超浅埋单拱大跨双侧洞法暗挖地铁车站施工技术研究.ppt

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1、超浅埋单拱大跨双侧洞法暗挖地铁车站施工技术研究,完成单位北京市政建设集团有限责任公司北京交通大学北京勤业测绘科技有限公司,详细科研报告请点击,目 录,1工程概况 2研究报告一3研究报告二4研究报告三5主要研究成果,1工程概况,二、工程地质、水文地质概况与现况管线,2.1 工程地质概况本车站暗挖段主要穿越粉细砂层、卵石层。2.2水文地质概况本车站暗挖段受上层滞水、潜水及承压水影响。上层滞水：主要位于粘质粉土层，水位标高37.22；潜 水：主要位于卵石层中，水位标高26.35；承 压 水：主要位于砂卵层中，水位标高21.38。,2研究报告一超浅埋单拱大跨双侧洞法暗挖地铁车站施工技术研究,1 施工特

2、点分析,(1)本工程浅埋暗挖段单层车站，为侧洞法施工，在北京地区尚属首例，车站结构断面设计外缘为单拱大跨的流畅弧线形，内为三心圆组合成的三拱二柱结构。(2)暗挖法施工的单层车站，穿越平安大街，现况道路下方共有五种类12条管线，其中电力方沟距暗挖初衬的最小距离为1.09m，两条D=1200mm，D=1000mm的污水管线，距暗挖段初衬的最小距离为3.03m且渗漏严重，施工过程中具有较多风险点。(3)浅埋暗挖法的初衬设计共分为15个导洞依次施做，侧洞由交叉中隔壁形成，共六个导洞，每个导洞均环形开挖留核心土；中洞分上、中、下三个台阶开挖，施工周期长，且初期支护废弃量较大。,2 施工难点分析,1、3、

3、7导洞穿越粉细砂弱土层带，围岩自稳能力差，无法形成承载拱，采取何种切实可行的方法加固围岩，改良隧道周边的土的力学性能，是本工程的难点。如何在施工大管棚时，确保土层与管棚外壁之间的缝隙填充密实，回避由于施做大管棚先期引发的沉降，是本工程的一难点。主体暗挖段，涉及众多管线，施工过程中如何保证管线的安全是施工重点和难点之一；,2 施工难点分析,主体暗挖段采用侧洞法施工，施工步序多，造成防水层施作时分块过多，二衬混凝土分仓多次浇筑，造成过多的施工缝，施工中如何保证防水质量是施工的又一重点和难点。如何在初衬的凿除过程中，确保支护体系的稳定及已施工完结构安全稳定是本工程的另一难点；在立体交叉结构形成与拆除

4、过程中，必须确保结构内力的转换与平衡 在二衬施工过程中，如何完成对顶纵梁及侧墙的混凝土浇注，且保证混凝土的实体质量，是本工程的又一难点。,施工方案优选,中洞法、柱洞法和侧洞法各有优缺点：用经验类比、理论分析和数值分析来确定,施工方案经验类比,施工方案理论分析,施工方案数值分析,施工方案事后分析,实际施工时考虑到以上问题，在各专家的建议下，尝试性的采用了侧洞法施工，作为对既往经验的一个验证。从北京地铁五号线八个暗挖车站的地表沉降统计分析来看：，统计均值在70mm左右变动，而将近50的测点沉降值大于70mm。张自忠站最终地表位移44.44mm,完全满足了地层变位控制的需要，且有工期相对较短、造价较

5、低的优点，该工法很好地适应了北京的地层条件，成为一个成功的范例,注浆长管棚作用机理和施工技术,1方案说明2技术特点3创新之处,1注浆大管棚方案说明,钢管直径159mm，间距500mm，每段管棚长度约28m，铺设管棚分为南北2组每组51根。地表路面标高44.98m，隧道管棚处标高33.97130.093m注浆浆液，水泥砂浆。,2注浆大管棚技术特点,管棚注浆在15管的两侧钻直径6mm的孔，孔间距1m，两侧孔位错开排序，两排距离500mm。花管两端加工丝扣。注浆填充壁隙,4.3 注浆大管棚施工效果,3管棚施工效果,1）车站开挖后地表沉降主要发生在中线两侧10m范围内，隧道影响范围为中线两侧24m左右

6、，可见影响范围较小（仅为3D，D为隧道跨度），管棚预加固对控制地表沉降效果明显。2)在隧道轴向方向，相应监测点的差异沉降在5mm范围内，达到了控制差异沉降的目的，保证了管线安全。3）拱顶沉降较地表沉降较小，均小于30mm，这与拱顶沉降滞后掌子面一定距离有关，实测的拱顶沉降有一定的损失。,暗挖车站施工地层变位分配控制原理与实施,1地层变位分配控制原理简介2地层变位影响分析,1地层变位分配控制原理简介,把对地表沉降的控制标准分解到每一个施工步序中，形成施工各具体步序的控制标准或控制指标，只要单个步序的沉降量得到控制，则整个工程的安全管理就能得以实现，这就是所谓变形分配控制原理。变形分配控制方法实际

7、上是集预测变形、规划变形和控制变形于一体的系统工程，它贯穿于整个隧道工程的始终。勘测、预测、监测、对策是实现变形分配控制方法的主要环节。做好每个阶段的工作，就可以将地表变形或周边既有构筑物的变形控制在理想范围内，实现安全施工的核心目标。,地层变位分配控制原理流程,2地层变位影响分析,2.1 工序优化2.2 施工工艺参数优化,2.1 工序优化,而对比两种施工工况，工况1相较于工况2对控制地表沉降、拱顶变形更有利，实际施工中也采用了这种施工工序，可见这种施工方案是较为合理的。,施工工艺参数优化注浆影响,表5-3 不同部位注浆效果,施工工艺参数优化台阶长度,2.2 施工工艺参数优化喷层厚度,导洞开挖

8、顺序,主体二衬施工顺序,3研究报告二西南出入口与区间盾构重叠段关键施工技术,西南出入口与区间盾构重叠段关键施工技术,西南出入口平面图,1)工程概况,重叠段1-1剖面图 重叠段2-2断面图,上方出入口的开挖施工必将引起地应力的重新分布，对下部区间盾构管片产生扰动，引起成型盾构结构上浮。当盾构结构变形过大时，盾构管片将有可能出现错台及轴线超标、管片碎裂，以及管片四周同步注浆体破裂，进而影响盾构防水效果。因此，如何采取适当的措施，控制对下部盾构结构的扰动，保证盾构管片的拼装质量及防水质量是本重叠段的一大重点和难点。,a.控制对成型盾构隧道结构的扰动，保证盾构管片拼装及防水质量,2）工程重点及难点,b

9、.控制出入口结构的差异沉降，保证初衬及二衬结构质量 由于盾构施工对上方土体扰动造成土层松散，出入口施工时底部及四周土体不实，容易引起初衬结构下沉侵限，以及发生坍方等工程事故；同时二衬结构完成后由于下部土体的固结沉降，二衬容易产生不均匀沉降，使其出现裂缝，发生质量事故及影响防水效果。因此，必须采取有效措施对出入口下方土体进行改良，控制出入口结构的差异沉降，保证初衬及二衬结构质量。,3)施工方案优化 a.CD 法施工方案 分成左右两个导洞开挖，每个导洞皆采用正台阶法施工，台阶长度1D。即先施作超前小导管支护，架立格栅、打设锁脚锚管，网喷混凝土，完成初期支护的封闭；b.底部深孔注浆超前加固土体CD

10、法施工方案 即在方案1）的基础上，考虑采取深孔注浆方案，对出入口和盾构之间的土层进行超前预加固，增大土体的岩性参数，减小盾构结构上浮和出入口结构的下沉。,模型及网格划分图 注浆模型及网格划分图,数值模拟,计算结果表明，方案1产生的地表沉降值为11.4mm，隧道上浮7.7mm，超出盾构结构的控制标准。方案2采用深孔注浆加固后地表沉降值为4.1mm，隧道上浮1.6mm，在控制标准之内，能够保证盾构结构的安全和施工安全。,4）超前深孔注浆施工,西南出入口借助盾构井预留洞作为出土及下料通道，在车站站厅层搭设作业平台进行深孔注浆。根据现场的作业条件，为方便进行钻孔及注浆，首先凿除出入口马头门围护桩，接着

11、左右洞上台阶开挖2m后封闭掌子面，为深孔注浆作业提供空间。,深孔注浆范围剖面图,深孔注浆范围断面图,主要注浆参数：注浆深度9-16m。注浆孔直径46mm。浆液扩散半径：1m。浆液凝结时间：20s30min。注浆压力0.31.0MPa。注浆段长：10.58m 开挖段长：7.58m 预留止浆盘(因前方为竖井护坡桩故无需预留),浆液配比,5）监控量测,监测点布设图,盾构管片错台量最大增加1.4mm，最大总错台量4.6mm，在规范允许范围内（5mm）。出入口工程完工至今3个月，管片四周没有发现渗漏水点，盾构防水质量得到了保证。西南出入口拱顶沉降7mm，底部隆起0.6mm，周边收敛0.5mm。至今二衬没

12、有发现裂缝和渗漏水点。监测结果表明深孔注浆方案有效地改良了松散土体的物理力学参数，不仅保证了底部既有盾构结构的质量，而且保证了上部西南出入口施工安全和结构质量。,监测结果,1）针对在受扰动的含水粉细砂、砂卵石地层对地层中上穿既有盾构隧道施工特点，采用超前双重管后退式注浆加固地层措施，起到了控抗浮作用，观测结果表明工程达到了预期的目的，是成功的。2）基于数值模拟分析和试验，设计实施了技术经济合理的注浆范围和注浆参数。3）监测结果表明，施工中有效控制了对已成型盾构隧道结构的扰动，保证盾构管片拼装及防水质量4）优化了注浆材料的配比，增强了加固效果的耐久性，成功控制了出入口结构的差异沉降，保证初衬及二

13、衬结构质量,6）小结,4研究报告三西北出入口穿越文物保护单位段府采取地表注浆技术研究,平 面 图,西北出入口与段府房屋相对位置图,穿越房屋现况照片,房屋裂缝照片,考虑到段祺瑞府东南房屋的结构及现况，其对地层变位非常敏感，在西北出入口下穿施工时，如何保证房屋的安全是本工点的施工重点和难点。,2)工程难点,针对以上对工程重、难点的分析，以控制东南房屋的差异沉降为目标，提出以下方案：CD 法施工方案临时竖撑地面跟踪注浆预案。,3)施工方案选择,4)地表跟踪注浆施工,a.跟踪注浆方案设计,跟踪注浆采用袖阀管注浆方式，沿房屋外围直线双排梅花形布置，距基坑外侧1.5m，排距1.0m，单排孔距1.5m。袖阀

14、管斜向设置，夹角50，管长4.5m，管底距出入口顶部留0.5m距离。,跟踪注浆孔位平面图,跟踪注浆剖面图,跟踪注浆的实施依据监测结果决定，在暗挖掌子面超前影响范围到达房屋时，开始加大监测频率，当房屋的差异沉降及裂缝发展超过警戒阀值时，开始实施跟踪注浆，直至暗挖影响范围顺利通过房屋。,b.袖阀管跟踪注浆施工,袖阀注浆管为每节长333mm、内径56mm、外径68mm的硬质塑料管，它是由钙塑聚丙烯制造而成。注浆管内壁光滑，接头有螺扣，端头有斜口，外壁有加强筋以提高其抗折强度。注浆管分A、B两种，A种注浆管上未开设溢浆孔，B种注浆管上开有8mm的溢浆孔6个，,袖阀注浆管结构示意图,袖阀管法施工程序,a

15、.钻孔 b.下管 c.封孔 d.注浆,注浆量：注浆量要根据位移监测情况而定，一般每孔每延米注浆量为0.10.2m3。注浆材料：注浆采用水泥-水玻璃双液速凝浆液，水泥中可加入部分粉煤灰。注浆压力：注浆压力要严格控制，地层内注浆点压力控制在0.30.5MPa以内，泵压控制在1.5MPa以内，实际压力控制根据注浆深度、浆液胶凝时间和监测结果而定。,c.注浆参数,监测结果,通过及时进行跟踪注浆施工，每个阶段房屋沉降偏斜率均控制在0.0006（表2-2中对应1级损坏级别）以内。,1）针对工程的特殊性，实践表明，选用袖阀管地表跟踪补偿注浆技术，有效的保证了地表古旧建筑五的安全，取得了良好的社会经济效果。2

16、）充分利用监控量测技术，实时的改变施工方案，与地表跟踪补偿注浆技术相结合，真正实现了信息化施工。,6）小结,2.3 马头门施工技术,1)马头门常见结构形式及比较,马头门围护桩钻孔破碎示意图,2)马头门围护桩凿除,3)马头门初衬施工,马头门全断面破桩示意图 马头门分上下台阶破桩示意图,5)马头门防水层施工,马头门防水施工示意图,（1）地铁车站明暗挖接合处的马头门施工无疑是关键困难部位，它包括围护桩的凿除，马头门初衬施工，马头门防水施工等工序，通过研究和实践形成了一套马头门的成套施工技术，不仅有效的保证了马头门施工安全，而且保证了马头门施工完成后的防水质量。（2）实践证明，采用高效无声破碎剂HSC

17、A是成功的，不仅大大缩短了工期，而且降低了成本。（3）根据不同条件，总结了马头门衬砌施工的成套施工工艺，确保了因凿桩应力平衡被破坏造成的土体失稳。针对马头门施工，认为应注意以下技术要点：a 加强对马头门处桩顶的监测，防止桩体突然下沉。b 及时施作临时仰拱，形成封闭环，控制桩和围岩的位移。c 上部格栅未封闭前，及时施作竖向及横向临时支撑，确保上台阶结构稳定。d 马头门开口后，前两排格栅钢架间距应加密，以后的格栅钢架可按设计间距施工。e 明开结构按设计要求与暗挖结构相交处设置沉降变形缝，暗挖初衬施工过程中，要严格妥善的保护好防水接茬部位，并作好不同防水卷材的搭接处理。,6)小结,5 结果分析,5.

18、1地表沉降分析5.2 拱顶沉降分析5.3初支结构受力分析,图1-21 车站暗挖段地表A断面沉降槽变化曲线,图1-22 车站暗挖段地表B断面沉降槽变化曲线,从图中可以看到：1）隧道开挖的初期地表沉降值增加较快，一般能在30d后变化趋于平缓。同时沉降值受相邻导洞开挖工序和初次支护结构参数影响较大，当初支结构封闭不够及时，即1号导洞短台阶较长时，地表沉降量较大。2）车站开挖后地表沉降主要发生在中线两侧10m范围内，隧道影响范围为中线两侧24m左右，可见影响范围较小（仅为3D，D为隧道跨度），管棚预加固对控制地表沉降效果明显。,3)中洞开挖前地表沉降横断面的沿隧道中线呈正态分布，地表沉降的最大值在隧道

19、正上方，而不是两侧导洞的正上方，随着中洞的开挖，隧道正上方测点的地表沉降还有增长的趋势，可见，左右侧洞开挖的沉降槽叠加后，两者中心测点的沉降值最大。4）各导洞开挖地层损失的Peck曲线累加后，地表沉降槽曲线仍为Peck曲线，地表、拱顶沉降将在中拄施作后基本趋于稳定。地表沉降的横向分布图形接近Peck曲线。,对部分地表测点沉降历时曲线分析可知：1）地表沉降历时曲线基本有两个拐点，主要是由1、3号导洞开挖引起的地层突变，其他导洞开挖引起的沉降量较小，均匀发展至稳定。2）地表A断面下方隧道5号洞部分初期支护已拆除，故沉降有波动，并有发展的趋势。,3）由于车站施工步序复杂，暗挖侧洞法施工共有15个不同

20、的施工步，因此，对施工引起的地表沉降用简单的单一函数回归难度较大，从各曲线看到中拄施工前基本有两个拐点，而随着后期中洞开挖和支护曲线将又会出现一定的沉降。对地表沉降历时曲线可以分段回归。4）对隧道开挖的超前及滞后距离进行统计，结合隧道开挖尺寸分析，得到超前、滞后的影响范围分别为12倍洞（导洞）径、23倍洞径。,5.2 拱顶沉降分析,由结果分析可知：1）拱顶沉降较地表沉降较小，均小于30mm，这与拱顶沉降滞后掌子面一定距离有关，实测的拱顶沉降有一定的损失。2）各个导洞拱顶沉降的拐点不同，这与导洞位置及开挖顺序有关。从各个导洞的沉降量比较，1、3号导洞拱顶沉降较大，5、6号导洞拱顶沉降较小。,5.

21、3初支结构受力分析,5.3.1 围岩压力规律 从主观测断面A稳定后的径向应力图可以看出：1)围岩径向压力较大位置为隧道拱部（3号导洞）、边墙（3号导洞）和底部仰拱位置，后者比前者略大，说明了浅埋隧道结构受力的一个主要特征；,2)侧洞法开挖隧道结构承受围岩压力基本对称，仅5号导洞侧土压力相差较大，可见围岩压力曲线基本反映了隧道结构受力情况。3）由于隧道1号导洞先开挖，而开挖后隧道拱部为粉细砂，略有超挖，压力盒埋设难度较大，喷混凝土后不够密实，对围岩压力测试有一定影响。,对右侧3号导洞土压力随时间变化曲线进行分析知：1)在喷完混凝土后马上观测，所测得接触应力结果较小，这是因为混凝土强度不够，变形较

22、大，压力计随初期支护共同向洞室内移动或初支结构和围岩之间仍有一定的空隙，隧道周围土体还有一个向支护移动的过程；随着时间的增长，围岩和支护结构成为一体，且喷混凝土的强度及支护刚度提高了，提供的支护抗力增大，因此，围岩施加给支护的径向应力也随之增大了，这正是新奥法中“先柔后刚”特点的体现。,2)拱部应力在4号导洞开挖至断面前后应力值发生了较大的变化，此时3号导洞的支护结构出现了一种“卸荷”的现象，其后随着下4号导洞支护结构的施作，整体刚度的提高，整个支护结构的应力调整和再分配，3号导洞拱部压力又重新进入了一个缓慢增长的“加载”过程。3）由于5号导洞位于2号导洞的下方，故其开挖对3号导洞拱部压力影响

23、不大。3)随着6号导洞的开挖，与4号导洞开挖一致，在6号导洞初支结构成型前后3号导洞拱部压力也有一个“卸荷”现象，此后，随着支护结构强度提高，径向应力逐步增加，并趋于稳定。,5.3.2初期支护结构内力分布,由主断面结构基本稳定时的弯距图可知：1)隧道初期结构受力均匀，基本呈左右对称。拱部（3号导洞）和仰拱（5、6号导洞底部）承受较大弯矩，各个导洞的初支结构受弯矩较小；2)对比截面的轴力和弯距值大小可以发现，截面轴力较大处弯距值则相应较小，反之亦然。由此可见，对于结构而言内力由截面轴力和弯距相互协调，共同承载，即可以将结构视为弯压构件。,由右侧1号导洞初支结构的弯矩和轴力随时间变化曲线分析可知：

24、1)轴力在隧道各步开挖和稳定阶段基本为负值（受压），仅仰拱位置为正（受拉）。轴力图中各个导洞通过断面后都对隧道初支结构受力产生了一定影响，3号导洞开挖影响最大。2)弯矩在隧道各步开挖和稳定阶段基本为正值，仅仰拱位置为负。弯矩图中各个导洞通过断面后都对隧道初支结构受力产生了一定影响，2、3号导洞开挖影响最大。,3）3号导洞开挖对1号导洞而言承受围岩的偏压作用，因此，结构受力有较大调整。4）2号导洞开挖后，1号导洞左侧的初支结构弯矩由正变为负值，可见，1号导洞下部导洞开挖后对其左侧水平压力有一定的“卸载”作用。5)从轴力和弯距随隧道各步开挖变化可以看出，各导洞之间的间距是浅埋暗挖工法中的一个关键环

25、节，在相邻导洞通过前后隧道结构的应力和变形会很大，甚至向相反的方向变化，因此，合理控制台阶长度对初支结构受力和控制初支结构变形效果明显，对侧洞法暗挖车站而言，各导洞之间的间距需保持在10m左右。,5.主要研究成果,本课题针对超浅埋、单拱两柱、大跨度、工程环境复杂的双侧洞法地铁车站施工存在的关键技术难题，采用理论分析、实验室研究、数值模拟和现场实验等多种手段进行了研究，形成了对超浅埋单拱大跨度双侧洞法暗挖地铁车站施工关键技术的系统认识，取得了以下研究成果：1、首创了一整套复杂环境条件下，超浅埋单拱大跨度双侧洞法暗挖地铁车站施工技术2、提出了地层预加固系统的作用机理，构建了一整套大管棚设计和施工方法，并在工程中成功应用3、首次提出并结合工程，全方位实施了地层变位分配控制原理，成功地使车站地表沉降值控制在45mm以内4、确立了一套临时支撑拆除与二衬施工力系转换控制技术5、首次在受扰动的含水粉细砂、卵石互层的盾构和浅埋暗挖隧道近距重叠段，成功的实施了超前深孔双重管后退式注浆技术6、完善了地表跟踪补偿注浆、洞内实时变换施工方案与监控量测技术一体化的穿越文物保护施工技术7、完善形成了一整套地铁车站明暗挖接合处的马头门施工技术,更多地铁工程专业资料请浏览 百度网盘：,汇报完毕！,感谢各位领导、专家和同仁莅临指导！祝大家工作顺利！汇报完毕！,