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1、北京地鐵王府井東單區(qū)間折返線及渡線施工方案研究與實施陳西霞邢玲艷(鐵道部第十六工程局)【提要】結(jié)合地鐵王府井東單區(qū)間隧道工程折返線及渡線段工程施工實例,對淺埋暗挖洞群施工技術(shù)方案進行研究、剖析。【關(guān)鍵詞】淺埋暗挖折返線渡線施工方案研究1工程概況北京地鐵王府井東單區(qū)間隧道工程位于地面車水馬龍、地下管網(wǎng)密布的東長安街下,隧道全長518 m,共有10種不同斷面型式,各種斷面交錯分布,頻繁變化,其中最大斷面開挖尺寸為1412 m101678 m(寬高),隧道斷面最高達1517 m。本區(qū)間設(shè)有折返段,包含兩條渡線、一條預(yù)留線、兩個施工通道及兩端迂回通道、隔斷門等(如圖1)。圖1王府井東單區(qū)間折返線平面圖2、區(qū)間所處地層為永定河沖洪積扇脊部的中下部,屬第四紀(jì)地層。表層為瀝青混凝土路面及人工雜填土,往下依次為輕亞粘土層、中細(xì)砂層、礫層、亞粘土層、中砂層、粘土層,洞體通過的地層主要為粘性土、砂類土和礫石沉積互層,地層自穩(wěn)能力差,加之地處交通要道,地面動荷載引的震動大,易坍塌。本地段地下水位較高,自地表向下依次蘊藏著上層滯水、潛水、承壓水。上層滯水水位及水量受季節(jié)性降水及地下給排水管道滲漏水等影響,變化很大;潛水水位埋深12141612 m,滲透系數(shù)為100120 m?d;承壓水水位埋深2鐵道建筑1999年第2期 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,3、Ltd.All rights reserved.15172014 m,滲水系數(shù)為150180 m?d。在隧道的開挖、支護中,由于上半部潛水及下半部承壓水的存在,洞內(nèi)極易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象,底部有可能產(chǎn)生突涌或隆起。為使施工達到無水作業(yè)條件,本區(qū)段選用深井大井點及自滲井相結(jié)合的區(qū)域性降水,同時對滯水層采用大口井無砂管接力抽排水的方法在隧洞內(nèi)進行降水。根據(jù)各種不同斷面型式特點及所處地質(zhì)條件,本著“穩(wěn)妥可靠、安全優(yōu)質(zhì)”的原則,對淺埋暗挖各種施工方法進行了反復(fù)比選、研究,從而擬定了適應(yīng)不同斷面型式、不同地質(zhì)特點的施工方案。2問題的提出本區(qū)間東西兩條渡線斜貫?zāi)媳闭€,結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)換十分復(fù)雜,在渡線與區(qū)間正線匯合4、為一洞室處,結(jié)構(gòu)跨度達1412 m(7-7斷面),如此大斷面分塊開挖,將多次擾動原狀土體,使得地面沉降量難以控制,加之本區(qū)間折返線斷面由小到大、由大到小頻繁變化,給設(shè)計和施工帶來極大難度。因此,對本段工程的施工方案需作深入的研究、分析。3方案的研究鑒于本工程所處的特殊地理位置,我們確定了選用施工方案的基本原則,即施工中確保地面環(huán)境穩(wěn)定,地中管網(wǎng)正常運營,由開挖支護引起的地面最大沉降值不超過30 mm;具有可連續(xù)性,能兼顧前后斷面結(jié)構(gòu)的型式變化及工法轉(zhuǎn)換;可操作性強,施工方法既要有先進性,同時也應(yīng)充分考慮我國現(xiàn)階段在工程技術(shù)方面的國情;工期短,造價低。311超前支護方案的研究由于本區(qū)間隧道處于軟5、弱地層中,土體開挖后地層不穩(wěn)定或穩(wěn)定時間極短,支護結(jié)構(gòu)初表1超前支護方案比選超前支護類型錨桿小導(dǎo)管注漿大管棚注漿大管棚與小導(dǎo)管注漿綜合運用適用地層及斷面拱頂為粘土層,斷面跨度小于8.5 m拱頂為砂土層,斷面跨度較大拱頂為砂土層或粘土層,斷面跨度大于815 m特點11構(gòu)件長度短,作為超前支護無法傳遞土壓荷載,沉降量大;21支護構(gòu)件剛度小,承載能力低,受載撓度大;31支護作用長度不夠,對掌子面土體滑移的約束力小;41無需大型機具設(shè)備,具有靈活機動、易于施工的優(yōu)點。11作為超前支護,管棚長度較長、剛度大,承載能力高,受載撓度小,可減小地面沉降量;21鉆孔機具需要有足夠的作業(yè)空間;31循環(huán)作業(yè)時間較長6、,影響工期。表2開挖支護施工方案比較開挖支護方案臺階法中隔壁法“眼鏡”法中洞法側(cè)洞法主要特點拱腳應(yīng)力大,接觸面小,拱部易坍塌。斷面分割,可有效控制沉降量。利用側(cè)壁導(dǎo)坑先行,開挖時間短。工序多,拆除量大。開挖量大,拆除量少,工序少。適用斷面小較大大大較大沉降量大小小較小較大工期短較長長較長較短造價低較高高較高較低3鐵道建筑1999年第2期 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.期承受壓力大,變形快,如果控制不當(dāng),地層很快松弛,所以施工中必須選用適當(dāng)?shù)妮o助措施對隧道周圍地層進行超前支護或預(yù)加固,將掌7、子面前方土層因開挖釋放的能量傳至后部穩(wěn)定土體中,以達到控制地面沉降,防止坍塌的目的。表1對工程待選的幾種超前支護方案的特點、適用的地質(zhì)條件及斷面形式進行了對比分析。312開挖支護方案的研究地下淺埋暗挖工程開挖支護施工方法主要有臺階法、中隔壁法、“眼鏡”法、中洞法和側(cè)洞法,不同的施工方法具有不同的特點。為便于分析,現(xiàn)就上述各主要施工方法的特點、適用條件、沉降量控制效果、工期、造價等方面作一比較,見表2。4工程的實施411超前支護的施工通過對幾種超前支護方案的比選,結(jié)合本區(qū)間所處地質(zhì)條件,工程除在施工通道進入正線開口處采用大管棚超前支護外,其它地段均選擇以小導(dǎo)管注漿作為主要超前支護手段。小導(dǎo)管注漿8、支護參數(shù)如下:圖2小導(dǎo)管注漿示意圖小導(dǎo)管:42 mm鋼管,L=215315 m,外插角1316,環(huán) 向 間 距=2533 cm,搭接115 m。漿液:水玻璃單液漿,11Be硫酸18Be水玻璃=11181212,pH值=311315。注漿區(qū)域:開挖輪廓線以外115 m范圍內(nèi)。注漿壓力:013015M Pa。412區(qū)間折返線開挖支護的施工根據(jù)區(qū)間折返線斷面類型、地面沉降控制分析以及工期、造價比較,同時兼顧前后斷面施工的銜接,施工確定了如表3所列開挖支護方法。413渡線段施工本區(qū)間隧道有兩個渡線段,即B209+69B210+06(如圖1)和B206+21B206+64。其中包括了1-1、3-3、8-9、8、7-7、6-6五種斷面型式,結(jié)構(gòu)尺寸相差甚大。圖3渡線段主要施工程序4鐵道建筑1999年第2期 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.以東側(cè)渡線段交叉口施工為例(見圖3),從圖中可以看出,渡線段跨度很大,南北正線通過交叉口8-8斷面相連通,橫貫長安街地下,由采用正臺階法施工的兩個小斷面(1-1、3-3)進入采用“眼鏡”法施工的大斷面(7-7),受力相當(dāng)復(fù)雜,交叉口三角狀土體最薄處僅為115 m,需承受來自兩個洞室的土壓力,結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定難以保證,因此施工中必須采取加強支護措施以及合理的施工工序。10、表3開挖方法的施工程序及斷面分塊開挖支護方法斷面形式開挖尺寸(mm)施工程序及其示意圖正臺階法1-15176112-251861123-361361228-86106116環(huán)狀開挖1部土體;架格柵掛網(wǎng)、安置縱向連接筋,噴混凝土;拱頂設(shè)超前小導(dǎo)管或鋼筋,拱腳設(shè)置錨桿或錨管,并注漿固結(jié)地層;開挖2部土體,上、下臺階相距610 m,開挖3部土體,架格柵、掛網(wǎng)、噴混凝土;開挖4部土體,架仰拱格柵,噴混凝土,初期支護封閉成環(huán),拱背注漿。中隔壁法4-48197111環(huán)形開挖1部土體,開挖進尺不超過1 m;架格柵掛網(wǎng)、安置縱向連接筋,噴混凝土;打超前小導(dǎo)管或錨桿,注漿固結(jié)地層;相錯2 m開挖支護2部土體;與11、1部相錯4 m開挖支護3部土體,架格柵掛網(wǎng)、噴混凝土,待邊墻開挖封閉兩榀即架設(shè)3部仰拱格柵、噴錨、封閉;與3部相錯4 m開挖支護4部土體,架格柵掛網(wǎng)、噴混凝土、封閉;拱背注漿,拆除臨時中隔壁和臨時橫撐,進入下道工序。眼鏡法6-612129106-6A12129137-7141210177-7A14121111“眼鏡”寬4.4 m,高715 m,分上下兩部開挖。環(huán)狀開挖1部土體,開挖進尺不超過1 m;架格柵掛網(wǎng)、安置縱向連接筋;打超前小導(dǎo)管和錨桿,注漿固結(jié)地層,噴混凝土;相錯4 m隨即開挖2部土體,架格柵掛網(wǎng)、噴混凝土;架2部仰拱格柵,噴錨、封閉;與1部相錯4 m開挖支護另一眼鏡3、4部;兩眼鏡12、開挖封閉10 m,以正臺階法開挖支護中部土體5部,架格柵掛網(wǎng)、噴混凝土,打超前小導(dǎo)管和錨桿,拱部格柵與兩眼鏡格柵焊接牢固,6部仰拱與兩側(cè)眼鏡仰拱相焊接;噴混凝土,拱背注漿,完成整個洞體的封閉。中洞法5-511136155先做中洞,而后作兩側(cè)邊洞。中洞寬4 m,高4 m,采用臺階法施工,待中洞與側(cè)洞相距10 m,即按臺階工法的開挖支護程序分先后相錯5 m開挖支護兩側(cè)邊洞。拱背注漿,完成洞體封閉。5鐵道建筑1999年第2期 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.(1)加強支護措施增設(shè)護墻小導(dǎo)管注漿,13、提高交叉口處土體的自穩(wěn)能力:開挖支護3-3、1-1、8-8斷面隧道時,在交叉口10 m范圍內(nèi)垂直邊墻打設(shè) 42 mm護墻小導(dǎo)管,導(dǎo)管長315 m,間距每m 3根,自上而下呈梅花形布置,內(nèi)注水泥、水玻璃雙液漿,加固邊墻。適當(dāng)加密格柵間距,增加初期支護的強度:將交叉口10 m范圍內(nèi)的1-1、3-3、8-8斷面格柵間距由原設(shè)計的1m 1榀改為015 m1榀,小導(dǎo)管由原設(shè)計的單根長315 m改為215 m,確保注漿效果。增設(shè)縱向連接筋,提高整個結(jié)構(gòu)的剛度:施工渡線段兩個大斷面(7-7)時,縱向連接筋由原設(shè)計的每m 1根增加至每m 2根。(2)優(yōu)化施工工序開挖8-8斷面前,先施作1-1、3-3斷面B2014、9+69B209+79段二襯,1-1、8-8斷面抬高段拱部用同級混凝土回填,7-7斷面開挖后,立即施作8-8斷面二襯,確保渡線交叉口處結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。渡線段具體施工程序如圖3:南正線1-1斷面施工至渡線B209+76處開始挑高,直至與7-7斷面“眼鏡”齊平,至B209+79處1-1抬高斷面封端,同時架格柵,掛網(wǎng),噴30 cm厚混凝土,在1-1抬高斷面內(nèi)開挖支護7-7斷面右“眼鏡”,由7-7斷面“眼鏡”繼續(xù)向前施工至6-6斷面“眼鏡”;北正線7-7斷面左“眼鏡”掘進至渡線里程B209+69前面1 m處進行封端,在左“眼鏡”內(nèi)架雙榀格柵加強支護并套挖3-3斷面。施作北正線3-3斷面及南正線1-1斷面襯砌15、,待混凝土強度達到75%以上時,開始施工渡線段交叉口8-8斷面,并逐步挑高直至抬到7-7斷面“眼鏡”高度,在8-8抬高斷面內(nèi)開挖支護7-7斷面左“眼鏡”。7-7斷面核心土體的開挖需要先從兩側(cè)“眼鏡”內(nèi)向中部挖一中槽,再從中槽內(nèi)向東、西方向展開施工,待7-7斷面開挖支護完后,8-8斷面二襯與南正線開挖支護平行作業(yè),完成渡線交叉口段永久結(jié)構(gòu)的施工。414監(jiān)控量測的實施為確保此段隧道施工時結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定,及時了解結(jié)構(gòu)受力狀況及周圍土體在不同工作狀態(tài)下的力學(xué)動態(tài)和收斂狀況,在施工中對地表下沉、拱頂下沉、鋼筋應(yīng)力、凈空收斂均進行了嚴(yán)密監(jiān)測,并對監(jiān)測結(jié)果作了動態(tài)分析。量測結(jié)果顯示:地表最大沉降量23 mm,16、收斂值3 mm,拱頂下沉值20 mm,均在允許范圍內(nèi)。5結(jié)束語地鐵“王東”區(qū)間折返段,包含十種不同結(jié)構(gòu)斷面型式,斷面交錯變化幾十處,施工方法集臺階法、中隔壁法、眼鏡法、中洞法之大成,成為暗挖工法的“博物館”。在施工方案的選擇和實施方面,既考慮了保證結(jié)構(gòu)的安全、地面環(huán)境的穩(wěn)定,同時又兼顧了前后不同斷面的型式和工法的巧妙過渡,工期和施工質(zhì)量得到有效保障。改回日期:1998-11-26(責(zé)任審編邵根大)審慎確定隧道巖石類別巖石類別直接在隧道掌子面上確定。承包者提出關(guān)于巖石類別的建議,必須得到業(yè)主代表的同意。建議必須是建立在經(jīng)過審定的細(xì)部設(shè)計的基礎(chǔ)上,并且必須考慮下列三個準(zhǔn)則:(1)設(shè)計和施工的靜力計算必須由數(shù)值分析、參數(shù)研究和審慎評估三部分組成;(2)土工記錄由現(xiàn)場調(diào)查、掌子面地質(zhì)描述和參數(shù)的確定及其推斷所組成;(3)監(jiān)控量測包括變形監(jiān)測、應(yīng)力和應(yīng)變監(jiān)測,以及地下水位監(jiān)測。這些方法的任何輸出結(jié)果,必須由負(fù)責(zé)人進行分析和解釋,同時把他們的經(jīng)驗也考慮進去。確定巖石類別是對整個隧道斷面而言的,并在分步開挖中基本上不變化。(路石供稿)6鐵道建筑1999年第2期 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.