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地铁浅埋暗挖群洞施工中受力转换技术的探讨
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内容提示： 浅埋暗挖群洞施工法中的受力转换工序是浅埋暗挖群洞施工法关系工程安全、质量的重要环节。结合工程实例,对施工中的受力转换进行分析,采取措施增加结构的整体性,既保证了施工安全,又科学地加快了施工进度。
摘 要 浅埋暗挖群洞施工法中的受力转换工序是浅埋暗挖群洞施工法关系工程安全、质量的重要环节。结合工程实例,对施工中的受力转换进行分析,采取措施增加结构的整体性,既保证了施工安全,又科学地加快了施工进度。（参考《建筑中文网》）
关键词 城市铁路 导洞 中隔墙 受力转换
1 工程概况
北京快速轨道交通城市铁路东直门车站地下方厅工程,位于北京东直门桥东南侧,结构长36. 8 m , 宽25. 8 m , 高7. 7 m(最高为8. 4 m) ,为矩形框架结构,覆土10～11 m 。结构上方有污水、自来水、电力、电信等诸多管线,管线距结构顶最近距离为2. 5 m 。地下方厅开挖土质为粉质粘土、粘质粉土、粉细砂、中粗砂层,方厅顶部填土层结构松散,土体自稳能力较差。地下方厅为初期支护、ECB 防水板、二次衬砌复合式衬砌结构。初期支护共分22 个导洞,分上下两层(即上层11 个导洞,下层11 个导洞),施工阶段导洞间设中隔板, 群洞间设中隔墙。二衬时,先施作二衬底梁、柱、顶梁, 然后将两梁之间的中隔板(墙) 破除,施作两梁间顶板, 逐渐扩大为整个方厅,形成整个方厅的永久结构。
2 地下方厅浅埋暗挖群洞法施工中的受力转换分析
该车站地下方厅施工顺序(图1) 为: 由换乘通道进入1 号导洞,1 号导洞施作临时梁柱,临时梁柱强度达100 % 后,破除马头门施作2 号导洞初衬,2 号导洞施作临时梁柱,开马头门进入3 号、4 号导洞初衬施工。3 号、4 号导洞施工为先跳格施作3 号导洞,3 号导洞进尺5 m 后施作4 号导洞。二衬梁柱施作完成,3 m 跳格破除中隔墙(板) 将3 号、4 号导洞间的顶板、底板一段段连接起来形成整个方厅结构。初衬时土压力等外力由初期支护承载,施作二衬结构土压力等外力由初衬同二衬共同承载。因此,如何将土压力由初衬结构,中隔墙(板) 受力转换到由初期支护与二衬结构共同受力是地下方厅成功实现受力转换的关键工序。
图1 地下方厅平面
由导洞的荷载结构模型内力图可知:施作初衬时, 导洞顶板(即两中隔墙间初衬顶板) 最大弯矩为194. 26 kN·m。破除中隔墙(板),施作二衬梁柱,结构受力转换到二衬梁柱上,由于二衬梁柱间距大于中隔墙间间距,二衬顶板最大弯矩为246. 5 kN·m , 导洞顶板(即二衬两梁间初衬顶板) 承载力转小为122. 34 kN·m。针对地下方厅受力转换分析,东直门车站地下方厅群洞施工过程中采取了各种有效的措施,保证了地下方厅的顺利竣工。
3 在各导洞支护间加强连接措施,提高结构的整体性
3. 1 设置加强环,增加结构的整体性
原设计1 号、2 号、3 号、4 号导洞顶部高程相同, 由1 号导洞进入2 号导洞,2 号导洞进入3 号、4 号导洞,开马头门侧导洞壁需全部破除。并且,由于格栅架设方向不同,开设马头门无法施作加强环,各导洞间无法连接为一个整体。经变更将1 号导洞顶板加高80 cm ,2 号导洞顶板加高40 cm ,3 号、4 号导洞顶板高度不变,破除马头门时施作加强环。加强环做法为:分段破除初衬轮廓,留置钢格栅,将4 根<32 钢筋从钢格栅穿过并锚固在一起,喷射混凝土进行封闭,依次破除初衬另一段轮廓直到整个马头门轮廓完成,再破除中心混凝土并截断相应钢筋,加强环做法见图2 。通过马头门加强环的施作,将1 号导洞与2 号导洞、2 号导洞与3 号、4 号导洞连为一体,各个导洞变为一个受力整体。从图示可以看出变更后的3 号、4 号导洞格栅从2 号导洞开始架设,3 号、4 号导洞通过锚筋与2 号导洞联结为一个整体。变更前的3 号、4 号导洞与2 号导洞顶部高程相同,格栅如果不是从2 号导洞开始架设, 结构的整体性将会被大大减弱。
图2 加强环做法示意(单位:mm)
3. 2 加强3 号、4 号导洞的初衬连接措施(图3)
施作3 号导洞的顶板、中隔板、底板,向4 号导洞甩出不小于10 d 的钢筋头(实际操作中<28 钢筋甩头38 cm) ,施作初衬5 m 后,开挖4 号洞,将4 号洞的顶板、中隔板、底板钢筋同3号洞甩出钢筋相连,并用帮焊筋帮焊,喷射混凝土,结构连接为一个整体,4 号导洞顶板受力传递到中隔墙上。
图3 方厅剖面
开挖土体,施作结构初衬,初衬与土体间存在空隙,初衬结构不能完全起到支撑作用,施工初衬时每隔2 m 梅花形布置回填注浆管,每隔6 m 进行回填注浆(浆液为1∶1 水泥浆,注浆压力0. 3～0. 6 MPa) ,通过回填注浆使初衬结构与土体紧密结合,共同受力,起到完全支撑作用,以减小地表沉降。
5 初衬结构与临时梁柱间的受力转换
导洞施工中破除马头门会造成初衬结构受力失衡,即破除侧由于受力卸载可能造成悬臂而使结构倾铁
倒。针对这一情况,在破除马头门前先施工临时梁柱, 破除马头门后使其原先所承受的力转到临时梁柱上, 从而保证施工安全与地表下沉小。
6 破除中隔墙(板) 时与二衬梁柱间的受力转换
3 号-5 采用初衬施工完毕后即可施作方厅的二衬梁柱,同理3 号-4 导洞初衬施工完毕后亦可施作方厅的二衬梁柱,梁柱二衬完成后,将两梁间的顶板连接起来。原设计施作两梁间顶板,破除中隔墙(板) 为每5 m 一段跳格进行。为确保安全,施工时按每3 m 一段跳格,前段二衬顶板施作完成7 d 后不拆除该段模板及支撑体系,在使该支撑体系继续起支撑作用的情况下而破除下一段中隔墙(板),这样由原中隔墙承受的压力能逐步转移到二衬梁柱上,不致于造成压力的突然卸载而使顶板、地表发生较大的沉降。
7 初衬与二衬间的受力转换
施作二衬梁柱时,混凝土凝固会产生一定收缩,初衬与二衬间不密贴,为保证初衬与二衬共同受力,减小初衬与二衬间注浆前拱顶沉降,绑扎顶梁及顶板钢筋时每隔2. 5 m 加焊马凳1 个。因钢板与混凝土基面为刚性接触, 混凝土面有凸起, 顶板下沉挤压钢板,将防水板损坏影响防水效果,在钢板与混凝土面间加胶皮衬垫。浇筑混凝土2 d 后,通过预留注浆管压注与二衬混凝土同强度的XPM 浆液填充初衬与二衬间的缝隙(图4) 。
图4 初衬与二衬间受力转换示意
8 监控量测
监控量测贯穿于地下方厅施工中每一个环节,监控量测是保证施工安全的重要环节。通过监控量测数据可以分析确认围岩的稳定性,尤其可以预报拱顶塌方、指导初衬完毕后每次破除中隔墙(板) 长度及破除中隔墙(板) 速度,既保证施工安全又可科学地加快施工进度。由于地下方厅地面为东直门交通枢纽,监控量测非常重要,针对混凝土路面强度大,即使拱顶沉降调节池、沉淀池、隔油池设计中的几点体会大,但不一定反应到混凝土路面的特点,采取钻孔设置沉降钢筋的方法,使测点钢筋直接固定在路面以下的土层中,并用塑料套管和路面盖板加以保护,保证了量测数据的准确性。
在地下方厅施工中较为重要的两个量测环节为土方开挖与中隔墙(板) 破除阶段。土方开挖阶段主要通过小导管超前预注浆加固土体,减少塌方从而减小地表沉降;中隔墙破除阶段主要通过控制破除中隔墙长度和速度,从而减小沉降。
从实测的变化曲线分析,小导管超前注浆效果较好,注浆形成拱效应明显,初衬结构上中下台阶封闭2 d 后,拱顶基本稳定; 破除中隔墙时,原中隔墙受力重新分布到二衬梁柱上,虽然进行了初衬与二衬间同强度填充注浆,但仍可能有微小缝隙;其次,因该沉降监控点布在梁与梁之间,方厅为平顶结构,梁间顶板易下沉产生挠度,从而破除中隔墙时沉降较大。
9 体会
(1) 群洞法施工地下结构,初衬由单洞向多洞扩展而发展为群洞,二衬由群洞逐渐破除中隔墙(板) 而扩展为一个整体结构。首先,初衬施工时应加强各导洞之间的连接与整体性; 其次,将群洞扩展为整体结构时,即二衬施工时中隔墙(板) 的破除应逐段、逐片进行,各种受力需逐步卸载。
(2) 加强将群洞扩展为整体结构时的监测,及时反馈信息,由监测反馈信息指导施工,做到“信息正常,严密监测;信息反常,即刻采取应对措施”。
(3) 严格遵循浅埋暗挖“ 管超前、严注浆,短开挖、强支护,快封闭、勤两侧”18 字方针。
(4) 严格控制各导洞开挖步距及3 号与4 号工作面间隔距离,如果距离过长,3 号导洞初衬封闭后开挖4 号导洞,造成3 号导洞二次沉降;3 号导洞与4 号导洞工作面距离过短,易造成单位面积内开挖断面过大, 地表沉降大。3 号与4 号导洞间工作面的合理距离应控制在3～5 m 。
(5) 中隔墙破除合理距离为5 m , 距离过短工序交叉多,影响工期;距离过长,施工不安全,地表沉降也会加大。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200808/13646.htm
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