淺埋暗挖法大斷面折線時(shí)廠房的保護(hù)措施

淺埋暗挖法大斷面折線時(shí)廠房的保護(hù)措施

1工程場地工程地質(zhì)及地質(zhì)條件北京地鐵十號線一期末的動(dòng)力站首帶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為360.32米。區(qū)間道路從北京東三環(huán)松樹橋南側(cè)的輔助道路逐漸過渡到主街上，結(jié)構(gòu)屋頂覆蓋著13.17米的土壤。該區(qū)間設(shè)有存車折返線,單線斷面采用臺(tái)階法施工,存車折返線段根據(jù)斷面跨度大小,分別采用CRD、雙側(cè)壁導(dǎo)坑、中洞法施工。本工程均位于永定河沖積扇南部地帶,線路沿線和車站場址地形基本平坦。工程場區(qū)地貌為沖積平原地貌,土層以第四紀(jì)沖洪積土層為主。根據(jù)北京地鐵十號線一期(含奧運(yùn)支線)巖土工程初步勘察報(bào)告,場區(qū)地面標(biāo)高為37.64m左右,場區(qū)內(nèi)主要分布的地層有:人工填土、新近沉積層、第四紀(jì)全新世沖洪積層、第四紀(jì)晚更新世沖洪積層。地下水分為上層滯水、潛水和承壓水,潛水和承壓水水位標(biāo)高約在25.60~27.96m和12.21~14.43m,隧道主要通過上層滯水和潛水。隧道結(jié)構(gòu)東側(cè)建筑物密集,建設(shè)年代較長,受地鐵施工影響較大。主要建筑物有農(nóng)光里25#樓和21#樓,其與隧道的關(guān)系如圖1所示。2施工方案的模擬2.1單元?jiǎng)澐旨澳Ｐ徒⒂?jì)算采用2D-σ軟件,假定圍巖是各項(xiàng)同性連續(xù)介質(zhì),為彈塑性材料,采用平面應(yīng)變有限元進(jìn)行分析。計(jì)算域在水平方向?qū)?60m,下邊界取50m,隧道埋深16m。計(jì)算域內(nèi)劃分2032個(gè)單元,共6277個(gè)結(jié)點(diǎn),計(jì)算模型如圖2所示,計(jì)算參數(shù)如表1所示。為模擬隧道開挖過程對既有建筑物的影響,結(jié)合工程實(shí)踐,分別研究不設(shè)隔離樁、無側(cè)壁注漿;設(shè)置樁徑800mm的隔離樁、無側(cè)壁注漿;設(shè)置樁徑800mm的隔離樁、有側(cè)壁注漿等三種情況進(jìn)行計(jì)算分析。開挖施工順序按照要求進(jìn)行,每一開挖步的荷載分兩步施加,應(yīng)力釋放為第一步無支護(hù)時(shí)釋放40%或30%,第二步有支護(hù)時(shí)釋放60%或70%,斷面開挖成型則應(yīng)力全部釋放完畢,二次襯砌不受力,作為安全儲(chǔ)備。2.2基礎(chǔ)水平間距計(jì)算斷面選在隧道距既有建筑物相距最近處,參考圖1,分別為農(nóng)光里25#樓和21#樓。H-H斷面隧道與M-M斷面隧道相距3.7m,H-H斷面隧道與既有建筑物(農(nóng)光里25#樓)基礎(chǔ)水平間距為6.7m。K-K斷面隧道與N-N斷面隧道相距4.3m,N-N斷面隧道與既有建筑物(農(nóng)光里21#樓)基礎(chǔ)水平間距為5.3m。其中H-H斷面隧道按中洞法施工,K-K斷面隧道按雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工,M-M、N-N斷面隧道按上下臺(tái)階法施工。其中工況一至工況三為針對農(nóng)光里25#樓進(jìn)行的施工影響分析,工況五至工況八為針對農(nóng)光里21#樓進(jìn)行的施工影響分析。工況二、三、五、六設(shè)隔離樁時(shí),隔離樁與相距最近的隧道間距為1.5m;工況八設(shè)隔離樁時(shí),隔離樁與相距最近的隧道間距為0.5m。計(jì)算工況如表2所示。2.3不同側(cè)壁進(jìn)行注漿后的效果各種工況的計(jì)算結(jié)果如表3所示。表3中h1為地表最大下沉量h2為建筑物兩側(cè)差異沉降量h3為靠近隧道一側(cè)的建筑物基礎(chǔ)點(diǎn)最大水平位移。(1)對于工況一、二、三的情況,設(shè)置隔離樁后建筑物差異沉降由12.45mm降至4.56mm,地表沉降也有所降低,由最大下沉32.44mm,變?yōu)?9.33mm。原因主要是隔離樁設(shè)置后,阻隔了隧道開挖引起的地層變形向建筑物區(qū)域發(fā)展。同時(shí)也可以看出在隔離樁與隧道之間的側(cè)壁進(jìn)行注漿后的效果要優(yōu)于只設(shè)隔離樁時(shí)的效果。(2)對于工況四、五、六、七、八的情況,設(shè)置隔離樁后建筑物差異沉降由13.56mm降至3.79mm,地表沉降也有所降低,由最大下沉39.91mm,變?yōu)?6.17mm。原因主要是隔離樁設(shè)置后,阻隔了隧道開挖引起的地層變形。同時(shí)也可以看出在隔離樁與隧道之間的側(cè)壁進(jìn)行注漿后的效果要優(yōu)于只設(shè)隔離樁時(shí)的效果。(3)工況四、七的主要差別在于兩隧道的開挖次序不一樣。工況四的建筑物差異沉降為13.56mm,地表沉降最大下沉39.91mm;工況七的建筑物差異沉降為13.41mm,地表沉降最大下沉38.86mm。工況七所引起的地表下沉和建筑物差異沉降要小于工況四。(4)工況五、八的主要差別在于隔離樁與M-M斷面隧道的間距不同。工況五的建筑物差異沉降為3.79mm,地表沉降最大下沉36.17mm;工況八的建筑物差異沉降為3.1mm,地表沉降最大下沉35.97mm。工況八所引起的地表下沉和建筑物差異沉降要小于工況五。3優(yōu)化施工方案3.1隔離樁與隧道間的距離根據(jù)工況一~工況八計(jì)算結(jié)果:隧道和建筑物之間增設(shè)隔離樁的情況下與不設(shè)隔離樁相比,永25#樓房產(chǎn)生的差異沉降分別為4.56mm和12.45mm,如果再增加注漿,差異沉降可以減小到4.23mm;同樣對農(nóng)光里21#樓房而言,增設(shè)隔離樁以后情況基本類似。由此可以看出:增設(shè)隔離樁以后差異沉降減小2/3左右,其絕對值減小8mm,為了保證建筑物的安全,盡可能的減小樓房由于施工產(chǎn)生的不利變形,隧道和樓房之間增設(shè)Φ800@1200的鉆孔灌注樁隔離。隔離樁和樓房、隧道的距離問題,工況五隔離樁和隧道之間按1.5m考慮,地表最大沉降和建筑物的差異沉降分別為36.17mm和3.79mm;而工況八中隔離樁和隧道間距為0.5m,地表最大沉降和建筑物的差異沉降分別為35.97mm和3.1mm。由此可以看出:隔離樁和隧道距離0.5m較距離1.5m時(shí)地表沉降和樓房的差異沉降分別小0.2mm和0.69mm,說明隔離樁距離隧道越近的效果越好。考慮到隔離樁施工時(shí)對周圍的土體有一定的擾動(dòng),如果距離隧道結(jié)構(gòu)0.5m,隧道開挖時(shí),隔離樁和隧道結(jié)構(gòu)之間的50cm厚的薄層土體難以穩(wěn)定,容易出現(xiàn)坍塌,加上兩種情況下和樓房產(chǎn)生的沉降差異不大,因而隔離樁和隧道間距實(shí)際按照1.5m控制。3.2洞室挖溝技術(shù)措施(1)左右線洞室的開挖順序基于安全方面的考慮,洞室的開挖順序模擬分先開挖大斷面和先開挖小斷面兩種情況進(jìn)行了考慮,根據(jù)分析結(jié)果,先開挖大斷面時(shí),地表沉降和樓房的差異沉降相對較小,但在相同的技術(shù)措施下,大小洞室并行時(shí)的開挖順序所產(chǎn)生的差異不大;結(jié)合工期方面的因素,大斷面開挖分塊多、程序復(fù)雜,因而速度較慢,而本工程的關(guān)鍵線路是右線,因而在左右線洞室的開挖順序上分兩種不同的情況進(jìn)行考慮:線路起始地段(長度約70m),考慮到右線斷面為單線斷面,施工速度較快,因而先開挖右線,待右線開挖20m以后再開始左線施工。右線M-M斷面完成后開始進(jìn)入K-K斷面,其對應(yīng)的左線為單線N-N斷面,此時(shí)先開挖K-K斷面,然后再開挖左線的N-N斷面。(2)隧道開挖順序是穿越一段段在渡線段三個(gè)洞室緊鄰段的施工,先行施工兩側(cè)隧道的掘進(jìn),在兩側(cè)隧道二襯施工完成后,方進(jìn)行中間隧道的施工。3.3前錨固結(jié)構(gòu)注漿加固方案(1)超前預(yù)注漿及預(yù)加固。軟弱和不良地質(zhì)施工時(shí),超前預(yù)加固對安全開挖、沉降控制都有非常重要的作用,通過計(jì)算分析表明:在同樣設(shè)置隔離樁的情況下,對農(nóng)光里25#樓而言,不注漿時(shí)地表最大沉降和樓房的差異沉降分別為29.33mm、4.56mm,注漿時(shí)可以減小到28.78mm和4.23mm。對農(nóng)光里21#樓而言,不注漿時(shí)地表最大沉降和樓房的差異沉降分別為36.17mm、3.79mm,注漿時(shí)可以減小到31.34mm和2.42mm。鑒于本區(qū)間通過地層主要以粉土和砂層為主,尤其是砂層自穩(wěn)能力差,因而施工中考慮了不同形式的超前預(yù)注注漿。拱部的超前預(yù)注漿采用Φ32.5、L=2.5m、@300的小導(dǎo)管,循環(huán)長度1m。漿液材料采用水泥-水玻璃,注漿機(jī)為BW250型,注漿壓力0.3~0.5MPa,壓力逐步增加,壓力達(dá)到后,稍停3~5min再注,反復(fù)2~3次。待漿液凝固后進(jìn)行開挖,隨開挖,隨對注漿效果進(jìn)行檢查、分析、改進(jìn)。相鄰洞室之間的超長錨管注漿與對拉錨管注漿采用超長注漿錨管與對拉注漿錨管加固土體,確保穩(wěn)定。針對渡線段隧道洞室之間土柱較薄,自穩(wěn)能力差的特點(diǎn),在本段渡線施工時(shí),采用對拉注漿錨管技術(shù)和長錨管注漿加固技術(shù),對狹窄土柱進(jìn)行超前注漿加固,一方面對通過注漿,對土體進(jìn)行改良加固,提高其承載和自穩(wěn)能力;另一方面,通過對拉錨管的錨固作用,與兩側(cè)的隧道結(jié)構(gòu)的形成聯(lián)合支護(hù)體系,提高了其承載和自穩(wěn)能力。具體方案如下:在先施工的隧道施工時(shí),從側(cè)壁向另一側(cè)隧道預(yù)先施作Φ32.5注漿錨管,并與初期支護(hù)的鋼格柵焊接牢固,錨管的長度根據(jù)與相鄰隧道的關(guān)系確定。對于與相鄰隧道在同一高度側(cè)壁上,錨管的長度以剛好穿過另一側(cè)隧道的初期支護(hù)為宜,待相鄰隧道在后面開挖時(shí)將露出的注漿錨管與鋼格柵焊接牢固,形成對拉注漿錨管。其余位置斜向施作注漿長錨管,對深部土體進(jìn)行注漿加固。注漿錨管間距:在隧道的側(cè)壁成梅花型布置,間距:0.5m×1.5m。實(shí)踐證明對于地下工程中,長注漿錨管和對拉錨管技術(shù)注漿,用于改良加固狹窄土柱,是十分有效的。加固示意如圖3所示。由于隔離樁和左線隧道之間土體薄(1.5m厚),多次擾動(dòng)后極易出現(xiàn)坍塌,常用常規(guī)的注漿手段難以保證其穩(wěn)定和密實(shí),因此選用“袖閥管”注漿方法進(jìn)行分層分段注漿改良加固隔離樁與暗挖結(jié)構(gòu)頂間土體,以期達(dá)到減小樁側(cè)向變形的效果。4提供不同設(shè)計(jì)、規(guī)范允許的小區(qū)分區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)由于隧道開挖影響,截至施工二次襯砌全部完成后農(nóng)光里25號和農(nóng)光里21#樓房的差異沉降量總體都在設(shè)計(jì)、規(guī)范允許的范圍內(nèi),具體各樓房的差異沉降量列于表4。根據(jù)實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù),設(shè)置隔離樁以后樓房的最大差異沉降量分別為2.77mm和3.77mm,由此推算差異沉降量約在