軟土地基中管棚法修建城市軌道交通地下通道工程可行性分析

1、軟土地基中管棚法修建城市軌道交通地下通道工程可行性分析摘要在研究國(guó)內(nèi)外修建人行地下過街通道成功實(shí)例的根底上,結(jié)合上海地區(qū)軟土地基的特點(diǎn),分析了在上海地區(qū)施工地下通道采用淺埋暗挖法的可行性。分析說明淺埋暗挖法具備平安、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的優(yōu)點(diǎn),在上海的軟土地層中采用淺埋暗挖法施工上是可行的。關(guān)鍵詞軌道交通軟土地基地下通道淺埋暗挖1引言人行地下過街通道工程為了人行方便,其埋深較淺,多屬于超淺埋或特淺埋(埋深36),拱頂圍巖無自承才能或自承才能較弱,同時(shí)構(gòu)造受地面動(dòng)荷載影響明顯。為最大限度地減小工程量,多數(shù)矢跨比擬小,甚至采用矩形斷面。至今為止,上海的過街通道采用的施工方法為明挖法和頂管法。明挖法工程造價(jià)低

2、,但對(duì)路面交通帶來的影響相當(dāng)大,管線遷移工作繁雜,特別是在市中心地區(qū),采用該方法施工的負(fù)面影響太大。在上海采用頂管法施工過街通道已有成功先例:1999年地鐵二號(hào)線浦東陸家嘴車站采用矩形頂管法修建了穿越延安東路隧道的過街通道(兩截面3.83.8,長(zhǎng)66,凈間距4,平均埋深3.8)。但采用頂管法修建地下過街通道由于施工機(jī)具的影響而使通道斷面受限。淺埋暗挖法,就是以管棚作為主要的超前支護(hù)手段,并輔之以格柵支撐、注漿止水等其它支護(hù)措施進(jìn)展地下工程開挖作業(yè)的工法。與頂管法相比,它具有斷面不受機(jī)具限制、開挖手段靈敏等優(yōu)點(diǎn),與明挖法比擬,它具備不干擾交通、不進(jìn)展管線拆遷等優(yōu)勢(shì)。近年來上海市將在穿越市區(qū)范圍內(nèi)

3、修建8、l4、7、r4等軌道交通線路,車站出入口通道穿越繁忙街道的數(shù)量相當(dāng)多,為此研究一種既能將對(duì)地面交通造成的影響降到最低限度,又能適應(yīng)各種功能要求,已成為必要。2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀淺埋暗挖技術(shù)在北京復(fù)興門折返線以及西單地鐵車站施工中首次采用后,陸續(xù)在北京、廣州、深圳、南京等城市地鐵修建中大范圍推廣,同時(shí)由于其具有造價(jià)低、斷面形式靈敏等特點(diǎn)在其它城市人行地下過街通道工程中也得到廣泛應(yīng)用。北京長(zhǎng)安街過街通道施工步序與穿越地層如圖1所示。華東地區(qū)由于淤泥質(zhì)黏土分布廣泛,地下水埋深淺,在城市隧道施工中多采用盾構(gòu)法與頂管法施工。因此合適淤泥質(zhì)地層的淺埋暗挖法施工起步較晚。1999年在江蘇常州成功地采用了這種

4、方法建成了常州市文化廣場(chǎng)地下過街通道工程。該工程設(shè)計(jì)凈空11.5124.68,通道全長(zhǎng)41.683,其中暗挖段長(zhǎng)26.5,覆蓋層厚僅1.6。屬于超淺埋暗挖。與福州和北京地下通道不同的是該通道斷面為矩形,通道頂部為無自穩(wěn)才能的雜填土層,洞身穿越粉質(zhì)黏土層、粉砂質(zhì)黏土層,地下水埋深淺,路面交通繁忙,管線密布。該工程采用了108大管棚輔以小導(dǎo)管超前注漿進(jìn)展超前支護(hù),在159鋼管支撐下采用上下臺(tái)階法分步開挖,支護(hù)體系見圖3。韓國(guó)仁川地鐵穿越漢城仁川高速公路段采用具有連接鍵的搭扣式管棚。施工中超前支護(hù)采用26根鋼管施作管棚,管棚之間采用搭扣連接。當(dāng)時(shí)的目的僅僅是為了進(jìn)步施工的精度,以方便采用氣動(dòng)夯錘施工

5、。在第一根棚管準(zhǔn)確定位之后,其余的棚管就可以在連接鍵的導(dǎo)向下保證順直(如圖4所示)。3淺埋暗挖法施工方案可行性研究3.1施工方案比選由于道路封鎖較困難,管線遷移量大,所以采用明挖法施工無法實(shí)現(xiàn),只能采用淺埋暗挖法與頂管法進(jìn)展施工。采用頂管法,由于有盾殼保護(hù),施工對(duì)周圍土體擾動(dòng)很校但頂管斷面有限,一般采用雙頂管方案,頂管間必須保證一定的施工間隔 ,勢(shì)必造成接收井寬度增加。而淺埋暗挖法那么斷面設(shè)計(jì)非常靈敏,采用新技術(shù)可最大限度地減小地面沉降,不失為既經(jīng)濟(jì)又可靠的施工方法。根據(jù)以往國(guó)內(nèi)的施工造價(jià)比擬,頂管方案的總體造價(jià)明顯高于淺埋暗挖法。福州與常州建立地下通道的成功經(jīng)歷亦說明,淤泥質(zhì)黏土中采用淺埋暗

6、挖法施工完全可以控制住施工沉降,保證管線與地面交通的平安。與其它地區(qū)相比擬,上海地區(qū)的地下過街通道工程跨度孝覆土厚度大,常州市文化廣場(chǎng)地下過街通道工程的修建更為其提供了參考,因此在上海軌道交通的通道工程中采用淺埋暗挖法施工是完全可行的。3.2關(guān)鍵技術(shù)假如管線與交通等條件限制,在城市地下通道工程設(shè)計(jì)中,地面沉降是最重要的控制因素。采用淺埋暗挖法施工人行地下過街通道可能導(dǎo)致的周圍土體沉降的因素主要包括:(1)管棚施工過程中的沉降。每根棚管可視為一個(gè)微型隧道,其在成孔過程中必然會(huì)對(duì)周圍土體產(chǎn)生一定的擾動(dòng)。(2)開挖過程中應(yīng)力釋放引起的沉降。隨著掌子面的不斷延伸,周圍土體中的應(yīng)力不斷釋放,必然會(huì)在洞室

7、周圍產(chǎn)生應(yīng)力重分布。(3)開挖過程中掌子面(外涌)失穩(wěn)導(dǎo)致的沉降。假如加固效果不理想,必然會(huì)產(chǎn)生掌子面(外涌)失穩(wěn),并涉及周圍土體。(4)開挖過程中水土流失引起的沉降。開挖過程中假如管棚之間的縫隙止水效果不明顯,必然會(huì)產(chǎn)生地下水外滲的通道,會(huì)使周圍土體產(chǎn)生固結(jié)沉降,過度的水土流失那么在通道周邊容易產(chǎn)生大的孔洞。(5)撤除臨時(shí)支撐施作二次襯砌引起的沉降。臨時(shí)支撐本與初期襯砌形成完好的支護(hù)構(gòu)造,為施作防水層與二次襯砌,必須逐步撤除臨時(shí)支撐。撤除的速率與步驟直接影響到周圍圍護(hù)構(gòu)造的變形與對(duì)土體的擾動(dòng)。3.3設(shè)計(jì)思路根據(jù)對(duì)淺埋暗挖法施工工藝流程的分析,可確定以下設(shè)計(jì)、施工原那么:(1)通道四周均采用管

8、棚法進(jìn)展超前支護(hù),側(cè)壁與底板采用管棚及小導(dǎo)管注漿進(jìn)展加固。(2)采用非開挖技術(shù)進(jìn)展管棚施工,減少管棚施工期間的沉降。(3)開挖之前采用深孔注漿,穩(wěn)固掌子面,并采用rd工法分塊開挖,縱向采用短臺(tái)階法進(jìn)展施工,開挖過程中進(jìn)展加強(qiáng)支護(hù)。3.3.1管棚施工管棚作為一種大剛度的超前支護(hù)手段,有以下幾種布置形式(見圖5):(1)扇形布置,適用于隧道斷面內(nèi)地層比擬穩(wěn)定,但拱部附近的地層不穩(wěn)定的場(chǎng)合;(2)半圓形布置,用于隧道下半部地層是穩(wěn)定的,但起拱線以上的地層不穩(wěn)定的場(chǎng)合。此外,即使地層比擬穩(wěn)定,但地表、周圍有構(gòu)造物、埋深很淺時(shí)也多采用此種布置;(3)門形布置,隧道根底是穩(wěn)定的,斷面內(nèi)地層及上部地層不穩(wěn)定

9、時(shí)采用;(4)全周布置,用于軟弱地層或膨脹性、擠出性圍巖等圍巖極差的場(chǎng)合;(5)上部一側(cè)布置,隧道一側(cè)有公路、鐵路、重要構(gòu)造物、需防護(hù)或斜坡地形可能形成偏壓時(shí)采用;(6)雙層布置,用于隧道上部有重要設(shè)施、拱部地層是坍塌性、不穩(wěn)定或地鐵車站等大斷面隧道或穿越河海底段施工時(shí);(7)一字形布置,在鐵路、公路正下方施工或在某些構(gòu)造物下方施工時(shí)采用。上海修建的地下過街通道多處于富水軟土地層中,為最大限度地限制洞周位移及截?cái)嗨亮魇緩?宜采用全周型單層布置。目前用于管棚施工的鉆機(jī)分為坑道鉆機(jī)、定(導(dǎo))向鉆機(jī)、程度鉆機(jī)、夯管錘及專用管棚鉆機(jī)。長(zhǎng)大隧道最好選用專用管棚鉆機(jī),短隧道如地下立交、地下過街通道等可

10、考慮其它類型的鉆機(jī)。而上海地區(qū)的地下通道頂部地層易產(chǎn)生流沙或管涌等不良地質(zhì)現(xiàn)象。假設(shè)采用普通的管棚鉆機(jī)打設(shè),僅僅采用套管螺旋屏蔽鉆進(jìn),在其清孔的過程中很容易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。因此在管棚施工中假設(shè)采用普通的管棚鉆機(jī)就極容易誘發(fā)地表大規(guī)模沉降。非開挖鋪設(shè)地下管線技術(shù)在上海的自來水、天然氣管道鋪設(shè)過程中獲得了成功,積累了大量的成功經(jīng)歷。主要技術(shù)有導(dǎo)向鉆進(jìn)、定向鉆進(jìn)、微型隧道掘進(jìn)、夯管法等鋪管技術(shù)。非開挖鋪管技術(shù)可用來鋪設(shè)直徑402500的各種地下管線,間隔 可達(dá)上千米。導(dǎo)孔鉆進(jìn)技術(shù)是利用導(dǎo)航儀的導(dǎo)向作用,使導(dǎo)向鉆頭沿著設(shè)計(jì)軌跡鉆進(jìn),使導(dǎo)向鉆孔的實(shí)際軌跡與設(shè)計(jì)軌跡相符,完成導(dǎo)向孔施工后,進(jìn)展回拉擴(kuò)孔鋪管施

11、工,將工作管道鋪設(shè)在設(shè)計(jì)位置。我國(guó)的通惠河南岸污水干線工程穿越京包鐵路鐵路道叉區(qū)地段即采用導(dǎo)孔鉆進(jìn)技術(shù)施工管棚加固,并獲得成功。因此在上海地區(qū)一般的地下通道施工中可以選擇導(dǎo)孔鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)展管棚施工。3.3.2開挖施工地下通道由于跨度大,因此常采用rd工法進(jìn)展分塊開挖。通過環(huán)向格柵與豎撐和橫撐一起構(gòu)成剛度很大的支撐體系。初襯厚度多為3035。格柵間距多為50。縱向開挖多采用臺(tái)階法。臺(tái)階的長(zhǎng)度根據(jù)掌子面以及側(cè)壁的穩(wěn)定情況而定。北京、福州、常州幾個(gè)典型的技術(shù)參數(shù)見表1所示。3.3.3二次襯砌施工福州五一廣場(chǎng)過街道工程由于地處市區(qū),地下水位高,構(gòu)造設(shè)計(jì)采用復(fù)合式襯砌構(gòu)造形式。詳細(xì)施工時(shí)采用四道防水,即初

12、次支護(hù)作為第一道防線,初次支護(hù)與二次襯砌之間設(shè)eva防水隔離層,作為第二道防線;二次襯砌作為第三道防線;二次襯砌外表即地道內(nèi)涂刷厚2防水涂料作為第四道防線,其中以防水隔離層eva為防水主體。常州市文化廣場(chǎng)地下過街通道工程那么主要以構(gòu)造自身防水為主。在初期支護(hù)與二襯之間未施加防水層。此種方法施工進(jìn)度快,對(duì)二襯的澆筑干擾校考慮到上海地區(qū)地層含水量大、水位高的情況,上海地區(qū)的地下通道工程設(shè)計(jì)、施工應(yīng)本著“堵水為主、防排結(jié)合、多道設(shè)防、綜合治理的原那么,宜采取福州五一廣場(chǎng)的作法,設(shè)置多道防線。同時(shí)在構(gòu)造自防水才能上借鑒常州市文化廣場(chǎng)的經(jīng)歷。4完畢語國(guó)內(nèi)外成功的修建實(shí)例說明,淺埋暗挖法具有平安、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。在上海的軟土地層中采用淺埋暗挖法施工人行地下過街通道在技術(shù)上是可行的。上海地下工程已經(jīng)在施工與監(jiān)測(cè)的配合上獲得了豐富的經(jīng)歷,因此在施工過程中結(jié)合技術(shù)創(chuàng)新,加強(qiáng)信息化監(jiān)測(cè),是完全有可能