岩土锚固技术在地铁过既有线工程中的应用.ppt

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1、岩土锚固技术在地铁过既有线工程中的应用,张晓丽 徐祯祥,内容摘要,一 问题背景及研究目的二 主要内容三 结论,一 问题背景及目的,1.1问题研究背景地铁在城市交通中占很重要位置，且发展迅速。地铁网的完善和扩能改造等，都带来了大量新线近接既有线施工现象。城市地下工程的近接施工中，由于既有线与新线位置较近,若不采取可靠的措施，新建线的施工将会影响既有线的安全运营。,在一般的地下工程建设中，保证地层和支护结构的稳定是工程的最终目标。但是在过既有线工程中，保证既有线的安全运营对施工提出了更加严格的要求。这个要求可能要远远高于新建结构安全与地层稳定对于施工的要求。因此保证既有线的安全运营是过既有线工程的

2、重点和难点。,锚杆的锚固及抗拉拔作用，因此在抗浮工程中应用锚杆较为常见。在防止既有线上浮过程中，可应用锚杆。,布置锚杆不仅可以解决底板上浮时受弯矩作用的问题，而且施工比较简单、材料单一，造价也较低。所以对该工程的锚杆抗浮施工方案进行了三维动态仿真分析，从理论上探讨了所拟定施工方案的合理性和可行性，并取得了一些有意义的结果，为该工程的顺利施工提供依据和指导。,1.2研究目的,2.1工程概况车站南北向布置，为明暗挖结合施工的车站。两端为双层明挖箱形框架结构；中间单层暗挖，长65m，埋深5.5m，采用单拱双柱结构形式。暗挖段从地铁一号线区间隧道上部穿过，该处地面标高为44.81m,一号线的该区间隧道

3、埋深16.29m，本车站该处轨顶标高31.104m，距一号线区间隧道顶板2.574m，两结构间土层厚度（即净距）为0.5m左右。,二主要内容,东北出入口,南侧明挖段,北侧明挖段,西南出入口,西北出入口,换乘通道,换乘通道,东南风道,东南出入口,东北风道,东长安街,崇文门内大街,东北出入口,西长安街,一号线区间,一号线,暗 挖 段,车站总长204.4m。两端明挖段长度分别约为69.2m及71.4m，开挖宽为23.1m，覆土厚度2.3m；暗挖段长度约为63.8m，开挖宽为23.9m，覆土厚度6m。,车站示意图,地铁某车站与既有线断面位置关系图,新建站单层(上穿)结构图,既有线安全运营限制标准非常严

4、格，它要求结构隆起不大于20mm，轨距增宽不大于6mm，轨距减窄不大于2mm，单线两轨高差不大于4mm。新建隧道上穿既有地铁时，如何维护既有地铁的安全运营是工程施工的出发点，也是问题的归结点。,2.2工程重点和难点,采用“中柱法”施工。按照“小分块、短台阶、早成环”的原则，将整个断面开挖横向分为：侧洞、有柱的柱洞和中洞共5个洞，每洞分上、中、下三层。先自上而下对称施工柱洞初支，再由下而上施作柱洞二衬，建立起梁、柱支撑体系。柱洞完成后，施工两个柱洞中间的中洞初支和二衬，形成整个大中洞稳定体系。再对称自上而下施工两侧洞初支，最后纵向分段自下而上对称施作二衬，完成结构闭合。,2.3施工方案,中柱法施

5、工步骤,中柱法施工步骤,第步,纵梁拉压杆,中柱法施工步骤,顶板,第 步,第步,中柱法施工步骤,底板,顶板,底板,顶板,底板,顶板,过既有线措施,施工前降水降低地下水位于既有地铁底板1.0m以下，减少水浮力的影响。对既有线周边土体边开挖边加固 在距既有线6m处停止开挖，对既有线周边土体进行注浆加固，通过改善土体参数减小一号线结构土侧压力。注浆材料根据土层可以选用超细水泥。对既有线边开挖边加固 导洞初期支护完成后，施作预应力锚杆对一号线进行加固，增加对1#线结构竖向压力。锚杆长度根据设计标高10-15m不等，保证锚杆锚固端伸入一号线既有线基底6m。,过既有线措施注浆和锚杆加固,暗挖段主体结构上穿1

6、号线区间时，进行地基加固：a.开挖上部导洞，在洞内对下部土体进行注浆加固，加固范围如图中阴影部分所示。b.注浆浆液：超细水泥水玻璃浆。其抗压强度不低于30MPa。配合比应经现场试验确定。c.加固深度至主体结构底板下9m。,过既有线措施注浆和锚杆加固,在注浆加固范围内，设置拉锚：a.主体结构底部初期支护完成后，在洞内向下设置锚杆，其一端固定于初期支护。b.锚杆呈梅花型布置，间距2x2m，锚杆长为15m及10m两种，贴近一号线区间侧采用长锚杆。c.主体结构边缘锚杆为斜向外侧下方设置（与垂直方向夹角10度），其余为垂直向下设置。d.杆体材料232钢筋，锚杆全长均为锚固段，锚固体直径0.1m，锚杆轴向

7、拉力设计值230KN。e.锚杆注浆材料:水泥浆。其抗压强度不低于30MPa。,计算模型注浆效果通过增大土层力学参数来模拟。钢拱架的作用采用等效方法考虑，即将钢拱架的弹性模量折算到喷射混凝土上其计算方法为：式中：E为折算后混凝土弹模，E0为原混凝土弹模，Sg为钢拱架截面积，Eg为钢材弹模，Sc为混凝土截面积。锚杆的模拟是通过设置锚杆单元（cable)并在锚杆区施加地层压力模拟,2.4施工过程力学性态三维模拟研究,岩土材料用实体单元模拟，本构模型用Mohr-c模型；初支和临时支撑用壳单元、弹性模型模拟；二衬用实体单元，弹性模型；既有线用实体单元，弹性模型，材料为混凝土模拟。由于隧道埋深比较浅，初始

8、应力场可视为重力场，开挖效果的模拟采用空单元法来实现，这种方法在开挖过程中所求的应力场为真实的应力场，而所求的位移场需扣除初始位移场才为真实的位移。模型在隧道横向上取80m，左右各40m，模型尺寸沿纵向取30m，既有线为双洞隧道，单线宽6m,二者间距6m,即中间18m下穿新建线。上边界取至地表，下边界取至车站结构底板以下20m。模型共有15560个单元（不包括壳单元），17963个节点。网格剖分图如下：,模型网格剖分图,锚杆,计算结果 无锚杆加固时，地表沉降与既有隧道隆起量在各个开挖步序内的分布如下表,未锚固横向地表沉降分布,未锚固既有线底板隆起分布,（1）未用锚杆情况下，地表最大沉降为57m

9、m，既有线底板最大隆起量为18.5mm；应用锚杆后，地表最大沉降为62mm，既有线底板最大隆起量为9.8mm。由结果可知：在既有线中应用抗浮锚杆，对既有线底板的抗浮有很大的抑制作用，而对地表沉降没有减小作用，反而引起地表沉降的少量增大，说明地层的隆起对施工引起的沉降有一定的抵消作用。,锚固横向地表沉降分布,锚固既有线底板隆起分布,（2）从开挖步序分布表来看，在柱洞和中洞开挖过程中，造成了地表几乎全部的沉降；而且，上导洞距地表近，其开挖占总沉降的相当大的比例，这与实际相符。中洞扣拱完成后，车站结构基本形成，以后施工步序造成地表沉降较小。（3）从开挖步序分布表来看，由于监测的点是新线中线下方既有线

10、底板上的点，隆起大部分发生在柱洞和侧洞开挖期间，中洞开挖期间，既有线底板点甚至稍有下沉，则与柱洞结构已经形成，造成对既有线的约束，而中洞每步卸载很小，且及时扣拱增加荷载有关；而当两边侧洞同时开挖时，卸载量较大，中间的约束作用显得较小。（4）从既有线底板的隆起曲线可以看出，既有线的沉降受变形缝的影响，在变形缝的两端产生了差异沉降，锚杆加固前，变形缝两端差异沉降为1.5mm，锚杆加固后差异沉降为0.4mm.。说明锚杆加固对变形缝的差异沉降也有较好的抑制作用。（5）从隆起曲线还可以看出，受新线施工影响最大的是既有线的中间一跨，其隆起呈曲线分布，两边受施工影响小的既有线隆起曲线大致呈直线分布。,三 结

11、论,在上穿既有线工程中，由于卸载作用既有线可能发生上浮，如果对其控制不力，可能会影响既有线的安全运营。因此必须采用抑制结构上浮的合理措施。在本工程中，抗浮锚杆的应用使既有线底板最大隆起值从18.5mm减小到9.8mm，可以看出锚杆在抗浮中作用显著。但同时，由于抵消作用的减小，也加大了5mm的地表沉降。二者相比，前者是主要的。数值模拟验证了施工方案的可行性。,从以上分析我们可以看出，由于锚杆的锚固作用，它对于既有线的上浮控制能起到很好的效果，减小绝对上浮值的同时，也减小了变形缝两端的差异上浮值。但是锚杆在抑制上浮过程中，也加大了地表的沉降，可绝对值较小。总之，控制既有线的上浮可能有很多措施，但通过本文的研究，认为锚杆抗浮不失为一种较好的方式。,The end,Thank you！,