PBA工法在北京地鐵10號線區(qū)間超大斷面隧道施工中的應(yīng)用 - 圖文-

1、施工技術(shù)“PBA”工法在北京地鐵10號線區(qū)問超大斷面隧道施工中的應(yīng)用襲產(chǎn)鍇(中鐵十八局集團有限公司,天津300222摘要:北京地鐵10號線與4號線聯(lián)絡(luò)段長度為56m,單拱大跨三線斷面隧道,開挖凈跨達到17.5m,通過多方案比較分析及數(shù)值模擬計算分析,采用“PBA”工法施工,取得了良好效果,同時總結(jié)出一套適用于淺埋大跨單拱超大斷面隧道施工的施工技術(shù)。介紹PBA工法的主要工藝流程及施工技術(shù)。關(guān)鍵詞:北京地鐵10號線;單拱大跨隧道;PBA工法;施工中圖分類號:U231文獻標識碼:B文章編號:10042954(2008120142031工程概況北京地鐵10號線一期(含奧運支線工程蘇州街站一海淀黃莊站區(qū)

2、間全長758.82m,采用礦山法施工,其中K2+240.3一K2+296.3段為北京地鐵10號線與4號線聯(lián)絡(luò)渡線段(圖1,此段區(qū)間長度56m,單拱、三線斷面隧道,開挖高、跨度分別為10.5、17.5m,洞身從第四紀地層的細砂、砂卵石中通過,拱頂覆土厚6m。以上地段施工的特點是:(1地處北京鬧市區(qū)大街下,對施工要求高;(2超淺埋、單拱大跨、超大開挖斷面;(3地層條件差,開挖后的圍巖自穩(wěn)能力差;(4在開挖影響范圍內(nèi)有上水、雨水、污水、天然氣、熱力、電力隧道等重要管線,要求將地表沉降控制在50mm以內(nèi),尤其是4,800mm上水管,為1958年修建的混凝土承插管,對地層變形控制要求更為嚴格。圖1北京地

3、鐵10號線與4號線聯(lián)絡(luò)段平面示意(單位:mm因本段區(qū)間施工難度高,風險大,被列為北京地鐵10號線一級風險源。2施工方案比選北京地鐵在以往的施工過程中已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗,對于單拱隧道淺埋暗挖施工方法,大致有臺階法、CD法、CRD法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法,地鐵10號線蘇州街站一海淀黃莊站區(qū)間與4號線渡線聯(lián)絡(luò)段暗挖穿過部分地質(zhì)條件復(fù)雜,結(jié)構(gòu)上方管線密布,在此地層、埋收稿日期:20080828;修回日期:2008一10一06作者簡介:黃廣鍇(1977一,男,工程師,1999年畢業(yè)于西南交通大學土木工程系地下工程專業(yè)。深條件下,國內(nèi)地鐵施工中尚未建成17.5m跨度的單拱隧道,因此,需對施工方案進行研究比較,尋

4、求一個既有利于控制地層變形、確保既有市政設(shè)施安全,又能保證結(jié)構(gòu)施工安全的施工方案。2.1可供選擇的施工方案蘇州街站一海淀黃莊站區(qū)間超大斷面隧道可供選擇的施工方案有3種:第一種明挖或蓋挖類施工方案;第二種為常規(guī)暗挖施工方案,根據(jù)區(qū)間斷面跨度,可采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法;第三種為“PBA”工法。2.2方案比較蘇州街站一海淀黃莊站區(qū)間處于交通量較大的城市道路下,且沿區(qū)間隧道走向,結(jié)構(gòu)上部有多條管線,黃廣鍇一“PBA”工法在北京地鐵10號線區(qū)間超大斷面隧道施工中的應(yīng)用埋深都在地表下3m之內(nèi),側(cè)向還有1800mm×2300mm的小型電力隧道。針對以上3種施工方案,結(jié)合該區(qū)間的實際情況,明挖法和蓋挖法因

5、管線改移量很大明顯不適合采用。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和PBA工法這兩類施工方案均能適用于大跨、有一定覆土的區(qū)間隧道,通過對這兩種施工方案技術(shù)可行性、工期、造價、安全風險控制、地表沉降控制等各方面進行比較分析如表1所示。衰1雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和PBA工法施工方案優(yōu)劣對比由表1可知,PBA工法較優(yōu)于雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。2.3數(shù)值計算分析為了更準確地分析兩種施工方案分別對地層變形控制的影響,還需要通過更詳細的理論分析才能最終確定。通過建立復(fù)雜的三維模型,采用數(shù)值分析的方法,分別模擬各施工方案的施工步驟,比較區(qū)間隧道按不同工法施工時對地表沉降及管線沉降影響的差異,分別對兩種工法的施工影響進行計算分析,著重從地表沉降、管線沉

6、降、支護結(jié)構(gòu)沉降、邊樁變形及應(yīng)力、地層應(yīng)力分布等5個方面分施工階段提取計算結(jié)果,進行詳細理論分析,相互比較,從而得出有益結(jié)論,以指導(dǎo)實際施工。目前,地下結(jié)構(gòu)常規(guī)和公認的計算方法有兩種,即荷載一結(jié)構(gòu)模型和地層一結(jié)構(gòu)模型。地層一結(jié)構(gòu)模型認為地下空間的結(jié)構(gòu)體系是由圍巖和支護共同組成,圍巖既是荷載的來源,又是支護的重要組成部分,它是以地下結(jié)構(gòu)和周圍巖土介質(zhì)為分析對象,從地層的初始應(yīng)力出發(fā),采用巖體力學方法計算圍巖和支護對圍巖應(yīng)力和位移場的作用。地層一結(jié)構(gòu)模型適用于幾何形狀和圍巖初始應(yīng)力狀態(tài)、地質(zhì)條件等較為復(fù)雜的地下工程,尤其是需要考慮圍巖的各種非線性特征和施工過程對隧道穩(wěn)定性影響時,采用地層一結(jié)構(gòu)模型

7、較為有利,故本工程采用地層一結(jié)構(gòu)模型分別對兩種施工方案進行數(shù)值模擬分析,如圖2所示。經(jīng)過數(shù)值模擬計算分析,PBA工法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工分別導(dǎo)致地表沉降為45mm和57mm,故確定本段區(qū)間隧道采用PBA工法的施工方案。3施工技術(shù)3.1施工參數(shù)大跨段PBA工法結(jié)構(gòu)斷面如圖3所示。區(qū)間結(jié)構(gòu)施工技術(shù)(aPBAI法模型網(wǎng)格雙側(cè)壁導(dǎo)坑法模型網(wǎng)格圈2兩種工法的數(shù)值計算模型最淺埋深約6in,開挖面凈跨達到17.5m,高10.5m。兩側(cè)小導(dǎo)洞凈跨3.6rn,小導(dǎo)洞內(nèi)施作4,1200mm2000 mm人工挖孔樁,拱頂施作4,159mm×10mm大管棚,分部開挖扣拱,下挖至底板后由下而上順作二襯。3.2施

8、工流程小導(dǎo)洞開挖_+人工挖孔樁施工一樁頂冠梁施工一拱腳初期支護施工一拱腳背后回填_主體分步開挖一底板二襯施工一側(cè)墻二襯施工一拱部二襯施工。3.3施工技術(shù)及工藝本工法主要工序有:導(dǎo)洞開挖及支護施工,導(dǎo)洞內(nèi)灌注樁施工,冠梁及小導(dǎo)洞內(nèi)拱部初期支護施工,主體開挖及二次襯砌施工等。(1小導(dǎo)洞開挖及支護小導(dǎo)洞從橫通道向東平行開挖支護,左右導(dǎo)洞錯開不小于10in,采用臺階法施工,臺階長度46m。預(yù)留核心土,長度不小于2m,按設(shè)計格柵間距一次開挖進尺50cm。開挖后先初噴混凝土封閉掌子面,架設(shè)格柵鋼架,打設(shè)4,32mm鎖腳錨管,噴混凝土至設(shè)計厚度。超前小導(dǎo)管兩個循環(huán)(進尺1m施打一次,長2.5m、環(huán)向間距30

9、0mm。小導(dǎo)洞外側(cè)打設(shè)徑向注漿管進行拱腳土體加固,增加拱腳抗力,以抵抗拱部荷載傳至拱腳的水平推力;小導(dǎo)洞初期支護施工時與導(dǎo)洞格柵同步預(yù)埋拱腳格柵與拱部格柵連接鋼筋,外露長度滿足單面焊接要求。(2人工挖孔樁及樁頂冠梁施工小導(dǎo)洞高3.6m,寬3.6m,考慮到洞內(nèi)空間較小,采用人工挖孔樁,共56根4,1200mm間隔2000mm,人工挖孔樁施工完成后,清理樁頭,綁扎冠梁鋼筋,預(yù)埋通長鋼板。(3小導(dǎo)洞內(nèi)拱腳初期支護施工導(dǎo)洞內(nèi)初期支護格柵下部與冠梁上鋼板焊接,上部與導(dǎo)洞預(yù)埋鋼筋焊接,確保焊接質(zhì)量;每榀拱腳格柵在起弧段各布設(shè)1根背后加強鋼筋(4,25mm,兩端做成彎鉤,一端焊接在拱腳格柵主筋上,一端焊接在

10、導(dǎo)洞格柵主筋上;格柵背面掛設(shè)4,8mm鋼筋焊接網(wǎng),網(wǎng)格 施工技術(shù)黃廣鍇一“PBA”工法在北京地鐵10號線區(qū)間超大斷面隧道施工中的應(yīng)用52.28綠地#!螋+!塑北、!綠帶人行道1159xlO大管棚超前支護(D32d、導(dǎo)管吐漿超酌支護8150×l 50鋼筋網(wǎng)格柵鋼架5f】0噴混凝十C25防水層防水鋼筋混凝土C30,P8巡L髑o03L19Y盯了7止螬刪辮髓黜53蘭!翌l青。寸十善=!l=l;碥黼49975087100雨水管48474817473746574627底板rlo防水鋼筋混凝土細n艟凝土保護層(或5mm纖維板保護層防水聯(lián)C20f悅凝土找平層椰¨l SO×150鋼

11、筋網(wǎng)噴混凝土C25圖3PBA工法施工斷面(單位:mm間距150CmX150cm。導(dǎo)洞內(nèi)拱腳初期支護采用噴射混凝土施工。(4主體拱部開挖與支護在PBA工法施工中,主體拱部的開挖與支護是最重要的施工步驟,尤其是大跨段斷面結(jié)構(gòu)上方管線密集,離結(jié)構(gòu)距離近,因此,主體拱部的開挖與支護中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)大弧扣拱施工能否順利進行,直接制約著工法的成敗。本工程在兩側(cè)小導(dǎo)洞施工的同時,打設(shè)拱部大管棚,在小導(dǎo)洞內(nèi)拱腳初期支護完成后,進行主體拱部的開挖施工,采用分步開挖。以使拱部開挖盡快形成封閉,降低地層沉降變形。(5二次襯砌施工本工程二次襯砌采用順作法施工,按照底板、側(cè)墻、拱頂?shù)捻樞蚍侄螡仓尚?為確保結(jié)構(gòu)施工安全,關(guān)

12、鍵是分段施工,每段長度67.5m,同時加強監(jiān)控量測,按照設(shè)計要求項目和頻率進行布點監(jiān)測,根據(jù)變化情況及時采取有效措施,糾正拆換撐施工方案,確保施工安全。4施工監(jiān)控量測在地下工程淺埋暗挖法施工中,監(jiān)控量測是檢驗設(shè)計參數(shù)、地面穩(wěn)定性,評價施工方法的主要依據(jù),是信息化施工的基礎(chǔ)。通過現(xiàn)場監(jiān)控量測,及時獲取地層變動與結(jié)構(gòu)的動態(tài)信息,用以修正支護參數(shù)與施工措施,以霸寨粉硒黏。掣X靠罷篙靜罨手至箏籌簿卵石圓礫二磊淑中蛆砂,。卵石圓礫黝7Q廣導(dǎo).期達到施工安全與經(jīng)濟合理的目的,這是信息化施工的實質(zhì)性要求。本工程監(jiān)控量測點布置如圖4所示。圖4監(jiān)控量測點布置示意監(jiān)測結(jié)果顯示,地表沉降量普遍在3050mm,這與數(shù)

13、值模擬分析結(jié)果相吻合。同時,在監(jiān)測實施過程中,做到了對監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時分析研究,隨時調(diào)整施工方案和施工參數(shù),實現(xiàn)了動態(tài)控制。5技術(shù)創(chuàng)新本工程以“PBA”工法為基礎(chǔ),同時,結(jié)合本區(qū)間地層及周邊環(huán)境情況,開展技術(shù)創(chuàng)新,總結(jié)出一套適用于復(fù)雜地質(zhì)條件下單拱大跨地鐵隧道的施工技術(shù),技術(shù)特征如下:(1該技術(shù)綜合了PBA工法和CRD工法的施工技術(shù),自樁上作蓋,自上而下分步開挖,自下而上進行二次襯砌施工;(2由于拱部初期支護支撐在樁上,避免了常規(guī)褰蕙卯卯"盯""駝扎蚰搬孤n 弘一990口一旦I 塑口暑一、。、式氣斃一脈稽絲毗,悼輩椰型然吧油燃,愛口j 薹E 一K超卿刪雌姍楗竺施工技

14、術(shù)現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋技術(shù)在北京地鐵10號線萬柳車輛段的應(yīng)用趙宏林,徐樹印(北京賽瑞斯國際工程咨詢有限公司,北京100053摘要:現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋填充體技術(shù)利用填充體替代頂蓋中部的混凝土,以減輕項蓋自重,介紹現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋填充體技術(shù)在北京地鐵10號線萬柳車輛段的實際應(yīng)用情況,包括其施工控制要求,施工中應(yīng)注意的問題及技術(shù)改進建議。關(guān)鍵詞:北京地鐵lO號線;車輛段;現(xiàn)澆混凝土;空心樓蓋填充體;應(yīng)用中圖分類號:U231文獻標識碼:B文章編號:10042954(2008120145031工程概述北京地鐵10號線萬柳車輛段位于萬泉河橋南路西,承擔著車輛的檢修維護任務(wù)。車輛段呈南北向設(shè)置,由運用庫、聯(lián)

15、合檢修庫、綜合樓、信號樓等單體工程組成。設(shè)計服務(wù)年限50年。萬柳車輛段的運用庫、牽引降壓變電所、內(nèi)燃機車庫、給水泵房、易燃品庫和頂蓋花園的頂板均采用了現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋填充體技術(shù),使用該技術(shù)的頂板面積達5萬多m2。運用庫的頂板厚有360mm及250mm兩種,頂蓋花園的頂板厚有390、240mm及300mm3種。收稿日期:20080828:修回日期:20081006作者簡介:趙宏林(1963一,男,高級工程師,1985年畢業(yè)于西安冶金建筑工程學院,工學碩士。下面以運用庫為例說明設(shè)計要求:(1屋面設(shè)計荷載標準值為360mm厚,屋面板自重(含筒芯的質(zhì)量5.80kPa(其中筒芯重不得超過0.1kPa。

16、(2填充體頂板部分主要設(shè)計所依據(jù)的規(guī)范、規(guī)程和圖集為現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋技術(shù)規(guī)程(CECSl752004。(3現(xiàn)澆混凝土空心板的施工及驗收應(yīng)遵照現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋技術(shù)規(guī)程和混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范(GB50204-2002。(4芯材采用聚苯乙烯輕質(zhì)材料制作,外包隔離層,上表面設(shè)加強層,芯材重不大于0.1kPa。填充芯材料豎向抗壓荷載不應(yīng)小于1kN,側(cè)向抗壓荷載不應(yīng)小于0.8kN。(5支架與模板固定,芯材與支架用鐵絲綁牢,防止上浮。(6洞口加強筋通長設(shè)置,兩端錨入支座長度:上部鋼筋為35d,下部鋼筋為15d(d為鋼筋直徑。(7現(xiàn)澆空心板施工時應(yīng)加強振搗以保證芯材下部混凝土的密實。(8運用庫頂

17、板鋼筋保護層厚度為15mm。(9運用庫空心板采用C35商品混凝土。_¨-¨¨“-“m¨一m_-_.I一1¨_-¨一“¨¨-¨m_一_m¨m-一q-¨q。l|I-_-_l_l|n一¨Hl¨l_“一¨引。l|臺階法、CD法、CRD法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等施工方法引起的整體下沉和多次擾動引起的地表下沉,因此可以有效控制地表沉降;(3由于兩側(cè)樁起隔離作用,將破裂面由墻角提高到小導(dǎo)坑的起拱線附近,縮小了地面下沉的沉降影響范圍;(4小導(dǎo)洞施工時在導(dǎo)洞外側(cè)打設(shè)徑向?qū)Ч茏{進行

18、拱腳外部土體加固,加強了拱腳,以抵抗拱部荷載傳至拱腳的巨大水平推力,有利于減少拱部初期支護結(jié)構(gòu)和地面沉降;(5采用了合理的臨時支撐與合理的支撐替換方法,分段破除臨時支護結(jié)構(gòu),鋪設(shè)完防水層即恢復(fù)臨時支撐,縮短了結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)換時間,減少了地表下沉;(6綜合使用常規(guī)控制地表下沉技術(shù),減少地表總沉降;(7由于采用自下而上的襯砌,可以保證防水和二次襯砌鋼筋混凝土的質(zhì)量。6結(jié)語該技術(shù)的應(yīng)用,成功解決了地面交通繁忙、地下管線較多、不適宜采用明挖法施作的地鐵區(qū)間隧道大跨結(jié)構(gòu)施工技術(shù)難題,采用該技術(shù)能夠安全、優(yōu)質(zhì)、高效、按期完成施工任務(wù),并且地面沉降量能滿足工程要求,保證了地下管線及周邊環(huán)境安全,節(jié)省了工程投資。參考文獻:1王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論M.合肥:安徽教育出版社。2004.2吳昭永.復(fù)雜環(huán)境條件下城市暗挖隧道施工技術(shù)研究J.隧道建設(shè),2003(1.3周文海.淺埋暗挖地鐵區(qū)間隧道“PBA”施工技術(shù)研究J.鐵道標準設(shè)計,2007(7:99101.(4宋月光,楊慧林,李濤.地鐵洞樁法施工階段地下洞室的受力分析J.鐵道標準設(shè)計,2005(7. "PBA"工法在北京地鐵10號線區(qū)間超大斷面隧道施工中的應(yīng)用作