地铁暗挖车站施工对下卧既有地铁的掩护 摘 要: 以北京地铁五号线东单站施工对下卧既有地铁地道的掩护为工程配景, 对既有线纵向变形的主要影响因素进行阐明, 提出了针对既有线的掩护法子, 以减少在既有线上方暗挖车站施工引起的卸载回弹, 担保既有线隆起变形控制在限制范畴。 要害词: 地铁; 暗挖车站; 既有线; 卸载; 隆起; 掩护法子 跟着我都城市现代化程度的不绝提高, 地铁建设项目的数量和范围逐渐增大, 地下空间的开发操作也向多元化、立体化偏向成长, 常会呈现新建地铁地道上穿既有地铁地道这一新问题。地铁对地道布局的变形要求极其严格, 绝对最大位移不能凌驾 20 mm , 地道变形曲率半径必需大于 15 000 m , 相对弯曲变形必需小于 1/ 2 500 。然而, 当在既有地铁地道上方进行新建地铁施工时, 对既有地道的顶部卸载会引起既有地铁布局的隆起变形。本文以北京地铁五号线东单站暗挖段施工为例, 讨论采纳综合掩护法子对既有地铁地道隆起变形的控制。 1 工程表面 北京地铁五号线东单站位于长安街东单十字路口, 南北向部署, 车站回收两端头双层布局明挖、中间跨长安街单层布局暗挖的施工要领。车站暗挖段上穿既有地铁一号线王府井—东单区间地道, 新旧线布局净距仅为 0.6m。车站暗挖段断面尺寸为 23.66m×9.83m,为单层一拱双柱复合衬砌布局型式, 埋深 5.5 m, 回收“中柱法”施工。既有线为双线单洞地道, 线间距 16.8m,为复合式衬砌布局, 断面为 5.7 m×6.1 m, 马蹄形断面型式。新建车站下卧部门的既有线还含有两条迂回风道。暗挖车站与既有地铁地道的干系见图 1、图 2。 暗挖车站上半断面位于粉土层和粉质粘土层, 下半断面位于细砂层, 底板以下为厚 4.0 m 的卵石圆砾层、厚 2.2 m 的粉土层、厚 3.7 m 的细中砂层、厚 7.0 m的卵石圆砾层。即既有地道上半断面位于卵石圆砾层, 下半断面位于粉土和细中砂层, 底板以下为细中砂和卵石圆砾层。潜水含水层为既有地道上半断面所处的卵石圆砾层, 承压水含水层为既有线地道下半断面所处的细中砂层。 2 隆起变形预测及影响因素 在距离既有地铁地道顶板仅 0.6 m 处进行新建暗挖车站施工卸载, 对既有地铁的安详运营组成了威胁, 需要预测既有地道受卸载影响的纵向变形量, 并对既有地道纵向变形量的影响因素进行分解以提出控制法子。 2. 1 用三维有限元阐明预测变形 在三维地质建模和三维布局建模的根本上, 以真实的洞室群造型和地质空间漫衍形状, 实时成立三维有限元计算模型。以地质建议的岩体物理力学参数为前提, 按照开挖和支护工艺措施对洞室群进行三维弹塑性数字模拟阐明。经过模拟计算, 在不采纳掩护法子的环境下, 既有线地道布局最大隆起为 28 mm。参照地铁掩护技术尺度中关于 “地铁布局的绝对沉降量及程度位移量≤20 mm”的有关划定, 本工程既有地道布局隆起量凌驾了地铁要求掩护的限值, 需要采纳专门的掩护法子。 2. 2 既有地道纵向变形的影响因素 既有地道周边荷载变革会引起地道纵向变形, 但其内力漫衍、变形特性和影响因素很是庞大。以弹性地基梁理论为根本的解析要领观念明确,较切合地道与土体配合感化的实际环境, 可以对影响因素进行定性的阐明。按照 Winkler 弹性地基模型理论, 假设地道为弹性地基上的无限长梁, 则地道变形沿其纵向的漫衍如式(1)所示: 为地道的等效抗弯刚度; K 为单元长度地基的基床系数, 与土体的抗剪强度指标 C、φ等值有关; q(ξ)为地道纵向荷载。 由式(1) 可知, 地道的纵向变形随地道周边土体的抗剪强度指标 C、φ等值变革, 如果对新建车站底部及既有地道周边土体进行加固, 可以提高土体的C、φ值, 进而减小地道的变形; 地道的纵向变形还随地道卸载量变革, 如果分阶段及时赔偿部门卸载量,可以减小地道的变形; 另外, 地下水位的变革不只导致地道纵向荷载变革, 并且还引起土体的抗剪强度指标 C、φ等值的变革。因此, 地道纵向变形主要影响因素为: 暗挖车站布局参数( 车站平面尺寸、开挖高度、总卸载量)、暗挖车站底及既有地道周边状况( 土体性质、地下水位)、暗挖车站施工参数( 单次卸载量、卸载赔偿量)。由于车站平面尺寸、开挖高度、总卸载量等参数已经确定, 所以可从改变暗挖车站底部和既有地道周边土体性质、改变单次卸载量、及时赔偿部门卸载等方面来寻求控制既有地道隆起的法子。
3 掩护法子 按照前面的阐明, 结合暗挖车站洞内施工的非凡性, 主要从调解暗挖施工顺序、对卸载范畴内的既有线周边注浆、对卸载范畴设置预应力锚杆和调解降水标高来控制既有地道的隆起。并且, 在既有地铁地道上方如此近距离施工卸载, 在海内还没有现成的经验, 对地铁安详运行的风险太大, 必需有一个准确、严密的全历程监控手段。 3. 1 调解开挖衬砌施工顺序 既有线地道的变形值随地道上方卸载量的增大而增大, 因此如果能控制地道上方的卸载量, 则在控制地道隆起方面能有明显的效果, 所以有须要对开挖衬砌的施工顺序进行调解。车站的开挖回收了“中柱法”施工, 将整个断面开挖横向分为: 侧洞、柱洞和中洞共 5 个洞, 先自上而下对称施工柱洞初期支护, 再由下而上施作柱洞二衬, 成立起梁、柱支撑体系。柱洞完成后, 施工两个柱洞中间的中洞的初期支护和二衬, 形成整个大中洞不变体系。再自上而下对称施工两侧洞的初期支护, 最后纵向分段自下而上对称施作二衬, 完成布局闭合。凭据这样施工顺序, 不单减小了单次卸载量, 还可以实此刻既有线上部土体开挖前先对既有线进行加固, 任一洞室初支完成后即可设置预应力锚杆、施工二衬赔偿卸载。形成了加固、开挖、赔偿、再加固、再开挖、再赔偿……的卸载模式。开挖衬砌施工顺序见图 3。 3. 2 对既有线周边土体加固 对新建车站底部及既有地道周边的土体进行注浆加固, 提高新建车站底部及既有地道周边土体的抗剪强度指标 C、φ等值。 (1)土体加固设计参数 在五号线暗挖段导洞内, 对一号线上下行地道之间及侧壁 1 倍洞径范畴内的土体进行注浆加固。一号线地道加固的长度为暗挖车站下方及暗挖车站两侧各耽误 6.0 和 6.49 m, 加固的深度为暗挖车站底板至以下 9 m(即一号线地道底板以下 2.3 m); 注浆质料选用超细水泥- 水玻璃双液浆, 注浆压力 0.3~0.6 MPa。注浆加固的范畴见图 4 阴影部门。 (2)土体加固施工 在距既有线 6 m 处遏制开挖, 对既有线周边土体进行超前注浆加固。注浆加固既有线时回收二重管无收缩双液注浆技术, 二重管钻机钻杆具有成孔和双液注浆成果, 钻孔和注浆能持续、快速进行, 确保注浆质量。按照注浆压力、地质参数及现场试验综合确定扩散半径为 0.3 m, 孔距回收 0.5 m, 注浆时跳孔施工。回收退却式注浆, 退却幅度为 15~30 cm。实行定量、定压注浆, 使岩土层的空隙或孔隙间布满浆液并固化。注浆施工前必需核清既有地道的准确位置, 且不能回收过高注浆压力, 以确保既有地铁地道安详。 3. 3 设置预应力锚杆 按照分块开挖, 产生开挖卸载及时赔偿卸载的原则, 在导洞初期支护完成后, 开始在导洞内向下施工预应力锚杆。预应力锚杆群不单及时进行了部门卸载赔偿, 同时也起到了加固土层, 改进土层性状的感化。 (1)预应力锚杆设计参数 在卸载影响范畴( 注浆加固范畴) 内设置预应力拉锚, 拉锚一端牢固于初期支护底板上。锚杆呈梅花型部署, 间距 2 m ×2 m, 锚杆长为 15 m 及 10 m 两种, 贴近既有一号线区间侧回收长锚杆。暗挖车站边沿锚杆为斜向外侧下方设置( 与垂直偏向夹角 10°),其余为垂直向下设置。杆体质料 2!32 钢筋, 锚杆全长均为锚固段, 锚固体直径 0.1m, 锚杆轴向拉力设计值 230 kN。锚杆注浆质料为水泥浆, 其抗压强度不低于 30 MPa(见图 4)。 (2)预应力锚杆施工 由于洞内空间狭小, 选用锚杆钻机时必需考虑到洞内尺寸, 须要时可以对钻杆进行改装。在暗挖导洞内每开挖支护 5 m 施工一次锚杆, 担保从开挖卸载到完成预应力锚杆赔偿卸载之间尽可能小的时间间隔。 3. 4 调解降水标高 当地道处在相对不透水土层中, 水位的上升或下降如同对地道的加载或卸载。新建车站开挖前, 先降水在既有地道的底板以下, 相当于对既有地道向下卸载, 以平衡部门新建车站开挖时对既有地道向上的卸载。同时, 既有地道周边的土体水疏干后, 也提高了土体的抗剪强度, 增强了抵挡卸载变形的能力。 3. 5 回收长途监控量测 在暗挖车站施工期间, 必需对既有地铁进行全天候的实时监控量测, 传统监测技术在高密度的行车区间内无法实施, 且不能满足对大量数据收罗、阐明以及及时准确的反馈, 因此回收长途自动化监测系统对既有线的布局和轨道变形进行 24 h 监控量测。该系统由在量测部位安装的丈量元件、数据传输线、监控室的终端计算机构成。监测项目如下: (1)既有地道布局变形监测 布局沉降监测回收静力水准仪。以新建车站下33 m 长的既有地道为重点监测区域, 上、下行线共布设 24 个测点。以 2 个布局缝处为重点监测工具, 在布局缝的两侧各布设 1 个测点。针对施工可能影响到变形缝之间的胀缩, 回收测缝计进行丈量, 每道变形缝上布设 2 只测缝计。 (2)轨道变形监测 ① 走行轨布局纵向变形监测。本项视察为监测重点, 因静力水准仪的精度在沉陷量通报中精度明显高于程度梁式倾斜仪, 故轨道变形监测回收在地铁排水沟中布设静力水准系统的要领进行监测。以新建车站下 33 m 长的既有地道为重点监测区域, 上、下行线共布设 16 个沉降测点, 该系统同时可监测走行轨布局变形缝处的不均匀沉降。 ②回收变位计监测走行轨程度间距的相对变形,沉降测点上、下行轨共布设 6 只。 ③回收梁式倾斜仪监测走行轨阁下程度的相对变形, 沉降测点上、下行轨共布设 6 只。 4 结语 既有运营地铁地道对变形要求极其严格, 如何有效控制其纵向变形需要前瞻性和系统性。适当对既有地道上方及两侧土体进行加固以及增加抗隆起设计是控制地道隆起的一种较为有效的控制手段。土体加固的目的是为了改进土体的力学参数, 以期以注浆加固土体与预应力锚杆的配合感化来控制地道的变形,但是, 不得当的施工参数和工序反而会引起更大的隆起变形。操作自动化监测系统把握地道变形环境, 对监测施工、担保地铁运营安详至关重要, 必需有一个绝对卖力的全历程监控焦点组织。 本文结合北京地铁五号线东单暗挖车站施工对下卧既有地道的掩护, 阐明了影响既有地道卸载变形的主要因素, 提出了系统性的掩护法子, 但愿能对类似工程的设计和施工参考。 参考文献: [1] 潘钟麒.上海世纪大道某立交工程地下箱涵施工对地铁掩护的研究[J].特种布局,2001, 18(4): 39- 43. [2] 林永国, 廖少明, 刘国彬.地铁地道纵向变形影响因素的探讨[J].地下空间,2000, 20(4): 264- 267. [3] 屈智炯. 土的塑性力学[M].四川: 成都科技大学出书社,1985.
