北京地铁隧道穿越密集民房超前预加固地层施工方案探讨.doc

北京地铁隧道穿越密集民房超前预加固地层施工方案探讨2008-12-29 17:45:00 来源：中国自动化网 浏览：78 网友评论 0条 点击查看摘 要：北京地铁5号线崇(文门)一东(单)区间渡线大断面全段穿越明清密集民房区，为确定合适的超前预加固措施，有效控制沉降，分别对水平旋喷和大管棚方案进行计算和分析，并从工期和经济方面进行对比，为决策提供参考。关键词：地铁；大断面；水平旋喷；超前大管棚 1、工程概况北京地铁5号线崇文门一东单区间隧道，全长621.063m，隧道出崇文门车站后，沿崇文门大街逐渐向东偏移至长安街后到达5号线东单车站。区间隧道为双线隧道，左右线间距16.5 m。在地铁5号线K7+535.79处设新建5号线与既有1号线的联络线。考虑运营时，地铁1号线与既有5号线之间车辆互通，在区间的左右线间设单边渡线，渡线、联络线与区间正线形成3个交叉口大断面，均在密集民房下穿过。2、 工程地质与水文地质根据钻探资料显示，左右线在K7+45.3K7+342.93段隧道上部为中粗砂层，含砾石；下部为卵石圆砾层，地层自稳能力差，易塌方。在K7+342.93K7+672.393段隧道从第四纪冲洪积层中通过，顶部为粉土层，中上部为中粗砂层，含砾石，中下部为卵石圆砾层。渡线段上覆土层最薄处仅有4.56 m。隧道穿越的区域内有3层地下水，从上至下依次为：上层滞水、潜水、承压水。地下水径流方向与地铁5号线近于直交。3、 隧道断面形式区间隧道渡线共有7种断面形式，从大到小依次包括：3个交叉口的最大断面H形断面(14.455 m10.955 m)、G形断面(12.84m8.8m)、F形断面(11.4m8.556 m)、E形断面(10.1 m8.255 m)、D形断面(8.5 m7.425 m)、C形断面(7.2 m6.65 m)、B形断面(6.6 m6.70 m)。4、施工环境区间隧道全部位于崇文门内大街下方，右线上方东侧主要为1层3层密集民房及重要商业区，多为明清时期建筑，墙体为浅基础夹心泥胚墙，且年久失修。根据鉴定，现有施工范围内58座民房(约16000m2)，其中有52座民房(占90)为危房，约99墙体已出现不同程度裂缝，其中裂缝宽度最大的达15 cm。左线隧道上方沿纵向分布有上水管、污水管和雨水管3条管线，其中污水管距隧道顶仅1.4m。危房及管线对地层的沉降变形非常敏感，为保证上方民房及管线安全，设计单位要求在开挖中将地表沉降控制在15mm以内。5、施工方案5.1 水平旋喷(1)水平旋喷的特点及参数由于渡线段拱部位于粉细砂层地段，低压渗透注浆难以形成连续致密的注浆体，不能有效地起到超前支护作用。若加大注浆压力，则会对地表造成不良影响，这种情况下可采用水平旋喷方式加固地层。水平旋喷的特点：桩体之间能相互咬合，刚度较大，能有效减少土体位移；水平旋喷仅对成桩范围内的土体进行加强，对其余部位的土体扰动小；旋喷桩可以互相搭接咬合形成一个止水帷幕外壳，而避免了其他方法注浆时无法互相搭接，并易造成涌水涌砂。水平旋喷参数如下：旋喷桩长15 m，有效长度14m，预留1 m搭接；外插角3040；桩体直径400mm；桩体中心间距300mm，咬合100mm；注浆压力砂土22MPa，粘土25MPa；注浆材料为水泥浆，配合比为W：C=(0.50.6)：1，为缩短浆液的凝胶时间和提高桩体的早期强度，加入一定比例XPM添加剂；注浆流量8090 Lmin；喷嘴个数为1个2个；桩体抗压强度15 MPa，抗剪强度34 MPa；旋喷进钻时注浆压力35 MPa，退钻时注浆压力2025 MPa；喷嘴的旋转速度为16.5 rmin，钻进或退出速度为20cmmin。 水平旋喷每个循环需施作67个。(2)旋喷桩的施工施工旋喷桩需要一定的操作空间，在距离工作面4 m范围沿原隧道边墙和拱顶轮廓线外扩60 cm，另外边墙再加高30 cm，以便放置施工钻机。施作旋喷桩之前，对工作面进行封堵，厚度不小于20cm。旋喷桩施工流程：放样定桩位安装水平旋喷桩钻机和高压泵成孔下钻杆带浆至设计位置第一次高压旋喷至设计位置第二次高压重喷到设计位置清洗管道及设备移至新孔。每个循环旋喷桩完成后，在拱部及拱腰部位布置3个检查孔，检查孔从两桩之间钻进，长度与桩长相同。根据钻孔情况判明桩体咬合及固结情况，如效果不能满足要求，则在薄弱部位补充旋喷桩，并在其余部位重新钻孔检查。5.2 超前大管棚大管棚是保证施工过程中地层的安全稳定、控制施工引起的地表沉降的常用措施。对钢管注水泥砂浆及水泥浆，以增加钢管的刚度并加固钢管之间的土体；为防止管棚间及管棚下土体塌落，造成大面积超挖，在大管棚钢管的间隙中，施作小管棚支护，使大管棚、小导管与初期支护形成棚架结构体系，共同承受管棚上部荷载。(1)设计参数与施工流程大管棚采用管径108 mm、壁厚7.5 mm的无缝钢管，管长15 m，布设在拱部1800范围内，环向间距25cm，纵向搭接2 m，外插角1050。钢管为有孔(?6)花管，管内注水泥砂浆及水泥浆，注浆压力0.30.4MPa。 大管棚施工工艺流程：施工准备测量定位安设导向架钻机进场就位钻孔插入管棚钢管孔口密封处理管棚注浆效果检查结束。(2)大管棚施工长管棚采用3 m的管节，管节之间用丝扣连接。为保证同一截面上管接头数小于50，顺序相连3根管棚的第一个管长分别为2、3、4m，之后均为3 m。施作大管棚前，施作钻机操作空间，操作空间的尺寸与旋喷桩的要求相同。因大管棚施作时间较长，为避免工作面长时间暴露造成坍塌，先用20 cm厚的网喷混凝土封闭工作面，并在工作室上半断面施作10 m临时仰拱，以减少结构下沉。在管棚工作面前搭设钻机操作平台，由测量放出隧道开挖轮廓线，沿隧道开挖轮廓线外扩20 cm画出钻孔的位置。移动钻机至钻孔部位，调整钻机位置，使钻机转轴、钻杆与设计的管棚孔在一条直线上，并用仪器量测这一直线的角度。管棚注浆分两步完成，第一步注入M20水泥砂浆，等浆液充分收缩后，第二次注入水泥浆，以使管棚填充密实，水泥浆的水灰比为W：C=0.8：1。6、开挖及支护渡线段大断面采用“双侧壁导坑法”施工，每一部开挖完成后，均立即施工初支形成封闭环。封闭后及时进行初支背后回填注浆，控制拱顶及地表沉降。 超前支护后，开挖部，预留核心土，及时架立格栅、中隔墙、仰拱，部尽快成环。预留合适的台阶长度，开挖部，及时架立格栅、中隔墙、仰拱，部尽快成环。与左侧断面错开合理的距离后，右部开挖部，预留核心土，及时架立格栅、中隔墙、仰拱，部尽快成环。于部预留合适的台阶长度，开挖部，及时架立格栅、中隔墙、仰拱，部尽快成环。预留合适的台阶长度，开挖部，及时架立格栅、仰拱，使部尽快成环。 于部预留合适的台阶长度，开挖部，及时架立格栅仰拱，使部尽快成环。7、施工监测为确保施工中隧道上方建筑物安全，应制定严密的地表沉降监测方案，根据监测结果对施工进行管理。监测测点布置于建筑物墙体，距地面2050 cm。沉降监测仪器采用精密水准仪。监测采用三级管理，将允许值的三分之二作为警告值，允许值的三分之一作为基准值，警告值和允许值之间称为警告范围。实测值落在此范围，即提出警告，采取施工对策，预防最终位移值超限；实测值落在基准值以下，说明隧道和围岩是稳定的。8、施工进度及经济对比(1)施工循环时间采用旋喷桩，用2台钻机施工，完成渡线段超前加固需要4 550h。采用管棚，用2台钻机施工，完成渡线段超前加固需要6400h。(2)经济对比根据渡线粉细砂及粘土段长度，分别对采用旋喷桩和长管棚的施工方案作出施工预算，利用旋喷桩时预算价为79261万元，利用长管棚