1、精選優質文檔-傾情為你奉上地鐵隧洞下穿高層建筑施工技術鐘慧民中鐵十六局二公司六分公司摘 要 隨著我國城市軌道交通和房地產業的快速發展，軌道交通線周圍將有越來越多的鄰近建筑物。在發展軌道交通的同時，區間隧道對鄰近建筑物及其他各種地基的影響是不可避免要的。有時隧道不僅僅是鄰近建筑物，而是直接位于建筑物之下，這必將對隧道的施工和建筑物的正常使用產生很大影響。因此，為了把對建筑物的影響減少到最低限度，有必要對如何減小隧道開挖對建筑物的影響程度問題進行研究分析。結合目前已經通過永3、永16樓的雙井勁松區間隧道的實際施工情況進行分析研究，對類似工程施工有一定的借鑒和指導作用。關鍵詞 地鐵隧道 高層建筑物

2、淺埋暗挖 監控量測 差異沉降 CD/CRD工法 1 工程概況雙井站勁松站區間，位于北京市朝陽區，設計線路起點里程為K23+287.189，終點里程為K24+095.68，線路全長808.638m，為標準單線區間，本區間已于2006年9月23實現全線貫通。區間沿三環路方向布設，線路兩側建筑物密集，這對隧道施工產生了一定的影響；其中永3樓（東三環南路42號）及永16樓（東三環南路44號）對本區間的影響最大，樓房位于線路里程K23+426K23+355區段，右線結構外皮與樓房最近水平距離為9m，（右線在沒有打設隔離樁的情況下，已于2006年2月14日先行通過），左線結構鄰近永16樓（結構外皮與樓房水

3、平凈距為2.935m）并下穿永3樓東北角，下穿長度12m左右。永16樓附近的隔離樁于2006年3月31日施作完畢，左線于2006年6月14日到達樓房保護區域，于2006年9月7日安全通過。區間左右兩線均為單洞單線結構，開挖凈空為6.1m×6.43m，采用淺埋暗挖法施工，區間平均覆土厚度約16.0m，左右線路最小線間距約12.0m。樓房與線路平面位置圖如下所示： 右線左線 圖1 永3、永16樓與線路平面位置關系圖2 施工技術難點2.1 圍巖軟弱易擾動、穩定性差2.1.1 結構底板區間隧道底板穿過的主要巖土層為粉質粘土層、粉土2層，局部粘土1層，均屬級圍巖，分布較為穩定，但結構底板在K2

4、3+431.70K23+970.40段位于層間潛水含水層之下，層間潛水含水層為粉土2層、及局部分布的粉細砂3層，在地下水作用下易發生涌砂。2.1.2 結構頂板區間隧道頂板穿過的巖土層在K23+650.0K23+970.4段穿過的主要巖土層為粉質粘土層、粘土1層、局部為粉土2層、粉細砂3層，在K23+287.189-K23+650.0段穿過的主要巖土層為中粗砂1層，圍巖穩定性差，均屬級圍巖；尤其是砂類土自穩能力差，無法形成自然應力拱，易坍塌。并且中粗砂1層為潛水含水層，在地下水作用下易發生涌水、涌砂，應注意采用相應的加固措施。2.1.3 邊墻區間隧道邊墻穿過的巖土層主要為中粗砂1層、粉細砂2層、

5、粉質粘土層、粘土1層、粉土2層，局部為粉細砂3層，圍巖分類均屬級圍巖；側壁圍巖土體的自穩能力差，易產生坍塌，同時由于地下水影響，粉土2層在地下水作用下強度和穩定性導致降低，易發生坍塌，中粗砂1層、粉細砂2層及粉細砂3層在地下水作用下易發生涌水、涌砂甚至塌方。2.2 前期開挖過早的對樓房產生了較大擾動永3樓為3層框架結構，獨立柱基礎，東西為柱跨8m+8m，南北向為3.35m+6.7m+9.55m，基礎埋深2.5m，建于1997年。永16樓房為箱形基礎，地上16層，地下3層剪力墻結構，基礎埋深為5.5m，1989年建成。由于拆遷的緣故，靠樓房較遠的右線在對樓房施作隔離樁前就已經通過了樓房區域，已經

6、對本區段的土體產生了較大的擾動,并使得永3、永16 樓都產生了較大的差異沉降（清華大學房屋安全鑒定室評估結果為：永3樓、永16樓目前外觀質量基本正常，未發現有因不均勻沉降及承載力損失引起的明顯結構性損傷；截至2006年4月20日，永3樓最大差異沉降值為8，還有12的富余量；永16樓的最大差異沉降值為13.5，還有16.5的富余量）。在這種狀況下,雖然左線與16層居民樓之間有隔離樁作為屏障,但是左線隧道施工下穿永3樓,兩者之間沒有樁墻作為隔離屏障,且左右兩線土建施工距離較近,使得左右線的施工沉降槽疊加且可繼續延伸發展。因此,在同樣的地層條件，同樣的支護措施下左線施工引起的樓房的沉降肯定大于右線施

7、工引起的沉降，而且永3樓的大部分獨立柱基礎均位于左右兩線施工沉降槽重疊的區域，基底地層受多次重復擾動，使得沉降難以預測估計，當樓房框架中的任意相鄰柱基礎的沉降差超過其允許值，樓房的安全將得不到保證。2.3 降水井打設不到位、降水區域未封閉本段降水設計采用管井降水，間距6.0m，沿線路兩側布置，由于受到樓房和地下各種管線的影響，樓房周邊的降水井Q15Q24都無法施作，降水井在永3樓東側、永16樓西南側，這使得降水區域在樓房附近形成缺口，造成洞內施工掌子面水量很大，這對施工安全和質量帶來很大的影響。3 通過樓房采取的施工措施根據專家審查會的專家意見，洞內在原專項設計支護措施基礎上適當加強往前掘進，

8、遵循“強支護、小分塊、短進尺、早封閉、快通過、勤量測”的原則，由于永16樓附近（K23+ 409.4K23+395）已經打設了隔離樁，故側穿永16樓地段采用雙排小導管超前支護，CD法開挖施工，根據監控量測結果，必要時增加臨時橫支撐；下穿永3樓地段，采用雙排小導管超前支護，CRD法開挖施工，為減少群洞效應，開挖步序必須保證在一側導坑貫通后再開挖另一側，同時為限制洞周邊土體的變形發展，增加靠近樓房側拱墻部位的徑向注漿，該方案洞內措施對控制沉降有很好的效果.根據其他已建類似工程的施工經驗看，大范圍啟動降水，將會導致地層產生不易恢復的沉降變形，結果是加劇建筑物的沉降。在目前建筑物已發生較大沉降的客觀情

9、況下，降水交叉施工將會相互影響，故降水施工先行，土建施工后動，通過監控量測手段，確定降水施工引起的地層變形穩定、且留有足夠的沉降量后施工方可進行。綜合考慮上述因素，采取如下專項設計方案：3.1 隔離樁及隔離樁以南未施工（K23+426K23+406 20m)地段、采用CD法開挖，先開挖隧道一側（靠近樓房）的上下臺階，然后再開挖另一側的上下臺階；、格柵間距由原設計的0.75m/榀調整為0.5m/榀，初期支護護厚度30cm，臨時中隔壁厚度為30cm；、超前小導管在拱部150°范圍內按雙層布置，第一層角度為7°15°，第二層角度為30°45°，小導管

10、長度L=2.5m，縱向間距調整為1.0m，環向間距0.3m；、靠近樓房一側封閉后及時進行徑向注漿，徑向小導管布置角度（以隧道中線為起始邊）范圍為107.02°，注漿管長度2m，間距0.5m，梅花形布置；、加強開挖前方掌子面的超前地質探測，有必要時增加正前方掌子面的固結注漿；、掌子面開挖后及時噴射混凝土封閉；、加強施工過程中的洞內及地表監測和分析，正確指導施工。3.2下穿樓房及交接過渡地段（K23+406K23+355 51m) 、采用CRD法開挖，先開挖靠左線隧道一側的、部，然后再開挖另一側的、部；、格柵間距0.5m/榀，初期支護厚度調整為30cm,臨時支護厚度30cm；、超前小導管

11、在隧洞拱部150°范圍內按雙層布置，第一層角度為7°15°，第二層角度為30°45°，小導管長度L=2.5m，縱向間距調整為1.0m，環向間距0.3m；、部（下穿樓房區段）小導洞封閉后及時進行徑向注漿，徑向小導管布置角度范圍為197.02°，注漿管長度2m，間距0.5m，梅花形布置；、加強開挖前方掌子面的超前地質探測，有必要時增加正前方掌子面的固結注漿；、掌子面開挖后及時噴射混凝土封閉；、加強施工過程中的洞內及地表監測和分析，正確指導施工。CD、CRD工法開挖步序如下圖所示： 圖2 CD、CRD工法斷面圖3.3 為進一步保護永3、永1

12、6樓的安全，施工過程中采取以下輔助措施：、為防止建筑物在后續施工中的不均勻沉降進一步加大，根據監控量測結果，必要時可采取地面補償糾偏注漿作為預案或輔助措施；、加強初支背后的回填注漿，必須嚴格按照設計要求足量、足壓注漿；、施工中若地下水量過大，為避免掌子面失穩，必要時可對上臺階進行注漿封閉，同時為控制上導洞初支的下沉，應嚴格控制拱腳的沉降，加大鎖腳力度，必要時采取L型格柵拱腳；、必須強調監控量測作為鄰近（下穿）建筑物地段掘進方案的一個重要組成部分。洞內的監控量測數據反饋的信息可作為檢驗支護參數是否可靠合理的手段，同時也是調整設計支護參數，改進施工工藝的指導依據；、洞外建筑物的監控數據反映了樓房的

13、沉降情況和發展勢態能指導我們對建筑物采取有針對性的保護措施。施工中必須加強監控量測，做到動態設計，動態施工。3.4 理論分析本段區間主要采用新奧法施工原理，充分發揮巖體自身承載能力，嚴格按照少擾動原則考慮，通過永16樓區段，因為有隔離樁作為屏障，且永16樓為箱基，抗沉降能力強，故只要采用CD法即可，下穿永3樓階段則必須用CRD法施工方可保證安全。理論分析可采用理想彈塑性模型模擬圍巖，并采用MohrCoulum屈服準則作為依據，隧道開挖施工過程主要包括（巖）土體分步開挖及支護結構的分部設置等。用以模擬不同施工階段力學性態的有限元方程為：   （k0+ki）×iFir

14、+Fa（i=1,M）      （1）式中，M為施工階段總數；k0為開挖前（巖）土體等的初始總剛度矩陣；ki為施工過程中巖土體和支護結構剛度的增量或減量，其值為挖去巖土體單元及設置或拆除支護結構單元的剛度；fir為開挖釋放產生的邊界增量結點力矩陣，初次開挖由巖土體自重，地下水荷載，地面超載等確定，其后各步開挖由當前應力狀態決定；fia為施工過程中增加的結點荷載列陣；i為任一施工階段產生的結點增量位移列陣。通過上述公式可以看出，采用CD法或CRD法施工后支護剛度大大提高了，巖體自身發生形變將會被控制到最小，施工過程中只要采取合理的開挖工

15、序，就可以滿足施工要求。通過以上加固措施，左線已2006年9月7日安全順利通過永3、永16樓，這也是淺埋暗挖法在北京地鐵中的成功應用。分析超前加固、開挖時空順序、臺階長度等工藝在保證施工安全、質量和控制地層沉降中發揮的作用，確定同類地層中的工藝參數，完善淺埋暗挖的理論體系，更好地應用工程實踐。4 沉降結果分析4.1 監測點布置及沉降情況樓房沉降觀測點由第三方布點并交給施工單位，兩座建筑物上共布點8個，其中JM4點由于條件限制無法監測，各監測點與線路相互關系及目前沉降情況如表：圖3 永3、永16樓監控量測點布置圖4.2 變形分析4.2.1 右線通過樓房沉降與時間曲線圖如下：通過永16樓到達永16

16、樓通過永3樓圖4 右線通過永3、永16沉降曲線圖第3周末右線到達K23+412(永16樓南端）第4周右線通過K23+395（永16樓北端、永3樓南端）第13周右線通過永3樓北端第15周右線距離永3樓北端20m左右從樓房沉降與時間關系可以看出：、從第1周第4周以前樓房沉降幾乎無變化，右線隧道開挖到永16樓南端時（第3周）樓房尚沒有明顯沉降，約1周以后（第4周）沉降速度開始加快，說明隧道開挖反映到樓房基底（地面以下5.5m）約需一周時間。、從第5周8周的三周時間內永16樓沉降速度最快（此時樓房周圍降水尚未啟動），第8周以后才逐漸變慢；而永3樓沉降最快的是第57周。、永16樓盡管與右線距離比永3樓要

17、遠，但隧道開挖引起的沉降量要大，與永16樓基礎埋深大、基底地層以及樓房產生的附加荷載大有密切關系。、隧道施工的任一時刻（同一個掌子面時），永3樓的JM1、JM1-1點以及永16樓JM12、JM13點之間產生的沉降差都比較小，說明縱向開挖形成的沉降槽對樓房結構影響較小。、JM3點從第11周到第15周之間數據的非正常變化。4.2.2 左線通過樓房沉降與時間曲線圖如下：圖5 左線通過永3、永16沉降曲線圖第3周末左線右側邊洞到達K23+395(永3樓南端、永16樓北端）第8周左線右側邊洞通過K23+355（永3樓北端）第14周左線左側邊洞通過永3樓北端第16周左線全線貫通從樓房沉降與時間關系可以看出

18、：、從第1周第3周以前樓房沉降幾乎無變化，左線隧道右側邊洞開挖到永16樓北端時（第3周）樓房尚沒有明顯沉降，這說明打設的隔離樁起到很好的屏障作用。約1周以后（第4周）沉降速度開始加快，說明隧道開挖反映到樓房基底（地面以下5.5m）約需一周時間。、從第4周14周的三周時間內永3樓沉降速度最快，第15周以后才逐漸變慢。、永16樓盡管與右線距離比永3樓要遠，且有隔離樁保護，但隧道開挖也引起較大的沉降，與永16樓基礎埋深大、基底地層以及樓房產生的附加荷載大有密切關系。、從監測數據來看，采用CD、CRD工法能夠較好地控制地表及建筑物的沉降，滿足公式（1）的規律。5 結語通過對左右兩線通過樓房所發生的沉降量進行分析發現：a在區間隧道開挖中采用CD、CRD工法并輔以其它輔助工法能夠較好地控制地表的沉降。最大累計沉降量為18左右，差異沉降永3樓為18.31（設計20）,永16樓為21.04（設計30），滿足設計要