苏州河深隧系列报道——奥地利Koralm隧道KAT2标段竖井施工

Koralm隧道KAT2标段工程中，建设方在位于奥地利Leibenfeld的施工现场建造了1个竖井，用于隧道开挖时运送物料及出渣。竖井的最终结构采用 双圆形式 ， 深60m 竖井按所处的地质水文情况与对应的施工工法，共分为2层：上层位于由第四纪沉积物层组成的含水层中，使用防水的咬合桩支护；而下层的中新世低渗透性基岩中则采用了传统的喷射混凝土支护。

从水平截面上看，施工竖井采用了双圆截面构造，由2个部分相交的圆形竖井结构组成。单个圆竖井的直径为 23m ，整个竖井的横向总长度为 42m ，单竖井的截面面积为 360 m ² 。2个圆井相交区域的中心梁跨度为13.85m。相交的竖井支护由直径1.2m的一期支护与二期支护组成，二期支护的桩轴距为1.55m，有效厚度0.8m。为了保护当地的地下水使用，桩的紧密围护与咬合必不可少，为此，施工方将咬合桩打入中新世粉砂岩至少1m深处，有效地防止了地下水位的降低。由于该地层正向中新世粉砂岩过渡，因此咬合桩的长度为17.3～20m。

由于2个圆竖井的相交布置，重叠区域的环向力分布会受到干扰，因此需要安装止推构件——咬合桩段的加劲梁和喷射混凝土段的支护，同时提供结构分隔，以满足施工中的防火与通风要求。

竖井顶部设置1道圈梁，设计为一道高2.5m的压缩构件。在6m深度处，竖井使用1道横梁（预制梁，从上方的梁悬挂而下）加固。在10.75m和15.25m的深处，安装了附加的圈梁与加劲梁（1m×1.5m）。

在基岩部分，竖井由带有双层钢丝网的喷射混凝土支护，喷射混凝土段顶部起向下10m的支护厚度为0.4m，10m之后至井底段厚度为0.3m。中隔墙也使用厚度0.9m的喷射混凝土施工。

       

       

结构分析          

鉴于竖井壁由咬合桩构造而成，因此，在竖井圆周上给出了恒定的最小壁厚。竖井水平截面的2D分析表明，咬合桩沿环向形成了类似链状的纯压缩构件，弯曲时无荷载。该模型未考虑咬合桩的纵向支护效果，模型中仅由圈梁传递力矩。

与上述行为相反，竖直截面中的咬合桩在各道圈梁位置的支撑点形成了纯弯曲梁。环圈支座效应未计算在内，因此采用这样模型计算并实施方案最终会导致极不经济的后果。

为了获得兼顾安全性和经济性的结构设计方案，设计者在3D分析中考虑了所选支护概念的空间影响。只有综合考虑周边围岩的加固梁与圈梁的支护效果，才能在设计时获得具有足够延展性的复合支护结构。由于该地层中可能存在部分软弱区域，采用3D模拟还可以使系统方案安全地承受非对称载荷。

       

       

数值模型          

在咬合桩段，模型计算的需求通过3D-Beam建模实现。该模型将二期槽壁的咬合桩视作节点中通过耦合弹簧与一期咬合桩连接的梁，并在径向保持持续的弹簧作用。

在相应的竖井开挖阶段，弹簧作用在外侧和内侧均存在。所有的加固件（冠梁、加劲梁、圈梁）都由梁构件明确建模，并通过耦合弹簧与桩连接。

设计者通过分析考虑了土壤重量、履带起重机、龙门起重机和水压等表面荷载对土压力的影响，分析了径向对称荷载和特殊荷载下土压力对竖井中心梁的影响。因此，该数值模型也能够模拟施工阶段并确定其位移极限。

       

       

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