1、分離島式地鐵車站群洞效應(yīng)分析與施工優(yōu)化結(jié)合實(shí)例對(duì)單跨三洞地下局部雙層分別島式車站群洞效應(yīng)進(jìn)行了分析。針對(duì)不同工況下的作用效應(yīng),指出合理組織主體群洞結(jié)構(gòu)的施工,對(duì)加快施工進(jìn)度的意義,進(jìn)而對(duì)車站總體施工挨次作了優(yōu)化。0前言隨著北京地鐵建設(shè)的深化,使得較多的地鐵車站需要建在城市立交橋下,一來吸引客流,二來合理利用城市空間。但是由于橋樁的影響,使得在橋下修建地鐵車站變得特別困難,而進(jìn)行橋樁樁基托換加固等技術(shù)又會(huì)使建設(shè)成本大大提高。在這種狀況下,一種新的結(jié)構(gòu)形式消失了分別式站臺(tái)形式(假島式)。這種結(jié)構(gòu)形式的主要思想是將車站結(jié)構(gòu)縱向地一分為二,中間通過聯(lián)絡(luò)通道來實(shí)現(xiàn)客流連接和換乘,這樣就能使橋樁位于車站結(jié)

2、構(gòu)兩部分的中間,因此能夠有效地避開橋樁的影響。分別島式車站一般由三洞構(gòu)成(特別條件下也有兩洞結(jié)構(gòu)),由于三洞分別,結(jié)構(gòu)側(cè)向開口面積大,群洞效應(yīng)突出,必需合理組織主體群洞結(jié)構(gòu)的總體施工挨次,才能確保結(jié)構(gòu)平安,加快施工進(jìn)度。1工程概況北京地鐵光華路車站,位于東三環(huán)路京廣橋引橋南側(cè)規(guī)劃的商務(wù)中心街與東三環(huán)路的交叉路口上。車站主體采納單跨三洞地下局部雙層分別島式結(jié)構(gòu),南北向布置,中間為雙層結(jié)構(gòu),兩側(cè)站臺(tái)為單層結(jié)構(gòu),三洞間以通道相連,詳見圖1所示。車站總長(zhǎng)169.2m,總寬度46.7m,線間距40m。共設(shè)東南、東北、西南、西北四個(gè)出入口,兩個(gè)風(fēng)井和風(fēng)道分別位于車站南北兩端,并同時(shí)作為施工期間的施工通道。

3、 CENTER/CENTER中洞為單跨雙層結(jié)構(gòu),埋深8m,開挖寬度14.4m,高15.5m,采納洞樁法施工。首先施作兩側(cè)小導(dǎo)洞,再在小導(dǎo)洞內(nèi)施作8001200的鉆孔灌注樁,樁頂設(shè)1600mm1650mm的縱梁;然后分兩步施作中洞拱部初支,即小導(dǎo)洞內(nèi)中洞拱部初支與回填和兩個(gè)小導(dǎo)洞間的中洞拱部初支結(jié)構(gòu);最終施工中洞拱部二襯以及下部土方和結(jié)構(gòu)。側(cè)洞為單跨單層結(jié)構(gòu),埋深14m,開挖寬度10.810m,高度9.435m,采納CRD法(交叉中隔壁法)分為兩層四個(gè)導(dǎo)洞施工。中洞與側(cè)洞最小凈間距僅為4.54m。2工況與群洞效應(yīng)分析光華路站主體中洞和近鄰左右側(cè)洞之間,呈現(xiàn)出簡(jiǎn)單的群洞狀態(tài)。為了取得較好的施工效應(yīng)

4、,有效地掌握地表沉降和保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,針對(duì)中洞和側(cè)洞的既有設(shè)計(jì)施工參數(shù),根據(jù)不同的工況進(jìn)行群洞效應(yīng)分析,以便更加平安高效的指導(dǎo)施工。對(duì)于主體結(jié)構(gòu)的總體施工組織,首要而又關(guān)鍵的就是確定中洞與側(cè)洞的施工挨次。施工挨次不同,由此產(chǎn)生的時(shí)空效應(yīng)、群洞效應(yīng)也不同,因此會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的施工及其平安產(chǎn)生很大影響。對(duì)中洞而言,兩側(cè)洞的開挖是對(duì)其拱腳抗力卸載的過程;對(duì)兩側(cè)洞而言,中洞的開挖支護(hù)會(huì)在其拱部一側(cè)產(chǎn)生較大的偏壓,同時(shí)在中洞向下開挖的過程中會(huì)釋放側(cè)洞邊墻的部分被動(dòng)土壓力而加大邊墻的側(cè)向變形;另外,側(cè)洞開挖產(chǎn)生的土體沉降會(huì)在中洞圍護(hù)樁側(cè)產(chǎn)生負(fù)摩阻力,加大圍護(hù)樁的荷載作用。2.1中洞先行下的施工效應(yīng)為減小以上各

5、種不良影響,必需合理組織各洞室的施工步序,充分利用地層的時(shí)間、空間效應(yīng),降低施工的相互影響。在中洞與側(cè)洞的設(shè)計(jì)施工中,中洞對(duì)車站主體的影響較大,起主要掌握作用;且根據(jù)群洞施工,先開大洞后開小洞的思想,設(shè)計(jì)總體思路為中洞先行。即先進(jìn)入中洞導(dǎo)洞及其初支扣拱的施工,中洞的第一道預(yù)應(yīng)力拉桿施作后才可進(jìn)行側(cè)洞的開挖,側(cè)洞二次襯砌施作后才可拆除中洞的第一道拉桿,各工序之間步距應(yīng)大于10m。另外,為減小側(cè)洞開挖引起的樁側(cè)負(fù)摩阻力,要求中洞下部土體的開挖應(yīng)在側(cè)洞開挖后進(jìn)行。依據(jù)有限元分析軟件模擬計(jì)算,中洞初支扣拱后,拱腳處會(huì)產(chǎn)生1000kN/m左右的水平推力,在如此大的偏壓作用下會(huì)給側(cè)洞的施工帶來很大風(fēng)險(xiǎn)。因

6、此,設(shè)計(jì)要求在中洞拱腳處施作水平拉桿并預(yù)加450kN/根的拉力平衡對(duì)側(cè)洞偏壓。側(cè)洞的二次襯砌封閉后拆除中洞第一道拉桿,拆除中洞第一道拉桿所釋放的力經(jīng)地層傳至側(cè)洞二襯,地層的被動(dòng)土壓力由側(cè)洞二次襯砌承受,避開了側(cè)洞初期支護(hù)在高應(yīng)力的狀態(tài)下施作二次襯砌的風(fēng)險(xiǎn)。2.2中洞先行的主要施工難點(diǎn)與問題1)為平衡中洞拱腳水平推力,在樁頂縱 梁處設(shè)置一道水平鋼拉桿,鋼拉桿需預(yù)加450kN/根的拉應(yīng)力,但預(yù)拉應(yīng)力施加難度很大,目前國(guó)內(nèi)無勝利閱歷。2)中洞施工涉及風(fēng)道側(cè)向開口,由于側(cè)向開口斷面很大,而現(xiàn)場(chǎng)又不具備實(shí)行臨時(shí)加強(qiáng)措施的條件,所以必需在風(fēng)道二襯結(jié)構(gòu)以及中洞加強(qiáng)環(huán)框的愛護(hù)下才能進(jìn)洞。假如待該段風(fēng)道二襯施工

7、完畢再開挖中洞,進(jìn)而施工側(cè)洞,工期較長(zhǎng)。3)風(fēng)道及中洞導(dǎo)洞初支施工完畢后,全部轉(zhuǎn)入風(fēng)道與主體結(jié)構(gòu)相交段二襯施工,將造成大量隧道工閑置,勞動(dòng)力組織不勻稱,且由于工作面較少,整體工效不高?；谝陨暇売?中洞與側(cè)洞的施工挨次調(diào)整為側(cè)洞先行,即總體施工挨次為:施工兩側(cè)洞初期支護(hù)中洞初期支護(hù)扣拱兩側(cè)洞二次襯砌中洞下部土方開挖及襯砌。3施工優(yōu)化3.1側(cè)洞先行的必要性與可行性為降低施工難度,加快工程進(jìn)度,合理組織施工,側(cè)洞必需先行進(jìn)洞。側(cè)洞先行,對(duì)中洞拱部初支而言,增大了上部土體的裂開面范圍,對(duì)其初支施工可能不利。但由于中洞拱部為粉質(zhì)粘土,且沿中洞拱部通長(zhǎng)設(shè)置了159300長(zhǎng)管棚作為超前支護(hù),施工平安性是有

8、保證的。對(duì)側(cè)洞偏壓受力以及開挖引起的樁側(cè)負(fù)摩阻力問題,可以通過中洞下部開挖前對(duì)中、側(cè)洞間土體注漿加固得到改善;此外,可以通過充分利用時(shí)空效應(yīng),合理支配施工工序,提高支護(hù)強(qiáng)度,在中洞下部土方開挖前就先施做側(cè)洞二次襯砌來解決。這樣調(diào)整工序后,通過有限元分析軟件模擬計(jì)算,中、側(cè)洞的受力狀況大為改善,中洞第一道拉桿受力約100kN左右,可取消預(yù)拉應(yīng)力,降低了施工難度。對(duì)于施工組織,中、側(cè)洞可以同時(shí)施工,便于勞動(dòng)力與工序的組織,且風(fēng)道臨時(shí)中隔板可作為運(yùn)輸平臺(tái),施工影響小,平安有保障。工期上,由于中洞施工是關(guān)鍵線路,其施工進(jìn)度對(duì)四個(gè)出入口及其他后續(xù)工程的施工有很大影響。經(jīng)具體分析對(duì)比,實(shí)行側(cè)洞先行的方法,

9、中洞和側(cè)洞施工的制約性減小,不僅中洞和側(cè)洞可以提前兩個(gè)月完成,四個(gè)出入口也可以提前開頭施工,對(duì)局部和總體工期均有利。 CENTER/CENTER然而,淺埋暗挖群洞施工的關(guān)鍵是處理好受力轉(zhuǎn)換。亦即實(shí)行措施增加結(jié)構(gòu)的整體性,促使土壓力及結(jié)構(gòu)受力分布的勻稱,才能既保證施工平安,又能科學(xué)的加快施工進(jìn)度。由于側(cè)洞先行也要面臨風(fēng)道側(cè)向開口,要想達(dá)到側(cè)洞的快速進(jìn)洞施工,就不能等到該段風(fēng)道二襯結(jié)構(gòu)施工完畢再進(jìn)洞,而必需實(shí)行臨時(shí)加強(qiáng)措施。3.2側(cè)洞先行的主要技術(shù)保障措施1)側(cè)洞初支進(jìn)洞加強(qiáng)環(huán)施工技術(shù)光華路車站側(cè)洞施工前,設(shè)計(jì)要求與其相交段風(fēng)道二襯及其加強(qiáng)環(huán)應(yīng)施工完畢,且中洞已開挖并施加了第一道水平拉桿。但考慮到

10、中洞開挖較晚,側(cè)洞盡早施工有利于施工支配和整體工期,必需先行進(jìn)洞。因此,打算不做風(fēng)道二襯結(jié)構(gòu),在風(fēng)道與側(cè)洞相交處風(fēng)道回填部位施作側(cè)洞初支加強(qiáng)環(huán)。加強(qiáng)環(huán)主環(huán)框采納截面為800mm800mm的C25噴射鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),其內(nèi)皮與側(cè)洞初支內(nèi)皮齊平。拱部以上另用一層22200200鋼筋網(wǎng)片+C25噴射混凝土加固到風(fēng)道中隔墻。加強(qiáng)環(huán)框與風(fēng)道邊墻之間用胡子筋連接,并預(yù)留側(cè)洞初支縱向連接筋,以保證風(fēng)道開口處拱墻受力能傳遞到加強(qiáng)環(huán)框上,加強(qiáng)環(huán)框在風(fēng)道的剖面及斷面詳見圖2所示。這樣,在初支加強(qiáng)環(huán)的愛護(hù)下,風(fēng)道側(cè)向開口進(jìn)入側(cè)洞初支施工。2)中、側(cè)洞間土體加固技術(shù)車站主體結(jié)構(gòu)中洞與兩側(cè)洞之間均為4.56m寬的土體,其

11、主要地層組成為粘土層和砂卵層。為了減小車站主體各洞開挖時(shí)對(duì)地層的擾動(dòng),提高土體自穩(wěn)力量,改善車站的整體結(jié)構(gòu)受力性能,需要對(duì)中、側(cè)洞間土體進(jìn)行徑向加固注漿,詳見圖3陰影部分。注漿工藝采納后退式分段注漿(抽管分段設(shè)止?jié){塞)。開挖側(cè)洞前在導(dǎo)洞內(nèi)對(duì)樁頂縱梁后與側(cè)洞間土體進(jìn)行加固;側(cè)洞開挖時(shí)對(duì)剩余土體加固;在風(fēng)道橫通道內(nèi)對(duì)側(cè)洞兩端土體進(jìn)行加固。壓漿參數(shù)如下:中粗砂、卵石圓礫:注漿集中半徑R=0.8m;注漿有效壓力:1.01.5MPa;漿液材料為一般42.5水泥漿,水灰比為0.81。粉細(xì)砂、粉土、粉質(zhì)粘土:注漿集中半徑R=04m;注漿有效壓力:1.020MPa;漿液材料為水泥水玻璃雙液漿,協(xié)作比:水泥漿水

12、灰比為0.61,雙液體積比(水泥漿改性水玻璃漿)為11。注漿參數(shù)需在施工前進(jìn)行試驗(yàn),采納有效方法檢測(cè)漿液集中半徑,確保注 漿效果。為掌握地表沉陷,確保施工平安,要求土體加固完成后7d,再開挖中洞中間土體。 CENTER/CENTER3)其他技術(shù)保障措施中洞下部土方開挖前,應(yīng)先施作完成相應(yīng)里程處的側(cè)洞二襯結(jié)構(gòu),保證側(cè)洞二襯施工超前中洞下部土方開挖20m左右,以利于偏壓受力。此外,應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè),準(zhǔn)時(shí)反饋信息,由監(jiān)測(cè)反饋信息指導(dǎo)施工。4施工效果北京地鐵光華路車站主體結(jié)構(gòu)中、側(cè)洞施工實(shí)行側(cè)洞先行方案,工程進(jìn)展順當(dāng)。從監(jiān)測(cè)資料來看,中洞地表沉降平均值為21mm;中洞拱頂沉降平均值為20.23mm;側(cè)洞洞室下部平均收斂值為3.59mm,洞室上部受偏壓影響,收斂相對(duì)略大,平均值為6.7mm;側(cè)洞拱頂沉降一般在2035mm左右?？傊?實(shí)行側(cè)洞先行,中洞開挖過程中,拱頂及地表沉降均在合理變化范圍之內(nèi),中洞拱腳處產(chǎn)生的水平地應(yīng)力未對(duì)側(cè)洞初支結(jié)