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浅埋暗挖地铁车站施工中的沉降分析

时间:2013-04-14来源:易品网 点击:
如今,城市地铁在各大中型城市中飞速发展,浅埋暗挖法施工得到了广泛的应运。由于城市铁路多建于人口密集和建筑物繁多的地段,如何保证隧道施工及地表建筑物的安全就成为了重中之重。因此,对地表沉降及拱顶沉降的控制提出了更高的要求。
  本文以某地铁工程为例,从分析沉降资料着手,并结合现场施工情况进行分析,找出了导致拱顶沉降的原因,并制定了针对性方案,有效控制了沉降。
  1 工程概况
  地铁车站为10m站台岛式车站,覆土厚度为10~12 m,车站底板位于微风化岩上。围岩级别为III~Ⅴ级,采用单栱直墙暗挖断面,大拱脚拱盖法施工、钻爆法开挖,开挖断面宽19.2m,高16.2m。本暗挖车站经过的岩层主要为强~微风化花岗岩、花岗斑岩,部分地段经过断裂带隧道,围岩分级为IV级,其余段的强~微风化隧道围岩分级为III~V级。本场地地下水类型主要为基岩裂隙水地下水位埋深为4.80~13.6m,主要含水层为强、中风化岩带的基岩风化裂隙水。基坑涌水量为376.62 m3/d,属富水性较差地层。
  本车站为大跨度暗挖车站,车站主体开挖分上下台阶,上台阶采用双侧壁导坑法开挖,先开挖左导洞,累计进尺达到15米时开挖右导洞,当左右导洞拱顶沉降基本稳定后,开挖中导。车站采用格栅钢架进行初期支护,间距1.5m打设超前小导管经行超前支护。车站上台阶开挖完毕后,拆除中隔壁经行二次衬砌的施工。上台阶施工完毕后进行下台阶的施工。
  2 施工质量控制
  2.1 施工中存在的问题
  (1)爆破超挖,支护前未施工初喷,在支护时稍有对围岩的扰动就出现局部坍塌的现象,造成进一步的超挖,超挖部分未能喷砼密实,形成空洞,无法承载,导致沉降增大。
  (2)爆破开挖后,排危及出渣工序耗时较长,未能及时进行支护施工,导致开挖面暴露悬空时间过长,加快了沉降。
  (3)初支施工时,拱脚有大量积水,未及时排除,导致拱脚坐落在软弱的土层上,无法达到承力的效果,最终导致初支的整体下沉。
  (4)在喷砼未密实的情况下,未能及时更进初支背后回填注浆,导致初支与围岩间的空隙未得到填充,沉降持续加大。
  2.2 质量控制措施
  针对以上现象和施工情况,做出如下调整:
  (1)修改爆破参数,进一步完善爆破施工,减少超挖,遇到围岩破碎带,采用局部爆破,机械开挖,尽量减小对围岩的扰动造成超挖。
  (2)爆破后,马上进行初喷,及时封闭掌子面。
  (3)爆破前,将初期支护所用格栅等材料预先运到施工现场,初喷完毕后,用挖机清理出一个工作空间,立马进行格栅支护,使得支护与除渣可以同步进行,缩短围岩暴露时间。
  (4)初期支护时,在拱脚位置附近挖设临时积水坑抽水,用碎石换填过软的基层,并在拱脚垫石块或木板,保证拱脚坐落土层的承载能力,抽水完毕后,立即进行喷砼施工。
  (5)认真作好超前小导管的注浆工作,提高了掌子面前方围岩的强度和刚度,大大减小了开挖引起的围岩松弛和坍塌,减少了超挖,降低了沉降。
  (6)及时跟进背后回填注浆,每5米埋设2根注浆管并及时注浆。
  3 沉降分析
  站拱顶每隔10米分布一个沉降点。沉降分析鉴于开挖前期沉降较为显著,故选取了施工前期的三个连续拱顶沉降点20、21、22号点,对应里程为K3+705.178、K3+695.178、K3+685.178的沉降观测数据进行分析,调整前的沉降变化曲线如图1所示。
  
  图1拱顶沉降曲线
  由以上监测数据以及沉降变化曲线可以看出:
  (1)在初衬封闭成环前,拱顶沉降速度快,沉降量大,三个监测点分别沉降-1.97mm、-1.86mm、-1.81mm。
  (2)初期支护结束后,拱顶沉降速度有所减慢,但3个点仍分别以平均-0.99mm/d、-1.04mm/d、-0.77mm/d速度沉降,经过很长一段时间之后才趋于稳定。
  (3)支护前期的沉降量占总沉降量的一大部分。
  调整后选取拱顶沉降点号23、24、25对应里程为K3+675.178、K3+665.178、K3+655.178的监测数据进行分析,沉降变化曲线如图2所示。
  
  图2 拱顶沉降曲线
  由以上监测数据及沉降曲线可以看出:
  (1)在初衬封闭成环前,沉降速度有明显减小,三个监测点分别沉降-1.35mm/d、-1.23mm/d、-1.48mm/d.
  (2)初期支护施工完以后,拱顶还有沉降,但是较小,并且在短时间内就趋于稳定。
  4 结论
  通过以上施工改进前后的沉降分析可以知道,通过超前小导管的注浆对围岩的加固,严格控制爆破超挖以及迅速进行支护,很好的控制了施工前期的沉降量和沉降速度;通过对支护过程中拱脚位置的排水以及加固,使得车站的整体稳定性得到了保证,降低了中期的继续沉降;通过背后注浆的及时跟进,填补了初支背后的空隙,加强了初支的强度和刚度,进一步减小了沉降。因此,在浅埋暗挖法施工中,要坚持“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的方针,不仅能保证施工安全和质量,又可以有效的控制地表沉降和拱顶沉降。
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