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地铁隧道施工工艺对地层的影响

北京地铁首次采用暗挖法建设复兴门站折返线工程,其灵活多变,适用复杂多变的地层和隧道断面结构,设备简单,不妨碍交通和周边环境等诸多优点,隧道和地铁浅埋暗挖法在全国广泛应用。目前已成功应用于北京、广州、南京、深圳等地建设或建设地铁工程,同时广泛应用于街道、污水处理管道和铁路、道路浅埋隧道工程。实践表明,与明挖法、盾构法相比,浅埋暗挖法具有明显的优点,基于该工法的适用性,刘施工技术在预注浆加固、挖掘时空顺序、楼梯长度等方面提出了更高的要求。

1、本文针对浅埋暗挖工法在深圳特殊地层单孔双线隧道中的成功运用,分析先进激励d固定、挖掘时空顺序、楼梯长度等工艺保证施工安全、质量和控制地层沉降中发挥的作用,确定同类地层中的工艺参数,完善浅埋暗挖理论体系,更好地应用工程实践。

2.暗挖施工引起地层变形的影响因素分析浅埋暗挖法最初应用北京地铁是第四纪地板,无水,地表无建筑物条件下,管道先进,严格注入浆液,短挖掘,强力支持,早封闭,勤奋测量,快速反馈施工原则应用成功。在先进的小导管注入加固等辅助措施的协助下,不断完善获得一系列辅助施工措施,目前运用的广州、深圳地铁均为非第四纪地层,地下水丰富,伴有砂层,地表密集民居,埋入深度最少达到0.8m,暗挖车站跨度达到26m等复杂条件,暗挖法的施工技术和辅助技术提出了更高的要求,保证了地铁施工对周边环境的环境保护和安全要求。

以深圳地铁I期工程6标段为例,分析不同施工技术对地表沉降的影响程度,确定合理的技术参数。

2.1工程概况6为双线单孔隧道,马蹄形截面(6.2mx6.7m),正台阶法挖掘,区间隧道范围内覆盖第四系统新系统人工堆积层,海积冲压层和第四系统中系统堆积层,下伏燕山期花岗岩,地下水丰富的隧道深度浅

2.2先进加固辅助工法从最初的先进导管注入前加固到现在广泛应用的各种浅埋暗挖掘辅助工法以适用不同地层条件和隧道周边环境要求为基准。从6个目标的工程实践来看,根据地层条件,特别是在地下水丰富的地区施工地铁隧道(大部分标准段不能进行前期降水处理),在不同的地质条件下,前期加固方法和参数的选择非常重要。

2.3开挖时空顺序地铁隧道开挖在土中进行,开挖扰动使原始地层应力重分布,而土的自稳能力较差,暗挖法开挖不象盾构法施工有足够的抗力支撑扰动地层,只能以超前预加固和“短开挖,早支护”保证地层的稳定。因此掌握开挖和支护的时空效应对稳定地层,保证施工安全,控制地层变形都有很大帮助,对于掌子面而言要把握开挖进尺,分步开挖顺序;对双线隧道则要确定左右线的间距。

2.3.1施工进度的基本情况分析施工进度的速度与挖掘进度尺和每个挖掘循环使用的时间有关,因此考虑到预加强下土体的稳定时间和地层塑性变形发展的确定工序。

隧道通过含水砂层地区时,施工进度慢时掌面露出时间长,但上楼梯没有临时横向支撑或临时抬起拱门,上楼梯拱门容易积水,土壤强度低,用钢板或板支撑,拱门构造总体下沉因此,施工中工程技术人员应立即做好先进的地质预报,随时改变顶部支护参数,保证安全,迅速施工。六标一般来说,下楼梯2~3m/d(下楼梯的机械施工,相对尺寸快,隔天挖掘)砂层地区挖掘尺寸小,挖掘困难进度慢,有时停止,沉降大。

当然在地层条件极差位置,土体易失稳,6标边墙曾出现喷混凝土前大面积土体滑落(片帮),相当危险,现场采用三台阶开挖,缩短每步开挖的时间,保证了施工的顺利进行。这也是对地层变形的有效控制。

2.3.2左右线距离分析6标段为左右并行双线单桐隧道,左右线距离13.2m,隧道净空宽度5.1m,隧道垄断层厚度9.9-14.3m,属于超浅暗埋隧道,左右线挖掘对相邻隧道有很大影响,前挖隧道影响另一线隧道前地表沉降值,后挖隧道影响前挖隧道后沉降值。先进挖掘隧道对地表沉降的影响范围大于迟缓挖掘的隧道,相应地层沉降收敛稳定的时间也很长。

2001年12月29日至2002年3月14日,区间隧道科学馆方向左右线间距变化明显(见表3),2001年12月29日左线挖掘滞后右线11.15m,左线施工进度加快,2001年1月19日左线先进(几乎并行,甲程SK4至599.8),2002年2月8日左线先进右线最大里程为12.2m(里程SK4指数584.1),然后左线先进

时调左线进度,2002年3月14日左线挖掘滞后右线13.3m.施工后期调整4个工作面进度后,左右线间隔大部分超过15m,最大值为59.15m,最小值为12.9m,一般在20m左右变化。从地表沉降纵向曲线可以看出后期地表沉降(图2中左右两侧)较前期地表沉降(图2棚分)小,这与后期调整施工工艺参数有直接关系,后期采用的长短结合小导管注浆和小管棚预加固效果及合理的左右。

根据6标现场调研及对施工方资料的统计(见表3)可以发现,施工单位在施工前期(4月中旬前)对台阶长度的把握不到位,台阶时小时大,最大值为14.5m,最小值为2.75m,而且变化比较频繁,波动幅度较大;施工后期台阶长度最大值为13.5m,最小值为5m,但长度控制得比较均匀,一般都在7-9m(1B~1.5B)。前期地表沉降明显大于后期。

结合沉降资料分析,楼梯长度对沉降有很大影响。楼梯长度过短不能保证杨b土的稳定性,对掌面的稳定性没有很好的支撑作用,掌面向挖掘隧道内的移动变形,掌面前的地层变形加剧,先进影响范围增大,地表沉降增大,施工安全有危险,地下水丰富或含砂,淤泥地层容易出现涌砂、涌泥等小面积坍塌现象,危险较大的楼梯长度过长也不合理,施工中搬运钢格栅,喷雾混凝土不方便,而且楼梯钢格栅的闭合成环时间受楼梯长度的影响,楼梯长度越长,楼梯的闭合时间越长,楼梯越严重,楼梯的楼梯越容易变弱,特别是楼梯的下沉降时间

从施工后期的挖掘进度来看,封闭环的时间控制在6~8d,阶段长度为7~9m,施工中遇到砂层、软土层等不良地层或其他特殊情况时,施工速度减慢,拱门下沉到地表(道路)的沉降明显增大。

3.总结。

深圳富水含砂特殊地层采用暗挖法施工,工程施工安全,工程质量和施工进度与现场施工技术密切相关,在正确认识和理解隧道所在地层条件的实质基础上,施工技术人员合理安排工程,根据当地调整施工技术参数,确保工程顺利竣工。通过上文的分析,得到以下几点认识:(1)超前预支护在—般地层,过渡地层和富水含砂地层其支护形式和支护参数不同,小导管粗细,长度及是否采用小管棚施工都与掌子面及前方土体性质及对地层塑性变形的要求有关,做到经济和环境控制的统一。

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