

步驟404、初次檢驗下垂過渡段的支護強度：完成對下垂過渡段2的開挖后，讀取下垂過渡段2開始位置和結(jié)束位置安裝的沉降檢測裝置13和收斂檢測裝置14的讀數(shù)，若下垂過渡段2的沉降和收斂超過安全范圍，就要對下垂過渡段2進行安全檢查和支護加固，若所下垂過渡段2的沉降和收斂在安全范圍內(nèi)，則結(jié)束所述下垂過渡段2的施工；

由于箱涵1和所施工隧道均位于淺埋層，地質(zhì)疏松易散，含水量較大，更易產(chǎn)生沉降，在所施工隧道施工完下垂過渡段2以后，先對所述下垂過渡段2進行沉降收斂檢測，確定下垂過渡段2的支護和加固合格后，再進行下一隧道段的施工，否則查出問題并進行加固，需要說明的是對于已開挖隧道上已設(shè)置的沉降檢測裝置13和收斂檢測裝置14，每隔12小時讀數(shù)一次。

步驟五、箱涵段施工：

步驟501、施工箱涵段時的圍巖加固：對箱涵段4施工隧道的內(nèi)壁進行加倍加固，拱頂和邊墻設(shè)置雙層超前支護，在箱涵1的底部地層增大注漿量進行注漿固結(jié)土體；

如圖3所示，箱涵段4位于箱涵1正下方，受箱涵1的影響最大，所以要采取加倍的加固和支護，采取更穩(wěn)固的掘進方式，本實施例中采取雙倍加固。

步驟502、對隧道的箱涵段進行開挖:箱涵段4的掘進方式為CRD法，施工箱涵段4時，在掘進的同時要對箱涵段4已施工隧道進行加固處理并設(shè)置鋼架11，在鋼架11閉合成環(huán)后對拱部兩側(cè)人工開注漿眼進行注漿止水；

箱涵段4采用CRD法進行施工可以確保施工安全和一定的施工速度，與此同時，由于下垂過渡段2和正常段6均采用上CD下臺階法的施工方案，因此從下垂過渡段2到箱涵段4的施工結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化也是非常重要的，到現(xiàn)在還沒有一套完整的暗挖隧道施工結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的方法和標(biāo)準(zhǔn)，由于CRD法和上CD下臺階法結(jié)構(gòu)類似，只需加半條中隔壁12即可，而且CRD法本身適用于軟弱地層的隧道施工，特別是對于控制地表沉陷有很好的效果，有利于圍巖穩(wěn)定，保證施工安全，綜合上述原因，選擇箱涵段4采用CRD法施工方案。箱涵1存在裂縫滲水，箱涵1的底部隧道初期支護后滲漏水較大，對電焊作業(yè)和施工照明等用電設(shè)備存在較大安全隱患，人員、機械施工操作因拱部滲水操作不便，所以在閉合成環(huán)后對拱部兩側(cè)人工開注漿眼進行注漿止水作業(yè)，優(yōu)選的，本實施例中注漿材料為水泥—水玻璃雙液漿，注漿以達到不滲漏水為目的，當(dāng)初期支護上無明水后立即停止注漿，防止注漿過重對初支造成荷載。

步驟503、設(shè)置箱涵段的檢測點：所述箱涵段4中間位置和結(jié)束位置安裝的鋼架11均設(shè)置有用于測量和記錄隧道拱頂沉降數(shù)據(jù)的沉降檢測裝置13和用于測量和記錄隧道邊墻收斂數(shù)據(jù)的收斂檢測裝置14；

需要說明的是此處設(shè)置沉降檢測裝置13和收斂檢測裝置14的目的與方式與步驟403中的沉降檢測裝置13和收斂檢測裝置14的設(shè)置相同。

步驟504、初次檢驗箱涵段的支護強度：完成對箱涵段4的開挖后，讀取下垂過渡段2的結(jié)束位置以及箱涵段4的中間位置和結(jié)束位置安裝的沉降檢測裝置13和收斂檢測裝置14的讀數(shù)，若箱涵段4的沉降和收斂超過安全范圍，就要對箱涵段4進行安全檢查和支護加固，若箱涵段4的沉降和收斂在安全范圍內(nèi)，則結(jié)束箱涵段4的施工；

在所施工隧道施工完箱涵段4以后，先對所述箱涵段4進行沉降收斂檢測，確定箱涵段4的支護和加固合格后，再進行下一隧道段的施工，否則查出問題并進行加固，需要說明的是對于已開挖隧道上已設(shè)置的沉降檢測裝置13和收斂檢測裝置14，每隔12小時讀數(shù)一次。

步驟六、上挑過渡段施工：

步驟601、施工上挑過渡段時的圍巖加固：進行上挑過渡段3施工時，對所述施工隧道進行止水帷幕注漿，并且在地表施工旋噴樁對土體進行固結(jié)加固；

如圖3所示，由于穿越箱涵1的隧道施工結(jié)構(gòu)對稱，上挑過渡段3的加固方式也采用步驟401中下垂過渡段2的加固方式。

步驟602、對隧道的上挑過渡段進行開挖:上挑過渡段3的掘進方式為上CD下臺階法，拱頂根據(jù)高度差等差升高至所施工隧道正常段6的高度，邊墻根據(jù)直徑差等距變窄至所施工隧道正常段6的寬度，但隧道底部相對位置保持不變，施工上挑過渡段3時，在掘進的同時要對所述上挑過渡段3已施工隧道進行加固處理并設(shè)置鋼架11，在鋼架11閉合成環(huán)后對拱部兩側(cè)人工開注漿眼進行注漿止水；

所述上挑過渡段3和下垂過渡段2的施工方法相同，本實施例中，上挑過渡段2的施工方式為上CD下臺階法；如圖3和圖5所示，拱頂根據(jù)高度差等差升高，邊墻根據(jù)直徑等距變窄，拱頂?shù)母叨仍谙嗤乃淼篱L度內(nèi)的上升高度是一樣的，隧道兩側(cè)邊墻的距離在相同的隧道長度內(nèi)的減小距離是一樣的，這樣就保證了上挑過渡段3的內(nèi)表面為平滑的曲面，在鋼架11閉合成環(huán)后對拱部兩側(cè)人工開注漿眼進行注漿止水，進行注漿止水的注漿材料為水泥—水玻璃。

步驟603、設(shè)置上挑過渡段的檢測點：所述上挑過渡段3結(jié)束位置安裝的鋼架11設(shè)置有用于測量和記錄隧道拱頂沉降數(shù)據(jù)的沉降檢測裝置13和用于測量和記錄隧道邊墻收斂數(shù)據(jù)的收斂檢測裝置14；

需要說明的是此處設(shè)置沉降檢測裝置13和收斂檢測裝置14的目的與方式與步驟403中的沉降檢測裝置13和收斂檢測裝置14的設(shè)置相同。

步驟604、初次檢驗上挑過渡段的支護強度：完成對上挑過渡段3的開挖后，讀取箱涵段4的結(jié)束位置和上挑過渡段3的結(jié)束位置安裝的沉降檢測裝置13和收斂檢測裝置14的讀數(shù)，若上挑過渡段3的沉降和收斂超過安全范圍，都要對上挑過渡段3進行安全檢查和支護加固，若上挑過渡段3的沉降和收斂在安全范圍內(nèi)，則結(jié)束上挑過渡段3的施工；

在所施工隧道施工完箱上挑過渡段3以后，先對所述上挑過渡段3進行沉降收斂檢測，確定上挑過渡段3的支護和加固合格后，再進行下一隧道段的施工，否則查出問題并進行加固，需要說明的是對于已開挖隧道上已設(shè)置的沉降檢測裝置13和收斂檢測裝置14，每隔12小時讀數(shù)一次。

步驟七、收尾段施工：對所施工隧道的收尾段17進行止水帷幕注漿，并且在地表施工旋噴樁對土體進行固結(jié)加固，所述收尾段17采用上CD下臺階法進行施工，在掘進的同時要對收尾段17的已施工隧道進行加固處理并設(shè)置鋼架11，在鋼架11閉合成環(huán)后對拱部兩側(cè)人工開注漿眼進行注漿止水，當(dāng)隧道掘進至距離箱涵1位置L₃的位置時，結(jié)束收尾段17施工；

由于所施工隧道開挖至上挑過渡段3段結(jié)束后，還沒有完全脫離箱涵1的影響范圍，所以出于與穿越箱涵1前的準(zhǔn)備段16相同的目的設(shè)置有收尾段17，所述收尾段17的加固方式和開挖方式與準(zhǔn)備段16的加固方式和開挖方式相同。

步驟八、檢驗穿越箱涵總體施工隧道段的支護強度：

所述步驟七中收尾段17施工結(jié)束后，暫停施工等待一段時間后讀取所有沉降檢測裝置13和收斂檢測裝置14的數(shù)據(jù)，判斷數(shù)值是否符合強度要求，如果符合要求則對已開挖隧道進行隧道內(nèi)壁進行襯砌施工，如果不符合要求則需要對已開挖隧道進行安全排查和加固，直到符合要求為止；

施工完畢后必須對已施工隧道段進行支護強度檢測，保證已開挖隧道的安全性，如果支護不合格就要及時對已開挖隧道進行檢查，找出問題所在并及時處理處理問題，使隧道支護結(jié)構(gòu)強度合格，才可以進行下一步步驟。

步驟九、恢復(fù)所施工隧道的正常開挖：穿越箱涵施工完成，恢復(fù)隧道的正常施工。

本實施例中，如圖4和圖6所示，所述上CD下臺階法的施工步驟如下：

步驟a、開挖上層左側(cè)的Ⅰ部并安裝鋼架：首先，在拱部和中隔壁12設(shè)置超前小導(dǎo)管7并注漿，然后，開挖Ⅰ部并預(yù)留核心土，開挖后，對隧道開挖的Ⅰ部進行初噴砼、安裝鋼筋網(wǎng)、安裝拱頂及邊墻的鋼架11，邊墻設(shè)置砂漿錨管8并安裝中隔壁12和臨時仰拱10，最后設(shè)置鎖腳錨管9，拱部預(yù)埋注漿管15并注漿，噴砼至設(shè)計厚度；

步驟b、開挖上層右側(cè)的Ⅱ部并安裝鋼架：首先，在拱部設(shè)置超前小導(dǎo)管7并注漿，然后，延后Ⅰ部開挖Ⅱ部并預(yù)留核心土，開挖后，對隧道開挖的Ⅱ部進行初噴砼、安裝鋼筋網(wǎng)、安裝拱頂及邊墻的鋼架11，邊墻設(shè)置砂漿錨管8并安裝中隔壁12和臨時仰拱10，最后設(shè)置鎖腳錨管9，拱部預(yù)埋注漿管15并注漿，噴砼至設(shè)計厚度；

步驟c、開挖下層的Ⅲ部并安裝鋼架：首先，延后Ⅱ部開挖Ⅲ部并預(yù)留核心土，開挖后，對隧道開挖的Ⅲ部進行初噴砼、安裝鋼筋網(wǎng)、安裝邊墻的鋼架11，然后施工邊墻的砂漿錨管8，噴砼至設(shè)計厚度；

步驟d、閉合成環(huán)：首先，開挖隧底，開挖后對隧道開挖的隧底進行初噴砼、安裝鋼筋網(wǎng)、安裝鋼架11，然后噴砼至設(shè)計厚度，隧道支護閉合成環(huán)。

需要說明的是，在本實施例中，隧道掘進過程中每循環(huán)一榀，所述Ⅰ部、Ⅱ部和Ⅲ部的核心土均為2m，所述Ⅱ部延后所述Ⅰ部3m，所述Ⅲ部延后所述Ⅱ部5m，上CD下臺階法的施工方案簡化了施工步驟,縮短了隧道封閉成環(huán)時間,在加快隧道施工進度的同時對控制隧道沉降變形也是一項有效措施，所述超前小導(dǎo)管7設(shè)置在沿拱頂180°的圓弧部分，所述超前小導(dǎo)管7設(shè)置在中隔壁12上，所述超前小導(dǎo)管7設(shè)置在拱頂和中隔壁12上的外插角均為18°。

本實施例中，所述步驟103-1中的所述管棚5的起始位置與箱涵位置的距離L₁＝9m～11m。

所述管棚5設(shè)置的位置為箱涵1能夠產(chǎn)生影響的邊緣位置，根據(jù)土層的地質(zhì)水文條件確定，本實施例中所施工隧道和箱涵1均處于淺埋層，所以采用L₁＝9m～11m。

本實施例中，所述步驟103-1中的管棚5與隧道的外插角α＝20°，相鄰兩個管棚5在隧道壁上的設(shè)置位置間隔為20cm～30cm。

管棚法一般用于地層較軟易散的土質(zhì)條件，也適用于淺埋暗挖的情況，但是在本實施例中，管棚采用直徑為的大管棚，大管棚的外插角一般為1°～3°，由于管棚5在此只用與支護箱涵1，所以外插角較大，是為了擴大支護范圍，避免箱涵1過重支護范圍過小而對隧道的開挖造成影響，管棚的數(shù)量取決于土質(zhì)條件，本實施例中，管棚的數(shù)量為5根。

本實施例中，所述收尾段結(jié)束位置與箱涵1的距離L₃等于所述管棚5的起始位置與箱涵1的距離L₁，取L₁＝L₃＝10m。

需要說明的是，所述收尾段結(jié)束位置與箱涵1的距離L₃可以不等于所述設(shè)置管棚5的位置與箱涵1的距離L₁，在本實施例中，為了方便計算也為了使箱涵1兩側(cè)的地層結(jié)構(gòu)相當(dāng)，使穿越箱涵1的的地層結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，取L₁＝L₃＝10m。

本實施例中，所述下垂過渡段2、箱涵段4和所述上挑過渡段3設(shè)置的拱架與拱架之間的距離小于正常段6設(shè)置的拱架與拱架之間的距離。

由于正常段6向箱涵段4過渡的過程中，隧道變寬，承受的土壓更大，所以應(yīng)當(dāng)適當(dāng)縮短每榀鋼架11的距離，從而達到增強隧道支護強度的目的。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。