地鐵車站下穿既有線安全施工技術(shù)

摘

要:北京地鐵九號線軍事博物館站下穿一號線區(qū)間隧道，在下穿施工過程中，必須保證既有線路的正常運(yùn)營。為此，先進(jìn)行超前支護(hù)，再采用多分部的CRD法施工，大剛度和強(qiáng)度初支進(jìn)行支護(hù)，并采用三維數(shù)值方法分析了車站隧道下穿施工對既有線的影響，施工過程中的多項現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果表明，既有結(jié)構(gòu)的沉降和新建隧道結(jié)構(gòu)受力都控制在安全范圍之內(nèi)，保證了既有隧道的正常和新建隧道安全。關(guān)鍵詞:地鐵車站;下穿施工;多分部CRD法;施工監(jiān)測;安全分析

1概述

隨著城市地鐵建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，新建地鐵結(jié)構(gòu)下穿既有線的情況也越來越多，新建隧道的下穿施工如何保證既有線結(jié)構(gòu)的安全，不影響既有線的正常運(yùn)營，越來越受到研究人員的重視［1-3］。北京地鐵9號線軍事博物館站主體下穿既有一號線區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)，與既有線區(qū)間結(jié)構(gòu)軸向呈81°夾角。車站地面周邊建筑物密集且多為高層建筑，地下管線密布，地面交通異常繁忙。

車站主體站兩端主體結(jié)構(gòu)為三拱兩柱雙層結(jié)構(gòu)，下穿段采用分離式的單層雙洞形式。隧道開挖斷面高10．505m，寬9．55m，兩隧道間凈距僅4．7m，單層段結(jié)構(gòu)拱頂與既有1號線區(qū)間隧道框架結(jié)構(gòu)底板底面的垂直距離為10．8m。下穿段總長度為23．2m。既有1號線區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)為雙跨單層矩形框架的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，頂板厚0．75m，底板厚0．7m，側(cè)墻厚0．7m，區(qū)間縱向每22．8m設(shè)置一道變形縫。下穿段隧道斷面和既有1號線區(qū)間隧道的情況及相互位置關(guān)系如圖1。

下穿隧道支護(hù)為復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，初支為35cm厚C25格柵拱架噴混凝土，二襯為800cm厚的C30模筑混凝土結(jié)構(gòu)，初支與二襯之間設(shè)防水板。

在車站下穿施工過程中，需要嚴(yán)格控制施工引起的地層變位及既有結(jié)構(gòu)的沉降，保證1號線的正常運(yùn)營，因此，必須選擇合適的施工方案并分析施工對既有結(jié)構(gòu)的安全性。

2工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

(1)工程地質(zhì)。車站工程范圍內(nèi)的地形略有起伏，地層從上至下分別為:含磚塊碎石等雜填土層、含磚灰渣的粉土填土層;局部含粉砂夾層的粉土層③;粉質(zhì)粘土③1層;粉土層③2;細(xì)砂粉砂層④;級配良好的卵石及圓礫層⑤(卵石最大直徑8cm);粉質(zhì)粘土層⑤1;以粘粒為主而膠結(jié)的強(qiáng)風(fēng)化礫巖層極軟巖;礫巖層1和粘土巖地層等。隧道穿越地層主要為礫巖1層和粘土巖地層。礫巖1層:強(qiáng)風(fēng)化，成巖性較差，粘粒膠結(jié)，局部含細(xì)砂，易掰碎;粘土巖層:中等風(fēng)化，中等膠結(jié)，含少量中粗砂粒及云母。

(2)場地水文地質(zhì)條件。北京地鐵九號線軍事博物館站車站施工范圍內(nèi)存在一層地下潛水水，水位埋深8．0～8．7m，含水層為卵石、圓礫⑤層。因下穿既有線段距上方的含水層最近處約9．5m，隔水層厚度較大，現(xiàn)場開挖發(fā)現(xiàn)掌子面比較干燥，地下水對施工影響較小。

3隧道下穿施工方案3．1施工方案的確定

下穿既有1號線區(qū)間隧道段的新建軍事博物館站主體結(jié)構(gòu)斷面為分離式雙洞形式，斷面9．55m(寬)×10．505m(高)。為盡可能減小少下穿施工對既有線區(qū)間隧道的影響，保證既有線正常運(yùn)營，先進(jìn)行大剛度和強(qiáng)度的超前支護(hù)，然后再采用安全性較高的能夠有效控制地層變位的CRD法施工，且嚴(yán)格按照設(shè)計施工步序進(jìn)行施工，待一側(cè)隧道開挖并襯砌施作完畢后再施工另一側(cè)隧道。3．2隧道施工順序

車站下穿既有地鐵1號線區(qū)間隧道段采用CRD法施工，具體施工步驟如下:

(1)施作管棚。在開挖前，在1號線區(qū)間結(jié)構(gòu)底板與新建隧道結(jié)構(gòu)外輪廓間施作三層的管棚貫穿整個下穿段，并進(jìn)行注漿。

(2)施作右側(cè)隧道。按1、2、3、4、5、6的開挖順序分步施工右側(cè)隧道，并施作初期支護(hù)及臨時支護(hù)，相鄰兩部之間間隔5m，直至各部全部施工完畢。

(3)逐段拆除臨時橫撐，施作底板及部分側(cè)墻防水層和二次襯砌。

(4)將臨時豎撐拆除，施作剩余部分側(cè)墻及拱部防水層和二次襯砌。

(

5)開挖另一側(cè)結(jié)構(gòu)。按7、8、9、10、11、12的開挖順序分步開挖，并施作初期支護(hù)和臨時支護(hù)，相鄰兩部間隔5m，直至各部全部施工完畢。

(6)逐段拆除橫撐，施作底板及部分側(cè)墻防水層和二次襯砌。

(7)拆除豎撐，鋪設(shè)剩余部分邊墻及拱部防水層，澆注主體邊墻及頂部混凝土。

(8)二次襯砌背后注漿。澆注站臺板，施作附屬結(jié)構(gòu)及內(nèi)部裝修。

新建地鐵九號線軍事博物館站施工工序圖如圖2。4隧道施工對既有線影響的安全性分析5．2．5二次襯砌混凝土應(yīng)力

各點(diǎn)二襯外層混凝土的應(yīng)力變化曲線如圖9。從圖9可以看出:除個別點(diǎn)位二襯混凝土應(yīng)力一度出現(xiàn)拉應(yīng)力外，其它各點(diǎn)處的應(yīng)力全部為壓應(yīng)力，且比較小。由于混凝土應(yīng)力監(jiān)測時間較短，根據(jù)應(yīng)力隨時間的變化曲線來看，各點(diǎn)處混凝土的應(yīng)力仍然處于緩慢增長的態(tài)勢，但是增長速度較慢，一些點(diǎn)處也表現(xiàn)出趨于穩(wěn)定狀態(tài)，增長幅度非常有限，如左側(cè)拱肩和左側(cè)墻中。二襯混凝土出現(xiàn)這樣小的應(yīng)力，可能是由于大強(qiáng)度和大剛度的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)主要地層壓力和既有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加荷載，在此情況下二襯結(jié)構(gòu)可以作為安全儲備隧道結(jié)構(gòu)的安全儲備。5．3結(jié)算結(jié)果與監(jiān)測結(jié)果的對比

隧道施工引起既有結(jié)構(gòu)沉降的計算結(jié)果為2．38mm，而在施工過程中的沉降監(jiān)測值為1．63mm，計算值大于監(jiān)測值，計算值比監(jiān)測值大31．5%。

隧道施工引起既有結(jié)構(gòu)底板的最大壓應(yīng)力計算結(jié)果為404．7kPa。隧道施工過程中地層與初支監(jiān)測結(jié)果的穩(wěn)定值全部小于在240kPa，這一數(shù)值量值與引起既有結(jié)構(gòu)底板應(yīng)力的量值相當(dāng)。總之，由于采取了大剛度和大強(qiáng)度的支護(hù)結(jié)構(gòu)，將隧道施工對既有結(jié)構(gòu)的影響降低到了較小的程度，保證了既有地鐵的正常運(yùn)營和新建隧道的安全。

6結(jié)論

采用三維數(shù)值方法分析了新建地鐵車站隧道下穿既有區(qū)間結(jié)構(gòu)的安全性，在施工過程中進(jìn)行多項目的現(xiàn)場監(jiān)測。數(shù)值分析和監(jiān)測結(jié)果結(jié)果表明，在進(jìn)行大剛度和強(qiáng)度超前支護(hù)條件下，按多分部開挖的CRD法進(jìn)行下穿施工引起既有線結(jié)構(gòu)的沉降、差異沉降變形和附加應(yīng)力均控制在允許范圍內(nèi)，隧道結(jié)構(gòu)本身的受力也較小，保障了既有地鐵線路的正常運(yùn)營和新建隧道的安全。下穿段隧道的順利完工，說明所選施工方案是合理性的。

參考文獻(xiàn)［1］仇文革．地下工程近接施工力學(xué)原理與對策研究［D］．成都:西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，2003．［2］吳波．淺埋暗挖法隧道施工沉降控制基準(zhǔn)分析及應(yīng)用［J］．世界隧道