对竖井横通道转入隧道正线施工技术的探讨

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zjundu1980
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  摘要:本文通过对该区间竖井横通道转入隧道正线的两种不同施工技术介绍并进行了工程造价、施工工期和安全方面的比较,得出了一些具有参考价值的结论。仅供参考。
  关键词: 施工竖井横通道隧道正线安全
  1概述
   某市地铁五号线和平西桥站~北土城东路站区间全长872.1双线米,位于北京市朝阳区间樱花西街主车道下,区间施工竖井设置在K15+060处,樱花园西街西侧慢车道上,横通道长31m。
  竖井为矩形断面,净空(长×宽)为6.35×4.6m,深19m,采用格栅钢架和喷锚体系。竖井转入横通道及横通道转入左、右线正洞,需破除五个马头门。竖井横通道到处需多次破除马头门,进行初期支护体系的转换,该处存在应力集中,施工风险和难度较大。
  2施工方案比选
  2.1小导坑爬坡反扩转入正洞技术
  (1)小导坑设计
  小导坑是为开辟正洞工作面服务的临时通道,使用时间很短,但必须满足施工安全和使用性能的要求。小导坑净空尺寸为250×280cm(宽×高),具体尺寸见图1。小导坑支护参数见下表2-1。
  
  
  
  (2)施工方法
   横通道开挖到与右线隧道边墙相交位置初期支护完成后,横通道断面比正洞小,其底标高低于右线隧道上台阶底标高,只有采用小型导坑小半径曲线转弯90°到达正洞隧道中线位置,再以22%坡度向上爬坡,达到正洞上台阶位置,(导坑底升高2.2m,坡道长度约10m),即按正线隧道坡率向前以喇叭口方式扩挖,过渡到正洞上台弧形导坑的标准断面,完成3~4m上台阶掘进并初期支护后,反向按上台标准断面施工13~14m,即超过小导坑爬坡道3~4m,开辟另一方向的上台阶工作面,最后在坡道10m范围拉开中槽,采用挖马口方式完成该段墙部及仰拱的初期支护,此时横通口与正洞交叉处两个方向的工作面基本成型,可以进行该段二次衬砌和同时向正洞隧道两个方向正常施工。施工时相交处的二次衬砌结构必须整体灌注,以形成一个整体。
  首先以小导坑标准断面开挖(包括支护)至正线中心,然后以i=22%坡度开始爬坡,爬坡段长10m,到达正洞上台阶位置后按正线隧道坡率向前以喇叭口方式扩挖,过渡到正洞上台标准断面,接着反向按正洞上台标准断面施工。见图2-2、2-3、2-4。
  
  
  
  (3)工法特点
  采用小导坑爬坡反扩转入正洞的工法,是一项较为成熟的工法,利用小导坑直接形成隧道开挖工作面,由于小导坑断面小,施工安全系数大,容易形成进洞作业施工,在正洞开挖形成后在反扩达到马头门及横通道结构尺寸,该工法在广州、深圳、北京等地铁施工中曾普遍采用,但是该工法在实施中由于需二次扩挖,对土体的扰动较大,从北京地铁采用该工法施工的相邻区间来看,地表沉降量均超过了80mm,另外该工法的工期较长,仅一个小导坑及反扩施工需一个多月的时间。
  2.2 竖井横通道大包正洞直接转入正洞技术
  (1)横通道设计
  横通道设计高度必须保证正洞破口在直边墙上完成,为确保左右线隧道四个面开口时横通道的稳定,横通道设计为复合初支,且横通道开挖时必须保证横通道端头堵头墙完成时才能破口进入正洞,施工时在正洞开口处横通道的初支也要按设计要求封闭成环,破口时再行破除正洞轮廓范围内的初支。横通道见表2-2;横通道设计如图2-5所示,其堵头设计如图2-6所示。
  
  
  
  (2)转入正洞施工方案
  a、超前支护措施
  在横通道复合初支第一层施工完后,即施工正洞的第一环超前小导管,并在正洞开挖前进行注浆加固土层,并施工横通道的复合初支的第二层,同时施做正洞开口处的横梁及两侧密排格栅钢架立柱,横通道转入正洞支护参数见表2-3;其预加固措施如图2-7所示。
  
  
  
   b、总体施工思路
  区间隧道正洞施工,首先施工左线往南方向,开挖完10 ~15m后,接着施工右线往北方向,同样,依次施工左线往北方向和右线往南方向,详见图
  
  
  
  横通道开挖完成并做好初支封闭后,即对马头门处进行破口,并且要求横通道开挖到马头门拱顶外轮廓线时,设置并排钢格栅及水平注浆导管预加固地层,马头门采用台阶法施工,其拱部采用超前小导管注浆加固地层后再开挖井身及相应的下台阶并施作初期支护;马头门初期支护封闭成环,马头门破口施工分两台阶进行,首先破除马头门处横通道首榀格栅拱顶部分的轮廓,然后把首榀格栅拱顶部分安设并与竖井格栅焊接后喷砼封闭,最后破竖井格栅及其余部分竖井初支砼,下台阶施工同上台阶。
  马头门施工加固技术措施:
  ⑴马头门拱部与竖井壁相交界面处井壁采用二榀钢格栅重叠及超前小导管注浆先行加固地层;马头门拱部以超前小导管注浆加固地层,钢格栅2榀/m加强断面初期支护,拱脚设锁脚导管;
  ⑵上台阶初期支护设工字钢对口撑,以形成封闭环形支护;
  ⑶马头门堵头墙高范围的地层以超前小导管注浆加固;
  ⑷马头门长1.5m范围的二次衬砌与竖井联接部分为一次灌注完成,加强整体性及防
  c、正洞破口施工
   由于与横通道相交的断面的为标准断面,结构尺寸相对较小,破口施工时采用短台阶法,在预加固措施做好的前提下,上台阶开挖5m后,即进行下台阶破口施工及开挖土方。
  (3)工法特点
  采用大包工法,在横通道开挖初支完成后再破口施工正线,且采用马头门初支加强,施工中安全性很好,对地表、周边建筑物沉降大大减少,且施工步序明朗,作业环节减少,便于组织施工,施工中运输、通风及人员调配都较简单。主要特点是直接破口进入正洞,避免了小导坑及反扩二次施工,即可节省工期一个月左右,又减少了二次施工对周边围岩带来的扰动。为控制地表沉降,我们设计了复合初支,即在横通道一次初期支护完成后,在破口前再行施工二次初期支护,并在破口处形成门框,进行初支加强,保证了破口时受力的整体性。
  2.3 方案比较
  施工前我们对通过现场实验、以前施工总结以及电脑模拟施工可能运用的两个施工方案进行了详细的施工调查及方案比评, 得出结论如下表2-4 技术经济比较表。
  
  
  
  2.4 方案的实施
  施工中我们采用横通道大包法直接進入正洞施工工艺,只花了45天就成功实现四个正洞工作面从横通道转入工序,且在安全、质量和效益上也取得了预期的目标,地表沉降也得到了很好的控制,左线往南开挖15米后横通道对应地表沉降仅为8mm,在右线往北开挖15米后地表沉降达14mm,左线往北开挖15米后地表沉降为21mm,最后在右线往南开挖15米后地表最大沉降仅为28mm,洞内初支拱顶下沉均未超过10mm。以前同类工程控制沉降难题在这
  
  
  
  得到了改变,以下是我们在横通道及马头门施工过程中有代表性的地表沉降及结构周边收敛监测示意图,并与相临地铁标段采用小导坑爬坡反扩施工沉降比较。
  
  
  
  3结论
  1、采用大包方案比小导坑爬坡反扩方案可节省工期约一个月,对于工期比较紧张的项目特别适应,但采用大包方案时应做好防排水措施。
  2、小导坑爬坡反扩方案施工时临时小导坑及其支护施工投资约76万元,而大包方案时横通道断面加大及复合初支施工投资约66万元,可节约成本约10万元。
  3、大包方案中由于第二层初支的施工已对破口时受力方向进行了转换,对地表沉降及洞内拱顶沉降起到了很好的控制作用。
  
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