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 4

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 7

第1节 地表下沉监测结果及分析 7

第2节 楼房基础沉降观测结果及分析 8

第六章 结论 8

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40 km ,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。

工程概况

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. 00 m ,最大厚度为4. 2 m;第四纪沉积层厚度为0. 5～18. 7 m ,圆砾层最大厚度为3 m;粉细砂层稍密～中密,饱和,厚度为2. 9 m;以下为粘土层。

该标段范围内,上层滞水水位埋深4. 0 m左右;潜水水位埋深在地面下7. 5 m ,高出隧道开挖拱顶;承压水水位埋深18. 8 m ,位于隧道铺底以下0. 5 m ,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。

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. 05 m ,开挖高度为7. 397 m ,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、66 m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. 7 m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. 6 m。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

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12 m ,覆土仅为1 倍洞径左右(7～12 m) ,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. 2 mm ,距中洞6. 0 m范围内地表沉降量均在40 mm以上,沉降曲线拐点距中洞中线79. 7 m。类比可知高层居民楼区域中洞施工引起地表沉降量可达23 mm ,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。

主要技术对策及施工方案

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. 0 m ,锚入隧道底板深度为6. 0 m ,导洞与隔离桩连成整体高出隧道4. 2 m ,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. 0 m ,宽2. 5 m ,初期支护厚度300 mm ,采用上下台阶法施工。灌注桩直径0. 8 m ,间距1. 0 m ,桩长14. 0 m ,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。

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. 2 mm。

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. 0 m左右,确保无水施工。

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1 m ,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22 cm) ,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30 cm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. 0 m长、环向间距0. 3 m、纵向每两米排设一次变更为2. 0 m长、环向间距0. 2 m、纵向每0. 5 m(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. 0 m长、环向间距0. 5 m、纵向间距0. 5 m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3～5 m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。

技术措施的应用效果及分析

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. 20 mm ,导洞施工引起沉降量平均为6. 45 mm ,中洞施工引起沉降量平均为18. 00 mm ,侧洞施工引起沉降量平均为14. 58 mm ,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20 m左右,沉降曲线变曲点(拐点) 至隧道中线距离大约6 m ,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。

楼房基础沉降观测结果及分析

楼房基础最大沉降值为18. 90 mm ,发生在东楼JN6 点,平均沉降为12. 70 mm ,初期降水和导洞施工引起沉降平均为3. 38 mm ,中洞施工引起沉降平均为6. 35 mm ,侧洞施工引起沉降平均为2. 98 mm ,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。

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

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