先隧后站施工对洞桩法车站中板的影响分析

1、    先隧后站施工对洞桩法车站中板的影响分析    魏晨亮【摘要】为降低城市地铁车站进度对盾构区间施工进度的影响，盾构区间大多采用先隧后站的施工工法，先隧后站1必然对车站结构产生一定影响，根据盾构穿越时洞桩法车站施工不同阶段，产生影响不一;以正在修建的广州地铁某区间先隧后站为例，研究通过对盾構近接施工有限元分析、隧道建模分析、盾构过站对车站中板的影响分析，判断盾构施工过程中对车站中板将产生不利影响，且在保证地层损失率的情况下可控制中板变形位移量，进而降低盾构掘进对中板的影响程度。【关键词】洞桩法车站;盾构先隧后站施工;结构影响分析随着施工技术的不断进步

2、，对工程的进度要求越来越高，难度越来越大，城市繁华区暗挖车站施工与区间盾构施工进度严重不匹配，导致不得不采用先隧后站施工工法，但先隧后站对正在施工中的车站结构必然造成一定影响，研究和分析影响范围及危害，如何控制风险尤为重要。目前国内研究先隧后站通过明挖车站且对地表沉降影响分析的较多，通过查阅资料显示，研究先隧后站通过暗挖车站，分析对正在施工的暗挖车站的影响性分析无先例，常见的先隧后站是采用盾构法修建暗挖车站5的施工技术。经实践证明，该研究分析对中板结构的影响，避免了潜在风险的危害，有利于指导施工，提前采取措施防范危害的发生，达到了安全、高效完成盾构、车站施工的目的。1、工程概况某车站采用洞桩法

3、施工，盾构采用先隧后站通过，为地下二层岛式站台车站，全长276m，埋深12.8m，上部地层主要为人工填土、粉质粘土、局部夹粉细砂地层，拱顶地层主要为强风化泥质粉砂岩，洞身地层为中风化泥质粉砂岩。车站中板与盾构开挖面最小间距为1.26m，若盾构在车站中板施工完成后通过，盾构覆土将小于1m，属超浅埋隧道盾构掘进施工6，盾构开挖轮廓与边桩间距仅0.36m。2、先隧后站工程的近接度和影响分区本工程采取先隧后站方案，根据车站和盾构施工的时间安排，盾构下穿车站时，可能存在三种情形，其中在车站站厅层中板施工完成后，盾构下穿时，盾构与中板最近距离仅1.26m3、盾构下穿施工有限元分析目的根据国际隧道协会的研究

4、结果以及国内当前盾构下穿施工的实际情况可以看出，盾构施工引起地层沉降的主要因素是地层损失2。地层损失一般采用gap参数法确定，如图所示。根据lee的定义式中：gp为盾构外径和衬砌之间的几何净空，它由盾尾厚度和满足盾构纠偏和拼装衬砌的盾构建筑空隙x构成，即：式中：d为盾构外径，d为衬砌外径;盾构建筑空隙x的大小决于盾构制造和衬砌拼装的允许误差、便于盾构偏离设计轴线时进行水平及垂直方向的纠偏、便于衬砌拼装工作的进行。x的取值为3060mm左右。一旦选定了盾构掘进机和衬砌系统，gp的大小也就唯一确定了。指由于开挖面应力释放导致土体的三维变形，使得土体塌落到开挖面造成的超挖土量。是指施工因素（包括盾构

5、的纠偏、上抛、叩头、后退等）产生的土体损失。盾构上抛推进时值的计算公式：式中：l为盾构长度;为盾构上抛时的仰角。对于土压力平衡盾构机，开挖面处的变形相对于盾构物理间隙而言可以忽略不计，而且在施工质量得到有效控制的条件下 也可以认为很小。可以认为 0 ，因此，gap参数可以认为：gapgp地层损失率的近似计算：如果参考以上公式，并根据本工程数据，管片外径6.4m，盾尾直径6.63m，盾尾厚度40m，则gap=（710%）*（6.63-6.4）= （710%）230mm=（1623）mm将gap均匀化处理，则管片半径收缩812mm。对应的地层损失率为0.5%0.8%。本研究将重点研究gap位移对车

6、站中板结构的影响情况。4、隧道与车站关系计算模型及车站施工流程4.1计算模型车站埋深12.8m，上部地层主要为人工填土、粉质粘土、局部夹粉细砂地层，拱顶地层主要为强风化泥质粉砂岩，洞身地层为中风化泥质粉砂岩，岩石强度约2030mpa。根据工程概况地质描述，选择较为不利的剖面（地质钻孔位置），及最不利施工条件（车站中板施工完成后）建立如图计算模型：4.2计算参数盾构区间地层及车站结构主要物理力学参数见表4.1、4.2、4.3。5、盾构过站对车站中板的影响分析盾构下穿对中板的影响主要受地层损失率7的影响和控制，根据目前国内的盾构施工技术水平情况，一般在0.3%1%，在近距离下穿车站时，通过多种技术

7、措施的采取，将地层损失率控制在0.3%以下时，则盾构施工对中板的影响可控制在允许范围内。以下就地层损失率在0.23%时的计算结果进行总结。5.1地层移动及地表沉降车站施工中，典型阶段的地层移动情况如图所示。通有限元计算分析，在盾构通过时，车站地表最大沉降在24mm左右。5.2盾构通过时，车站中板位移左右线盾构通过时，中板的位移如图5.4和图5.5所示。左线盾构下穿中板时，中板最大位移5mm，右线盾构通过时，中板最大位移5mm。5.3盾构通过车站时中板应力左右线盾构通过车站后，车站中板应力矢量如图5.9所示，从图5.10可以看出，中板应力以水平应力为主（受压为正，受拉为负）。根据中板水平应力8分

8、布图，中板主要以受压为主，中板中部的上侧最大压应力7.68mpa。在中板与钢管桩连接处的板上缘位置，水平应力为拉应力，最大拉应力在0.38mpa左右，小于1.57mpa（c35砼轴芯抗拉强度），不会引起板的开裂。结论：（1）盾构下穿地铁车站施工有可能对车站结构会产生不利影响，根据对国内外既有部分工程实例的分析，须采取严格的施工对策。（2）地层损失率在0.3%以下时，盾构推进引起的中板位移可控制在6mm以内，因盾构施工引起的中板拉应力可控制在1.57mpa以内，不会引起中板开裂。建议：（1）建议在施工过程中，加强对中板应力变化及其它结构的监测9，及时根据监测数据调整盾构掘进参数。（2）建议根据穿

9、越地层变化情况，适时采取加固措施10，如在自稳性较好全断面硬岩情况下，无需加固。参考文献：1丁贵松.地铁车站先隧后站施工技术j.建筑技术，2017 （06）.2陈世超.地铁盾构施工对地表沉降的影响研究j.安徽理工大学，2018（06）.3张锋春.沙城满.梁力.祝顺义.申俊庭.黄微.既有建筑对地铁车站中洞法施工中支护结构内力影响的有限元分析j.现代隧道技术，2012（10）.4郑余朝. 三孔并行盾构隧道近接施工的影响度研究d.西南交通大学，2006（12）.5熊乾.地铁先隧后站法施工技术j.铁道标准设计，2009（12）.6邸迎涛，贾宁.小半径浅埋大坡度隧道盾构掘进施工控制技术研究j.天津建设科技，2019，29（02）.7刘金慧，丁万涛，戴尊勇，王焕，贾开民.土压平衡盾构隧道施工引起的地层损失及影响因素j.土木建筑与环境工程，2017，39（05）8王剑晨. 城市暗挖隧道穿越既有地下结构的力学响应及其控制d.北京交通大学，2014（12）9汤庆乐. 初支拱盖暗挖地铁车站施工变形规律及控制研究d.石家庄铁道大学，2018（06）10潘政. 隧道近距离下穿地铁既有线不等强注浆控制变形技术研究d.北京交通大学，2017（06）