地鐵隧洞下穿高層建筑施工技術(shù)(共7頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上地鐵隧洞下穿高層建筑施工技術(shù)鐘慧民中鐵十六局二公司六分公司摘 要 隨著我國(guó)城市軌道交通和房地產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，軌道交通線周圍將有越來越多的鄰近建筑物。在發(fā)展軌道交通的同時(shí)，區(qū)間隧道對(duì)鄰近建筑物及其他各種地基的影響是不可避免要的。有時(shí)隧道不僅僅是鄰近建筑物，而是直接位于建筑物之下，這必將對(duì)隧道的施工和建筑物的正常使用產(chǎn)生很大影響。因此，為了把對(duì)建筑物的影響減少到最低限度，有必要對(duì)如何減小隧道開挖對(duì)建筑物的影響程度問題進(jìn)行研究分析。結(jié)合目前已經(jīng)通過永3、永16樓的雙井勁松區(qū)間隧道的實(shí)際施工情況進(jìn)行分析研究，對(duì)類似工程施工有一定的借鑒和指導(dǎo)作用。關(guān)鍵詞 地鐵隧道 高層建筑物

2、淺埋暗挖 監(jiān)控量測(cè) 差異沉降 CD/CRD工法 1 工程概況雙井站勁松站區(qū)間，位于北京市朝陽(yáng)區(qū)，設(shè)計(jì)線路起點(diǎn)里程為K23+287.189，終點(diǎn)里程為K24+095.68，線路全長(zhǎng)808.638m，為標(biāo)準(zhǔn)單線區(qū)間，本區(qū)間已于2006年9月23實(shí)現(xiàn)全線貫通。區(qū)間沿三環(huán)路方向布設(shè)，線路兩側(cè)建筑物密集，這對(duì)隧道施工產(chǎn)生了一定的影響；其中永3樓（東三環(huán)南路42號(hào)）及永16樓（東三環(huán)南路44號(hào)）對(duì)本區(qū)間的影響最大，樓房位于線路里程K23+426K23+355區(qū)段，右線結(jié)構(gòu)外皮與樓房最近水平距離為9m，（右線在沒有打設(shè)隔離樁的情況下，已于2006年2月14日先行通過），左線結(jié)構(gòu)鄰近永16樓（結(jié)構(gòu)外皮與樓房水

3、平凈距為2.935m）并下穿永3樓東北角，下穿長(zhǎng)度12m左右。永16樓附近的隔離樁于2006年3月31日施作完畢，左線于2006年6月14日到達(dá)樓房保護(hù)區(qū)域，于2006年9月7日安全通過。區(qū)間左右兩線均為單洞單線結(jié)構(gòu)，開挖凈空為6.1m×6.43m，采用淺埋暗挖法施工，區(qū)間平均覆土厚度約16.0m，左右線路最小線間距約12.0m。樓房與線路平面位置圖如下所示： 右線左線 圖1 永3、永16樓與線路平面位置關(guān)系圖2 施工技術(shù)難點(diǎn)2.1 圍巖軟弱易擾動(dòng)、穩(wěn)定性差2.1.1 結(jié)構(gòu)底板區(qū)間隧道底板穿過的主要巖土層為粉質(zhì)粘土層、粉土2層，局部粘土1層，均屬級(jí)圍巖，分布較為穩(wěn)定，但結(jié)構(gòu)底板在K2

4、3+431.70K23+970.40段位于層間潛水含水層之下，層間潛水含水層為粉土2層、及局部分布的粉細(xì)砂3層，在地下水作用下易發(fā)生涌砂。2.1.2 結(jié)構(gòu)頂板區(qū)間隧道頂板穿過的巖土層在K23+650.0K23+970.4段穿過的主要巖土層為粉質(zhì)粘土層、粘土1層、局部為粉土2層、粉細(xì)砂3層，在K23+287.189-K23+650.0段穿過的主要巖土層為中粗砂1層，圍巖穩(wěn)定性差，均屬級(jí)圍巖；尤其是砂類土自穩(wěn)能力差，無法形成自然應(yīng)力拱，易坍塌。并且中粗砂1層為潛水含水層，在地下水作用下易發(fā)生涌水、涌砂，應(yīng)注意采用相應(yīng)的加固措施。2.1.3 邊墻區(qū)間隧道邊墻穿過的巖土層主要為中粗砂1層、粉細(xì)砂2層、

5、粉質(zhì)粘土層、粘土1層、粉土2層，局部為粉細(xì)砂3層，圍巖分類均屬級(jí)圍巖；側(cè)壁圍巖土體的自穩(wěn)能力差，易產(chǎn)生坍塌，同時(shí)由于地下水影響，粉土2層在地下水作用下強(qiáng)度和穩(wěn)定性導(dǎo)致降低，易發(fā)生坍塌，中粗砂1層、粉細(xì)砂2層及粉細(xì)砂3層在地下水作用下易發(fā)生涌水、涌砂甚至塌方。2.2 前期開挖過早的對(duì)樓房產(chǎn)生了較大擾動(dòng)永3樓為3層框架結(jié)構(gòu)，獨(dú)立柱基礎(chǔ)，東西為柱跨8m+8m，南北向?yàn)?.35m+6.7m+9.55m，基礎(chǔ)埋深2.5m，建于1997年。永16樓房為箱形基礎(chǔ)，地上16層，地下3層剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)埋深為5.5m，1989年建成。由于拆遷的緣故，靠樓房較遠(yuǎn)的右線在對(duì)樓房施作隔離樁前就已經(jīng)通過了樓房區(qū)域，已經(jīng)

6、對(duì)本區(qū)段的土體產(chǎn)生了較大的擾動(dòng),并使得永3、永16 樓都產(chǎn)生了較大的差異沉降（清華大學(xué)房屋安全鑒定室評(píng)估結(jié)果為：永3樓、永16樓目前外觀質(zhì)量基本正常，未發(fā)現(xiàn)有因不均勻沉降及承載力損失引起的明顯結(jié)構(gòu)性損傷；截至2006年4月20日，永3樓最大差異沉降值為8，還有12的富余量；永16樓的最大差異沉降值為13.5，還有16.5的富余量）。在這種狀況下,雖然左線與16層居民樓之間有隔離樁作為屏障,但是左線隧道施工下穿永3樓,兩者之間沒有樁墻作為隔離屏障,且左右兩線土建施工距離較近,使得左右線的施工沉降槽疊加且可繼續(xù)延伸發(fā)展。因此,在同樣的地層條件，同樣的支護(hù)措施下左線施工引起的樓房的沉降肯定大于右線施

7、工引起的沉降，而且永3樓的大部分獨(dú)立柱基礎(chǔ)均位于左右兩線施工沉降槽重疊的區(qū)域，基底地層受多次重復(fù)擾動(dòng)，使得沉降難以預(yù)測(cè)估計(jì)，當(dāng)樓房框架中的任意相鄰柱基礎(chǔ)的沉降差超過其允許值，樓房的安全將得不到保證。2.3 降水井打設(shè)不到位、降水區(qū)域未封閉本段降水設(shè)計(jì)采用管井降水，間距6.0m，沿線路兩側(cè)布置，由于受到樓房和地下各種管線的影響，樓房周邊的降水井Q15Q24都無法施作，降水井在永3樓東側(cè)、永16樓西南側(cè)，這使得降水區(qū)域在樓房附近形成缺口，造成洞內(nèi)施工掌子面水量很大，這對(duì)施工安全和質(zhì)量帶來很大的影響。3 通過樓房采取的施工措施根據(jù)專家審查會(huì)的專家意見，洞內(nèi)在原專項(xiàng)設(shè)計(jì)支護(hù)措施基礎(chǔ)上適當(dāng)加強(qiáng)往前掘進(jìn)，

8、遵循“強(qiáng)支護(hù)、小分塊、短進(jìn)尺、早封閉、快通過、勤量測(cè)”的原則，由于永16樓附近（K23+ 409.4K23+395）已經(jīng)打設(shè)了隔離樁，故側(cè)穿永16樓地段采用雙排小導(dǎo)管超前支護(hù)，CD法開挖施工，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果，必要時(shí)增加臨時(shí)橫支撐；下穿永3樓地段，采用雙排小導(dǎo)管超前支護(hù)，CRD法開挖施工，為減少群洞效應(yīng)，開挖步序必須保證在一側(cè)導(dǎo)坑貫通后再開挖另一側(cè)，同時(shí)為限制洞周邊土體的變形發(fā)展，增加靠近樓房側(cè)拱墻部位的徑向注漿，該方案洞內(nèi)措施對(duì)控制沉降有很好的效果.根據(jù)其他已建類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)看，大范圍啟動(dòng)降水，將會(huì)導(dǎo)致地層產(chǎn)生不易恢復(fù)的沉降變形，結(jié)果是加劇建筑物的沉降。在目前建筑物已發(fā)生較大沉降的客觀情

9、況下，降水交叉施工將會(huì)相互影響，故降水施工先行，土建施工后動(dòng)，通過監(jiān)控量測(cè)手段，確定降水施工引起的地層變形穩(wěn)定、且留有足夠的沉降量后施工方可進(jìn)行。綜合考慮上述因素，采取如下專項(xiàng)設(shè)計(jì)方案：3.1 隔離樁及隔離樁以南未施工（K23+426K23+406 20m)地段、采用CD法開挖，先開挖隧道一側(cè)（靠近樓房）的上下臺(tái)階，然后再開挖另一側(cè)的上下臺(tái)階；、格柵間距由原設(shè)計(jì)的0.75m/榀調(diào)整為0.5m/榀，初期支護(hù)護(hù)厚度30cm，臨時(shí)中隔壁厚度為30cm；、超前小導(dǎo)管在拱部150°范圍內(nèi)按雙層布置，第一層角度為7°15°，第二層角度為30°45°，小導(dǎo)管

10、長(zhǎng)度L=2.5m，縱向間距調(diào)整為1.0m，環(huán)向間距0.3m；、靠近樓房一側(cè)封閉后及時(shí)進(jìn)行徑向注漿，徑向小導(dǎo)管布置角度（以隧道中線為起始邊）范圍為107.02°，注漿管長(zhǎng)度2m，間距0.5m，梅花形布置；、加強(qiáng)開挖前方掌子面的超前地質(zhì)探測(cè)，有必要時(shí)增加正前方掌子面的固結(jié)注漿；、掌子面開挖后及時(shí)噴射混凝土封閉；、加強(qiáng)施工過程中的洞內(nèi)及地表監(jiān)測(cè)和分析，正確指導(dǎo)施工。3.2下穿樓房及交接過渡地段（K23+406K23+355 51m) 、采用CRD法開挖，先開挖靠左線隧道一側(cè)的、部，然后再開挖另一側(cè)的、部；、格柵間距0.5m/榀，初期支護(hù)厚度調(diào)整為30cm,臨時(shí)支護(hù)厚度30cm；、超前小導(dǎo)管

11、在隧洞拱部150°范圍內(nèi)按雙層布置，第一層角度為7°15°，第二層角度為30°45°，小導(dǎo)管長(zhǎng)度L=2.5m，縱向間距調(diào)整為1.0m，環(huán)向間距0.3m；、部（下穿樓房區(qū)段）小導(dǎo)洞封閉后及時(shí)進(jìn)行徑向注漿，徑向小導(dǎo)管布置角度范圍為197.02°，注漿管長(zhǎng)度2m，間距0.5m，梅花形布置；、加強(qiáng)開挖前方掌子面的超前地質(zhì)探測(cè)，有必要時(shí)增加正前方掌子面的固結(jié)注漿；、掌子面開挖后及時(shí)噴射混凝土封閉；、加強(qiáng)施工過程中的洞內(nèi)及地表監(jiān)測(cè)和分析，正確指導(dǎo)施工。CD、CRD工法開挖步序如下圖所示： 圖2 CD、CRD工法斷面圖3.3 為進(jìn)一步保護(hù)永3、永1

12、6樓的安全，施工過程中采取以下輔助措施：、為防止建筑物在后續(xù)施工中的不均勻沉降進(jìn)一步加大，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果，必要時(shí)可采取地面補(bǔ)償糾偏注漿作為預(yù)案或輔助措施；、加強(qiáng)初支背后的回填注漿，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求足量、足壓注漿；、施工中若地下水量過大，為避免掌子面失穩(wěn)，必要時(shí)可對(duì)上臺(tái)階進(jìn)行注漿封閉，同時(shí)為控制上導(dǎo)洞初支的下沉，應(yīng)嚴(yán)格控制拱腳的沉降，加大鎖腳力度，必要時(shí)采取L型格柵拱腳；、必須強(qiáng)調(diào)監(jiān)控量測(cè)作為鄰近（下穿）建筑物地段掘進(jìn)方案的一個(gè)重要組成部分。洞內(nèi)的監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)反饋的信息可作為檢驗(yàn)支護(hù)參數(shù)是否可靠合理的手段，同時(shí)也是調(diào)整設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)，改進(jìn)施工工藝的指導(dǎo)依據(jù)；、洞外建筑物的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)反映了樓房的

13、沉降情況和發(fā)展勢(shì)態(tài)能指導(dǎo)我們對(duì)建筑物采取有針對(duì)性的保護(hù)措施。施工中必須加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，做到動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，動(dòng)態(tài)施工。3.4 理論分析本段區(qū)間主要采用新奧法施工原理，充分發(fā)揮巖體自身承載能力，嚴(yán)格按照少擾動(dòng)原則考慮，通過永16樓區(qū)段，因?yàn)橛懈綦x樁作為屏障，且永16樓為箱基，抗沉降能力強(qiáng)，故只要采用CD法即可，下穿永3樓階段則必須用CRD法施工方可保證安全。理論分析可采用理想彈塑性模型模擬圍巖，并采用MohrCoulum屈服準(zhǔn)則作為依據(jù)，隧道開挖施工過程主要包括（巖）土體分步開挖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的分部設(shè)置等。用以模擬不同施工階段力學(xué)性態(tài)的有限元方程為：   （k0+ki）×iFir

14、+Fa（i=1,M）      （1）式中，M為施工階段總數(shù)；k0為開挖前（巖）土體等的初始總剛度矩陣；ki為施工過程中巖土體和支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度的增量或減量，其值為挖去巖土體單元及設(shè)置或拆除支護(hù)結(jié)構(gòu)單元的剛度；fir為開挖釋放產(chǎn)生的邊界增量結(jié)點(diǎn)力矩陣，初次開挖由巖土體自重，地下水荷載，地面超載等確定，其后各步開挖由當(dāng)前應(yīng)力狀態(tài)決定；fia為施工過程中增加的結(jié)點(diǎn)荷載列陣；i為任一施工階段產(chǎn)生的結(jié)點(diǎn)增量位移列陣。通過上述公式可以看出，采用CD法或CRD法施工后支護(hù)剛度大大提高了，巖體自身發(fā)生形變將會(huì)被控制到最小，施工過程中只要采取合理的開挖工

15、序，就可以滿足施工要求。通過以上加固措施，左線已2006年9月7日安全順利通過永3、永16樓，這也是淺埋暗挖法在北京地鐵中的成功應(yīng)用。分析超前加固、開挖時(shí)空順序、臺(tái)階長(zhǎng)度等工藝在保證施工安全、質(zhì)量和控制地層沉降中發(fā)揮的作用，確定同類地層中的工藝參數(shù)，完善淺埋暗挖的理論體系，更好地應(yīng)用工程實(shí)踐。4 沉降結(jié)果分析4.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置及沉降情況樓房沉降觀測(cè)點(diǎn)由第三方布點(diǎn)并交給施工單位，兩座建筑物上共布點(diǎn)8個(gè)，其中JM4點(diǎn)由于條件限制無法監(jiān)測(cè)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)與線路相互關(guān)系及目前沉降情況如表：圖3 永3、永16樓監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)布置圖4.2 變形分析4.2.1 右線通過樓房沉降與時(shí)間曲線圖如下：通過永16樓到達(dá)永16

16、樓通過永3樓圖4 右線通過永3、永16沉降曲線圖第3周末右線到達(dá)K23+412(永16樓南端）第4周右線通過K23+395（永16樓北端、永3樓南端）第13周右線通過永3樓北端第15周右線距離永3樓北端20m左右從樓房沉降與時(shí)間關(guān)系可以看出：、從第1周第4周以前樓房沉降幾乎無變化，右線隧道開挖到永16樓南端時(shí)（第3周）樓房尚沒有明顯沉降，約1周以后（第4周）沉降速度開始加快，說明隧道開挖反映到樓房基底（地面以下5.5m）約需一周時(shí)間。、從第5周8周的三周時(shí)間內(nèi)永16樓沉降速度最快（此時(shí)樓房周圍降水尚未啟動(dòng)），第8周以后才逐漸變慢；而永3樓沉降最快的是第57周。、永16樓盡管與右線距離比永3樓要

17、遠(yuǎn)，但隧道開挖引起的沉降量要大，與永16樓基礎(chǔ)埋深大、基底地層以及樓房產(chǎn)生的附加荷載大有密切關(guān)系。、隧道施工的任一時(shí)刻（同一個(gè)掌子面時(shí)），永3樓的JM1、JM1-1點(diǎn)以及永16樓JM12、JM13點(diǎn)之間產(chǎn)生的沉降差都比較小，說明縱向開挖形成的沉降槽對(duì)樓房結(jié)構(gòu)影響較小。、JM3點(diǎn)從第11周到第15周之間數(shù)據(jù)的非正常變化。4.2.2 左線通過樓房沉降與時(shí)間曲線圖如下：圖5 左線通過永3、永16沉降曲線圖第3周末左線右側(cè)邊洞到達(dá)K23+395(永3樓南端、永16樓北端）第8周左線右側(cè)邊洞通過K23+355（永3樓北端）第14周左線左側(cè)邊洞通過永3樓北端第16周左線全線貫通從樓房沉降與時(shí)間關(guān)系可以看出

18、：、從第1周第3周以前樓房沉降幾乎無變化，左線隧道右側(cè)邊洞開挖到永16樓北端時(shí)（第3周）樓房尚沒有明顯沉降，這說明打設(shè)的隔離樁起到很好的屏障作用。約1周以后（第4周）沉降速度開始加快，說明隧道開挖反映到樓房基底（地面以下5.5m）約需一周時(shí)間。、從第4周14周的三周時(shí)間內(nèi)永3樓沉降速度最快，第15周以后才逐漸變慢。、永16樓盡管與右線距離比永3樓要遠(yuǎn)，且有隔離樁保護(hù)，但隧道開挖也引起較大的沉降，與永16樓基礎(chǔ)埋深大、基底地層以及樓房產(chǎn)生的附加荷載大有密切關(guān)系。、從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來看，采用CD、CRD工法能夠較好地控制地表及建筑物的沉降，滿足公式（1）的規(guī)律。5 結(jié)語(yǔ)通過對(duì)左右兩線通過樓房所發(fā)生的沉降量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：a在區(qū)間隧道開挖中采用CD、CRD工法并輔以其它輔助工法能夠較好地控制地表的沉降。最大累計(jì)沉降量為18左右，差異沉降永3樓為18.31（設(shè)計(jì)20）,永16樓為21.04（設(shè)計(jì)30），滿足設(shè)計(jì)要