北京地铁九线地铁车站西三环至三环段地表沉降分析

北京地铁九线地铁车站西三环至三环段地表沉降分析

北京地铁9号线全长16.5公里，全为地下线，有14座车站和1个车辆段。六里桥站—太平桥站区间起于六里桥站,出站后向东敷设,线路穿越西三环主辅路及六里桥两匝道基础,然后逐渐转入广安路进入位于莲花池客运站东侧的太平桥车站。竖井设置在线路中间,紧邻西三环主路、六里桥匝道桥,向西开挖下穿西三环主路。该段土层以砂卵石为主,土体无胶结自稳性差,潜水静止稳定水位标高位于结构底拱以下。隧道正线下穿西三环主路段,最大埋深约为12m,最小埋深10.8m。隧道正线下穿西三环主辅路为管线密集区,其中包括D1550中水顶管、4.6m×2.0m雨水方沟、1.8m×1.8m上水方沟、D600高压燃气等。三环主路为北京市主干道,车流量大,路面施工监测难度大。隧道断面尺寸6.2m×6.5m。一、小导管拱顶超压注浆式支护方案由于工程位置极为重要,施工中必须确保地表沉降量小于设计值。考虑到浅埋暗挖和地层软弱,几乎没有自稳能力的特点,因此我们根据地层变化情况,采取不同的施工方法,穿越三环主路以深孔、前进式劈裂注浆加固上台阶掌子面土体为主,小导管拱顶超前注浆来稳定上部土体为辅。1.开挖及初期支护(1)开挖进度严格控制循环进尺,长度0.5m,不允许超过0.55m,以防局部坍塌。控制台阶的开挖长度,应充分利用地层纵向承载拱作用,单线<1.5倍洞径,双线、渡线<1倍洞径,上下台阶开挖后要及时封闭,开挖一环,封闭一环。上下台阶土体开挖间隔进行。(2)坚持先加固后开挖,重视施工量测,以量测资料进行反馈指导施工。(3)尽快进行开挖后的支护工序,用较强的初期支护手段,在围岩变形稳定后,再进行后期浇筑衬砌。(4)初期支护采取先排管、后注浆、再开挖,注浆一段、开挖一段、支护一段、封闭一段,也就是“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的十八字施工原则。(5)尽量减少对开挖土体的扰动。初期支护完毕及时在土体发生松动变形前通过回填注浆回填初支背后空隙,减小地表沉降。2.网构拱架的铺设、开挖(1)单线断面采用正台阶开挖法施工,开挖顺序见图1。拱项I部开挖高度2.2m,同时将网构拱架接至起拱线处,并在该处安装长2m的锁脚锚管,呈450。角向地层外下方打入,进行管内注浆,加强拱脚与围岩的联系,以防止落底时发生掉拱事故,并留核心,挂网喷混凝土,这样施工的优点是既便于操作,又减少了围岩受扰动的范围,一旦发生坍塌,也容易进行处理。此外,还便于网构拱架快速架上,使其能在较短时间内将顶部支护完毕,从而创造一个安全的洞内施工环境。Ⅱ部开挖是在距I部约3.5m~5m处进行,拱圈两侧成品字形开挖。Ⅲ部开挖包括两侧边墙,仰拱及中部核心的全部开挖,要快速开挖、快速支护、快速封闭成环。3.隧道注浆加固方案根据砂卵石含量不同,采用长管深孔劈裂注浆为主,小导管超前注浆为辅的两种不同预注浆形式。砂卵石含量大的地段由于小导管打入引起较大的震动,采用长管劈裂注浆的加固形式。(1)小导管超前预注浆:采用直径25mm、长2.4m的小导管,导管沿上半段在开挖轮廓线外侧布设,排管间距0.3m,仰角5°~10°。浆材选用水泥—水玻璃双液浆,水灰比为0.8∶1,水玻璃浓度为35Be~40Be。水泥浆与水玻璃体积比为l∶0.6~1∶1,凝胶时间一分钟左右。七天注浆后的胶结强度可达3Mpa左右,隧道轮廓外形成0.6m~I.2m厚硬壳。这就大大地改善了喷射混凝土的怍业,也降低了喷射混凝土时的回弹,使初期支护时间从3h~4h缩短到1h~2h。(2)长管深孔前进式劈裂预注浆:由于小导管注浆加固范围有限,三环主路开挖时易受上部地面车辆动载影响,引起较大的沉陷。因此我们在三环主路段采用了长管深孔劈裂预注浆法施工,该工程地层属砂卵石地层,砂卵石含量较多,注浆时渗透性受到一定影响,可注性差,经过室内、室外注浆试验确定采用高压劈裂注浆。原理是高压将浆液强行挤压进地层,压密孔洞周围土体,使土层劈裂即土体内突然产生网状裂缝,吃浆量突然增加,使浆液填充并凝结于裂缝中达到挤压加固土体的目的。根据地层条件、施工条件、理论计算和现场试验,确定注浆压力控制在1.0MPa~1.5MPa。首先压力定在1.0MPa,如果注浆顺利且无地表隆起现象,则可适当调高注浆压力,否则应降低注浆压力。当注浆量达到设计注浆量的80%以上时可逐步降低压力,注浆终了压力应控制在1.0MP。钻孔间距500mm×500mm,钻孔为上台阶面积13.2m2开挖范围。钻孔深度l5m,钻孔数量56个,施工程序以隔孔钻注为原则,浆材也采用两液材料,水玻璃模数2.4~3.5,浓度40Be。深孔劈裂预注浆法不仅可以较传统的注浆法节约浆材70%左右,且能控制地表下沉。4.洞体两侧土体位移监测分析三环主路段因车流量大,根据实际情况在三环主路边及辅路埋设监测点,地表监测断面为20m,洞内监测断面加密为3m,包括一组净空收敛观测点和一个拱顶沉降点。洞内沉降观测点与地表监测点设在同一断面,洞内发生变化时可以体现在地表沉降上。为了掌握较全面的数据,在三环主路中间隔离带钻孔安装了多点位移计,对洞体两侧土体位移情况及时进行了监测,通过对大量地面量测点的数据整理分析,我们对地表下沉得出以下规律:隧道开挖前地表开始下沉,且向上隆起的最大值为1mm~2mm,在开挖面前方1倍洞径处地面上拱,变形量达2mm,这表明地层具有较好的整体弹性特征。当在开挖面前0.5倍洞径时,地表下沉速率明显增大,平均为0.2mm/day,占总沉陷量的7%。当上台阶开挖面通过测点时,沉陷呈急剧变化速率为1.63mm/day~1.69mm/day,累计沉陷量为5mm,占总沉陷量62%。当下台阶通过并及时封闭仰拱后,沉陷速率随即降到0.48mm/day,下沉量2mm,占总沉陷量25%左右。当下台阶开挖超过测点2.0倍洞径时,沉降趋于基本稳定,沉陷量占总沉陷量6%。(2)垂直隧道轴线的水平位移量测随深度的变化曲线见图2。水平位移一般指向隧道内侧,上台阶开挖时地表以下4.5m处位移最大,下台阶开挖后最大水平位移点出现在墙中附近,这说明水平侧压力随开挖断面的不断扩大而增大,最后趋于一个常数。二、一些体验的经验1.减少地表沉降措施常规施工工艺超前支护手段难以在砂卵石地层中实施,浅埋暗挖法“管超前,严注浆”的超前加固理念在砂卵石地层中应用受到一定的限制,应用长管深孔劈裂在上台阶开挖范围内注浆,可减少对开挖面外土体的扰动。同时,利用较大的压力使开挖轮廓线外土体达到加固的目的。通过下穿西三环主路得到的监测结果证明,这种长管深孔劈裂注浆施工工艺是控制地表沉降的有效措施。上台阶开挖时产生的地表沉降达到总沉降量的70%左右,只在上台阶范围深孔劈裂注浆即达到了控制地表沉降的目的,同时减少了钻孔的数量。2缩短初支背后注浆断面与上台阶的距离。经过多次现场实验,注浆断面与上台阶距离保持在3m~5m左右进行第一次无压注浆,达到8m~10m左右进行第二次带压注浆,及时回填了初支喷射混凝土与土体间空隙,从而有效地减少了地表沉降。暗挖穿越西三环主路后,西三环主路累计沉降量为8mm。保证初支背后注浆的及时性是减少地表沉降关键措施。3.选择合理的开挖方式。浅埋暗挖法施工根据断面大小不同通常选择的开挖方法有上下台阶法、中洞法、CRD法、CD法、双侧壁导洞法等。中洞法、CRD法、CD法、双侧壁导洞法等工法由于节点增多,尽管每个导洞小范围沉降减少,但后期中隔壁、临时仰拱拆除后导致地表二次沉降,另外将开挖断面缩小将增加施工的难度,使土方开挖、支护时间延长,不能达到快速封闭原则,反而加大了地表沉降量,标准断面开挖首选上下台阶法。三、地表沉降控制工艺浅埋暗挖法施工工艺由于成本低、工艺成熟、灵活性强、适合于多种断面等特性,在城市地