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摘 要：本文以某轨道交通11 号线某路站，为保护某市轨道交通2 号线区间隧道为例，探讨地铁车站施工对邻近地铁隧道的保护技术，对以后类似工程的设计和施工提供了借鉴。
关键词：地铁车站, 基础施工, 隧道保护
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
在已建地铁车站没有预留与新建地铁车站换乘接口的条件下, 为与既有车站形成良好的换乘关系,新建地铁车站往往设在已建地铁车站附近, 因此越来越多的新建地铁车站基坑工程面临着对既有地铁区间隧道的保护问题。如何减小基坑施工期间对周边环境的影响, 保证既有轨道交通线路的正常运营,成为地铁车站设计施工考虑的重点。
1工程概况
1. 1工程简介
某市市轨道交通11 号线某路站位于江苏路某路交叉路口以北, 沿江苏路南北向设置( 见图1) , 为地下三层岛式車站。车站净长275. 5 m, 净宽13. 1~ 19. 65 m。车站南端头井距已建成运营的某市轨道交通2 号线区间隧道净距仅12. 5 m( 见图2) , 开挖深度约25. 7 m。因此, 如何确保某路站施工期间2 号线的安全运营是本工程设计和施工的核心及难点。
图1某路站总平面图
1. 2工程地质
某路站拟建场地的地基土在100 m 深度范围内均为第四纪松散沉积物, 属第四系滨海平原地基土沉积层, 主要由饱和黏性土、粉性土以及砂土组成, 一般具有成层分布特点。
图211 号线某路站南端头井与2 号线区间隧道位置关系示意图
2邻近地铁隧道的变形控制要求
在某路站基坑开挖过程中, 随着围护结构水平位移的增加, 紧靠深基坑的正在运行的2 号线区间隧道亦会产生水平位移, 并会伴随横向水平直径的增大而使圆环变形。当隧道变形超过一定限度,轻则造成隧道漏水, 重则影响2 号线地铁车辆的安全运行, 所以运营中的地铁隧道对变形的控制要求相当严格。根据《某市市地铁沿线建筑施工保护地铁技术管理暂行规定》, 隧道中心线两侧各50 m 的范围内,应作为隧道控制区。该范围内各种卸载和加载活动对地铁隧道的影响限度必须符合: 1、 任意点的附加位移和沉降小于等于 15 mm; 2、 施工引起的隧道变形曲线的曲率半径R 大于等于15 000 m、相对弯曲< 1/ 2 500。这对于在流塑性黏土层中基坑施工的技术要求是非常高的。因此如何在施工过程中采取切实可行的技术, 控制隧道的回弹变形, 确保既有地铁隧道的安全, 成了本基坑工程能否成功的关键。
3设计和施工方面的保护措施
根据2 号线区间隧道的保护要求, 某路站南端头井基坑保护等级确定为一级, 并按高于一级基坑的标准控制地下连续墙的变形, 最终确定围护墙体的最大容许水平位移小于等于 30 mm。按此保护要求,根据场地土层的性质特点, 提出了一系列控制2 号线区间隧道变形、确保2 号线运营安全的措施。
3. 1地下连续墙成槽
车站南端头井基坑深约25. 7 m。根据开挖深度和周边环境情况, 其围护结构采用1 200 mm 厚的地下连续墙, 墙深42 m, 墙趾插入粉砂层。由于地下连续墙深度深, 成槽时间长, 为缩短槽段暴露时间, 减少塌方可能, 在设计分幅时尽量采用小幅槽段, 并在施工上采取高导墙、加大泥浆比重等措施。
3. 2设置封堵墙
为减少基坑开挖暴露时间, 加快单个基坑施工速度, 在车站南端头井位置设置一道临时封头墙, 将南端头井单独作为一个小基坑进行开挖, 控制基坑开挖卸载量, 降低空间变形影响, 以有效减小基坑开挖引起地下连续墙的侧向变形。
3. 3采用钢筋混凝土支撑与钢支撑相结合的支撑体系
由于车站开挖深度深, 环境保护要求较高, 为满足基坑变形控制要求, 设计选用钢筋混凝土支撑与钢支撑相结合的支撑方案, 充分利用钢支撑架设及时和钢筋混凝土支撑刚度大、稳定的优势, 有效地控制基坑变形。
车站南端头井基坑沿竖直方向设置八道支撑: 第一道为钢筋混凝土支撑; 第二、四、六道支撑分别结合顶板、下一层板、下二层板, 设置钢筋混凝土支撑; 其余四道为钢支撑。
3. 4采用框架逆作法施工
在施工方法上进行了多方案的比选。顺筑法施工方便, 但变形较大, 难以达到控制变形的要求, 不适用于本工程。全逆筑法虽可较好地控制基坑变形, 但施工速度慢。框架逆筑法具有施工方便、经济且能很好地控制基坑变形等特点, 因此某路站南端头井采用钢筋混凝土支撑与车站楼板相结合的框架逆作法施工。即: 基坑开挖时, 结合顶板和两道中板设置三道钢筋混凝土支撑( 框架体系) , 以提高基坑支撑的刚度, 减少基坑开挖过程中地下连续墙的变形; 在车站回筑阶段, 这些支撑又与楼板混凝土整体浇筑在一起, 成为车站永久结构的一部分, 这样既可以提高施工速度, 又能节约工程造价。
3. 5地基加固
3. 5. 1盾构进出洞加固
基坑开挖前先完成11 号线区间隧道的进出洞土体加固, 以减小基坑开挖期间围护结构的变形。坑外土体加固的具体方法为:第一阶段, 地下连续墙施工前, 先施做3 m 宽搅拌隔离桩。隔离桩距南端头井地下连续墙外侧3 m, 深度为地面至11 号线区间隧道底部3 m。该范围隧道上、下、左、右各3 m为强加固, 其上至地面为弱加固。第二阶段, 地下连续墙施工完成后, 对隔离桩与围护结构间3 m 范围内的土体进行旋喷桩加固。
注: 本图单位除标高以m 计外, 其余以mm 计。图3围护结构横剖面图
3. 5. 2板底加固
南端头井中板位于④层淤泥质黏土和⑤ 1- 1 层黏土层。由于混凝土支撑养护时间较长, 为减小基坑暴露时间过长引起的围护结构变形, 考虑在基坑坑底下3 m 和中板下2. 5 m 范围内采用旋喷桩地基加固。通过改善被动区土体的物理力学性能, 增强其抵抗变形的能力, 从而限制2 号线区间隧道的侧向水平位移。底板下旋喷加固体要求28 天无侧限抗压强度qu ≥1. 5 MPa, 中板下加固后土体无侧限抗压强度qu ≥1. 2 MPa。
3. 6加强施工监测
为了指导施工, 确保工程的顺利进行, 施工过程中应重视对2 号线区间隧道的实时监测, 实行信息化施工。对2 号线区间隧道的监测应包括以下内容: ① 隧道垂直沉降监测; ② 隧道水平位移监测; ③隧道直径收敛变形监测; ④电子水平尺轴线沉降自动监测; ⑤ 电子水平尺轨面高差自动监测。在施工中, 应根据监测的隧道变形情况, 在围护墙与2 号线区间隧道间采用双液分层快凝跟踪注浆法及时调整2 号线区间隧道的曲率、水平位移及圆环变形以保证既有地铁隧道的运营安全。
4结构计算
围护结构开挖阶段计算时必须计入结构的先期位移值以及支撑的变形, 按“ 先变形, 后支撑”的原则进行结构分析。在采用了上述措施以后, 计算得南端头井地下连续墙的最大位移为29. 3 mm< 30 mm, 满足地铁一级基坑的变形要求。因基坑的围护结构目前还在施工, 上述理论计算还有待于实践检验。
5结论
通过采取上述一系列保护措施, 某市轨道交通2 号线区间隧道的变形是可以得到有效的控制。通过本工程的设计, 可得到以下结论:
1) 在涉及到对周边建筑物保护要求高的深基坑设计中, 为减小基坑变形, 应尽量将大基坑划分为小基坑进行施工。
2) 框架逆筑法兼有顺筑法和全逆筑法的优点,可加快施工进度并满足控制深基坑变形及环境保护的要求。
3) 在支撑体系布置上, 为有效控制基坑变形,应充分利用钢支撑架设及时和钢筋混凝土支撑刚度大而稳定的优势, 采用钢筋混凝土支撑与钢支撑相结合的支撑方案。
参考文献
[ 1]刘建航, 侯学渊. 基坑工程手册[ M] . 北京: 中国建筑工业出版社, 1997.
[ 2]孙更生, 郑大同. 软土地基与地下工程[M ] . 北京: 中国建筑工业出版社, 1997.
[ 3]SZ082000 上海地铁基坑工程施工规程[ S]
关键词：地铁车站, 基础施工, 隧道保护
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
在已建地铁车站没有预留与新建地铁车站换乘接口的条件下, 为与既有车站形成良好的换乘关系,新建地铁车站往往设在已建地铁车站附近, 因此越来越多的新建地铁车站基坑工程面临着对既有地铁区间隧道的保护问题。如何减小基坑施工期间对周边环境的影响, 保证既有轨道交通线路的正常运营,成为地铁车站设计施工考虑的重点。
1工程概况
1. 1工程简介
某市市轨道交通11 号线某路站位于江苏路某路交叉路口以北, 沿江苏路南北向设置( 见图1) , 为地下三层岛式車站。车站净长275. 5 m, 净宽13. 1~ 19. 65 m。车站南端头井距已建成运营的某市轨道交通2 号线区间隧道净距仅12. 5 m( 见图2) , 开挖深度约25. 7 m。因此, 如何确保某路站施工期间2 号线的安全运营是本工程设计和施工的核心及难点。
图1某路站总平面图
1. 2工程地质
某路站拟建场地的地基土在100 m 深度范围内均为第四纪松散沉积物, 属第四系滨海平原地基土沉积层, 主要由饱和黏性土、粉性土以及砂土组成, 一般具有成层分布特点。
图211 号线某路站南端头井与2 号线区间隧道位置关系示意图
2邻近地铁隧道的变形控制要求
在某路站基坑开挖过程中, 随着围护结构水平位移的增加, 紧靠深基坑的正在运行的2 号线区间隧道亦会产生水平位移, 并会伴随横向水平直径的增大而使圆环变形。当隧道变形超过一定限度,轻则造成隧道漏水, 重则影响2 号线地铁车辆的安全运行, 所以运营中的地铁隧道对变形的控制要求相当严格。根据《某市市地铁沿线建筑施工保护地铁技术管理暂行规定》, 隧道中心线两侧各50 m 的范围内,应作为隧道控制区。该范围内各种卸载和加载活动对地铁隧道的影响限度必须符合: 1、 任意点的附加位移和沉降小于等于 15 mm; 2、 施工引起的隧道变形曲线的曲率半径R 大于等于15 000 m、相对弯曲< 1/ 2 500。这对于在流塑性黏土层中基坑施工的技术要求是非常高的。因此如何在施工过程中采取切实可行的技术, 控制隧道的回弹变形, 确保既有地铁隧道的安全, 成了本基坑工程能否成功的关键。
3设计和施工方面的保护措施
根据2 号线区间隧道的保护要求, 某路站南端头井基坑保护等级确定为一级, 并按高于一级基坑的标准控制地下连续墙的变形, 最终确定围护墙体的最大容许水平位移小于等于 30 mm。按此保护要求,根据场地土层的性质特点, 提出了一系列控制2 号线区间隧道变形、确保2 号线运营安全的措施。
3. 1地下连续墙成槽
车站南端头井基坑深约25. 7 m。根据开挖深度和周边环境情况, 其围护结构采用1 200 mm 厚的地下连续墙, 墙深42 m, 墙趾插入粉砂层。由于地下连续墙深度深, 成槽时间长, 为缩短槽段暴露时间, 减少塌方可能, 在设计分幅时尽量采用小幅槽段, 并在施工上采取高导墙、加大泥浆比重等措施。
3. 2设置封堵墙
为减少基坑开挖暴露时间, 加快单个基坑施工速度, 在车站南端头井位置设置一道临时封头墙, 将南端头井单独作为一个小基坑进行开挖, 控制基坑开挖卸载量, 降低空间变形影响, 以有效减小基坑开挖引起地下连续墙的侧向变形。
3. 3采用钢筋混凝土支撑与钢支撑相结合的支撑体系
由于车站开挖深度深, 环境保护要求较高, 为满足基坑变形控制要求, 设计选用钢筋混凝土支撑与钢支撑相结合的支撑方案, 充分利用钢支撑架设及时和钢筋混凝土支撑刚度大、稳定的优势, 有效地控制基坑变形。
车站南端头井基坑沿竖直方向设置八道支撑: 第一道为钢筋混凝土支撑; 第二、四、六道支撑分别结合顶板、下一层板、下二层板, 设置钢筋混凝土支撑; 其余四道为钢支撑。
3. 4采用框架逆作法施工
在施工方法上进行了多方案的比选。顺筑法施工方便, 但变形较大, 难以达到控制变形的要求, 不适用于本工程。全逆筑法虽可较好地控制基坑变形, 但施工速度慢。框架逆筑法具有施工方便、经济且能很好地控制基坑变形等特点, 因此某路站南端头井采用钢筋混凝土支撑与车站楼板相结合的框架逆作法施工。即: 基坑开挖时, 结合顶板和两道中板设置三道钢筋混凝土支撑( 框架体系) , 以提高基坑支撑的刚度, 减少基坑开挖过程中地下连续墙的变形; 在车站回筑阶段, 这些支撑又与楼板混凝土整体浇筑在一起, 成为车站永久结构的一部分, 这样既可以提高施工速度, 又能节约工程造价。
3. 5地基加固
3. 5. 1盾构进出洞加固
基坑开挖前先完成11 号线区间隧道的进出洞土体加固, 以减小基坑开挖期间围护结构的变形。坑外土体加固的具体方法为:第一阶段, 地下连续墙施工前, 先施做3 m 宽搅拌隔离桩。隔离桩距南端头井地下连续墙外侧3 m, 深度为地面至11 号线区间隧道底部3 m。该范围隧道上、下、左、右各3 m为强加固, 其上至地面为弱加固。第二阶段, 地下连续墙施工完成后, 对隔离桩与围护结构间3 m 范围内的土体进行旋喷桩加固。
注: 本图单位除标高以m 计外, 其余以mm 计。图3围护结构横剖面图
3. 5. 2板底加固
南端头井中板位于④层淤泥质黏土和⑤ 1- 1 层黏土层。由于混凝土支撑养护时间较长, 为减小基坑暴露时间过长引起的围护结构变形, 考虑在基坑坑底下3 m 和中板下2. 5 m 范围内采用旋喷桩地基加固。通过改善被动区土体的物理力学性能, 增强其抵抗变形的能力, 从而限制2 号线区间隧道的侧向水平位移。底板下旋喷加固体要求28 天无侧限抗压强度qu ≥1. 5 MPa, 中板下加固后土体无侧限抗压强度qu ≥1. 2 MPa。
3. 6加强施工监测
为了指导施工, 确保工程的顺利进行, 施工过程中应重视对2 号线区间隧道的实时监测, 实行信息化施工。对2 号线区间隧道的监测应包括以下内容: ① 隧道垂直沉降监测; ② 隧道水平位移监测; ③隧道直径收敛变形监测; ④电子水平尺轴线沉降自动监测; ⑤ 电子水平尺轨面高差自动监测。在施工中, 应根据监测的隧道变形情况, 在围护墙与2 号线区间隧道间采用双液分层快凝跟踪注浆法及时调整2 号线区间隧道的曲率、水平位移及圆环变形以保证既有地铁隧道的运营安全。
4结构计算
围护结构开挖阶段计算时必须计入结构的先期位移值以及支撑的变形, 按“ 先变形, 后支撑”的原则进行结构分析。在采用了上述措施以后, 计算得南端头井地下连续墙的最大位移为29. 3 mm< 30 mm, 满足地铁一级基坑的变形要求。因基坑的围护结构目前还在施工, 上述理论计算还有待于实践检验。
5结论
通过采取上述一系列保护措施, 某市轨道交通2 号线区间隧道的变形是可以得到有效的控制。通过本工程的设计, 可得到以下结论:
1) 在涉及到对周边建筑物保护要求高的深基坑设计中, 为减小基坑变形, 应尽量将大基坑划分为小基坑进行施工。
2) 框架逆筑法兼有顺筑法和全逆筑法的优点,可加快施工进度并满足控制深基坑变形及环境保护的要求。
3) 在支撑体系布置上, 为有效控制基坑变形,应充分利用钢支撑架设及时和钢筋混凝土支撑刚度大而稳定的优势, 采用钢筋混凝土支撑与钢支撑相结合的支撑方案。
参考文献
[ 1]刘建航, 侯学渊. 基坑工程手册[ M] . 北京: 中国建筑工业出版社, 1997.
[ 2]孙更生, 郑大同. 软土地基与地下工程[M ] . 北京: 中国建筑工业出版社, 1997.
[ 3]SZ082000 上海地铁基坑工程施工规程[ S]