淺埋暗挖法近距離穿越既有地鐵構(gòu)筑物（區(qū)間與車站）關(guān)鍵技術(shù)研究

1、淺埋暗挖法近距離穿越既有地鐵構(gòu)筑物（區(qū)間與車站）關(guān)鍵技術(shù)研究1 立項背景 近年來我國城市快速軌道交建設(shè)得到了迅速發(fā)展，逐步形成地下鐵道網(wǎng)。在地鐵網(wǎng)的建設(shè)中必然會遇到眾多的節(jié)點車站（即換乘車站），僅北京市線網(wǎng)規(guī)劃中節(jié)點車站就達(dá)118處，因此換乘車站的設(shè)計和施工通常是城市地鐵建設(shè)中的難點和重點工程。 換乘車站的建設(shè)方式：A. 同期建設(shè)4、10號線黃莊車站B. 前期建設(shè)預(yù)留 如2、4號線西直門站C. 穿越既有線施工,如崇文門、東單、宣武門站等 顯然, 在以上 3 種建造方式中，顯然是以穿越既有線結(jié)構(gòu)的方式技術(shù)難度和風(fēng)險最大。 序號新建線既有線穿越情況穿越類型最小間距/m152崇文門暗挖車站下穿地鐵2

2、號線區(qū)間下穿1.98021東單暗挖車站上穿地鐵1號線區(qū)間上穿0.632雍和暗挖區(qū)間穿環(huán)線雍和宮站下穿0.3442宣武門暗挖車站下穿2號線宣武門車站下穿1.951西單暗挖車站上穿1號線區(qū)間上穿0.5462西直門站改造（預(yù)留)7101國雙區(qū)間下穿1號線區(qū)間下穿1.245813北芍區(qū)間下穿13號線芍藥居站下穿9.215 9機場線13東直門站穿13號線東直門折返線下穿、側(cè)穿0北京地鐵在建線路近距離穿越既有地鐵線工程匯總表 通常認(rèn)為，當(dāng)結(jié)構(gòu)間距大于5.0m以后兩者的影響就非常明顯，即5.0m以下可以認(rèn)為是小間距，上表中除穿越芍藥居城鐵站外，其他間距均小于2.0m，因此均為近距穿越。 隧道穿越既有線的主要

3、形式: 依據(jù)新建隧道與既有線結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系可分為以下3種穿越形式： 下穿既有線 上穿既有線 側(cè)穿既有線 宣武門下穿既有線結(jié)構(gòu)東單站上穿既有線結(jié)構(gòu)崇文門聯(lián)絡(luò)通道側(cè)穿既有線結(jié)構(gòu) 在3種穿越方式中以下穿既有線工程的技術(shù)難度最大。而在北京在建的穿越既有線工程中，以五號線崇文門車站下穿既有線工程條件最為復(fù)雜，難度和風(fēng)險最大，同時也是最先建設(shè)的穿越工程。 因此本課題重點以崇文門車站作為工程北京開展研究工作，并在該工程建設(shè)中進(jìn)行本成果的應(yīng)用。以五號線東單車站作為上穿既有線的工程應(yīng)用。北京地鐵五號線崇文門車站工程概況 北京地鐵五號線崇文門車站和東單車站隧道穿越工程的規(guī)模之大、條件之復(fù)雜以及控制標(biāo)準(zhǔn)之高是國內(nèi)外

4、罕見的，其中崇文門車站以24.2m11.42m的大斷面下穿既有環(huán)線地鐵結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)最小間距僅為1.98m；東單車站開挖斷面為23.66m9.87m，以最小間距0.5m上穿既有地鐵一號線區(qū)間。在如此復(fù)雜的環(huán)境下實現(xiàn)施工過程中的安全運營，其風(fēng)險性非常之大。崇文門車站的主要技術(shù)難點：崇文門車站是重要的換乘車站，在整個交通線網(wǎng)中 具有不可替代性。施工技術(shù)難度大，國內(nèi)外尚無成熟的經(jīng)驗可資借鑒，需要通過技術(shù)創(chuàng)新來完成。周圍環(huán)境及其復(fù)雜，而且地處交通要道，一旦出現(xiàn)工程環(huán)境事故，將造成非常惡劣的社會影響；如果造成既有線結(jié)構(gòu)破壞迫使環(huán)線地鐵停運，將使整個北京地鐵交通癱瘓。在如此復(fù)雜的條件下施工，要同時保證既有線和

5、新建工程的安全，技術(shù)要求高。2 主要研究內(nèi)容和總體思路 成功穿越既有線結(jié)構(gòu)，要解決好以下關(guān)鍵問題：A . 保證既有線的安全運營B. 保證施工過程的安全C. 監(jiān)控量測和信息反饋是工程安全的重要保證 隧道穿越既有線的核心問題是如何控制既有線結(jié)構(gòu)的變形量和變形速率(防止災(zāi)難事故發(fā)生)，因此從研究思路上可以采取以下3種方法：結(jié)構(gòu)托換，即通過托換手段對既有結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)支護(hù)，如美國波士頓中央交通主動脈公路隧道工程穿越既有地鐵線時使用了此方法。減小開挖斷面，即在滿足工程要求的條件下盡量減小隧道斷面，或?qū)⒋髷嗝嫠淼婪纸獬尚嗝?，?號線宣武門站擬采用的方法。隧道分部開挖，即將大斷面隧道分多次開挖完成，從而減小對

6、既有結(jié)構(gòu)的擾動和變形，如5號線崇文門車站、東單車站以及穿越雍和宮車站所采用的方法。安全穿越既有線結(jié)構(gòu)的基本思路 穿越既有線工程主要包括以下 5個環(huán)節(jié)，課題研究也是圍繞這5個環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行的，并且重視成果的實際應(yīng)用。 既有結(jié)構(gòu)物的現(xiàn)狀評估和安全性評價。由此可確定出既有結(jié)構(gòu)的沉降和變形控制標(biāo)準(zhǔn)，即既有結(jié)構(gòu)所能夠承受的極限變形值。 施工附加影響的分析及施工方法優(yōu)化。實際上為施工方法以及輔助施工方法的優(yōu)化，并且包括工法的優(yōu)化以及細(xì)部優(yōu)化（如到洞開挖以及支護(hù)順序等細(xì)節(jié)問題）。 過程控制方案制定與實施?？紤]到隧道開挖對地層影響的時空效應(yīng)，依據(jù)地層和結(jié)構(gòu)的變位分配原理，初步擬定相應(yīng)施工方案下的既有結(jié)

7、構(gòu)變形及穩(wěn)定性控制方案并實施。方案制定的依據(jù)主要包括：既往經(jīng)驗及資料、數(shù)值模擬及理論分析、工程特點等。 施工過程監(jiān)測及信息反饋?；谛畔⒒┕さ脑?，通過監(jiān)測結(jié)果與既定控制方案的對比，可及時對施工方案和控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整，以及在必要時對地層和結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。加固地層其作用是減小施工對結(jié)構(gòu)的附加影響；加固結(jié)構(gòu)其作用則在于提高結(jié)構(gòu)的抗變形能力。 工后評估及恢復(fù)方案制定。無論采取怎樣的施工方案和技術(shù)措施，施工結(jié)束后都會或多或少地對既有結(jié)構(gòu)造成影響，因此待施工完成后應(yīng)對既有結(jié)構(gòu)的損壞狀況進(jìn)行檢測和評估，并據(jù)此制定恢復(fù)方案和具體措施，包括恢復(fù)的必要性、恢復(fù)程度以及工后沉降和變形的預(yù)測等。

8、依據(jù)上述原理和方法，在淺埋暗挖法穿越地鐵結(jié)構(gòu)成功實踐的基礎(chǔ)上，目前已在北京地鐵施工的環(huán)境安全風(fēng)險管理中得到了推廣應(yīng)用，取得了很好的效果。由此可對地鐵及城市地下工程施工的環(huán)境控制提供直接的指導(dǎo)，從整體上提高了信息化施工的技術(shù)水平。 3 課題技術(shù)成果及其應(yīng)用 分析了穿越工程中合理結(jié)構(gòu)間距的主要影響因素及評價方法，并由此確定了一般工程條件下的合理結(jié)構(gòu)間距。 綜合考慮列車振動對新建結(jié)構(gòu)的影響、夾層土體變形對既有結(jié)構(gòu)沉降的影響以及地下空間的合理利用等，下穿越既有線時結(jié)構(gòu)間距以23m為宜。（一）既有結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀評估與安全性評價 根據(jù)現(xiàn)狀評估結(jié)果，結(jié)合施工過程中可能發(fā)生的沉降模式的綜合分析，同時考慮到列車運營

9、條件（豎曲線、過超高等）的要求，最后以既有隧道結(jié)構(gòu)變形縫處的最大沉降量最為控制指標(biāo)，控制標(biāo)準(zhǔn)為不超過40mm，考慮到一定安全儲備，將既有結(jié)構(gòu)的最大沉降量控制標(biāo)準(zhǔn)擬定為36mm。 東單車站既有線復(fù)八線的上浮量控制標(biāo)準(zhǔn)為12mm,考慮安全儲備后，最大上浮量為10mm。東南施工場地西北施工場地崇文門車站周邊實景圖平面圖橫剖面圖西1.98m（二）地鐵施工的附加影響分析及工法優(yōu)化 針對大斷面淺埋暗挖地鐵車站常用的中洞法、柱洞法和側(cè)洞法對既有結(jié)構(gòu)沉降附加影響進(jìn)行分析，由此實現(xiàn)對施工方法的優(yōu)化。 施工方法的附加影響分析及優(yōu)化，包括工法的優(yōu)化和施工步驟的細(xì)部優(yōu)化。 既有環(huán)線區(qū)間隧道新建車站600大管棚柱洞法中

10、洞法側(cè)洞法不同施工方法的塑性區(qū)分布柱洞法中洞法側(cè)洞法 綜合既有結(jié)構(gòu)沉降以及塑性區(qū)范圍的影響分析，可以得出以下結(jié)論： 柱洞法以最小的挖土量，提供了前期襯砌的施作空間，其永久襯砌結(jié)構(gòu)施作最早，支撐作用發(fā)揮得最早，所以對土體沉降和既有結(jié)構(gòu)的變位控制最為有利，應(yīng)是穿越施工的最佳方案。導(dǎo)洞開挖順序的細(xì)部優(yōu)化1234123412341234方案方案方案方案既有結(jié)構(gòu)分步沉降預(yù)測結(jié)果-40-35-30-25-20-15-10-50024681012141618施工步序累計沉降量（mm）導(dǎo)洞貫通中洞頂層襯砌側(cè)洞支撐側(cè)洞貫通中洞襯砌側(cè)洞襯砌中洞管幕施工結(jié)束（三）環(huán)境風(fēng)險安全控制方案的制定和實施 依據(jù)地層及結(jié)構(gòu)變?yōu)?/p>

11、分配的原理和方法，擬定出不同施工階段的既有結(jié)構(gòu)變形控制目標(biāo)值，形成控制方案。600超前管幕設(shè)計參數(shù)600咬合管幕，鋼管管徑600mm，壁厚16mm，長度為36m。沿車站隧道單層斷面拱部布設(shè)一環(huán)，鋼管之間采用10號槽鋼和工10相互咬合（雙扣為槽鋼，單扣為工鋼）。施工方法超前600管幕采用水平液壓鉆孔頂管機施工，施工時采用先頂進(jìn)后出土的施工工藝，鉆頭落后鋼管前端10-15cm，該施工工藝能夠有效的控制地層沉降，其主施工設(shè)備為液壓系統(tǒng)，施工中振動和噪音較小 施工參數(shù)管幕布置在既有環(huán)線區(qū)間隧道和車站拱頂之間，距離車站初支30cm。在鋼管支座施工完成后，鋼管內(nèi)再填充無收縮水泥砂漿，用來提高鋼管剛度 。鉆

12、孔頂管機施工示意圖600超前管幕現(xiàn)場鋼管柱施工（四）施工過程中的監(jiān)測和控制 與其他的暗挖地鐵車站工程相比，監(jiān)測工作的主要創(chuàng)新點為：采用先進(jìn)的高精度靜力水準(zhǔn)自動化監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了實時監(jiān)測和及時的信息反饋；采用光柵系統(tǒng)對典型管棚進(jìn)行了隧道施工過程的全過程實時監(jiān)測；對地鐵列車振動在地層中的傳播規(guī)律進(jìn)行了監(jiān)測，為振動影響分析及減振措施制定提供了依據(jù)。常規(guī)監(jiān)測項目地表布點圖測點布置原則為：沿縱向每5米布設(shè)一個斷面，每個斷面布設(shè)5個測點。常規(guī)監(jiān)測項目洞內(nèi)布點圖既有線監(jiān)測布點縱剖面圖既有線監(jiān)測布點縱剖面圖既有線監(jiān)測方案 既有線監(jiān)測設(shè)計就是結(jié)合既有隧道的結(jié)構(gòu)特點和已制定的監(jiān)管指標(biāo)，選擇相應(yīng)的量測儀器和設(shè)備。監(jiān)測系統(tǒng)的布置也是監(jiān)測設(shè)計的重要內(nèi)容，包括儀器安設(shè)位置的選擇，儀器安裝的數(shù)量、密度、分布方式和范圍等。梁式傾斜儀變位計（五）工后評估和恢復(fù)方案制定和實施 隧道施工完成后，客觀上不可避免地要對既有地鐵構(gòu)筑物造成影響，也可能對既有線的安全運營和使用功能造成一些損害，因此應(yīng)對所造成影響的程度作出評價；同時根據(jù)損害的程度對恢復(fù)的必要性、可行性