浅埋暗挖法大断面折线时厂房的保护措施

浅埋暗挖法大断面折线时厂房的保护措施

1工程场地工程地质及地质条件北京地铁十号线一期末的动力站首带的结构设计为360.32米。区间道路从北京东三环松树桥南侧的辅助道路逐渐过渡到主街上，结构屋顶覆盖着13.17米的土壤。该区间设有存车折返线,单线断面采用台阶法施工,存车折返线段根据断面跨度大小,分别采用CRD、双侧壁导坑、中洞法施工。本工程均位于永定河冲积扇南部地带,线路沿线和车站场址地形基本平坦。工程场区地貌为冲积平原地貌,土层以第四纪冲洪积土层为主。根据北京地铁十号线一期(含奥运支线)岩土工程初步勘察报告,场区地面标高为37.64m左右,场区内主要分布的地层有:人工填土、新近沉积层、第四纪全新世冲洪积层、第四纪晚更新世冲洪积层。地下水分为上层滞水、潜水和承压水,潜水和承压水水位标高约在25.60~27.96m和12.21~14.43m,隧道主要通过上层滞水和潜水。隧道结构东侧建筑物密集,建设年代较长,受地铁施工影响较大。主要建筑物有农光里25#楼和21#楼,其与隧道的关系如图1所示。2施工方案的模拟2.1单元划分及模型建立计算采用2D-σ软件,假定围岩是各项同性连续介质,为弹塑性材料,采用平面应变有限元进行分析。计算域在水平方向宽160m,下边界取50m,隧道埋深16m。计算域内划分2032个单元,共6277个结点,计算模型如图2所示,计算参数如表1所示。为模拟隧道开挖过程对既有建筑物的影响,结合工程实践,分别研究不设隔离桩、无侧壁注浆;设置桩径800mm的隔离桩、无侧壁注浆;设置桩径800mm的隔离桩、有侧壁注浆等三种情况进行计算分析。开挖施工顺序按照要求进行,每一开挖步的荷载分两步施加,应力释放为第一步无支护时释放40%或30%,第二步有支护时释放60%或70%,断面开挖成型则应力全部释放完毕,二次衬砌不受力,作为安全储备。2.2基础水平间距计算断面选在隧道距既有建筑物相距最近处,参考图1,分别为农光里25#楼和21#楼。H-H断面隧道与M-M断面隧道相距3.7m,H-H断面隧道与既有建筑物(农光里25#楼)基础水平间距为6.7m。K-K断面隧道与N-N断面隧道相距4.3m,N-N断面隧道与既有建筑物(农光里21#楼)基础水平间距为5.3m。其中H-H断面隧道按中洞法施工,K-K断面隧道按双侧壁导坑法施工,M-M、N-N断面隧道按上下台阶法施工。其中工况一至工况三为针对农光里25#楼进行的施工影响分析,工况五至工况八为针对农光里21#楼进行的施工影响分析。工况二、三、五、六设隔离桩时,隔离桩与相距最近的隧道间距为1.5m;工况八设隔离桩时,隔离桩与相距最近的隧道间距为0.5m。计算工况如表2所示。2.3不同侧壁进行注浆后的效果各种工况的计算结果如表3所示。表3中h1为地表最大下沉量h2为建筑物两侧差异沉降量h3为靠近隧道一侧的建筑物基础点最大水平位移。(1)对于工况一、二、三的情况,设置隔离桩后建筑物差异沉降由12.45mm降至4.56mm,地表沉降也有所降低,由最大下沉32.44mm,变为29.33mm。原因主要是隔离桩设置后,阻隔了隧道开挖引起的地层变形向建筑物区域发展。同时也可以看出在隔离桩与隧道之间的侧壁进行注浆后的效果要优于只设隔离桩时的效果。(2)对于工况四、五、六、七、八的情况,设置隔离桩后建筑物差异沉降由13.56mm降至3.79mm,地表沉降也有所降低,由最大下沉39.91mm,变为36.17mm。原因主要是隔离桩设置后,阻隔了隧道开挖引起的地层变形。同时也可以看出在隔离桩与隧道之间的侧壁进行注浆后的效果要优于只设隔离桩时的效果。(3)工况四、七的主要差别在于两隧道的开挖次序不一样。工况四的建筑物差异沉降为13.56mm,地表沉降最大下沉39.91mm;工况七的建筑物差异沉降为13.41mm,地表沉降最大下沉38.86mm。工况七所引起的地表下沉和建筑物差异沉降要小于工况四。(4)工况五、八的主要差别在于隔离桩与M-M断面隧道的间距不同。工况五的建筑物差异沉降为3.79mm,地表沉降最大下沉36.17mm;工况八的建筑物差异沉降为3.1mm,地表沉降最大下沉35.97mm。工况八所引起的地表下沉和建筑物差异沉降要小于工况五。3优化施工方案3.1隔离桩与隧道间的距离根据工况一~工况八计算结果:隧道和建筑物之间增设隔离桩的情况下与不设隔离桩相比,永25#楼房产生的差异沉降分别为4.56mm和12.45mm,如果再增加注浆,差异沉降可以减小到4.23mm;同样对农光里21#楼房而言,增设隔离桩以后情况基本类似。由此可以看出:增设隔离桩以后差异沉降减小2/3左右,其绝对值减小8mm,为了保证建筑物的安全,尽可能的减小楼房由于施工产生的不利变形,隧道和楼房之间增设Φ800@1200的钻孔灌注桩隔离。隔离桩和楼房、隧道的距离问题,工况五隔离桩和隧道之间按1.5m考虑,地表最大沉降和建筑物的差异沉降分别为36.17mm和3.79mm;而工况八中隔离桩和隧道间距为0.5m,地表最大沉降和建筑物的差异沉降分别为35.97mm和3.1mm。由此可以看出:隔离桩和隧道距离0.5m较距离1.5m时地表沉降和楼房的差异沉降分别小0.2mm和0.69mm,说明隔离桩距离隧道越近的效果越好。考虑到隔离桩施工时对周围的土体有一定的扰动,如果距离隧道结构0.5m,隧道开挖时,隔离桩和隧道结构之间的50cm厚的薄层土体难以稳定,容易出现坍塌,加上两种情况下和楼房产生的沉降差异不大,因而隔离桩和隧道间距实际按照1.5m控制。3.2洞室挖沟技术措施(1)左右线洞室的开挖顺序基于安全方面的考虑,洞室的开挖顺序模拟分先开挖大断面和先开挖小断面两种情况进行了考虑,根据分析结果,先开挖大断面时,地表沉降和楼房的差异沉降相对较小,但在相同的技术措施下,大小洞室并行时的开挖顺序所产生的差异不大;结合工期方面的因素,大断面开挖分块多、程序复杂,因而速度较慢,而本工程的关键线路是右线,因而在左右线洞室的开挖顺序上分两种不同的情况进行考虑:线路起始地段(长度约70m),考虑到右线断面为单线断面,施工速度较快,因而先开挖右线,待右线开挖20m以后再开始左线施工。右线M-M断面完成后开始进入K-K断面,其对应的左线为单线N-N断面,此时先开挖K-K断面,然后再开挖左线的N-N断面。(2)隧道开挖顺序是穿越一段段在渡线段三个洞室紧邻段的施工,先行施工两侧隧道的掘进,在两侧隧道二衬施工完成后,方进行中间隧道的施工。3.3前锚固结构注浆加固方案(1)超前预注浆及预加固。软弱和不良地质施工时,超前预加固对安全开挖、沉降控制都有非常重要的作用,通过计算分析表明:在同样设置隔离桩的情况下,对农光里25#楼而言,不注浆时地表最大沉降和楼房的差异沉降分别为29.33mm、4.56mm,注浆时可以减小到28.78mm和4.23mm。对农光里21#楼而言,不注浆时地表最大沉降和楼房的差异沉降分别为36.17mm、3.79mm,注浆时可以减小到31.34mm和2.42mm。鉴于本区间通过地层主要以粉土和砂层为主,尤其是砂层自稳能力差,因而施工中考虑了不同形式的超前预注注浆。拱部的超前预注浆采用Φ32.5、L=2.5m、@300的小导管,循环长度1m。浆液材料采用水泥-水玻璃,注浆机为BW250型,注浆压力0.3~0.5MPa,压力逐步增加,压力达到后,稍停3~5min再注,反复2~3次。待浆液凝固后进行开挖,随开挖,随对注浆效果进行检查、分析、改进。相邻洞室之间的超长锚管注浆与对拉锚管注浆采用超长注浆锚管与对拉注浆锚管加固土体,确保稳定。针对渡线段隧道洞室之间土柱较薄,自稳能力差的特点,在本段渡线施工时,采用对拉注浆锚管技术和长锚管注浆加固技术,对狭窄土柱进行超前注浆加固,一方面对通过注浆,对土体进行改良加固,提高其承载和自稳能力;另一方面,通过对拉锚管的锚固作用,与两侧的隧道结构的形成联合支护体系,提高了其承载和自稳能力。具体方案如下:在先施工的隧道施工时,从侧壁向另一侧隧道预先施作Φ32.5注浆锚管,并与初期支护的钢格栅焊接牢固,锚管的长度根据与相邻隧道的关系确定。对于与相邻隧道在同一高度侧壁上,锚管的长度以刚好穿过另一侧隧道的初期支护为宜,待相邻隧道在后面开挖时将露出的注浆锚管与钢格栅焊接牢固,形成对拉注浆锚管。其余位置斜向施作注浆长锚管,对深部土体进行注浆加固。注浆锚管间距:在隧道的侧壁成梅花型布置,间距:0.5m×1.5m。实践证明对于地下工程中,长注浆锚管和对拉锚管技术注浆,用于改良加固狭窄土柱,是十分有效的。加固示意如图3所示。由于隔离桩和左线隧道之间土体薄(1.5m厚),多次扰动后极易出现坍塌,常用常规的注浆手段难以保证其稳定和密实,因此选用“袖阀管”注浆方法进行分层分段注浆改良加固隔离桩与暗挖结构顶间土体,以期达到减小桩侧向变形的效果。4提供不同设计、规范允许的小区分区分标准由于隧道开挖影响,截至施工二次衬砌全部完成后农光里25号和农光里21#楼房的差异沉降量总体都在设计、规范允许的范围内,具体各楼房的差异沉降量列于表4。根据实际监测数据,设置隔离桩以后楼房的最大差异沉降量分别为2.77mm和3.77mm,由此推算差异沉降量约在