北京城鐵暗挖區(qū)間隧道穿越樓群關(guān)鍵施工技術(shù)

目錄TOC\o"1-3"第一章引言 2第二章工程概況 2第1節(jié)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件 2第2節(jié)周圍環(huán)境狀況 3第三章區(qū)間隧道施工及其對樓群的影響 3第四章主要技術(shù)對策及施工方案 4第1節(jié)采用導(dǎo)洞、隔離樁方法確保樓房基礎(chǔ)安全 4第2節(jié)隧道開挖采取洞內(nèi)水平井點降水 5第3節(jié)修正支護(hù)參數(shù)、改進(jìn)隧道施工工藝 6第五章技術(shù)措施的應(yīng)用效果及分析 7第1節(jié)地表下沉監(jiān)測結(jié)果及分析 7第2節(jié)樓房基礎(chǔ)沉降觀測結(jié)果及分析 8第六章結(jié)論 8

引言北京西直門至東直門的城市鐵路是北京市規(guī)劃的第13號快速軌道交通線,全長約40km,其中和平里至東直門為地下段,采用暗挖施工。該區(qū)段是13號線的控制工程,能否順利修通將直接影響到全線是否能夠如期通車。中鐵隧道集團(tuán)承擔(dān)的第14標(biāo)段周圍條件極為復(fù)雜,尤其是要近距離穿越兩棟高層居民樓,在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下隧道施工必須確保居民樓的絕對安全,而且必須做到施工期間不擾民,因此,安全保障措施必須要絕對可靠,這對施工技術(shù)也提出了更高的要求。工程概況工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件第14標(biāo)段主要由人工雜填土、第四紀(jì)沉積層和圓礫層組成。雜填土厚度為0.15～1.00m,最大厚度為4.2m;第四紀(jì)沉積層厚度為0.5～18.7m,圓礫層最大厚度為3m;粉細(xì)砂層稍密～中密,飽和,厚度為2.9m;以下為粘土層。該標(biāo)段范圍內(nèi),上層滯水水位埋深4.0m左右;潛水水位埋深在地面下7.5m,高出隧道開挖拱頂;承壓水水位埋深18.8m,位于隧道鋪底以下0.5m,對隧道施工無影響。區(qū)間隧道在粘質(zhì)粉土和粉細(xì)砂地層中穿過,上層滯水和潛水已進(jìn)入隧道斷面。周圍環(huán)境狀況北京城市鐵路東直門地下區(qū)間為雙跨連拱隧道,采用淺埋暗挖中洞法施工。典型斷面開挖寬度為12.05m,開挖高度為7.397m,支護(hù)形式為復(fù)合式襯砌。區(qū)間隧道在里程K39+505～K39+585之間,從兩棟Y形高層居民樓中間下穿。兩座高層樓房地面以上22層、66m高,地下兩層,樓房基礎(chǔ)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱型基礎(chǔ)(無樁基),箱型基礎(chǔ)持力層為2.7m厚的換填級配砂石,暗挖隧道外輪廓線距樓房基礎(chǔ)水平距離最小為1.6m。隧道與高層樓群地平面及剖面關(guān)系分別如圖1、圖2所示。圖1樓房與區(qū)間隧道的平面位置關(guān)系圖2樓房與區(qū)間隧道的剖面位置關(guān)系區(qū)間隧道施工及其對樓群的影響由于暗挖隧道開挖跨度達(dá)12m,覆土僅為1倍洞徑左右(7～12m),上覆地層難以形成承載拱,上覆土柱荷載較大。設(shè)計采用中洞法施工,工況要求中隔墻形成承載能力后,方可進(jìn)行側(cè)洞開挖,最后施作側(cè)洞襯砌形成雙連拱結(jié)構(gòu)。由于區(qū)間隧道兩側(cè)為不對稱布置,基礎(chǔ)持力層位于隧道拱腰部位,樓房靜載和靜載偏壓可能對隧道施工安全和結(jié)構(gòu)安全構(gòu)成威脅。區(qū)間隧道采用雙連拱隧道施工對高層居民樓安全是不利的,主要表現(xiàn)在:(1)區(qū)間隧道為雙連拱結(jié)構(gòu),采用中洞法施工,施工步序多加之需降水,造成對樓房基礎(chǔ)地層的多次擾動,如沒有穩(wěn)妥可靠的技術(shù)措施保證,疊加后可能產(chǎn)生超量的不均勻沉降,給樓房的安全帶來致命的危害。(2)區(qū)間雙連拱隧道中洞、側(cè)洞為瘦高型結(jié)構(gòu),在初支施工過程中隨著開挖在樓房靜載作用下土層應(yīng)力釋放,引起的土體水平位移,使樓房基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降。(3)相鄰地段的監(jiān)測表明,僅中洞通過后最大累計沉降量即為73.2mm,距中洞6.0m范圍內(nèi)地表沉降量均在40mm以上,沉降曲線拐點距中洞中線79.7m。類比可知高層居民樓區(qū)域中洞施工引起地表沉降量可達(dá)23mm,沉降曲率為3.8%?？梢?若不采取可靠的措施,將對樓房造成較大危害。主要技術(shù)對策及施工方案采用導(dǎo)洞、隔離樁方法確保樓房基礎(chǔ)安全為確保樓房的絕對安全,用兩排鋼筋混凝土樁墻將樓房基礎(chǔ)與隧道隔離,以此對樓房進(jìn)行防護(hù)。在高層居民樓南側(cè)已建成的1#豎井內(nèi)開挖兩個小導(dǎo)洞,在樓房之間隧道上方通過。導(dǎo)洞開挖完成后,在兩個導(dǎo)洞內(nèi)施作灌注樁,樁長14.0m,錨入隧道底板深度為6.0m,導(dǎo)洞與隔離樁連成整體高出隧道4.2m,形成樁墻、帽梁將樓房基礎(chǔ)與隧洞隔離,如圖3、圖4所示。圖3導(dǎo)洞及隔離樁法平面布置圖圖4導(dǎo)洞及隔離樁法剖面布置圖導(dǎo)坑凈空高3.0m,寬2.5m,初期支護(hù)厚度300mm,采用上下臺階法施工。灌注樁直徑0.8m,間距1.0m,樁長14.0m,現(xiàn)澆C20混凝土。為在狹小的導(dǎo)洞內(nèi)同時完成鉆機成孔、鋼筋籠搬運吊裝、混凝土灌注、泥漿外運等工作,分別采取了異型反循環(huán)鉆機成孔、擠壓鋼套筒連接以及卷揚機吊裝等措施。同時將防塌孔貫穿于每根灌注樁的施工過程中,控制泥漿護(hù)壁質(zhì)量,以最快速度完成鉆孔,把隔離樁施工對樓房的影響減至最小。隧道開挖采取洞內(nèi)水平井點降水過高層樓群段無水施工是控制沉降保證樓房安全的前提。從前期施工采取地表深井降水來看,在此段地層特殊分層情況下降水效果不理想,特別是隧道仰拱位于兩層粘土中間的夾層粉細(xì)砂層中,由于夾層粉細(xì)砂厚度較小,此處深井降水不能形成降水漏斗,仰拱處于含水粉細(xì)砂層中,開挖過程中形成流砂,引起大量周邊土層流失,造成地表超量下沉,近樓段地表最大下沉量達(dá)到73.2mm。經(jīng)認(rèn)真分析研究之后,決定根據(jù)此段特殊地質(zhì)情況采取水平降水方法,利用已施工中洞底板向下和向左右側(cè)洞方向開挖水平降水基坑,在水平降水基坑內(nèi)用水平鉆機成孔,埋設(shè)水平降水管,將中洞和側(cè)洞范圍內(nèi)地下水降至仰拱以下1.0m左右,確保無水施工。修正支護(hù)參數(shù)、改進(jìn)隧道施工工藝4.3.1增設(shè)臨時仰拱及時封閉步步成環(huán)雙連拱隧道中洞、側(cè)洞形狀為瘦高狹長結(jié)構(gòu),分Ⅳ部臺階開挖,設(shè)計中部施作I22橫撐,橫撐間距1m,從Ⅰ部開挖至Ⅳ部才能完成斷面封閉(5～7天)的客觀現(xiàn)實不利于掌子面的穩(wěn)定,為控制拱頂及地表沉降,遵循淺埋暗挖及時封閉步步成環(huán)的原則,增設(shè)臨時仰拱,技術(shù)參數(shù)為:C20噴射砼(厚22cm),布縱向拉結(jié)筋規(guī)格Ф22@500、雙層鋼筋網(wǎng)片規(guī)格Ф6@150×150。4.3.2根據(jù)已施工地段仰拱情況來看,由于地質(zhì)特殊分層情況,受降水時間限制仰拱部位有滯留地下水,基底粉細(xì)砂層浸泡和人工擾動后,造成基底液化軟弱,減小了地基承載力,使仰拱封閉后沉降仍不收斂。為控制沉降,在仰拱基底換填30cm厚的碎石,噴砼封閉后及時回填注水泥-水玻璃雙液漿。從量測資料反饋情況來看,基底換填有效控制了沉降,仰拱噴砼封閉后沉降很快收斂,確保了過樓段的施工安全。4.3.3加密拱部超前管棚,由原設(shè)計3.0m長、環(huán)向間距0.3m、縱向每兩米排設(shè)一次變更為2.0m長、環(huán)向間距0.2m、縱向每0.5m(每榀)排設(shè)一次,增設(shè)邊墻超前管棚,原設(shè)計無邊墻超前管棚,為控制中洞、側(cè)洞每部開挖施工產(chǎn)生的沉降,在中洞、側(cè)洞邊墻排設(shè)2.0m長、環(huán)向間距0.5m、縱向間距0.5m的超前管棚。4.3.4拱部開挖前超前管棚間隔一個作為注漿管加強超前注水泥-水玻璃雙液漿,噴砼封閉后滯后掌子面3～5m進(jìn)行拱部、邊墻、底部背后回填注漿,控制開挖面土層流失,使隧道結(jié)構(gòu)與周邊土體密實,擠密隔離樁間土層和樓房基礎(chǔ)下土層。技術(shù)措施的應(yīng)用效果及分析地表下沉監(jiān)測結(jié)果及分析地表沉降監(jiān)測結(jié)果可以看出,地表最大沉降量為-45.20mm,導(dǎo)洞施工引起沉降量平均為6.45mm,中洞施工引起沉降量平均為18.00mm,側(cè)洞施工引起沉降量平均為14.58mm,地表最大沉降量發(fā)生在隧道中線位置,中洞施工引起沉降占總沉降量的46%,較側(cè)洞稍大。從沉降槽曲線來看,斷面沉降槽比較狹窄,寬20m左右,沉降曲線變曲點(拐點)至隧道中線距離大約6m,基本位于隔離樁之內(nèi),隔離樁隔離作用明顯。通過主斷面量測結(jié)果比較可以看出,改進(jìn)的暗挖雙連拱隧道施工工藝有效控制了沉降。樓房基礎(chǔ)沉降觀測結(jié)果及分析樓房基礎(chǔ)最大沉降值為18.90mm,發(fā)生在東樓JN6點,平均沉降為12.70mm,初期降水和導(dǎo)洞施工引起沉降平均為3.38mm,中洞施工引起沉降平均為6.35mm,側(cè)洞施工引起沉降平均為2.98mm,從以上數(shù)均分析,中洞施工引起樓房基礎(chǔ)沉降最大,占總沉降量的50%。由上可見,在采用了既定的技術(shù)對策及施工措施后,成功實現(xiàn)了暗挖區(qū)間穿越樓群區(qū)的施工。結(jié)論(1)北京城市鐵路東直門暗挖區(qū)間在地面條件受限制、地層構(gòu)造復(fù)雜、富水的情況下,采取穩(wěn)妥可靠的技術(shù)對策,安全通過淺基礎(chǔ)高層居民樓區(qū),確保了居民的正常生活和高層建筑的安全,表明該工程施工是成功的,同時也拓寬了淺埋暗挖技術(shù)在復(fù)雜環(huán)境下的應(yīng)用前景,為今后類似工程提供了有益的經(jīng)驗。(2)既有建筑物的基礎(chǔ)遮斷防護(hù)采用隔離樁,技術(shù)上是可行的。利用地下導(dǎo)洞施作灌注樁,是一種新的嘗試,有助于解決修建地鐵日益突出的施工與環(huán)境的干擾問題。(3)加強超前管棚、超前預(yù)注漿和初支背后回填注漿是控制沉降重要有效的措施,是防塌、改善地層、防止地面建筑物破壞的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。(4)全過程監(jiān)控量測并確定適宜的監(jiān)測內(nèi)容,是指導(dǎo)施工和控制地表下沉、監(jiān)視土體及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、保證施工安全的重要手段,為修正設(shè)計和變更施工方法提供了科學(xué)依據(jù)。(收稿:2003年6月;作者地址: