下穿既有地铁13号线折线顶升调整方案

下穿既有地铁13号线折线顶升调整方案

北京地铁东门站下穿13号线的复合线路。地下段的结构开挖可能会导致13号线的解体和变形，从而影响结构和线路的安全。为确保13号线结构及线路安全,依据《东直门站下穿结构施工图设计》及《机场线东直门站穿越地铁13号线折返线设计、施工及监测方案专家评审会专家意见》等要求,在下穿段开挖施工过程中,分3阶段进行顶升调整,及时消除既有结构的沉降变形、确保既有线行车安全。实际施工时采取液压同步控制顶升技术,在下穿段施工的各个阶段,根据上部结构与下穿段开挖的对应关系和由此而可能造成的结构沉降变形情况,结合现场轨道标高变化测量数据布置千斤顶位置,以变化量作为液压同步控制千斤顶分级、分区的参数,当变形发生时,系统将根据压力、位移指令,按照不同的沉降变形量进行顶升调整,将上部结构恢复原状。1折返线下穿段结构顶设顶升调整下穿段结构总长为34.06m,宽13.1m,分8步工序施工:(1)开挖南北两侧的1号小导洞;(2)在导洞内施作灌注桩和L形托梁;(3)开挖2号导洞、导洞内施作条形基础梁和型钢支撑;(4)对称开挖3号导洞,当13号线发生沉降时,在1,2号导洞内布置千斤顶顶升调整13号线标高;(5)分段拆除导洞中隔墙、施作结构顶板,待结构顶板达到设计强度后,在顶板上加垫竖撑,顶住导洞初支,必要时在顶板上加设千斤顶对折返线结构进行第2次顶升调整;(6)向下开挖土体,随挖随加设锚索和钢支撑,桩间施作注浆锚杆,同时进行网喷支护;(7)施作底板、侧墙待结构强度达到设计强度要求后,根据沉降数据对13号线折返段结构进行第3次顶升调整,使折返线结构恢复原状;(8)折返线底板与下穿段结构顶板间灌注C20混凝土,同时进行压浆回填密实。13号线折返线隧道从车站主体向南引出,在东直门外大街道路下为暗挖单层双联拱断面,13号线东直门车站主体和暗挖隧道之间为明挖单层单跨箱形结构。折返线明挖段长14m,宽12.3m,高7.75m,底板厚1m,顶板厚0.85m,侧墙厚0.9m,顶板覆土8.8m;折返线暗挖段宽12.05m,高7.52m,初支、二衬厚均为0.3m。明挖隧道结构与车站主体和暗挖隧道连接处各设变形缝。13号线与其下穿段结构斜交,在下穿段宽度13.1m范围内斜交长度为19.9m;其中涉及到折返线明挖段长度17.5m,暗挖段约8m(见图1)。2顶配置缺乏同步性1)调整精度要求高本次顶升调整要求上部13号线折返线结构不均匀沉降量不得超过4mm,且顶升调整面积大,千斤顶配置数量较多,对顶升的同步性要求很高。2)上部荷载难以精确计算上部13号线折返线结构影响段开挖后,其荷载会受附近未开挖土体自重的影响而难以计算确认,增加千斤顶顶力控制难度。3)施工场地空间狭小顶升调整千斤顶均布置在导洞内,导洞的断面尺寸很小,且分布在开挖基坑侧壁上,给设备的吊运、安装以及施工人员的操作带来诸多困难。3主升调整方案3.1顶升组合顶升布置经计算研究,并经调整,最后确定千斤顶布置方式如图2所示。1)第1次顶升选择200t千斤顶,暗挖段南侧1号导洞内设8台,单台顶力1310kN,安全系数1.527;明挖段北侧1号导洞内设6台,单台顶力1380kN,安全系数1.45;2号导洞内为14台,单台顶力约820kN。1号导洞内的千斤顶均沿L形托梁顶部布置,2号导洞内千斤顶沿型钢支撑两侧布置。2)第2,3次顶升选择200t千斤顶,暗挖段设8台,单台顶力1310kN,安全系数1.527;明挖段为16台,单台顶力约1235kN,安全系数1.62。暗挖段千斤顶沿L形托梁顶部和暗挖结构中隔墙、侧墙布置,明挖段千斤顶沿明挖段折返线结构侧墙两侧布置。3.21地下地铁安全运营监测采用远程自动监测系统,对既有13号线折返线的结构和轨道变形进行24h实时监控量测,实时掌握新建线路穿越施工过程中既有线隧道结构形状和道床、轨道状况的改变,提供及时可靠的数据和信息,评定地铁施工对既有线结构和轨道的影响,为及时判断既有线结构安全和运营安全状况提供依据,对可能发生的事故提供及时、准确的预报,使有关各方有时间做出反应,避免恶性事故的发生,确保既有线安全运营。4plc液压同步控制顶升系统针对结构特点和沉降移位可能存在不同步的情况,经仔细研究后,决定采用PLC液压同步控制顶升技术对结构可能出现的沉降移位进行调整。PLC液压同步控制顶升技术是一种力和位移综合控制的移位方法,这种方法建立在力和位移双闭环的控制基础上。由高压液压千斤顶精确按照构造物的实际荷重平稳顶升,合构造物附加应力下降至最低,同时液压千斤顶根据分布位置分成组,与构造物各控制点的位移传感器组成位置闭环,以便控制构造物的位移和姿态,同步精度为±2.0mm。4.1第1阶段顶升调整设备进场→顶升设备安装→顶升设备调试→根据监测系统指令进行第1阶段顶升调整,并及时压浆处理→开挖并施工下穿结构→类似进行下一阶段顶升调整→……→顶升调整完成。4.2液压千斤顶及临时支撑系统1)PLC中心控制室及其子站放置在折返线结构上部平台上(见图3a)。2)液压千斤顶及配套液压泵站与中心控制室间通过连线、信号放大器连接。3)液压千斤顶通过螺栓连接倒置于洞室顶部,其下可随时安装、拆除临时支撑结构,保证洞室内结构施工的正常进行。4)液压千斤顶及其临时支撑系统按照从里至外的顺序安装,以便组织施工(见图3b)。根据3个顶升调整阶段的液压千斤顶用量情况及方案设计情况,本次PLC液压同步控制系统配置1台PLC液压控制总站、2台控制子站、30台200t液压千斤顶(2台备用)。4.3同时，大型现代化网络系统与反向线监测系统相配合液压同步控制系统在折返线结构监控系统的指导下进行工作,当其对折返线结构进行顶升调整时,其顶升量以上部折返线结构的监测值为控制标准。4.4顶升实施指令本工程为阶段性调整,顶升施工是在接到根据监测系统得到的顶升实施指令后,组织人员进入现场实施顶升。每次顶升完成后,应及时压浆处理,压浆完成后,适时解除顶升状态,将结构受力转换至初支结构。4.5混凝土预制块的制作在折返线结构底部设置千斤顶的部位,对其底部进行清凿、找平后,安装提前预制好的倒锥体钢筋混凝土预制块,其上部尺寸500mm×350mm×300mm,混凝土预制块与初支喷射混凝土间采用橡胶条连接密封,以便压浆处理顶升后折返线结构与初支间的缝隙。在混凝土预制块与千斤顶间垫设350mm×350mm×35mm钢板。预制块按各阶段设计顶升点位设置。4.6逐步升级和调整工程4.6.1液压同步控制系统在1,2号导洞开挖完成,3号导洞开挖阶段进行第1次顶升调整。在1,2号导洞内,按照设计计算要求的控制点,预先布置相应吨位的液压同步控制千斤顶及其同步控制系统,按设计要求设定安全临界许可值。随着3号导洞的开挖,监测系统及时测量上部折返线结构的各项指标,当沉降变形量达到安全许可值时,及时进行顶升调整,恢复上部折返线结构,确保线路、结构安全(见图4)。4.6.2折返线调整方式在下穿段子结构开挖施工第4~5步转换过程中,结构顶板从内至外约每6m为一段施工。当在此6m范围内进行施工时,顶板结构混凝土未达到设计强度前,一旦折返线结构发生沉降需要调整,该段内的液压千斤顶如不采取措施,将无法对折返线结构进行调整,必将影响折返线结构的正常运行。为确保此段时间内结构安全,在顶板施工前,在千斤顶对应位置预埋钢结构支撑架,当折返线结构需要调整时,液压千斤顶可以通过钢结构支撑架传力,与其它液压千斤顶共同作用对折返线结构进行调整。下穿段顶板每一分段施工完成、混凝土强度达到设计强度后,及时将液压千斤顶调整至第5步千斤顶位置,顺利完成液压千斤顶的工序转换,确保折返线结构的安全。4.6.3折返线侧墙内千斤顶的布置下穿段第5,7步施工时,对上部结构标高进行顶升调整。按照设计要求,在折返线明挖段内,千斤顶沿折返线侧墙部位均匀布置,间距1~2m;在折返线暗挖段内,千斤顶布置在南侧托梁牛腿和折返线暗挖双联拱结构中墙部位及侧墙处。此外根据施工中的监测情况,适时调整了千斤顶的数量和布置。5plc液压同步控制顶升技术本工程3个阶段的顶升调整施工均按照监测系统的指令进行了有效的控制顶升,在监测系统的严密监控下,对