暗挖法穿越既有構(gòu)筑物技術(shù)研究T52

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(diǎn)車站（即換乘車站），僅北京市線網(wǎng)規(guī)劃中節(jié)點(diǎn)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(diǎn)和重點(diǎn)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9.2159機(jī)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

宣武武門門下下穿穿既既有有線線結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)東單單站站上上穿穿既既有有線線結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)崇文文門門聯(lián)聯(lián)絡(luò)絡(luò)通通道道側(cè)側(cè)穿穿既既有有線線結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)在3種穿穿越越方方式式中中以以下下穿穿既既有有線線工工程程的的技技術(shù)術(shù)難難度度最最大大。。而而在在北北京京在在建建的的穿穿越越既既有有線線工工程程中中，，以以五五號號線線崇崇文文門門車車站站下下穿穿既既有有線線工工程程條條件件最最為為復(fù)復(fù)雜雜，，難難度度和和風(fēng)風(fēng)險險最最大大，，同同時時也也是是最最先先建建設(shè)設(shè)的的穿穿越越工工程程。。因此此本本課課題題重重點(diǎn)點(diǎn)以以崇崇文文門門車車站站作作為為工工程程北北京京開開展展研研究究工工作作，，并并在在該該工工程程建建設(shè)設(shè)中中進(jìn)進(jìn)行行本本成成果果的的應(yīng)應(yīng)用用。。以以五五號號線線東東單單車車站站作作為為上上穿穿既既有有線線的的工工程程應(yīng)應(yīng)用用。。北京京地地鐵鐵五五號號線線崇崇文文門門車車站站工工程程概概況況北京京地地鐵鐵五五號號線線崇崇文文門門車車站站和和東東單單車車站站隧隧道道穿穿越越工工程程的的規(guī)規(guī)模模之之大大、、條條件件之之復(fù)復(fù)雜雜以以及及控控制制標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)之之高高是是國國內(nèi)內(nèi)外外罕罕見見的的，，其其中中崇崇文文門門車車站站以以24.2m××11.42m的大大斷斷面面下下穿穿既既有有環(huán)環(huán)線線地地鐵鐵結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)最最小小間間距距僅僅為為1.98m；東東單單車車站站開開挖挖斷斷面面為為23.66m××9.87m，以以最最小小間間距距0.5m上穿穿既既有有地地鐵鐵一一號號線線區(qū)區(qū)間間。。在在如如此此復(fù)復(fù)雜雜的的環(huán)環(huán)境境下下實實現(xiàn)現(xiàn)施施工工過過程程中中的的安安全全運(yùn)運(yùn)營營，，其其風(fēng)風(fēng)險險性性非非常常之之大大。。崇文文門門車車站站的的主主要要技技術(shù)術(shù)難難點(diǎn)點(diǎn)：：崇文文門門車車站站是是重重要要的的換換乘乘車車站站，，在在整整個個交交通通線線網(wǎng)網(wǎng)中中具具有有不不可可替替代代性性。。施工工技技術(shù)術(shù)難難度度大大，，國國內(nèi)內(nèi)外外尚尚無無成成熟熟的的經(jīng)經(jīng)驗驗可可資資借借鑒鑒，，需需要要通通過過技技術(shù)術(shù)創(chuàng)創(chuàng)新新來來完完成成。。周圍圍環(huán)環(huán)境境及及其其復(fù)復(fù)雜雜，，而而且且地地處處交交通通要要道道，，一一旦旦出出現(xiàn)現(xiàn)工工程程環(huán)環(huán)境境事事故故，，將將造造成成非非常常惡惡劣劣的的社社會會影影響響；；如如果果造造成成既既有有線線結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)破破壞壞迫迫使使環(huán)環(huán)線線地地鐵鐵停停運(yùn)運(yùn)，，將將使使整整個個北北京京地地鐵鐵交交通通癱癱瘓瘓。。在如如此此復(fù)復(fù)雜雜的的條條件件下下施施工工，，要要同同時時保保證證既既有有線線和和新新建建工工程程的的安安全全，，技技術(shù)術(shù)要要求求高高。。2主要要研研究究內(nèi)內(nèi)容容和和總總體體思思路路成功功穿穿越越既既有有線線結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，要要解解決決好好以以下下關(guān)關(guān)鍵鍵問問題題：：A.保證證既既有有線線的的安安全全運(yùn)運(yùn)營營B.保證證施施工工過過程程的的安安全全C.監(jiān)控控量量測測和和信信息息反反饋饋是是工工程程安安全全的的重重要要保保證證隧道道穿穿越越既既有有線線的的核核心心問問題題是是如如何何控控制制既既有有線線結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的變變形形量量和和變變形形速速率率(防止止災(zāi)災(zāi)難難事事故故發(fā)發(fā)生生)，因因此此從從研研究究思思路路上上可可以以采采取取以以下下3種方方法法：：結(jié)構(gòu)構(gòu)托托換換，即即通通過過托托換換手手段段對對既既有有結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)進(jìn)進(jìn)行行預(yù)預(yù)支支護(hù)護(hù)，，如如美美國國波波士士頓頓中中央央交交通通主主動動脈脈公公路路隧隧道道工工程程穿穿越越既既有有地地鐵鐵線線時時使使用用了了此此方方法法。。減小小開開挖挖斷斷面面，即即在在滿滿足足工工程程要要求求的的條條件件下下盡盡量量減減小小隧隧道道斷斷面面，，或或?qū)⒋蟠髷鄶嗝婷嫠硭淼赖婪址纸饨獬沙尚⌒鄶嗝婷?，，如?號線線宣宣武武門門站站擬擬采采用用的的方方法法。。隧道道分分部部開開挖挖，即即將將大大斷斷面面隧隧道道分分多多次次開開挖挖完完成成，，從從而而減減小小對對既既有有結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的擾擾動動和和變變形形，，如如5號線線崇崇文文門門車車站站、、東東單單車車站站以以及及穿穿越越雍雍和和宮宮車車站站所所采采用用的的方方法法。。安全全穿穿越越既既有有線線結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的基基本本思思路路穿越越既既有有線線工工程程主主要要包包括括以以下下5個環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)，，課課題題研研究究也也是是圍圍繞繞這這5個環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)的的關(guān)關(guān)鍵鍵技技術(shù)術(shù)問問題題進(jìn)進(jìn)行行的的，，并并且且重重視視成成果果的的實實際際應(yīng)應(yīng)用用。。Ⅰ既有結(jié)構(gòu)物的的現(xiàn)狀評估和和安全性評價價。由此可確定出出既有結(jié)構(gòu)的的沉降和變形形控制標(biāo)準(zhǔn)，，即既有結(jié)構(gòu)構(gòu)所能夠承受受的極限變形形值。Ⅱ施工附加影響響的分析及施施工方法優(yōu)化化。實際上為施工工方法以及輔輔助施工方法法的優(yōu)化，并并且包括工法法的優(yōu)化以及及細(xì)部優(yōu)化（（如到洞開挖挖以及支護(hù)順順序等細(xì)節(jié)問問題）。Ⅲ過程控制方案案制定與實施施?？紤]到隧道開開挖對地層影影響的時空效效應(yīng)，依據(jù)地地層和結(jié)構(gòu)的的變位分配原原理，初步擬擬定相應(yīng)施工工方案下的既既有結(jié)構(gòu)變形形及穩(wěn)定性控控制方案并實實施。方案制定的依依據(jù)主要包括：既既往經(jīng)驗及資資料、數(shù)值模模擬及理論分分析、工程特特點(diǎn)等。Ⅳ施工過程監(jiān)測測及信息反饋饋?；谛畔⒒┦┕さ脑恚?，通過監(jiān)測結(jié)結(jié)果與既定控控制方案的對對比，可及時時對施工方案案和控制標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整，，以及在必要要時對地層和和結(jié)構(gòu)進(jìn)行加加固，以達(dá)到到預(yù)期的目標(biāo)標(biāo)。加固地層—其作用是減小施施工對結(jié)構(gòu)的的附加影響；；加固結(jié)構(gòu)—其作用則在于提提高結(jié)構(gòu)的抗抗變形能力。。Ⅴ工后評估及恢恢復(fù)方案制定定。無論采取怎樣樣的施工方案案和技術(shù)措施施，施工結(jié)束束后都會或多多或少地對既既有結(jié)構(gòu)造成成影響，因此此待施工完成成后應(yīng)對既有有結(jié)構(gòu)的損壞壞狀況進(jìn)行檢檢測和評估，，并據(jù)此制定定恢復(fù)方案和和具體措施，，包括恢復(fù)的的必要性、恢恢復(fù)程度以及及工后沉降和和變形的預(yù)測測等。依據(jù)上述原理理和方法，在在淺埋暗挖法法穿越地鐵結(jié)結(jié)構(gòu)成功實踐踐的基礎(chǔ)上，，目前已在北北京地鐵施工工的環(huán)境安全全風(fēng)險管理中中得到了推廣廣應(yīng)用，取得得了很好的效效果。由此可可對地鐵及城城市地下工程程施工的環(huán)境境控制提供直直接的指導(dǎo)，，從整體上提提高了信息化化施工的技術(shù)術(shù)水平。3課題技術(shù)成果果及其應(yīng)用分析了穿越工工程中合理結(jié)結(jié)構(gòu)間距的主主要影響因素素及評價方法法，并由此確確定了一般工工程條件下的的合理結(jié)構(gòu)間間距。綜合考慮列車車振動對新建建結(jié)構(gòu)的影響響、夾層土體體變形對既有有結(jié)構(gòu)沉降的的影響以及地地下空間的合合理利用等，，下穿越既有有線時結(jié)構(gòu)間間距以2~3m為宜。（一）既有結(jié)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀評評估與安全性性評價根據(jù)現(xiàn)狀評估估結(jié)果，結(jié)合合施工過程中中可能發(fā)生的的沉降模式的的綜合分析，，同時考慮到到列車運(yùn)營條條件（豎曲線線、過超高等等）的要求，，最后以既有有隧道結(jié)構(gòu)變變形縫處的最最大沉降量最最為控制指標(biāo)標(biāo)，控制標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)為不超過40mm，考慮到一定定安全儲備，，將既有結(jié)構(gòu)構(gòu)的最大沉降降量控制標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)擬定為36mm。東單車站既有有線復(fù)八線的的上浮量控制制標(biāo)準(zhǔn)為12mm,考慮安全儲備備后，最大上上浮量為10mm。東南施工場地地西北施工場地地崇文門車站周周邊實景圖平面圖橫剖面圖西1.98m（二）地鐵施施工的附加影影響分析及工工法優(yōu)化針對大斷面淺淺埋暗挖地鐵鐵車站常用的的中洞法、柱柱洞法和側(cè)洞洞法對既有結(jié)結(jié)構(gòu)沉降附加加影響進(jìn)行分分析，由此實實現(xiàn)對施工方方法的優(yōu)化。。施工方法的附附加影響分析析及優(yōu)化，包包括工法的優(yōu)優(yōu)化和施工步步驟的細(xì)部優(yōu)優(yōu)化。既有環(huán)線區(qū)間隧道新建車站?600大管棚柱洞法中洞法側(cè)洞法不同施工方法法的塑性區(qū)分分布柱洞法中洞法側(cè)洞法綜合既有結(jié)構(gòu)構(gòu)沉降以及塑塑性區(qū)范圍的的影響分析，，可以得出以以下結(jié)論：柱洞法以最小的挖土土量，提供了了前期襯砌的的施作空間，，其永久襯砌砌結(jié)構(gòu)施作最最早，支撐作作用發(fā)揮得最最早，所以對對土體沉降和和既有結(jié)構(gòu)的的變位控制最最為有利，應(yīng)應(yīng)是穿越施工的的最佳方案。。導(dǎo)洞開挖順序序的細(xì)部優(yōu)化化1234123412341234方案Ⅰ方案Ⅳ方案Ⅱ方案Ⅲ既有結(jié)構(gòu)分步步沉降預(yù)測結(jié)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工結(jié)束（三）環(huán)境風(fēng)風(fēng)險安全控制制方案的制定定和實施依據(jù)地層及結(jié)結(jié)構(gòu)變?yōu)榉峙渑涞脑砗头椒椒ǎ瑪M定出出不同施工階階段的既有結(jié)結(jié)構(gòu)變形控制制目標(biāo)值，形形成控制方案案。φ600超前管幕◆設(shè)計參數(shù)φ600咬合管幕，鋼鋼管管徑φ600mm，壁厚16mm，長度為36m。沿車站隧道道單層斷面拱拱部布設(shè)一環(huán)環(huán)，鋼管之間間采用10號槽鋼和工10相互咬合（雙雙扣為槽鋼，，單扣為工鋼鋼）。◆施工方法超前φ600管幕采用水平平液壓鉆孔頂頂管機(jī)施工，，施工時采用用先頂進(jìn)后出出土的施工工工藝，鉆頭落落后鋼管前端端10-15cm，該施工工藝藝能夠有效的的控制地層沉沉降，其主施施工設(shè)備為液液壓系統(tǒng)，施施工中振動和和噪音較小◆施工參數(shù)管幕布置在既既有環(huán)線區(qū)間間隧道和車站站拱頂之間，，距離車站初初支30cm。在鋼管支座座施工完成后后，鋼管內(nèi)再再填充無收縮縮水泥砂漿，，用來提高鋼鋼管剛度。。鉆孔頂管機(jī)施施工示意圖φ600超前管幕現(xiàn)場鋼管柱施施工（四）施工過過程中的監(jiān)測測和控制與其他的暗挖挖地鐵車站工工程相比，監(jiān)監(jiān)測工作的主主要創(chuàng)新點(diǎn)為為：采用先進(jìn)的高高精度靜力水水準(zhǔn)自動化監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)，實實現(xiàn)了實時監(jiān)監(jiān)測和及時的的信息反饋；；采用光柵系統(tǒng)統(tǒng)對典型管棚棚進(jìn)行了隧道道施工過程的的全過程實時時監(jiān)測；對地鐵列車振振動在地層中中的傳播規(guī)律律進(jìn)