宣武門(mén)地鐵車站群洞施工技術(shù)及沉降分析_工程管理

1、宣武門(mén)地鐵車站群洞施工技術(shù)及沉降分析結(jié)合地鐵四號(hào)線宣武門(mén)車站的施工,介紹了PBA洞樁法施工的關(guān)鍵技術(shù),對(duì)淺埋暗挖群洞施工引起的沉降狀況進(jìn)行了分析,提出掌握地表沉降的有效方法,為類似施工工法供應(yīng)借鑒。PBA洞樁法是將傳統(tǒng)的地面框架結(jié)構(gòu)和暗挖法有機(jī)結(jié)合,在地下提前暗挖好的導(dǎo)洞內(nèi)施作圍護(hù)邊樁、中柱、底梁、頂梁和拱頂,共同構(gòu)成樁、梁、拱(PBA)支撐框架體系,承受施工過(guò)程中的外部荷載;然后在拱頂和邊樁的愛(ài)護(hù)下,逐層向下開(kāi)挖土體,施作內(nèi)部結(jié)構(gòu),最終形成由外層邊樁及拱頂初期支護(hù)和內(nèi)層二次襯砌組合而成的永久承載體系。但各工程具有自身的特點(diǎn)、施工難點(diǎn),本文分析PBA洞樁法在宣武門(mén)地鐵車站的主要施工技術(shù)及掌握要

2、點(diǎn)。1 工程概況地鐵四號(hào)線宣武門(mén)車站呈南北走向,站址位于宣武門(mén)內(nèi)、外大街與宣武門(mén)東、西大街交叉路口下,與既有環(huán)線宣武門(mén)站成“十”字交叉;環(huán)線在上,四號(hào)線在下。車站為兩端雙層、中間單層島式站臺(tái)暗挖站,端進(jìn)式暗挖車站形式。車站總長(zhǎng)度187.9m,總寬度22.9m。雙層暗挖段頂板結(jié)構(gòu)覆土厚度7.578.45m。車站主體雙層結(jié)構(gòu)采納PBA法施工,車站主體結(jié)構(gòu)斷面有四種:兩端在與風(fēng)道相交段局部采納雙層三跨三連拱結(jié)構(gòu)、八個(gè)施工導(dǎo)洞的ZC斷面;車站與既有地鐵環(huán)線宣武門(mén)車站接近處(管幕工作室段)采納雙層三跨三連拱結(jié)構(gòu)、八個(gè)施工導(dǎo)洞的ZD斷面;ZC、ZD斷面之間為雙層三跨三連拱結(jié)構(gòu)、八個(gè)施工導(dǎo)洞的ZA斷面。依據(jù)

3、前期探測(cè)資料顯示車站穿越地層地質(zhì)狀況:車站頂部位于粉細(xì)砂層,中部位于卵石圓礫層、砂層,底部位于卵石圓礫層。車站穿越地層條件特別差。該段地下水屬層間水,含水層為卵石圓礫層,中粗砂充填,滲透系數(shù)大,為強(qiáng)透水層,水位標(biāo)高為24.1926.38m,(水位埋深為20.5024.30m),地下層間水進(jìn)入車站4m左右,對(duì)車站施工影響很大。該段地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)腐蝕性,局部地段對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋具有弱腐蝕性,對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。2 工程難點(diǎn)2.1 地質(zhì)條件簡(jiǎn)單車站主體結(jié)構(gòu)穿越地層為粉細(xì)砂層、卵石圓礫層、砂層、卵石圓礫層,底部位于含層間水的卵石圓礫層。采納暗挖法施工時(shí)易發(fā)生突發(fā)性的涌沙、坍塌等不良地質(zhì)問(wèn)題。

4、2.2 周邊環(huán)境簡(jiǎn)單車站位于宣武門(mén)內(nèi)外大街、東西大街四條交通干線的結(jié)合處,車站四周有越秀大飯店、中國(guó)圖片社、天主教愛(ài)國(guó)會(huì)等建筑物;東南側(cè)是繁華的商務(wù)、商業(yè)、辦公區(qū)。由于車站埋深較大,大部分建筑物位于車站開(kāi)挖面影響范圍內(nèi),施工過(guò)程中很簡(jiǎn)單對(duì)四周建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生影響。2.3 地下構(gòu)筑物(管線)多車站上方覆土內(nèi)有熱力、煤氣、上水、污水、雨水、電力、通信等89條管線。其中蓋板河橫穿車站主體上方,蓋板河底板厚0.4m,邊墻厚0.25m,均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。蓋板河底板距離車站拱頂距離1.77m;假如車站施工措施不當(dāng),會(huì)使蓋板河下沉造成開(kāi)裂,進(jìn)而漏水。2.4 群洞數(shù)量多、相互之間影響明顯車站主體結(jié)構(gòu)PBA法施

5、工,需從車站南、北風(fēng)道臨時(shí)橫通道進(jìn)入后進(jìn)行小導(dǎo)洞(群洞)開(kāi)挖,小導(dǎo)洞分兩層、共八個(gè)(上四、下四),小導(dǎo)洞上下對(duì)應(yīng)。導(dǎo)洞水平間距2.6m,垂直高差6.6m,開(kāi)挖過(guò)程中相互影響較大。施工處理不當(dāng)會(huì)由于土體壓力造成小導(dǎo)洞失穩(wěn)、發(fā)生傾偏,對(duì)下一步施工產(chǎn)生嚴(yán)峻影響。3 主要施工方法為解決以上施工難點(diǎn),主要采納如下施工方法。3.1 小導(dǎo)洞超前支護(hù)及土方開(kāi)挖施工小導(dǎo)洞實(shí)行淺埋暗挖法施工,嚴(yán)格遵循“管超前,嚴(yán)注漿,短進(jìn)尺,快封閉,強(qiáng)支護(hù),勤量測(cè)”施工原則。采納R76大管棚與32mm超前小導(dǎo)管聯(lián)合對(duì)拱部地層超前注漿預(yù)加固,大管棚內(nèi)注水泥砂漿,小導(dǎo)管注漿漿液為水泥水玻璃雙液漿或改性水玻璃漿液。R76大管棚采納自進(jìn)

6、式錨桿鉆機(jī),鉆機(jī)鉆桿與R76鋼管采納連接頭連接,由鉆機(jī)主機(jī)帶動(dòng)鉆桿和R76鋼管旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)中施加水平?jīng)_擊力達(dá)到鉆進(jìn)作用。由管棚進(jìn)口端跟管鉆進(jìn),鉆進(jìn)過(guò)程中應(yīng)確保支架穩(wěn)固、鉆進(jìn)方向和角度精確。在鉆進(jìn)的全過(guò)程采納泥漿潤(rùn)滑、護(hù)壁,泥漿經(jīng)泥漿攪拌機(jī)拌合,由鉆機(jī)上的高壓泥漿泵加壓,通過(guò)鉆桿和動(dòng)力頭傳向鋼管前端,起到潤(rùn)滑和護(hù)壁的作用。開(kāi)挖采納上下臺(tái)階法施工,并預(yù)留核心土,優(yōu)點(diǎn)是便于人工操作,地層擾動(dòng)范圍小;一但發(fā)生地層溜坍 ,簡(jiǎn)單進(jìn)行堵漏處理,也便于架設(shè)格柵鋼架。由于開(kāi)挖工作量小,能在較短時(shí)間內(nèi)將頂部支護(hù)完成,從而制造了一個(gè)平安的施工環(huán)境。如圖1所示。 <CENTER</CENTER3.2 邊樁施

7、工為削減邊樁施工對(duì)四周建筑物的影響,施工中采納沖抓鉆、鋼套筒護(hù)壁、干成孔方法成孔,以滿意地下導(dǎo)洞狹小空間鉆孔的施工要求,為防止塌孔和保證成孔質(zhì)量,鉆孔灌注樁實(shí)行1、3、5跳格法施工,且第一批樁成樁后再做其次批樁,每臺(tái)鉆機(jī)日成孔1根。為防止成孔過(guò)程中消失坍方現(xiàn)象,故取土前采納50kN液壓千斤頂預(yù)壓入鋼套管,進(jìn)行套管護(hù)壁。液壓千斤頂頂入方法:在鋼套筒口上鋪設(shè)方木,千斤頂?shù)撞糠旁诜侥旧?保證底部方木水平),頂部頂在與小導(dǎo)洞頂部初支相連接貫穿的方木上,再行頂入。采納鋼套筒護(hù)壁的方式有效地防止了樁孔側(cè)壁坍塌,減小施工對(duì)土體的擾動(dòng)。3.3 過(guò)蓋板河施工為防止蓋板河發(fā)生沉降,施工采納30.00m長(zhǎng)的121m

8、m鋼管大管棚,管內(nèi)注水泥砂漿,環(huán)向間距0.3m,布設(shè)范圍為雙層斷面拱部,大管棚的施工工藝采納導(dǎo)向鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)技術(shù)。并協(xié)作超前地層加固,在大管棚間隙間打超前小導(dǎo)管預(yù)注漿加固地層,該段地層為中粗砂層,注漿漿液選用水泥-水玻璃雙液漿,注漿管采納3.5m長(zhǎng)32mm鋼管,環(huán)向間距0.3m,注漿范圍為拱部超出結(jié)構(gòu)輪廓線6m范圍,同時(shí)配以掌子面注漿,加固管線滲漏水處地層。背后注漿,在車站拱部土體內(nèi)預(yù)留跟蹤注漿管,依據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行后退式分段注漿,加固地層。3.4 減小群洞效應(yīng)施工措施車站小導(dǎo)洞(群洞)分兩層、共八個(gè),導(dǎo)洞上下對(duì)應(yīng)。導(dǎo)洞水平間距2.6m,垂直高差6.6m。詳細(xì)分布形式如圖2。 <CENTE

9、R</CENTER避開(kāi)開(kāi)挖中的相互影響,合理確定導(dǎo)洞間的開(kāi)挖挨次,掌握群洞效應(yīng)所引起的地面沉降,確保地下管線和周邊環(huán)境平安穩(wěn)定,是小導(dǎo)洞施工中的重中之重。開(kāi)挖前采納121大管棚對(duì)拱部地層超前注漿預(yù)加固。合理確定各導(dǎo)洞的開(kāi)挖挨次,按先下后上,先邊后中挨次進(jìn)行小導(dǎo)洞工程的開(kāi)挖支護(hù)。依據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果準(zhǔn)時(shí)反饋信息指導(dǎo)設(shè)計(jì)施工,以便調(diào)整支護(hù)參數(shù)和施工方法,以此作為平安保證的主要手段。下導(dǎo)洞超前上導(dǎo)洞1020m。各導(dǎo)洞之間橫、縱向均拉開(kāi)肯定距離,避開(kāi)相互干擾。小導(dǎo)洞分臺(tái)階快速開(kāi)挖,削減對(duì)地層的擾動(dòng),加強(qiáng)初期支護(hù),盡早封閉成環(huán),限制導(dǎo)洞的沉降和變形。4 監(jiān)控量測(cè)分析4.1 監(jiān)控量測(cè)布設(shè)由于宣武門(mén)站所處

10、的地理位置、地質(zhì)及地下結(jié)構(gòu)的非常簡(jiǎn)單性,要求施工方必需實(shí)時(shí)地了解施工所引起的洞內(nèi)及地表的每一個(gè)可能的動(dòng)向,因此監(jiān)控量測(cè)成為一項(xiàng)不行或缺的工作。地表測(cè)點(diǎn)布置依據(jù)設(shè)計(jì)和施工圖紙,并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際,間隔5m設(shè)一個(gè)斷面,每斷面設(shè)7個(gè)點(diǎn),主斷面設(shè)20個(gè)測(cè)點(diǎn),整個(gè)車站共設(shè)置39個(gè)一般斷面,4個(gè)主斷面。洞內(nèi)測(cè)點(diǎn)以510m為一個(gè)斷面,布設(shè)拱頂測(cè)點(diǎn)和水平收斂測(cè)點(diǎn)。 <CENTER</CENTER <CENTER</CENTER4.2 監(jiān)控量測(cè)成果分析通過(guò)對(duì)小導(dǎo)洞開(kāi)挖階段監(jiān)測(cè)資料的統(tǒng)計(jì)、分析、制圖表如下。由圖3圖9并結(jié)合監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可以得出: <CENTER</CENTER

11、導(dǎo)洞施工階段,車站上方地表累計(jì)沉降平均為35mm左右,累計(jì)沉降最大為46.91mm。依據(jù)地表累計(jì)沉降縱向分布圖,施工通道及蓋板河上方四周區(qū)域地表沉降較小。依據(jù)地表累計(jì)沉降橫向分布圖,導(dǎo)洞施工導(dǎo)致地表沉降的范圍為車站中線左右25m范圍之內(nèi),導(dǎo)洞沉降主要發(fā)生在導(dǎo)洞正上方,車站中線12m外,地表累計(jì)沉降即快速減小。依據(jù)地表測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降歷時(shí)曲線圖,測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降主要發(fā)生在導(dǎo)洞開(kāi)挖通過(guò)測(cè)點(diǎn)的階段;洞內(nèi)挖孔樁施工對(duì)地層變位影響較小,期間地表沉降速率約為0.1mm/d,但持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。依據(jù)地表沉降變化L/D曲線圖,測(cè)點(diǎn)沉降在距掌子面23倍洞徑時(shí)開(kāi)頭發(fā)生,掌子面通過(guò)后34倍洞徑時(shí)沉降變化穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)導(dǎo)洞施工通過(guò)

12、量測(cè)斷面的階段地表沉降的形態(tài)進(jìn)行分析:導(dǎo)洞單洞施工引起的地表呈沉降為以其中線為中心的沉降槽; 上下疊加的兩個(gè)導(dǎo)洞,滯后導(dǎo)洞引起的地表沉降大于超前導(dǎo)洞引起的地表沉降;相鄰兩個(gè)導(dǎo)洞施工引起的地表沉降最大值,水平并行狀況下比上下重疊時(shí)大。導(dǎo)洞施工階段,拱頂累計(jì)沉降上導(dǎo)洞平均為-9.0mm,下導(dǎo)洞平均為-5.5mm,上導(dǎo)洞拱頂累計(jì)沉降普遍大于下導(dǎo)洞累計(jì)沉降。依據(jù)導(dǎo)洞拱頂累計(jì)沉降歷時(shí)曲線,受接近導(dǎo)洞施工、導(dǎo)洞之間橫通道施工及挖孔樁施工影響,導(dǎo)洞拱頂沉降歷時(shí)較長(zhǎng)。依據(jù)導(dǎo)洞拱頂累計(jì)沉降歷時(shí)曲線,在各種影響下,拱頂點(diǎn)在15d左右達(dá)到初次穩(wěn)定,在30d左右達(dá)到基本穩(wěn)定。導(dǎo)洞施工階段,導(dǎo)洞收斂上導(dǎo)洞平均為-1.94mm,下導(dǎo)洞平均