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北京地铁暗挖区间隧道地表沉降控制方案研究
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内容提示：结合具体工程的概况,分析了区间隧道施工对楼群的不利影响,采用有限元方法进行模拟,对可行的几种加固方案进行比较,从而选择出最优加固方案,以指导施工。
摘 要:结合具体工程的概况,分析了区间隧道施工对楼群的不利影响,采用有限元方法进行模拟,对可行的几种加固方案进行比较,从而选择出最优加固方案,以指导施工。（参考《建筑中文网》）
关键词:区间隧道,加固方案,地表沉降,监控量测
引言
北京地铁10号线劲松站至终点站区间隧道周围条件极为复杂,尤其是要近距离穿越几栋居民楼,最高的有16层、最低的有3层,在复杂的地质条件下施工必须确保居民楼的绝对安全,而且做到施工期间不扰民,因此,安全保障措施必须绝对可靠,决定对靠近居民楼的区间隧道采用人工挖孔桩加固,以下就几种加固方案的加固效果进行研究,选取最优加固方案。
1工程概况
1.1工程地质及水文地质条件
该区间隧道穿越地段地表主要为东三环东侧辅道路面,沿线的建筑物主要有农光里小区(3栋永6,1栋永3)、内燃机厂农光里宿舍(1栋永6,1栋永5,1栋永15)、龙辉大厦(永16),高层建筑距地铁最近距离为4.3m～6.55m,受地铁影响大。区间线路均在第四纪地层中穿过,隧道顶部覆土厚度为13m～17m。
该区间主要由人工堆积层、第四纪全新世冲洪积层、第四纪晚世冲洪积层组成。区间线路均在第四纪地层中穿过,隧道洞身主要穿过地层为中粗砂、粉质粘土、粉土、粉细中砂。
勘测深度范围内测量到三层地下水,第一层为上层滞水,水位埋深5.7m;第二层为潜水,水位埋深11.8m～13.0m;第三层为层间潜水,水位埋深19.7m～21.8m。
1.2 周围环境状况
劲终区间靠近居民楼段隧道为一大跨隧道和小段面隧道两条隧道,其中居民楼在大段面隧道一侧,小段面隧道施工采用台阶法,大段面隧道采用双侧壁导坑法施工。典型段面开挖宽度为14.428m,开挖高度为9.18m,支护形式为复合式衬砌。
2 区间隧道施工对楼群的不利影响
由于暗挖隧道开挖跨度达14m,覆土仅为1倍洞径左右(13m～17m),上覆地层难以形成承载拱,上覆土柱荷载较大。
区间隧道施工对高层居民楼安全是不利的,主要表现在[1]:
1) 区间隧道跨度大,采用双侧壁导坑法施工[1],施工步骤多加之需降水,造成对楼房基础地层的多次扰动,如没有稳妥可靠的技术措施保证,叠加后可能产生超量的不均匀沉降,给楼房的安全带来致命的危害。2)区间隧道,在初支施工过程中随着开挖在楼房静载作用下土层应力释放,引起的土体水平位移,使楼房基础产生不均匀沉降[3]。
为了控制开挖引起的地表沉降,避免对附近的居民楼造成影响,决定采取以下三种方案进行加固,为了研究各方案的加固效果,决定采用有限元进行模拟,找出最佳加固方案,并提出建议。
1)在靠近房屋一侧施作直径0.8m,间距1.2m的隔离桩。2)在靠近房屋一侧施作直径1m,间距1.2m的隔离桩。3)在靠近房屋一侧施作直径1m,间距1.2m的隔离桩,并对左右线隧道之间的土体进行注浆加固改良(水泥浆或水泥砂浆),同时对靠近住宅一侧的土体进行注浆加固改良。
4 加固方案的数值模拟
4.1 计算模型
采用平面三角形单元,隔离桩用梁单元模拟,其他均采用实体单元进行模拟,小导管加固地层,加固厚度取20cm,地面活载和房屋荷载均取20kN,计算范围两边均取两隧道最外侧距离的3倍,隧道底部取隧道高度的5倍距离,拱顶以上取到地表。加固挖孔桩位置在右侧隧道边墙外3.5m处,桩长取隧道底部以下3.5m,房屋位置设想隧道边墙外4m处。采用同济曙光有限元计算软件进行分析。计算参数取值如表1所示。
4.2 计算结果
计算时先采用台阶法开挖右洞,然后采用双侧壁导坑法开挖左洞。共设6个开挖步,15个增量步。
4.3 结果分析
1)不加固
从计算结果可以得出,加固前房屋所处位置处地表位移(节点113,357,770,1174,1415,1697)竖直位移最大值为-30.2mm(节点1174),最小值为-19.5mm(节点113),高差为10.7mm,平均值为-25.6mm,最大水平位移为16mm(节点113),楼房前点竖直位移超过了30mm,产生了不均匀沉降,可能危及楼房安全,因此需要加固。
2)(0.8×1.2)m桩加固和边墙同时加固
从计算结果可以得出,加固后房屋所处位置处地表位移(节点314,812,1378,1948,2397,2809)竖直位移最大值为-30.6mm(节点1948),最小值为-9.8mm(节点314),高差为20.8mm,平均值为-24.77mm,最大水平位移为12.2mm(节点314),从节点位移可以看出加固后,地表沉降值稍有增大,水平位移增大到12.2mm。但房屋所处位置沉降曲线比较缓和,沉降比较均匀。
3)(1×1.2)m桩加固和边墙同时加固
从计算结果可以得出加固后房屋所处位置处地表位移(节点314,812,1378,1948,2397,2809),竖直位移最大值为-27.5mm(节点1948),最小值为-8.9mm(节点314),高差为18.6mm,平均值为-22.1mm,最大水平位移为10.9mm(节点2809),从节点位移可以看出加固后,地表沉降值减小,水平位移减小到8.9mm。房屋所处位置沉降曲线比较缓和,沉降比较均匀。
总之,(1×1.2)m桩加固和边墙同时加固的效果最好,其一地表沉降明显减小,其二楼房所处位置地表不均匀沉降大大减小;加固后改变了边墙的材料特性,提高了土体强度,有利于隧道的稳定。
5 结论
与建议从计算结果分析,(1×1.2)m桩加固和边墙同时加固的加固效果明显,房屋受到影响较小,比较安全。但施工过程的影响因素较多,所以其实际的位移难以预测,这和施工有较大关系,因此施工中应特别注意监控量测。
从计算结果看防止房屋破坏的目的基本达到,但从施工模拟可以看出,左洞开挖的地表沉降较大,因此施工中应加强支护,同时施工中要及时形成封闭面,注意各施工环节之间的衔接,尽量控制地表沉降。建议施工时将超前支护(小导管注浆)改为大管棚注浆超前预支护,同时管棚每段长度不宜过长。施工中在扩大跨度的施工步中竖直位移增加较多,建议注意加强支护;还有采用双侧壁导坑法施工时,竖撑的拆除往往造成较大的竖直位移,且是影响地表沉降量的主要因素,因此,在这一环节的施工应多加注意。最后,对房屋地基沉降必须进行监控量测,注意位移的变化,出现较大沉降时及时改变施工方法和支护方法。
参考文献:
[1]吕 勤.北京城地铁暗挖区间隧道穿越楼群关键施工技术[J].中国安全科学学报,2003(11):45 47.
[2]TB1003 99,铁路隧道设计规范[S].
[3]曲学兵.超浅埋隧道暗挖施工模拟[J].四川建筑科学研究,2002(4):51 53. 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200810/9205.htm
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