淺埋強風化巖體地鐵車站拱蓋-樁錨組合施工技術(shù)27頁（PPT）_ppt

1、淺埋強風化巖體地鐵車站拱蓋樁錨組合施工技術(shù)研究二一四年八月提 綱 1、工程概況與研究背景3、拱蓋樁錨施工工藝4、主要結(jié)論2、支護設(shè)計與效果評價1.1 工程概況 xx地鐵xx線xx公園站，主體車站全長176.9m，采用單拱直墻暗挖斷面，開挖寬度為21.9m，總高度為16.2m。圖1-1 xx公園站地理位置工程特點： 埋深淺、跨度大，施工相互影響劇烈，地面環(huán)境荷載和施工荷載交互作用 地處鬧市區(qū)，地面交通流量大，地表沉降控制嚴格，建筑物安全等級高； 巖體破碎節(jié)理發(fā)育，基巖承載力不足，不能滿足拱蓋結(jié)構(gòu)的持力要求。工期緊張1.1 工程概況1.1 工程概況地質(zhì)條件：圖1-2 原地勘地層巖性圖圖1-3 變更

2、后地勘地層巖性圖 根據(jù)原地質(zhì)勘查報告，車站拱蓋法拱腳處巖體風化程度不大，可以滿足拱蓋法的施工條件，如圖1-2所示。 但在實際施工中，發(fā)現(xiàn)開挖揭露地質(zhì)巖層與原地勘資料嚴重不符，中風化巖與強風化巖下亞帶分界面下降了3m17m，局部降至車站仰拱，如圖1-3所示。1.2 研究背景拱蓋法作為一種淺埋暗挖大型地鐵車站施工方 法，在城市地鐵的修建過程中被越來越多的采用。尤其適合于“上軟下硬”的土巖復(fù)合地層。拱蓋法要求拱腳必須落在堅硬的、穩(wěn)定性高的基巖上。本工程拱蓋的拱腳位于碎裂巖體、承載力不足。需要對拱蓋法的施工技術(shù)進行優(yōu)化研究。2、支護設(shè)計與效果評價數(shù)值模擬圖2-1 三維計算模型圖2-2 模型內(nèi)部支護形式

3、 隧道圍巖服從Mohr-Coulomb準則，初支、二襯、臨時支撐、托梁及灌注樁采用實體彈性模型，超前支護采用提高其加固區(qū)圍巖參數(shù)來模擬，錨桿（索）采用cable單元。 根據(jù)原地勘條件，地表最大沉降值為7.62mm，圍巖沒有塑性區(qū)，說明拱腳巖體具有足夠的承載力，能夠保證車站主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。根據(jù)實際地質(zhì)條件，地表最大沉降值為74.34mm，超過沉降允許值30mm；側(cè)墻圍巖處于塑性狀態(tài)，拱肩處塑性區(qū)已經(jīng)發(fā)展到地面，可能導致地面建筑物的破壞。圖2-4 承載力不足導致的塑性破壞圖2-3 車站開挖后的地表沉降曲線圍巖變形狀態(tài) 2、支護設(shè)計與效果評價為了提高基巖承載力，采用拱蓋樁錨組合支護：拱蓋+挖孔灌注

4、樁+連續(xù)托梁+預(yù)應(yīng)力錨索。其中： 挖孔樁尺寸為1.8m0.8m， 一樁一錨， 錨索為L=12m的4根15.2低松弛鋼絞線組成，預(yù)應(yīng)力200kN，樁間布置小導管保護車站側(cè)墻的穩(wěn)定。拱蓋樁錨組合支護圖2-5 拱蓋樁錨組合支護體系2、支護設(shè)計與效果評價為了評價拱蓋樁錨支護支護效果，進行了多因素加權(quán)定量評價，進而確定最佳支護參數(shù)。 支護效果評價指標：定義為選取第k工況下的第j項影響因素的參數(shù)作為基準（取各工況第j項影響因素指標中的最大值），以第i工況相對于該基準工況的某一影響因素指標變化率，乘以該項影響因素的權(quán)重，然后相累加得到的。支護效果的評價2、支護設(shè)計與效果評價支護效果水平的數(shù)學表達式為：（1）

5、式中： 為支護效果水平； 為第j項影響因素中各工況的最大指標值，即：（2） 為影響效應(yīng)矩陣A中的第i行，第j列中的指標值，影響效應(yīng)矩陣A表示為：（3） 為第j項影響因素對總的影響效應(yīng)的權(quán)重。2、支護設(shè)計與效果評價支護效果的評價灌注樁長度對圍巖變形影響工況灌注樁長度情況地表沉降值/mm拱頂沉降值/mm車站邊墻凈空收斂/mm塑性區(qū)發(fā)展水平支護效果評價指標工況一不設(shè)置樁74.3485.4226.881.900工況二樁長5m，樁底離中風化巖1m35.6143.266.650.380.655工況三樁長6m，樁底落在中風化巖上27.7934.802.920.320.734工況四樁長7m，樁身嵌入中風化巖1

6、m21.1427.972.780.300.780工況五樁長7.5m，樁身嵌入中風化巖1.5m21.0727.882.780.280.785工況六樁長8m，樁身嵌入中風化巖2m21.0427.872.780.240.7932、支護設(shè)計與效果評價 隨著灌注樁長度的增大，圍巖沉降變形與塑性發(fā)展逐漸減小，支護效果評價指標提高，基巖承載力提高，主體結(jié)構(gòu)趨向穩(wěn)定性。灌注樁長度以樁身嵌入中風化巖體11.5m為宜。圖2-8 工況四塑性區(qū)分布圖圖2-7 工況二塑性區(qū)分布圖2、支護設(shè)計與效果評價灌注樁長度對圍巖變形影響托梁對圍巖圍巖變形的影響：工況托梁情況地表沉降值/mm拱頂沉降值/mm車站邊墻凈空收斂/mm塑性

7、區(qū)發(fā)展水平支護效果評價指標工況一無托梁22.3129.392.800.290工況二有托梁21.0427.872.780.240.096不設(shè)置托梁時，車站正上方的地表沉降值為22.31mm；車站邊墻兩側(cè)圍巖的塑性區(qū)較大，并有逐漸向外發(fā)展的趨勢。設(shè)置托梁后，地表沉降值為21.04mm，減小了約5.7；塑性區(qū)明顯減小，只有拱腳小部分圍巖處于塑性狀態(tài)，支護效果評價指標提高了9.6。2、支護設(shè)計與效果評價錨索對圍巖變形影響：工況錨索位置與數(shù)量地表沉降值/mm拱頂沉降值/mm車站邊墻凈空收斂/mm拱頂最大拉應(yīng)力/MPa鎖腳錨桿最大應(yīng)力/kN支護效果水平工況一無錨索22.0728.622.861.01824

8、4.170工況二只托梁處1根21.0427.862.781.017343.970.0234工況三灌注樁上部、下部各1根21.0727.872.781.016344.240.0216工況四托梁、灌注樁上部各1根21.0427.852.781.015144.040.0234工況五托梁、灌注樁中央各1根21.0327.842.781.015943.980.0238工況六托梁、灌注樁下部各1根21.0527.852.781.015643.990.0235工況七托梁、灌注樁上部、下部各1根21.0427.872.781.012744.060.02352、支護設(shè)計與效果評價拱蓋樁錨組合支護可以形成穩(wěn)定的應(yīng)

9、力承載環(huán)，上部松軟層圍巖壓力可以傳遞到下部堅硬的基巖中。工況三的錨索應(yīng)力遠小于鎖腳錨桿應(yīng)力，說明灌注樁上的錨索沒有成功分擔鎖腳錨桿的應(yīng)力，必須在托梁和灌注樁上同時打設(shè)錨索，使支護體系受力更均衡。最佳錨索布置，在托梁和灌注樁中部各設(shè)1根，共2根。圖2-10 工況三第一主應(yīng)力及錨桿應(yīng)力圖圖2-9 工況二第一主應(yīng)力及錨桿應(yīng)力圖錨索對圍巖變形影響2、支護設(shè)計與效果評價提高基巖承載力，確保主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。 嵌入中風化巖體11.5m為宜。明顯減小地表沉降與車站邊墻塑性區(qū)，對支護結(jié)構(gòu)的應(yīng)力傳遞和控制邊墻兩側(cè)的塑性變形有重要作用。使支護結(jié)構(gòu)受力均衡，對支護結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定有重要影響； 最佳布置：在托梁和灌注樁中

10、部各設(shè)1根。(1)灌注樁(2)托梁(3)錨索2、支護設(shè)計與效果評價 小結(jié)3、拱蓋樁錨施工工藝圖2-13 開挖右線導洞，并施做初支圖2-11 施做超前支護，加固地層圖2-12 開挖左線導洞，并施做初支圖2-14 施做挖孔灌注樁施工工序圖2-17 拆除中間臨時支撐，施做拱蓋圖2-15 施做托梁，并打設(shè)托梁錨索圖2-16 開挖拱部中洞，并施做初支圖2-18 開挖車站下部圍巖圖2-19 完成全部主體結(jié)構(gòu)3、拱蓋樁錨施工工藝施工工序樁基施工技術(shù)：圖2-20 樁基開挖布置示意圖樁基施工須滿足樁間凈距不小于3倍的要求，相鄰兩根樁的施工間隔時間至少為4天。樁基開挖采用“跳三挖一”、左右交錯的形式進行開挖，線路

11、左側(cè)可以同時施工3根樁基，右側(cè)同時施工3根樁基。3、拱蓋樁錨施工工藝樁基施工技術(shù)：圖2-22 樁身水鉆開挖挖孔灌注樁采用樁內(nèi)水鉆開挖，可以避免爆破開挖對樁身圍巖的擾動，同時施工靈便快速。通過水鉆將整體性的圍巖分割成小面積區(qū)級，后選用人工風鎬鑿出。圖2-21 鉆孔平面布置圖3、拱蓋樁錨施工工藝樁基施工技術(shù)：圖2-25 第三步：旋轉(zhuǎn)支架、棄渣安裝活底吊桶、活動蓋板用于樁身出渣，樁孔口安裝水平推移的活動安全蓋板，防止雜物掉下砸傷工人。吊運樁孔土方時，打開安全活動蓋板，樁基外側(cè)卸渣時，關(guān)閉安全活動蓋板。圖2-23 第一步：樁內(nèi)裝渣圖2-24 第二步：提升土渣3、拱蓋樁錨施工工藝錨索施工技術(shù)：圖2-27 錨索施工流程圖錨索選用低松弛預(yù)應(yīng)力鋼鉸線，長度12m，錨固段6m，自由段6m，選用1x7型4根15.2鋼鉸線，預(yù)應(yīng)力200kN。采用一樁一錨的形式。圖2-26 錨索一樁一錨布置3、拱蓋樁錨施工工藝錨索施工技術(shù)：圖2-28 錨索隨下斷面開挖布置車站下斷面由上至下、由前至后逐層逐步開挖，開挖至當層錨索下0.5米時，施作小導管并注漿加固邊墻圍巖，縱向距離20米后開始施作錨索，依次進行，直至開挖到設(shè)計標高。3、拱蓋樁錨施工工藝圖2-29 導洞超前注漿圖2-30