北京地鐵淺埋暗挖雙層風(fēng)道設(shè)計(jì)

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摘 要：結(jié)合工程實(shí)例，介紹了雙層風(fēng)道的設(shè)計(jì)及施工方法，建立荷載—結(jié)構(gòu)模型，使用SAP84程序軟件取代框架進(jìn)行平面計(jì)算，提出了設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的關(guān)鍵點(diǎn)，并利用監(jiān)控量測(cè)獲得信息指導(dǎo)施工，及時(shí)采取相應(yīng)措施，確保施工安全。

　　關(guān)鍵詞：地鐵；荷載；結(jié)構(gòu)自重；支護(hù)結(jié)構(gòu)

　　1、工程概況

　　北京地鐵四號(hào)線(xiàn)新街口站東南風(fēng)道位于登禹路和西直門(mén)內(nèi)大街交口，地面交通路況繁忙。地下市政管線(xiàn)眾多，有污水、上水、市政管線(xiàn)等，因此風(fēng)道采用礦山法施工，設(shè)計(jì)為雙層拱頂直墻結(jié)構(gòu)。風(fēng)道埋深最深處約6m.風(fēng)道結(jié)構(gòu)底板穿過(guò)粉土⑥-2層，屬于Ⅵ級(jí)圍巖；結(jié)構(gòu)頂板穿過(guò)的巖土層為粉細(xì)砂③-3層、粉質(zhì)粘土④層、粉土③層，屬Ⅴ級(jí)圍巖，易發(fā)生坍落現(xiàn)象，穩(wěn)定性低，無(wú)法形成自然應(yīng)力拱。風(fēng)道結(jié)構(gòu)邊墻穿過(guò)的巖土層為粉質(zhì)粘土⑥層、卵石圓礫⑤層、中粗砂④-4層、粉細(xì)砂④-3層、粉質(zhì)粉土③-2層，邊墻下部以砂土和碎石土為主，圍巖土體的自穩(wěn)能力差，易發(fā)生坍塌現(xiàn)象。

　　2、施工方法

　　風(fēng)道采用交叉中隔壁法（CRD法），分4層8個(gè)小導(dǎo)洞施工，施工時(shí)嚴(yán)格按照“管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的基本原則。

　　1）施作拱部超前支護(hù)，在豎井進(jìn)風(fēng)道處和車(chē)站進(jìn)風(fēng)道處各施作一排大管棚護(hù)頂以及施作小導(dǎo)管超前支護(hù)并注漿加固地層。

　　2）分布開(kāi)挖導(dǎo)洞土體，封閉導(dǎo)洞初期支護(hù)，上下臺(tái)階步長(zhǎng)5m，上導(dǎo)坑掌子面應(yīng)及時(shí)封閉。

　　3）拆除部分底部豎向臨時(shí)支護(hù)（一次拆除長(zhǎng)度小于6m），施作防水層，部分底板。

　　4）逐步拆除部分臨時(shí)仰拱和臨時(shí)支護(hù)（一次拆除長(zhǎng)度小于6m），及時(shí)施做防水層及二襯。

　　5）最終拆除臨時(shí)仰拱和豎向支撐，及時(shí)封閉防水層和二襯。

　　3、初期支護(hù)參數(shù)

　　初支采用C20早強(qiáng)噴射混凝土，小導(dǎo)管？42（3根/m）L=3.0m，打設(shè)角度10°-15°，縱向步距1.0m一環(huán)，鋼格柵由4根25鋼筋焊接而成，每榀格柵間距500mm，鋼筋網(wǎng)為6@150mm×150mm，雙層布置，格柵間布置22縱向拉結(jié)筋，環(huán)向間距0.7m沿主筋內(nèi)外側(cè)交錯(cuò)布置。

　　4、結(jié)構(gòu)計(jì)算

　　4.1 荷載組合

　　1） 基本組合構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算；

　　2）短期效應(yīng)組合構(gòu)件抗裂計(jì)算；

　　3）抗震偶然組合構(gòu)件強(qiáng)度；

　　4）人防偶然組合構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算。

　　經(jīng)過(guò)試算，地震荷載和人防荷載作用下的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)力對(duì)結(jié)構(gòu)斷面配筋不起控制作用。這樣地震與人防設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是采取滿(mǎn)足規(guī)范要求的一些構(gòu)造措施。

　　4.2 主要荷載取值

　　1）結(jié)構(gòu)自重，鋼筋混凝土重度γ=25kN/m³.

　　2）地層豎向壓力：本隧道覆土厚度為6m，為淺埋暗挖隧道，因此按計(jì)算截面以上全部土柱重量考慮；地層水平壓力：采用朗肯土壓力理論，施工階段外側(cè)取主動(dòng)土壓力，使用階段取靜止土壓力。

　　3）活載：地面超載20kPa.

　　4）偶然荷載：8度地震荷載，5級(jí)人防荷載。

　　結(jié)構(gòu)計(jì)算采用荷載—結(jié)構(gòu)模型，使用SAP84程序軟件取代框架進(jìn)行平面計(jì)算。按初期支護(hù)與二次襯砌共同承載計(jì)算二次襯砌內(nèi)力，由于初支不考慮防水，因此由二次襯砌承受全部水壓力，而土壓力則作用在初支上，考慮到在長(zhǎng)期作用下，初期支護(hù)材料性能會(huì)逐漸退化，剛度會(huì)下降，二次襯砌承擔(dān)荷載70%，經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)：底部墻腳外側(cè)、底板跨中內(nèi)側(cè)、拱背外側(cè)及拱頂內(nèi)側(cè)為最不利控制點(diǎn)，通過(guò)對(duì)該部分控制點(diǎn)進(jìn)行配筋計(jì)算，可以確定二次襯砌結(jié)構(gòu)斷面所需的鋼筋數(shù)量。

　　5、主要技術(shù)措施

　　施工方法只是根據(jù)斷面形式、圍巖級(jí)別、環(huán)境條件等關(guān)鍵因素確定，對(duì)于既有的結(jié)構(gòu)跨度，基本工法選擇是比較成熟的。但是決定著工程成敗和施工技術(shù)質(zhì)量高低的主要因素在于輔助工法的采用，以及各項(xiàng)控制地層變位措施的實(shí)施時(shí)機(jī)。本工程在設(shè)計(jì)中主要考慮以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

　　1）小導(dǎo)管注漿。小導(dǎo)管一般采用F42的鋼花管，長(zhǎng)度3m，其注漿加固體直徑500mm左右，超前加固注漿，是行之有效地保證地層自穩(wěn)的方法之一。根據(jù)地層性質(zhì)，采用不同的漿液。對(duì)于小導(dǎo)洞開(kāi)挖跨度不超過(guò)6m的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，加固圈半徑0.5m可以保證在初期支護(hù)完全達(dá)到承載力以前圍巖的自穩(wěn)。控制注漿壓力或者控制注漿量為注漿技術(shù)重點(diǎn)。

　　2）鎖腳錨桿。根據(jù)開(kāi)挖跨度的大小，設(shè)置3m左右長(zhǎng)度的鎖腳錨桿并注漿，可以有效地保證支護(hù)結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生過(guò)度的整體下沉，特別是采用上下導(dǎo)洞施工的結(jié)構(gòu)尤為重要。當(dāng)上導(dǎo)洞施工時(shí)，不致使下導(dǎo)洞臨空。

　　3）背后回填注漿。設(shè)計(jì)中考慮初支背后的空隙存在，對(duì)于控制地層變位是不利的。因此必須及時(shí)有效地進(jìn)行回填。一般工序要求距離掌子面3m時(shí)，必須進(jìn)行初支背后回填注漿，漿液為水泥砂漿。

　　4）臺(tái)階長(zhǎng)度。每循環(huán)開(kāi)挖長(zhǎng)度為0.5m，與鋼格柵間距相適應(yīng)，并且留核心土，臺(tái)階長(zhǎng)度不合適，可能造成地層變位過(guò)大，甚至地層失穩(wěn)。設(shè)計(jì)中提出了上下導(dǎo)洞間開(kāi)挖面距離為5m的要求。

　　5）一次拆除長(zhǎng)度。對(duì)于采用CRD工法施工的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，一次拆除長(zhǎng)度，又是一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)。為了不致出現(xiàn)因改變結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)而引起地層變位，理論及實(shí)踐證明，一次拆除段長(zhǎng)度必須小于1D（D為隧洞的直徑），本設(shè)計(jì)采用較為穩(wěn)妥數(shù)值，每次拆除6m.

　　6、監(jiān)控量測(cè)

　　利用監(jiān)控量測(cè)獲得的信息指導(dǎo)施工，這是淺埋暗挖法施工中必不可少的一個(gè)組成部分。通過(guò)監(jiān)測(cè)對(duì)地層的穩(wěn)定性和支護(hù)系統(tǒng)的可靠性做出判斷，及時(shí)采取相應(yīng)措施，以確保施工的安全本工程將地表位移、拱頂下沉、隧道周邊收斂等量測(cè)項(xiàng)目定為監(jiān)控量測(cè)的必測(cè)項(xiàng)目，將土壓力、土體位移、支護(hù)應(yīng)力等作為選測(cè)項(xiàng)目。當(dāng)水平收斂變化率小于0.12mm/d，拱頂下沉變化率小于0.1mm/d，而且所測(cè)的位移值大于預(yù)計(jì)總位移值的80%時(shí)，可以認(rèn)為隧道已達(dá)到基本穩(wěn)定。

　　7、結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)對(duì)北京地鐵新街口站東南風(fēng)道設(shè)計(jì)，主要得到以下一些經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)：

　　1）由于風(fēng)道結(jié)構(gòu)施工對(duì)周邊圍巖存在著多次擾動(dòng)，特別是在中隔墻頂部存在著受力復(fù)雜的塑性區(qū)，因此，在設(shè)計(jì)、施工時(shí)應(yīng)特別重視中隔墻的受力平衡及其穩(wěn)定。

　　2）采用CRD工法進(jìn)行淺埋大跨結(jié)構(gòu)的暗挖施工時(shí)，頂部分塊的大小將最終影響地面下沉量。實(shí)踐證明，頂部施工所引起的地面下沉值占最終地面總下沉量的60%-70%.因此，進(jìn)行施工方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)以快速掘進(jìn)、快速封閉為原則。

　　3）在施工二次襯砌時(shí)，應(yīng)分段拆除臨時(shí)支護(hù)，一次不宜超過(guò)6m，拆除過(guò)多會(huì)產(chǎn)生較大沉降變形。

　　4）每段格柵鋼架長(zhǎng)度一般宜控制在2m-4m，過(guò)長(zhǎng)過(guò)重運(yùn)輸即造成安裝困難，過(guò)短將導(dǎo)致鋼架節(jié)點(diǎn)多且浪費(fèi)大。