浅埋强风化岩体地铁车站拱盖-桩锚组合施工技术27页（PPT）_ppt

1、浅埋强风化岩体地铁车站拱盖桩锚组合施工技术研究二一四年八月提 纲 1、工程概况与研究背景3、拱盖桩锚施工工艺4、主要结论2、支护设计与效果评价1.1 工程概况 xx地铁xx线xx公园站，主体车站全长176.9m，采用单拱直墙暗挖断面，开挖宽度为21.9m，总高度为16.2m。图1-1 xx公园站地理位置工程特点： 埋深浅、跨度大，施工相互影响剧烈，地面环境荷载和施工荷载交互作用 地处闹市区，地面交通流量大，地表沉降控制严格，建筑物安全等级高； 岩体破碎节理发育，基岩承载力不足，不能满足拱盖结构的持力要求。工期紧张1.1 工程概况1.1 工程概况地质条件：图1-2 原地勘地层岩性图图1-3 变更

2、后地勘地层岩性图 根据原地质勘查报告，车站拱盖法拱脚处岩体风化程度不大，可以满足拱盖法的施工条件，如图1-2所示。 但在实际施工中，发现开挖揭露地质岩层与原地勘资料严重不符，中风化岩与强风化岩下亚带分界面下降了3m17m，局部降至车站仰拱，如图1-3所示。1.2 研究背景拱盖法作为一种浅埋暗挖大型地铁车站施工方 法，在城市地铁的修建过程中被越来越多的采用。尤其适合于“上软下硬”的土岩复合地层。拱盖法要求拱脚必须落在坚硬的、稳定性高的基岩上。本工程拱盖的拱脚位于碎裂岩体、承载力不足。需要对拱盖法的施工技术进行优化研究。2、支护设计与效果评价数值模拟图2-1 三维计算模型图2-2 模型内部支护形式

3、 隧道围岩服从Mohr-Coulomb准则，初支、二衬、临时支撑、托梁及灌注桩采用实体弹性模型，超前支护采用提高其加固区围岩参数来模拟，锚杆（索）采用cable单元。 根据原地勘条件，地表最大沉降值为7.62mm，围岩没有塑性区，说明拱脚岩体具有足够的承载力，能够保证车站主体结构的稳定性。根据实际地质条件，地表最大沉降值为74.34mm，超过沉降允许值30mm；侧墙围岩处于塑性状态，拱肩处塑性区已经发展到地面，可能导致地面建筑物的破坏。图2-4 承载力不足导致的塑性破坏图2-3 车站开挖后的地表沉降曲线围岩变形状态 2、支护设计与效果评价为了提高基岩承载力，采用拱盖桩锚组合支护：拱盖+挖孔灌注

4、桩+连续托梁+预应力锚索。其中： 挖孔桩尺寸为1.8m0.8m， 一桩一锚， 锚索为L=12m的4根15.2低松弛钢绞线组成，预应力200kN，桩间布置小导管保护车站侧墙的稳定。拱盖桩锚组合支护图2-5 拱盖桩锚组合支护体系2、支护设计与效果评价为了评价拱盖桩锚支护支护效果，进行了多因素加权定量评价，进而确定最佳支护参数。 支护效果评价指标：定义为选取第k工况下的第j项影响因素的参数作为基准（取各工况第j项影响因素指标中的最大值），以第i工况相对于该基准工况的某一影响因素指标变化率，乘以该项影响因素的权重，然后相累加得到的。支护效果的评价2、支护设计与效果评价支护效果水平的数学表达式为：（1）

5、式中： 为支护效果水平； 为第j项影响因素中各工况的最大指标值，即：（2） 为影响效应矩阵A中的第i行，第j列中的指标值，影响效应矩阵A表示为：（3） 为第j项影响因素对总的影响效应的权重。2、支护设计与效果评价支护效果的评价灌注桩长度对围岩变形影响工况灌注桩长度情况地表沉降值/mm拱顶沉降值/mm车站边墙净空收敛/mm塑性区发展水平支护效果评价指标工况一不设置桩74.3485.4226.881.900工况二桩长5m，桩底离中风化岩1m35.6143.266.650.380.655工况三桩长6m，桩底落在中风化岩上27.7934.802.920.320.734工况四桩长7m，桩身嵌入中风化岩1

6、m21.1427.972.780.300.780工况五桩长7.5m，桩身嵌入中风化岩1.5m21.0727.882.780.280.785工况六桩长8m，桩身嵌入中风化岩2m21.0427.872.780.240.7932、支护设计与效果评价 随着灌注桩长度的增大，围岩沉降变形与塑性发展逐渐减小，支护效果评价指标提高，基岩承载力提高，主体结构趋向稳定性。灌注桩长度以桩身嵌入中风化岩体11.5m为宜。图2-8 工况四塑性区分布图图2-7 工况二塑性区分布图2、支护设计与效果评价灌注桩长度对围岩变形影响托梁对围岩围岩变形的影响：工况托梁情况地表沉降值/mm拱顶沉降值/mm车站边墙净空收敛/mm塑性

7、区发展水平支护效果评价指标工况一无托梁22.3129.392.800.290工况二有托梁21.0427.872.780.240.096不设置托梁时，车站正上方的地表沉降值为22.31mm；车站边墙两侧围岩的塑性区较大，并有逐渐向外发展的趋势。设置托梁后，地表沉降值为21.04mm，减小了约5.7；塑性区明显减小，只有拱脚小部分围岩处于塑性状态，支护效果评价指标提高了9.6。2、支护设计与效果评价锚索对围岩变形影响：工况锚索位置与数量地表沉降值/mm拱顶沉降值/mm车站边墙净空收敛/mm拱顶最大拉应力/MPa锁脚锚杆最大应力/kN支护效果水平工况一无锚索22.0728.622.861.01824

8、4.170工况二只托梁处1根21.0427.862.781.017343.970.0234工况三灌注桩上部、下部各1根21.0727.872.781.016344.240.0216工况四托梁、灌注桩上部各1根21.0427.852.781.015144.040.0234工况五托梁、灌注桩中央各1根21.0327.842.781.015943.980.0238工况六托梁、灌注桩下部各1根21.0527.852.781.015643.990.0235工况七托梁、灌注桩上部、下部各1根21.0427.872.781.012744.060.02352、支护设计与效果评价拱盖桩锚组合支护可以形成稳定的应

9、力承载环，上部松软层围岩压力可以传递到下部坚硬的基岩中。工况三的锚索应力远小于锁脚锚杆应力，说明灌注桩上的锚索没有成功分担锁脚锚杆的应力，必须在托梁和灌注桩上同时打设锚索，使支护体系受力更均衡。最佳锚索布置，在托梁和灌注桩中部各设1根，共2根。图2-10 工况三第一主应力及锚杆应力图图2-9 工况二第一主应力及锚杆应力图锚索对围岩变形影响2、支护设计与效果评价提高基岩承载力，确保主体结构的稳定性。 嵌入中风化岩体11.5m为宜。明显减小地表沉降与车站边墙塑性区，对支护结构的应力传递和控制边墙两侧的塑性变形有重要作用。使支护结构受力均衡，对支护结构整体稳定有重要影响； 最佳布置：在托梁和灌注桩中

10、部各设1根。(1)灌注桩(2)托梁(3)锚索2、支护设计与效果评价 小结3、拱盖桩锚施工工艺图2-13 开挖右线导洞，并施做初支图2-11 施做超前支护，加固地层图2-12 开挖左线导洞，并施做初支图2-14 施做挖孔灌注桩施工工序图2-17 拆除中间临时支撑，施做拱盖图2-15 施做托梁，并打设托梁锚索图2-16 开挖拱部中洞，并施做初支图2-18 开挖车站下部围岩图2-19 完成全部主体结构3、拱盖桩锚施工工艺施工工序桩基施工技术：图2-20 桩基开挖布置示意图桩基施工须满足桩间净距不小于3倍的要求，相邻两根桩的施工间隔时间至少为4天。桩基开挖采用“跳三挖一”、左右交错的形式进行开挖，线路

11、左侧可以同时施工3根桩基，右侧同时施工3根桩基。3、拱盖桩锚施工工艺桩基施工技术：图2-22 桩身水钻开挖挖孔灌注桩采用桩内水钻开挖，可以避免爆破开挖对桩身围岩的扰动，同时施工灵便快速。通过水钻将整体性的围岩分割成小面积区级，后选用人工风镐凿出。图2-21 钻孔平面布置图3、拱盖桩锚施工工艺桩基施工技术：图2-25 第三步：旋转支架、弃渣安装活底吊桶、活动盖板用于桩身出渣，桩孔口安装水平推移的活动安全盖板，防止杂物掉下砸伤工人。吊运桩孔土方时，打开安全活动盖板，桩基外侧卸渣时，关闭安全活动盖板。图2-23 第一步：桩内装渣图2-24 第二步：提升土渣3、拱盖桩锚施工工艺锚索施工技术：图2-27 锚索施工流程图锚索选用低松弛预应力钢铰线，长度12m，锚固段6m，自由段6m，选用1x7型4根15.2钢铰线，预应力200kN。采用一桩一锚的形式。图2-26 锚索一桩一锚布置3、拱盖桩锚施工工艺锚索施工技术：图2-28 锚索随下断面开挖布置车站下断面由上至下、由前至后逐层逐步开挖，开挖至当层锚索下0.5米时，施作小导管并注浆加固边墙围岩，纵向距离20米后开始施作锚索，依次进行，直至开挖到设计标高。3、拱盖桩锚施工工艺图2-29 导洞超前注浆图2-30