北京地鐵淺埋暗挖雙連拱隧道設(shè)計

1、北京地鐵淺埋暗挖雙連拱隧道設(shè)計摘要:北京地鐵十號線安定路站北土城東站區(qū)間穿越安定路,由于路面下管線密布故采用礦山法施工,設(shè)計為雙連拱構(gòu)造。文章介紹地鐵雙連拱構(gòu)造的設(shè)計及施工方法。關(guān)鍵詞:地下鐵道礦山法雙連拱構(gòu)造0前言雙連拱隧道在公路、鐵路隧道中已有較多的應(yīng)用,但在地鐵隧道中的應(yīng)用并不多見,而且地鐵的雙連拱隧道設(shè)計和施工與以巖石為主的公路、鐵路隧道有明顯不同。下面將結(jié)合北京地鐵設(shè)計實例對雙連拱隧道的設(shè)計進展討論。1工程概況北京地鐵十號線安定路站北土城東站區(qū)間在靠近安定路站處,由于區(qū)間穿越安定路,安定路車流量比較大,并且路下管線密布,因此該段區(qū)間采用礦山法施工,設(shè)計為雙連拱構(gòu)造。隧道埋深大約9,斷

2、面尺寸如圖1所示。隧道穿越的土層為粉質(zhì)粘土層和粉土2層。根據(jù)地勘報告,構(gòu)造已進入潛水位,施工前需人工降水。根據(jù)本區(qū)間的水文地質(zhì)情況,采用大口井“抽滲結(jié)合的方法降水,將潛水位降低到構(gòu)造底板以下約1處。2施工方法雙連拱隧道常用的施工方法為中導洞法,即先施工中導洞,然后澆筑中隔墻,在中隔墻形成承載才能后,再進展側(cè)洞開挖,最后施作側(cè)洞襯砌以形成雙連拱構(gòu)造。根據(jù)本段隧道的情況,要求先將中導洞貫穿,然后再開挖兩側(cè)洞,這樣既可以通過中導洞理解該隧道的土層地質(zhì)狀況,又能更好保證兩側(cè)洞施工平安。其施工步驟如下:1)打超前小導管對拱頂土層預(yù)支護。2)上、下臺階法開挖中導洞,并施作初期支護。3)鋪設(shè)防水層澆筑中隔墻

3、。4)上、下臺階法分別開挖左右兩側(cè)洞,并施作初期支護。5)分段撤除內(nèi)部臨時支護,施作防水層,澆筑二次襯砌,完成構(gòu)造施工。3初襯支護參數(shù)初襯采用20噴射混凝土,小導管42300,L=3500,外傾角5,縱向間距為1500。鋼格柵由4根25鋼筋焊接而成,每榀格柵間距500,鋼筋網(wǎng)6200200,雙側(cè)布置。格柵縱向拉結(jié)筋22,環(huán)向間距500,單側(cè)布置。4構(gòu)造設(shè)計4.1荷載組合采用的荷載組合如下:根本組合構(gòu)件強度計算;短期效應(yīng)組合構(gòu)件抗裂驗算;抗震偶然組合構(gòu)件強度驗算;人防偶然組合構(gòu)件強度驗算。4.2主要荷載取值1)構(gòu)造自重:鋼筋混凝土重度=25kN/3。2)地層豎向壓力:本隧道覆土厚度為9,為淺埋暗

4、挖隧道,因此按計算截面以上全部土柱重量考慮;地層程度壓力:采用朗肯土壓力理論,施工階段外側(cè)取主動土壓力,使用階段取靜止土壓力。3)地面超載:20kPa。4)地震荷載:按8度地震烈度考慮。5)人防荷載:5級人防,地面空氣沖擊波超壓峰值P=0.1Pa。4.3構(gòu)造計算計算方法采用荷載構(gòu)造法。對施工階段和使用階段分別進展內(nèi)力計算,初期支護單獨承載時,采用符合文克爾假定的彈性支承鏈桿來表達圍巖的彈性抗力。彈性支承的一端與支護在節(jié)點處鉸接,只傳遞軸向壓力。側(cè)向支承鏈桿程度方向布置,仰拱底面的支承鏈桿垂直布置。初期支護與二次襯砌共同承載時,兩層襯砌之間的互相傳力作用以桁架單元模擬,每一桁架單元的兩端與其相應(yīng)

5、的內(nèi)外層梁單元節(jié)點相鉸接。桁架單元只考慮承受壓力,桁架單元徑向設(shè)置。同時考慮在長期使用過程中,外部荷載因初期支護材料性能退化和剛度下降向二次襯砌轉(zhuǎn)移。4.3.1初襯計算初襯的計算按照施工步驟對每一工況分別進展計算,然后將所有工況的計算結(jié)果進展比較,確定控制截面的內(nèi)力,計算結(jié)果見圖2、圖3、圖4。初襯計算時,水土壓力按水土合算考慮。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.4.3.2二襯計算按初期支護與二次襯砌共同承載計算二次襯砌內(nèi)力時,由于初襯不考慮防水,因此由二次襯砌承受全部水壓力,而土壓力那么作用在初襯上,考慮到在長期作用下,初期支護材料性能會逐漸退化,剛度會下降,以初襯的剛度乘以0.5倍的系數(shù)進展折減,計算

6、結(jié)果見圖5。經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn):底部墻腳外側(cè)、底板跨中內(nèi)側(cè)、拱背外側(cè)及拱頂內(nèi)側(cè)為最不利控制點,通過對該部分控制點進展配筋計算,可以確定初襯、二次襯砌構(gòu)造斷面所需的鋼筋數(shù)量。4.4地震與人防設(shè)計目前,地下構(gòu)造的抗震設(shè)計是將地震作用用等代的靜力荷載代替,按靜力計算模型求構(gòu)造的內(nèi)力,人防設(shè)計是將人防荷載等效為靜荷載作用在構(gòu)造上,從而求出構(gòu)造的內(nèi)力反響。由于抗震設(shè)計時構(gòu)造平安系數(shù)降低,不考慮裂縫控制,人防設(shè)計時材料的強度系數(shù)進步,以及不考慮裂縫的控制。通過試算,在地震荷載和人防荷載作用下的構(gòu)造產(chǎn)生的內(nèi)力對構(gòu)造斷面配筋不起控制作用。這樣地震與人防設(shè)計的重點是采取滿足標準要求的一些構(gòu)造措施。5監(jiān)控量測利用監(jiān)控量

7、測獲得的信息指導施工,這是淺埋暗挖法施工中必不可少的一個組成部分。通過監(jiān)測對地層穩(wěn)定性和支護系統(tǒng)可靠性作出判斷,及時采取相應(yīng)措施,以確保施工的平安。本工程將地表位移、拱頂下沉、隧道周邊收斂等量測工程定為監(jiān)控量測的必測工程,將土壓力、土體位移、支護應(yīng)力等作為選測工程。當測點的位移時間曲線變化率呈明顯收斂趨勢,隧道程度收斂變化率0.12/d,拱頂下沉變化率0.1/d,而且所測的位移值大于預(yù)計總位移值的80%時,可以認為隧道已到達根本穩(wěn)定。6構(gòu)造防水防水設(shè)計遵循“以防為主、剛?cè)峤Y(jié)合、多道防線、因地制宜、綜合治理的原那么,以構(gòu)造自防水為根本,施工縫、變形縫等接縫防水為重點,輔以附加防水層加強防水,詳細

8、措施如下:1)二次襯砌構(gòu)造采用防水混凝土進展構(gòu)造自防水,防水混凝土的抗?jié)B等級S8。2)隧道在初期支護與二次襯砌之間設(shè)置全包柔性防水層,防水層采用厚度為1.5的合成樹脂類防水板。在防水層與初期支護之間設(shè)置防水層的緩沖層,緩沖層材料采用單位重量400g/2的無紡布,底板(包括仰拱)部分的防水板鋪設(shè)完畢后,在防水層上鋪設(shè)保護層,保護層采用厚度為5的纖維板或厚度1的HDPE防水板。3)二次襯砌混凝土澆筑完畢后,應(yīng)對拱頂部位的防水層和二次襯砌之間進展回填注漿處理。4)在區(qū)間隧道內(nèi)設(shè)置防水封閉區(qū),防水封閉區(qū)采用在環(huán)向和程度縱向施工縫部位設(shè)置背貼式止水帶的方法進展處理。依靠止水帶齒條與二次襯砌混凝土之間的咬

9、合以及止水帶注漿管后續(xù)注漿密封的方法沿隧道環(huán)向和縱向形成防水封閉區(qū)。7結(jié)語通過對北京地鐵雙連拱隧道設(shè)計與施工,主要得到以下一些經(jīng)歷和體會:1)由于雙連拱構(gòu)造施工對周邊圍巖存在著屢次擾動,特別是在中隔墻頂部存在著受力復雜的塑性區(qū),因此,在設(shè)計、施工時應(yīng)特別重視中隔墻的受力平衡及其穩(wěn)定。2)雙連拱隧道的構(gòu)造特點決定了這種隧道形式在防水上的弱點,連拱上部低凹成槽,水易在槽中滯留。因此該部位初襯背后須注漿回填密實就顯得尤為重要,通過在拱頂預(yù)埋注漿管進展補充注漿,既可以防止初襯背后存在空洞,又可以有效地阻擋凹槽中的水向構(gòu)造內(nèi)部浸透。3)雙連拱隧道中導洞的寬度在滿足受力要求的情況下可適當加大,這樣既能使中隔墻施工時有足夠的操作空間,同時根據(jù)計算中導洞寬度加大使中隔墻的受力減校4)中導洞初襯施作完后,應(yīng)盡快施作中隔