北京城铁暗挖区间隧道穿越楼群关键施工技术

目录第一章引言....................................................................2第二章工程概况................................................................2第1节工程地质及水文地质条件..............................................2第2节周围环境状况........................................................3第三章区间隧道施工及其对楼群的影响............................................3第四章主要技术对策及施工方案..................................................4第1节采用导洞、隔离桩方法确保楼房基础安全................................5第2节隧道开挖采取洞内水平井点降水........................................5第3节修正支护参数、改进隧道施工工艺......................................6第五章技术措施的应用效果及分析................................................8第1节地表下沉监测结果及分析..............................................8第2节楼房基础沉降观测结果及分析..........................................8第六章结论....................................................................9第一章引言北京西直门至东直门的城市铁路是北京市规划的第13号快速轨道交通线,全长约40km,其中和平里至东直门为地下段,采用暗挖施工。该区段是13号线的控制工程,能否顺利修通将直接影响到全线是否能够如期通车。中铁隧道集团承担的第14标段周围条件极为复杂,尤其是要近距离穿越两栋高层居民楼,在复杂地质环境下隧道施工必须确保居民楼的绝对安全,而且必须做到施工期间不扰民,因此,安全保障措施必须要绝对可靠,这对施工技术也提出了更高的要求。第二章工程概况第1节工程地质及水文地质条件第14标段主要由人工杂填土、第四纪沉积层和圆砾层组成。杂填土厚度为0.15～1.00m,最大厚度为4.2m;第四纪沉积层厚度为0.5～18.7m,圆砾层最大厚度为3m;粉细砂层稍密～中密,饱和,厚度为2.9m;以下为粘土层。该标段范围内,上层滞水水位埋深4.0m左右;潜水水位埋深在地面下7.5m,高出隧道开挖拱顶;承压水水位埋深18.8m,位于隧道铺底以下0.5m,对隧道施工无影响。区间隧道在粘质粉土和粉细砂地层中穿过,上层滞水和潜水已进入隧道断面。第2节周围环境状况北京城市铁路东直门地下区间为双跨连拱隧道,采用浅埋暗挖中洞法施工。典型断面开挖宽度为12.05m,开挖高度为7.397m,支护形式为复合式衬砌。区间隧道在里程K39+505～K39+585之间,从两栋Y形高层居民楼中间下穿。两座高层楼房地面以上22层、66m高,地下两层,楼房基础为现浇钢筋混凝土箱型基础(无桩基),箱型基础持力层为2.7m厚的换填级配砂石,暗挖隧道外轮廓线距楼房基础水平距离最小为1.6m。隧道与高层楼群地平面及剖面关系分别如图1、图2所示。图1楼房与区间隧道的平面位置关系图2楼房与区间隧道的剖面位置关系第三章区间隧道施工及其对楼群的影响由于暗挖隧道开挖跨度达12m,覆土仅为1倍洞径左右(7～12m),上覆地层难以形成承载拱,上覆土柱荷载较大。设计采用中洞法施工,工况要求中隔墙形成承载能力后,方可进行侧洞开挖,最后施作侧洞衬砌形成双连拱结构。由于区间隧道两侧为不对称布置,基础持力层位于隧道拱腰部位,楼房静载和静载偏压可能对隧道施工安全和结构安全构成威胁。区间隧道采用双连拱隧道施工对高层居民楼安全是不利的,主要表现在:(1)区间隧道为双连拱结构,采用中洞法施工,施工步序多加之需降水,造成对楼房基础地层的多次扰动,如没有稳妥可靠的技术措施保证,叠加后可能产生超量的不均匀沉降,给楼房的安全带来致命的危害。(2)区间双连拱隧道中洞、侧洞为瘦高型结构,在初支施工过程中随着开挖在楼房静载作用下土层应力释放,引起的土体水平位移,使楼房基础产生不均匀沉降。(3)相邻地段的监测表明,仅中洞通过后最大累计沉降量即为73.2mm,距中洞6.0m范围内地表沉降量均在40mm以上,沉降曲线拐点距中洞中线79.7m。类比可知高层居民楼区域中洞施工引起地表沉降量可达23mm,沉降曲率为3.8%。可见,若不采取可靠的措施,将对楼房造成较大危害。第四章主要技术对策及施工方案第1节采用导洞、隔离桩方法确保楼房基础安全为确保楼房的绝对安全,用两排钢筋混凝土桩墙将楼房基础与隧道隔离,以此对楼房进行防护。在高层居民楼南侧已建成的1#竖井内开挖两个小导洞,在楼房之间隧道上方通过。导洞开挖完成后,在两个导洞内施作灌注桩,桩长14.0m,锚入隧道底板深度为6.0m,导洞与隔离桩连成整体高出隧道4.2m,形成桩墙、帽梁将楼房基础与隧洞隔离,如图3、图4所示。图3导洞及隔离桩法平面布置图图4导洞及隔离桩法剖面布置图导坑净空高3.0m,宽2.5m,初期支护厚度300mm,采用上下台阶法施工。灌注桩直径0.8m,间距1.0m,桩长14.0m,现浇C20混凝土。为在狭小的导洞内同时完成钻机成孔、钢筋笼搬运吊装、混凝土灌注、泥浆外运等工作,分别采取了异型反循环钻机成孔、挤压钢套筒连接以及卷扬机吊装等措施。同时将防塌孔贯穿于每根灌注桩的施工过程中,控制泥浆护壁质量,以最快速度完成钻孔,把隔离桩施工对楼房的影响减至最小。第2节隧道开挖采取洞内水平井点降水过高层楼群段无水施工是控制沉降保证楼房安全的前提。从前期施工采取地表深井降水来看,在此段地层特殊分层情况下降水效果不理想,特别是隧道仰拱位于两层粘土中间的夹层粉细砂层中,由于夹层粉细砂厚度较小,此处深井降水不能形成降水漏斗,仰拱处于含水粉细砂层中,开挖过程中形成流砂,引起大量周边土层流失,造成地表超量下沉,近楼段地表最大下沉量达到73.2mm。经认真分析研究之后,决定根据此段特殊地质情况采取水平降水方法,利用已施工中洞底板向下和向左右侧洞方向开挖水平降水基坑,在水平降水基坑内用水平钻机成孔,埋设水平降水管,将中洞和侧洞范围内地下水降至仰拱以下1.0m左右,确保无水施工。第3节修正支护参数、改进隧道施工工艺4.3.1增设临时仰拱及时封闭步步成环双连拱隧道中洞、侧洞形状为瘦高狭长结构,分Ⅳ部台阶开挖,设计中部施作I22横撑,横撑间距1m,从Ⅰ部开挖至Ⅳ部才能完成断面封闭(5～7天)的客观现实不利于掌子面的稳定,为控制拱顶及地表沉降,遵循浅埋暗挖及时封闭步步成环的原则,增设临时仰拱,技术参数为:C20喷射砼(厚22cm),布纵向拉结筋规格Ф22@500、双层钢筋网片规格Ф6@150×150。4.3.2仰拱基底换填碎石和注浆根据已施工地段仰拱情况来看,由于地质特殊分层情况,受降水时间限制仰拱部位有滞留地下水,基底粉细砂层浸泡和人工扰动后,造成基底液化软弱,减小了地基承载力,使仰拱封闭后沉降仍不收敛。为控制沉降,在仰拱基底换填30cm厚的碎石,喷砼封闭后及时回填注水泥-水玻璃双液浆。从量测资料反馈情况来看,基底换填有效控制了沉降,仰拱喷砼封闭后沉降很快收敛,确保了过楼段的施工安全。4.3.3加密拱部超前管棚、增设边墙超前管棚加密拱部超前管棚,由原设计3.0m长、环向间距0.3m、纵向每两米排设一次变更为2.0m长、环向间距0.2m、纵向每0.5m(每榀)排设一次,增设边墙超前管棚,原设计无边墙超前管棚,为控制中洞、侧洞每部开挖施工产生的沉降,在中洞、侧洞边墙排设2.0m长、环向间距0.5m、纵向间距0.5m的超前管棚。4.3.4加强超前注浆和背后回填注浆拱部开挖前超前管棚间隔一个作为注浆管加强超前注水泥-水玻璃双液浆,喷砼封闭后滞后掌子面3～5m进行拱部、边墙、底部背后回填注浆,控制开挖面土层流失,使隧道结构与周边土体密实,挤密隔离桩间土层和楼房基础下土层。第五章技术措施的应用效果及分析第1节地表下沉监测结果及分析地表沉降监测结果可以看出,地表最大沉降量为-45.20mm,导洞施工引起沉降量平均为6.45mm,中洞施工引起沉降量平均为18.00mm,侧洞施工引起沉降量平均为14.58mm,地表最大沉降量发生在隧道中线位置,中洞施工引起沉降占总沉降量的46%,较侧洞稍大。从沉降槽曲线来看,断面沉降槽比较狭窄,宽20m左右,沉降曲线变曲点(拐点)至隧道中线距离大约6m,基本位于隔离桩之内,说明隔离桩隔离作用明显。通过主断面量测结果比较可以看出,改进的暗挖双连拱隧道施工工艺有效控制了沉降。第2节楼房基础沉降观测结果及分析楼房基础最大沉降值为18.90mm,发生在东楼JN6点,平均沉降为12.70mm,初期降水和导洞施工引起沉降平均为3.38mm,中洞施工引起沉降平均为6.35mm,侧洞施工引起沉降平均为2.98mm,从以上数均分析,中洞施工引起楼房基础沉降最大,占总沉降量的50%。由上可见,在采用了既定的技术对策及施工措施后,成功实现了暗挖区间穿越楼群区的施工。第六章结论(1)北京城市铁路东直门暗挖区间在地面条件受限制、地层构造复杂、富水的情况下,采取稳妥可靠的技术对策,安全通过浅基础高层居民楼区,确保了居民的正常生活和高层建筑的安全,表明该工程施工是成功的,同时也拓宽了浅埋暗挖技术在复杂环境下的应用前景,为今后类似工程提供了有益的经验。(2)既有建筑物的基础遮断防护采用隔离桩,技术上是可行的。利用地下导洞施作灌注桩,是一种新的尝试,有助于解决修建地铁日益突出的施工与环境的干扰问题。(3)加强超前管棚、超前预注浆和初支背后回填注浆是控制沉降重要有效的措施,是防塌、改善地层、防止地面建筑物破坏的关键环节。(4)全过程监控量测并确定适宜的监测内容,是指导施工和控制地表下沉、监视土体及结构的稳定、保证施工安全的重要手段,为修正设计和变更施工方法提供了科学依据。(收稿:2003年6月;作者地址:北京市西外上园村;北京交通大学隧道及地下工程试验研究中心;邮编:100044)参考文献1王暖堂,陈瑞阳,谢箐.城市地铁复杂洞群浅埋暗挖施工技术.岩土力学,2002(2)2范国文,王先堂.暗挖双联拱隧道穿越浅基础高层楼群区施工技术.现代隧道技术,2002(增刊)3吴昭永.复杂环境条件下城市暗挖隧道施工技术研究.隧道建设,2003(1