跨和下穿既有13號(hào)線工程變形監(jiān)測(cè)與變形控制

跨和下穿既有13號(hào)線工程變形監(jiān)測(cè)與變形控制

1項(xiàng)目總結(jié)1.1主體結(jié)構(gòu)及形態(tài)首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)線東門站位于北京東二環(huán)路東側(cè)，東門外道路以北，為東西向。車站西側(cè)為東直門立交北橋和地鐵2號(hào)線東直門站,北側(cè)為城鐵13號(hào)線東直門站交通樞紐及東華廣場(chǎng)在建結(jié)構(gòu)。東直門站為地下站,主體結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)191.68m,由6段獨(dú)立結(jié)構(gòu)組成,為A~F區(qū)及安全線。其中C區(qū)為單層結(jié)構(gòu),上跨和下穿13號(hào)線折返線,結(jié)構(gòu)長(zhǎng)31.12m,寬16.52m。穿越處13號(hào)線折返線為暗挖單層雙聯(lián)拱隧道,穿越上方為明挖單層單跨箱形結(jié)構(gòu),長(zhǎng)14m,寬12.3m,高7.75m;暗挖段寬12.05m,高7.52m。既有車站主體、明挖段和暗挖段連接處各設(shè)一變形縫,處于工程影響范圍內(nèi)。新建上跨結(jié)構(gòu)底板距折返線頂板僅200~300mm;下穿結(jié)構(gòu)為單跨結(jié)構(gòu),緊貼折返線結(jié)構(gòu)底板。上跨下穿中心線位于地鐵13號(hào)線K40+639.499處,為斜向交叉。新建東直門站與既有折返線位置關(guān)系如圖1所示。1.2地下水開環(huán)場(chǎng)砂砂巖段根據(jù)巖土工程勘察結(jié)果,下穿折返線暗挖結(jié)構(gòu)頂板位于粉土層,底板位于卵石、中粗砂層,側(cè)墻自上而下依次穿越黏土、粉土、粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、粉質(zhì)黏土、中粗砂以及卵石層。場(chǎng)區(qū)內(nèi)存在3層地下水:(1)潛水水頭標(biāo)高26.31~26.65m,埋深14.40~14.80m;(2)承壓水水頭標(biāo)高17.13~17.50m,埋深23.10~23.90m;(3)承壓水水頭標(biāo)高12.00~12.57m,埋深27.90~28.60m。下穿結(jié)構(gòu)底板位于第3層承壓水水頭以上,結(jié)構(gòu)抗浮水位31.5m。地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)無腐蝕性,對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕,干濕交替環(huán)境下對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋具弱腐蝕性。1.3托梁頂導(dǎo)洞及折返線保護(hù)下穿折返線段結(jié)構(gòu)采用洞樁托換法進(jìn)行施工,施工進(jìn)度如表1所示。具體施工步驟如下:(1)B,D區(qū)基坑開挖、支護(hù);根據(jù)監(jiān)測(cè)情況,開挖折返線結(jié)構(gòu)上方土體。(2)開挖兩側(cè)小導(dǎo)洞并支護(hù);導(dǎo)洞內(nèi)施作灌注樁和托梁,托梁頂密貼導(dǎo)洞初支。(3)開挖中導(dǎo)洞并支護(hù);導(dǎo)洞內(nèi)施作條形基礎(chǔ),條形基礎(chǔ)上放置型鋼支撐,型鋼托梁密貼在導(dǎo)洞初支上。(4)對(duì)稱開挖導(dǎo)洞間土體,施作初期支護(hù)。(5)分段拆除導(dǎo)洞中隔壁,施作頂板結(jié)構(gòu),形成托換體系。(6)在頂板下蓋挖,分段完成下部結(jié)構(gòu)。(7)折返線底板和結(jié)構(gòu)頂板之間灌注混凝土并壓漿,實(shí)現(xiàn)下穿結(jié)構(gòu)與折返線結(jié)構(gòu)密貼。該工程周邊環(huán)境條件極為復(fù)雜,穿越處為既有隧道不同工法轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)位置,兩側(cè)為28m的深基坑,上跨土體開挖可引發(fā)折返線結(jié)構(gòu)的上浮,難以恢復(fù);跨縫設(shè)置的交叉渡線對(duì)沉降變形又極為敏感。因此,施工過程中和工后必須密切監(jiān)測(cè)既有線的各項(xiàng)變形,防止安全隱患出現(xiàn),保證地鐵13號(hào)線的安全運(yùn)營(yíng)。2監(jiān)控計(jì)劃2.1做好預(yù)報(bào)預(yù)報(bào)工作1)實(shí)時(shí)掌握穿越工程各工序中既有折返線的各項(xiàng)變形,提供及時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào),避免惡性事故發(fā)生,確保既有線安全運(yùn)營(yíng)。2)將監(jiān)測(cè)結(jié)果反饋給設(shè)計(jì)和施工,為設(shè)計(jì)提供更符合實(shí)際情況的參數(shù),便于檢驗(yàn)施工效果,調(diào)整施工工藝,采取應(yīng)對(duì)措施,實(shí)現(xiàn)信息化施工。3)為類似綜合跨越的重大風(fēng)險(xiǎn)工程積累變形資料,提供典型監(jiān)測(cè)實(shí)例。2.2折返線內(nèi)部點(diǎn)監(jiān)測(cè)范圍為設(shè)計(jì)軌道防護(hù)范圍,即穿越中線與折返線中線交點(diǎn)兩側(cè)40m內(nèi)。中心里程為K40+642.571,監(jiān)測(cè)里程為K40+602.571~K40+682.571。2.3折返線隧道監(jiān)測(cè)根據(jù)工程特點(diǎn),采用現(xiàn)場(chǎng)巡視、自動(dòng)化和人工監(jiān)測(cè)等方法對(duì)既有折返線隧道結(jié)構(gòu)、軌道結(jié)構(gòu)、變形縫等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。人工沉降監(jiān)測(cè)采用水準(zhǔn)測(cè)量方法,水平位移監(jiān)測(cè)采用全站儀三維變形監(jiān)測(cè)方法;自動(dòng)化監(jiān)測(cè)采用遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方法。2.3.1案例5:個(gè)人特質(zhì)人工監(jiān)測(cè)具體內(nèi)容如表2所示。監(jiān)測(cè)日期及頻率:2006-07-13~2006-09-15:1次/周;2006-09-15~2006-10-06:2次/周;2006-10-06~2008-03-14:1次/d;2008-03-14~2008-04-10:2次/周;2008-04-10~2008-05-15:1次/周;2008-05-15~2008-05-29:2次/月;2008-05-29~2008-11-27:1次/月;2008-11-27~2009-01-08:1次/2月;2009-01-08~2009-04-20:1次/3月;2006-07-13~2006-09-15:1次/周;2006-09-15~2006-11-29:2次/周;2006-11-29~2007-05-23:1次/周。2.3.2自動(dòng)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)僅在折返線兩條變形縫之間(約16m)進(jìn)行,具體內(nèi)容如表3所示。2.4大尺度軌道結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)結(jié)果1)隧道結(jié)構(gòu)沉降、變形縫差異沉降監(jiān)測(cè)人工監(jiān)測(cè)在影響區(qū)中心兩側(cè)0~20m內(nèi)間距5m,20~40m內(nèi)間距10m以及變形縫兩側(cè)布設(shè)監(jiān)測(cè)斷面,每斷面在兩側(cè)墻上各布設(shè)1個(gè)測(cè)點(diǎn),共14個(gè)斷面28個(gè)測(cè)點(diǎn);自動(dòng)化監(jiān)測(cè)在變形縫兩側(cè)墻上布點(diǎn),共8個(gè)測(cè)點(diǎn)。2)軌道結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測(cè)人工監(jiān)測(cè)與隧道結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)布設(shè)斷面,在兩軌中間的軌道結(jié)構(gòu)上共布設(shè)28個(gè)測(cè)點(diǎn);自動(dòng)化監(jiān)測(cè)在變形縫兩側(cè)、左線道岔附近共布設(shè)12個(gè)測(cè)點(diǎn)。3)軌道橫向高差變化監(jiān)測(cè)與隧道結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)布設(shè)斷面,在左右線軌頂布設(shè)測(cè)點(diǎn),共28對(duì)測(cè)點(diǎn)。4)隧道結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測(cè)在影響區(qū)中心兩側(cè)100m范圍內(nèi)按20m間距布設(shè)斷面,在兩側(cè)墻上布設(shè)測(cè)點(diǎn),共5個(gè)斷面10個(gè)測(cè)點(diǎn)。5)變形縫開合度監(jiān)測(cè)在隧道結(jié)構(gòu)變形縫兩側(cè)布點(diǎn),共4個(gè)測(cè)點(diǎn)。6)軌距和支距變化監(jiān)測(cè)按設(shè)計(jì)提供的岔區(qū)特征點(diǎn)位置布設(shè)測(cè)點(diǎn),每項(xiàng)18個(gè)測(cè)點(diǎn)。7)尖軌與基本軌差異沉降監(jiān)測(cè)對(duì)影響范圍內(nèi)左線(上行線)道岔進(jìn)行監(jiān)測(cè),共2個(gè)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布設(shè)具體位置如圖2所示。2.5監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控制根據(jù)相關(guān)要求,監(jiān)測(cè)項(xiàng)目按三級(jí)控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管理,預(yù)警值、報(bào)警值分別取控制值的70%,80%,各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的控制指標(biāo)如表4所示。對(duì)施工關(guān)鍵工序,隧道結(jié)構(gòu)分步沉降控制與差異沉降控制指標(biāo)如表5所示。2.6監(jiān)控周期本工程監(jiān)測(cè)自2006-07-13測(cè)定初始值開始至2009-04-20各項(xiàng)變形穩(wěn)定時(shí)結(jié)束,共歷時(shí)2年零9個(gè)多月。3監(jiān)測(cè)結(jié)果3.1圍巖變形結(jié)果分析隧道結(jié)構(gòu)不同施工階段的沉降斷面如圖3所示。結(jié)果顯示,基坑開挖到底時(shí),折返線隧道結(jié)構(gòu)大部分測(cè)點(diǎn)處于上浮狀態(tài),北側(cè)變形縫處結(jié)構(gòu)上浮較大。隨著C區(qū)導(dǎo)洞施工、頂板施工的進(jìn)行,折返線中部測(cè)點(diǎn)逐漸下沉,形成沉降槽。隧道結(jié)構(gòu)最大沉降量為-12.7mm,超過報(bào)警值-10.8mm。折返線北側(cè)測(cè)點(diǎn)在2007-07-30之前變化較小(-1.9~1.4mm),之后由于上方東直門航空服務(wù)樓的持續(xù)加載,北側(cè)測(cè)點(diǎn)開始下沉,最大達(dá)到-6.8mm;南側(cè)部分測(cè)點(diǎn)仍處于上浮狀態(tài),最大上浮量+2.4mm。南側(cè)變形縫(里程K40+646.5)附近測(cè)點(diǎn)變化幅度較大。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)顯示隧道結(jié)構(gòu)最大沉降量為-12.89mm,與人工監(jiān)測(cè)值接近。變形縫附近隧道結(jié)構(gòu)測(cè)點(diǎn)變形情況如圖4所示。結(jié)果顯示,隨著既有折返線上部基坑開挖深度的增加,隧道結(jié)構(gòu)逐步上浮。2006年11月下旬基坑開挖到基底,受氣溫下降、土體凍脹等影響,北變形縫以北測(cè)點(diǎn)繼續(xù)上浮,至12月底達(dá)到最大值11.3mm;而北變形縫以南測(cè)點(diǎn)未再上浮。隨著氣溫回升、基坑加載和導(dǎo)洞開挖的作用,北變形縫附近測(cè)點(diǎn)開始回落,到2007年4月底5月初基本至0,后隨著頂板施工和剩余土體開挖繼續(xù)下沉;2007年10月初由于降溫等影響,北變形縫附近測(cè)點(diǎn)又開始上浮,隨后C區(qū)回填致使北變形縫南側(cè)測(cè)點(diǎn)下沉,北側(cè)測(cè)點(diǎn)于2008年1月中旬上浮量達(dá)到3.0mm。此后,由于氣溫回升等影響,北變形縫附近測(cè)點(diǎn)下沉,后測(cè)點(diǎn)有輕微起伏,但C區(qū)已經(jīng)回填,結(jié)構(gòu)不再裸露在外,起伏較小。北變形縫附近隧道結(jié)構(gòu)最終下沉量為-9.4mm。南變形縫附近測(cè)點(diǎn)在基坑開挖至基底,結(jié)構(gòu)上浮至最大值5.9mm后即轉(zhuǎn)入沉降變形階段,最終沉降量為-12.6mm。3.2軌道結(jié)構(gòu)變形軌道結(jié)構(gòu)不同施工階段的沉降斷面如圖5所示。結(jié)果顯示,軌道結(jié)構(gòu)變化基本與隧道結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)。上部基坑開挖完畢后,北側(cè)變形縫處軌道測(cè)點(diǎn)最大上浮量為6.6mm。軌道結(jié)構(gòu)最大沉降量為-12.6mm。施工完成后大部分測(cè)點(diǎn)處于下沉狀態(tài),南側(cè)部分測(cè)點(diǎn)處于上浮狀態(tài),有3個(gè)測(cè)點(diǎn)超過上浮控制值,最大上浮量為+2.5mm。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)軌道結(jié)構(gòu)最大沉降量較大,為-13.09mm,超過報(bào)警值(-11.0mm)。變形縫附近軌道結(jié)構(gòu)測(cè)點(diǎn)變形情況如圖6所示。結(jié)果顯示,軌道結(jié)構(gòu)變形時(shí)程曲線與隧道結(jié)構(gòu)變形相對(duì)應(yīng),變形量較小,測(cè)點(diǎn)上浮最大值為9.3mm,最大沉降量為-7.6mm。南變形縫附近軌道結(jié)構(gòu)測(cè)點(diǎn)上浮+3.3mm后逐漸沉降至-12.5mm。隧道結(jié)構(gòu)水平位移大多<1.0mm,累計(jì)最大變化量為1.5mm,未超出控制值。3.3軌道橫向高差變化控制效果軌道橫向高差變化監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖7所示。結(jié)果顯示,軌道橫向高差變化控制效果較好,最大變化量為+1.4mm,未超出預(yù)警值(+2.8mm)。3.4東北部變形縫變形縫差異沉降變化時(shí)程曲線如圖8所示。結(jié)果顯示,折返線暗挖結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置的南側(cè)變形縫兩側(cè)基本為均勻沉降,變形值-1.7~+0.8mm。北側(cè)變形縫為折返線暗挖結(jié)構(gòu)與車站明挖結(jié)構(gòu)之間的變形縫,變化較大。受氣溫變化、地質(zhì)條件等影響,2006-12-20差異沉降最大至8.5mm,后隨著氣溫回落而減小。而后隨著頂板施工,土體開挖,上跨結(jié)構(gòu)加載,C區(qū)回填以及降溫等因素影響,差異沉降有所增大,于2008-01-13達(dá)到最大值9.1mm。隨著氣溫回升,北側(cè)變形縫差異沉降逐步減小,最終為6.3mm。3.5折返線愈合度變形縫開合度變化時(shí)程曲線如圖9所示。結(jié)果顯示,南側(cè)變形縫開合度變化較小,為-1.40~+1.17mm,北側(cè)變形縫開合度隨溫度變化波動(dòng)較大,冬季降溫時(shí)開合度增大,夏季升溫時(shí)開合度減小。2007年2月折返線上方及兩側(cè)土體已剝離,結(jié)構(gòu)基本暴露在外,溫度較低,開合度達(dá)9.33mm;2008年2月C區(qū)施工結(jié)束,折返線結(jié)構(gòu)處于地下,溫度相對(duì)較高,開合度最大僅4.09mm。2006-09-01和2007-09-29開合度最小,分別為-2.1mm和-2.2mm。北側(cè)變形縫開合度最終為+1.60mm。3.6其他軌道變形監(jiān)控軌距和支距最大變化量為±1.0mm,尖軌與基本軌差異沉降最大變化量為-0.71mm,均未超出預(yù)警值。4折返線軌道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)經(jīng)過各方努力,首都機(jī)場(chǎng)線東直門站順利完工。通過準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和及時(shí)反饋,既有折返線運(yùn)營(yíng)未受影響,第三方監(jiān)測(cè)在上跨下穿重大穿越工程中發(fā)揮了積極作用。通過本工程的監(jiān)測(cè)得出以下結(jié)論和建議。1)既有折返線上部基坑開挖造成隧道結(jié)構(gòu)的上浮,由于氣溫、地質(zhì)條件等影響,結(jié)構(gòu)上浮和變形縫變化具有