广州地铁三号线体育西站的节点结构设计和施工工法.pdf

铁道勘测与设计年第期总第期 广州地铁三号线体育西站 的节点结构设计和施工工法 张悦 石义军 广州地铁建设事业总部 , 广州铁道第二勘察设计 院 , 广州 摘要 关键词 新建的广州地铁三 号线体育西站下穿既有的地铁一号线体育西站 , 如何保证己建 成的一号线体育西路站 的正常运营和结构安全 , 制定安全 、 合理 、 可行的施工 法就成为一个重大的课题 。 本文研究和分析了采用不同节点结构形式对既有一号 线体育西路站 的影响 , 以及 多个设计方案的比选过程 , 介绍 了施工该节点 一 程所 采用的施工方案 , 对类似问题有参考价值 。 地铁结构节点下穿暗挖隧道 工程概况 站址环境 正在新建 的 州地铁三号线体育西 站位 于天河区体育西路与天河 南一路所在的 “ , 字路口 , 车站两侧大部分 为多层和高层建筑 物 , 车站及隧道埋置于体育西路的道路正下 方 , 并下穿天河南一路 , 与己建的地铁一号 线体育西站形成 “ 十 ”字交叉的节点并需要穿 越该节 点 。 站址环境总平面如图所示 。 一一 口叹 叹介万石石万 矛矛 女宣诀石 二二二二二二二二二二韶目二圈圈 祖祖 召 , 笋 性 一 ,一 叫写门, 一 曰甲百旺翻曰目曰忙 “ 一 竺竺 二二 图 一号线体 育西站 的工程结构情况 体育西站站址环境总平面图 一号线体育西站采用 明挖顺筑法施工 , 该站己于年月竣工 , 且原设计未考虑 投稿日期 一一 新建的三号线车站对其的影响 。 该站为地下 二层 、 双柱三跨钢筋混凝上框架结构 , 站台 宽度 , 全长约 , 轨面埋深 , 底板埋深 , 车站顶板覆上约 , , 底纵 梁 为全上翻形式 , 围护结构采用 中 的匾形人工挖孔桩 。 工程地质及水文地质条件 本钻所处妙娜玛较平坦 链孔揭露炭 层自 、 七 一而 下育人 工 填 土层 产 、 砂 土层 , 、 残积土层 , , 、 岩石李风伟薄 、 岩石强风化带 、 岩石中等风化带 、 岩石徽风 化带 节 梅处种缤构地乒冬舰面皿与 号线 、 三号线体青西站伪关系免 蔺芝 。 一 丰 偿 “玉 、 冲 一洪 积土层 , 、 河湖相沉积 嗯嗯舔胜铸翻 , 瑞淤淤 二二 尸州 州 艺 尹尹 乒漆 二了 了 重剪篡篡 扁一一一翻会会口 口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口日日 洛食白二二 二二劣二 二 一 二二衬二 二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二 于于续三三三三三三 一蕊效 效 工工工工工工 二二二二二二二二二二二二二二二二二二二梦二 二 日日日日日 一 户州 汤尹二奋奋奋奋奋奋奋奋奋奋奋奋奋奋奋奋奋奋奋奋 伶伶伶伶伶公 公公公公公 牛 厂一 一 , 一一公卜目扫出留目 目 一一一闷洲如叫叫叫叫叫叫叫叫叫叫叫叫叫叫叫叫叫叫叫叫 澡澡澡澡澡澡澡澡澡澡澡澡澡澡澡澡澡澡澡澡澡澡澡澡澡澡澡澡澡澡澡澡澡澡澡矛矛 户户二二 少 莽万葬 窿窿窿窿 薄薄薄薄薄薄 一一 一 ,二 巨乡给吏三匕巴三钾宁李碑勺烫烫一祠二一,升一 叫一 , 牛气对 对卜咐户伙一 一一一 一 亡 二二二二二 洲洲尸一洲 洲 丫即 即 卜一一弋于乡卜一一一一一一一二二 海海已迢竖踢竺些丝丝 藻藻碧碧瓦么 万鬓幸幸幸幸幸幸幸幸幸幸幸幸幸幸卜卜卜卜卜 从一刹盆 一一 必必必必必 一蔓葬 葬 一一 一幸一上 上昌 昌 份份份份份份份 【 平平平平兰甲尸产畏尹节一一 蕊丁 于习 二目 二二任曰共弓公一一 一口 认口 、乃“下 甲二 孟二, , 节点设计方案 节点结构设计方案的拟定 根 据 广 州 市路网规 划和车 站 功 能 的要 求 , 一 州市地铁三号线体育西站须从已建成 的地 铁一 号线体育西站的结 构底板下方通 过 , 因此 , 在三号线体育西站施工时 , 如何 满足新建 一 程 的施工要求 , 并且绝对保证上 部车站的正常运营和结构安全 , 成为业主 、 运营公司 、 设计等有关各方关注 的重点 , 也 是本上程 是否取得成功的关提 。 因此 , 业生 组织对设计和施方案进行了专题研究 , 以 确保程 的可行性和安全性 。 根据一号线车 站的结构型式 、 受力特点和 一 号线车站底板 下的地质情况 , 对节点段三 号线车站结构形 式拟定了三个方案 方案一暗挖三连拱形隧道方案 在节点三号线结构顶板和一号线车站底 板之 间保留一定厚度的土体 , 以便于对节点 三 号线结构采用超前长管棚支护同时 , 采 用受力和变形均较有利的拱型结构 。 方案二暗挖三跨矩形隧道方案 节点部分施工方案同方案一 , 但由 一于方 案一采用了拱型结构 , 其埋深较大 , 从而增 加整个三号线车站的埋深 , 增加车站工程投 资 , 因此 , 方案二是在方案 一 的基础上 , 将 三 号线节点部分 由三连拱形改为三跨矩形结 构所形成树方案毒 方案三盖挖三跨距形结构方案 为 了最大限度地减小三 号线车站的埋 深 , 本方案设计将节点部分三号线的顶板从 一号线车站底板下紧贴底 面通过 , 把一号线 车站主体及底板视 为 “盖板”, 节点部分三 号 线结构采用三跨矩形框架结构 , 来用盖挖法 施工 。 只号线下穿车站拟采用 的多方案结构形 式及与一号线之 间的剖面关系见表 。 表 节点结构计算 计算模型与计算工况 模拟计算采用弹塑性三维有限元 的地层 与结构共 同作用模式 , 其结构计算模型尺 寸 为沿 一 号线纵 向长为 , 沿三号线纵向 长为从地表到计算的下部边界为 , 总共划分有巧万个有限单元 。 根据地铁三号 线穿越 既有一号线体育西路车站处节点施工 的工序 , 对节点部分结构做 了以下个工况 的仿真计算 工况节点段三号线暗挖隧道在 施工期间 , 按施步骤分步开挖完上体 、 架设 临时横撑和竖撑 、 施作隧道初期支护 、 施作二 衬 、 拆除临时支撑对一号线车站结构影响 。 工况节点段三号线暗挖隧道施 工完成后 , 在使用期间一 、 三号线车站结构 受力及变形情况 。 计算结果 通过对体 育西路站一 、 三号线车站节点 处理的三个方案的计算 , 得到主体结构的变 形和主要 内力值 。 主要的计算 内容有各种 工况下地表的沉降量 、 一号线主体结构顶 、 底板 的变形与内力 。 结果分别见下表 地 面 沉 降表 泛泛工况 况方案一一方案 一二 二 方案三三 顶板 变形表 不况 况方案一一方案二二方案三三 东舰澎 了 俪龄蔽 石 , 偏偏 材 顶梁内力表 工况 方案一一方案二二方案三三 一一一 一 名 底板变形表 工工况况方案方案二二方案三三 底梁内力表 工工况 况方案一一方案 二二 方案三三 一 一 礴 一 一一 只方案的总体分析比较 从计算结果来看在三号线节点施 和使用阶段 , 当采用方案一时 , 对一号线 结构的影响最小变形和内力均最小 。 从施 工法和结构形式方面 由于 方案一与一号线结构底板之 间存 在一定厚度 的夹上体 , 因此 , 施前 , 可对方案 一 、 二可 对夹上体进行长管棚注浆加 固 , 进而减小施工 爆破对一号线结构的的振动影响同时 , 也可减小 一 号线运营时列车 的制动对三号线 施工的影响 。 另外 , 由于方案一采用 了拱形结 构 , 结构刚度较大 , 对受力和变形有利 , 且易 于保证三号线结构全包防水的施作 。 通过上述分析 , 当采用 方案一的结构形 式和施方案时 , 无论从结构受力 、 结构变 形还是对 一 号线结构的影响等方面均有一定 的优势 , 故采用方案一 。 下穿节点施工方案 施工方法与施工步象 三号线下穿一号线的车站结构采用暗挖 施 一。 由于初支 开挖面距离上部 一号线车站 底板最近仅为地层为一硬塑粘上 层 , 在施工中必须确保一号线的运营不能中 断 , 这就对本次暗挖施工提出了很高的要求 , 也是本次暗挖施工的最大特点 。 经充分研究 , 暗挖隧道采用三连拱结构 , 长度米 。 在施工步骤上 , 主要采用先施工两个边 导坑边墙 , 然后施工中导坑中墙 , 最 后开挖和施工隧道中心部分的施工方案 。 具 体施工时 , 暗挖隧道共分个导坑进行开挖 及支护施工 , 每个导坑采用短台阶法开挖 , 每个开挖步距控制在范围开挖 后及时进行支护 、 封 闭成环 , 使其与围岩共 同形成联合支护体系 , 有效抑制围岩过大变 形 。 同时 , 为了最大限度地减小隧道施工对 一号线结构的影响 , 隧道的两个 中导坑和边 导坑应错开施工开挖隧道核心部分时 , 二 衬应及时跟进 、 封闭成环 , 由于设有 中间临 时支撑 , 每次拆除临时支撑和施作二衬的长 度应控制在米 以内 。 主要的施工步骤简要概括如下 首先对一号线底板下的上体进行加 固 , 加 固地层土要为层 。 注浆方法 便 用地质钻机钻平眼 , 注浆孔为水平孔 , 装入 袖 阀管 , 孔距米 , 梅花形布置 , 注纯水 泥浆 , 水灰比为 , 水泥掺入量为 注浆形式以裂隙注浆为主 , 渗透注浆为辅 。 对应三号线暗挖隧道 中导洞和间隔 的边导洞对称掏槽开挖反压土体 , 分块破除 一号线围护桩然后在一 、 三号线夹层之 间 的约厚的土体范围内 , 进行超前 ,注 浆长管棚施工 , 施工长度为米 。 采用 台阶法 , 施工超前注浆 小导管进行支护 , 从东西两侧对称开挖暗挖 隧道的东侧边洞和西侧 中洞 , 并浇注对应的 边墙和中隔墙二衬 。 继续开挖剩余中导洞和边导洞 , 施 工中隔墙和边墙 。 开挖三 号线暗挖结构两边跨核心部 分上体 。 开挖三号线暗挖结构中间跨核心部 分上体 。 下穿节点施工保护措施 本段隧道所处地层为级 围岩 , 上 软下硬 , 每个导坑 的上台阶均应采用人工开 挖 , 下台阶也应尽量采用人工开挖 。 施工中 尽量减少对 围岩 的扰动 , 尽量采用人工开挖 , 当不得不爆破开挖 时 , 应采用光面 、 预裂 、 微振爆破等控制爆破技术 , 采取短进尺 , 弱 爆破施工 , 必要时采取静态爆破技术 。 严格控制开挖循环进尺 , 每循环进 尺为一严格控制 台阶长度 。 开挖 后视掌子面稳定情况 , 必要时采用喷射硅封 闭掌子面 , 并在拱脚设纵 向联接槽钢 , 必要 时安设锁脚注浆锚管加固 , 以控制下沉 。 开挖后应及时进行初期支护或临时 支护 , 工序紧扣 、 衔接 , 尽早施作抑拱 , 尽 早封 闭成环 。 掌子面稳定性差 时 , 应随时喷 射硅封闭工作面 , 必要时需对掌子面进行超 前注浆预加 固特别是强风化地层及其 以上地层 。 隧道二衬浇注特别是拱顶部分 时 , 应安排在夜间一号线列车停运期间 进行施作 。 施