北京地铁十号线呼家楼车站主体施工方案比选

文章编号: 1003 1995( 2006) 03 0046 03
地铁十号线光华路车站侧洞通过跨街天桥施工技术
苏兆峰1, 王树才2, 郑鹏武3
( 1 中建国 际建设公司, 北京 100026; 2 中铁十九局集团, 辽宁 辽阳 111000; 3 北京交通大学, 北京 100044)
摘要: 结合北京地铁十号线光华路车站通过山海丹过街天桥的工程实例, 详述施工要点, 并建立隧道三 维施工开挖模型, 模拟双侧壁导坑法的施工步骤、计算 CRD 工法引起的地表沉降。通过模拟的地表沉 降数据与实际地表沉降数据相比较, 得出施工方法的安全性和有效性。 关键词: 地铁 隧道 施工 沉降 双侧壁导坑法 中图分类号: U 231+ 2 文献标识码: B
车站主要通过第四系全新统冲洪积层和第四系晚
更新统冲洪积层, 从上至下地层为粉质粘土、粉细砂、 中粗砂、圆卵砾石、粉质粘土。侧洞拱部 为圆卵砾石 层, 底部为粉质粘土。勘察虽未测到上层滞水, 但车站 顶部为砂质粉土层及粉细砂层, 地下管线渗漏可形成 上层滞水, 分布不均匀, 对暗挖施工的影响较大。
据调查, 山海丹过街天桥基础形式为桩基础, 桩长 16 m, 其基础侵入到光华路站结构, 影响车站中洞、侧 洞和出入口施工的共有 8 座基础。侵入侧洞 2 78 m。
图 4 拱顶沉降曲线图
6 结束语
通过以上分析可以看出, 地铁的施工方法有很多 种, 施工方案对于结构形式的选择和地铁土建工程的 造价有决定性的影响。施工方案的选定, 一方面受沿 线工程地质和水文地质条件、环境条件( 地面建筑物和
参 考文 献 [ 1] 施仲衡. 地下铁道设计与施工[ M] . 陕西: 陕西科学技术出 版 社, 1997. [ 2] 高 成雷. 浅埋 暗挖 洞桩 法的三 维有 限元模 拟分 析[ J] . 石 家 庄铁道学院学报, 2002, ( 3) : 44 47.
3 施工方案的比选论证
3 1 施工方案的比选 初步设计文件中, 对 呼家楼车站的 施工就 中洞
法 、CRD 工法、台阶法等方案进行了比选。从减少 废弃工程量和工序倒换次数、避免对结构造成的影响、
施工速度快、有很好的实践经验等方面考虑, 推荐采用 CRD 工法施工。因为呼家楼车站结构自身高度大、 跨度小的特点, CRD 工法与 中洞法 、台阶法 的方 案比选占有比较明显的优势。但是初步设计文件中没 有考虑与 洞桩法 的方案比选。而 洞桩法 施工对于 这种高度大、跨度小的车站更具优越性。初步设计文 件中提到: CRD 工法对控制地表变形等环境影响要 劣于 中洞法 。事实上 洞桩法 在有效控制环境影响 方面更优于 中洞法 [ 1] 。 3 2 施工方法论证
2006 年第 3 期
北京地铁十号线呼家楼车站主体施工方案比选
45
法施工, 开挖步序简洁合理, 工法比较成熟, 若严格按 照 管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测 的地铁施工方针行事, 施工安全度也较高, 地面沉降及 影响范围相对较小。洞桩法较之中洞法和 CRD 法来 说, 结构受力条件要好, 地面沉降相对要小, 断面利用 率较高, 圬工废弃量要小, 因而造价也相对较低。减少 了中洞法和 CRD 施工的工序倒换次数, 避免了两侧导 洞不能同步开挖对结构造成的群洞影响效应, 且施工 速度快。洞桩法在北京地铁工程施工中已得到应用, 有很好的实践经验, 因此, 车站主体推荐采用洞桩法施 工[ 2] 。
5 车站主体采用洞桩法的效果
图 1 CRD 施工有限元模 拟图
4 1 2 洞桩法施工数值模拟 采用的计算模型如图 2 所示, 图中不同的颜色除
结构下部区域为计算所需定义的土层以外, 其余颜色 代表不同的开挖或支护区域。取主洞拱圈的圆心为模 型的原点, 上边界取到地表, 向下取 25 m, 隧道中线两 边各取 30 m, 线路纵向取 15 m。取地表为自由边界, 其他五个面 都采用 滚轴约 束。共 划分了 37 790 个单 元, 42 538个节点。计算中采用不 同的本构模型模拟 不同的材料, 对于衬砌、边桩、横撑等应用线弹性模型, 而各层土体采用莫尔库仑模型。注浆超前支护采用改 变注浆加固区地层参数来实现, 初期支护采用壳体单 元模拟, 二次衬砌采用实体单元模拟, 横撑采用梁单元
2 工程地质及水文地质
车站主要穿越第四系全新统冲洪积层, 地层由上 而下依次为: 杂填土、粉质粘土、粉土、粉细砂、中粗砂、 圆砾卵石。结构顶端大部分位于第二层地下水( 潜水) 水位以上, 结构底端位于第三层水( 承压水) 水头以下, 施工时需要进行降水。地下水对混凝土 结构无腐蚀 性, 对钢结构具弱腐蚀性, 在干湿交替环境下对钢筋混 凝土中的钢筋具弱腐蚀性, 在长期浸水条件下对钢筋 混凝土中的钢筋无腐蚀性。
摘要: 通过对呼家楼车站的工程特点分析, 对其施工方案的选择进行了论证和比选, 从而推荐洞桩法施 工方案。通过三维有限元对洞桩法和 CRD 法进行了模拟, 并结合现场的监控量测数据进行了验证。 关键词: 地铁 暗挖法 洞桩法 施工方案 中图分类号: U 231+ 4 文献标识码: B
1 工程概况
呼家楼车站是北京地铁十号线的中间站, 车站位 于东三环与朝阳北路的交叉路口, 呈南北走向。车站 主体为分离岛式车站, 采用高平直墙结构( 主通道为: 12 620 mm 15 725 mm, 抬高段高为18 800 mm) 。车站 有多个洞室交汇。暗挖穿过部分地质情况复杂, 包括 粉细砂和砂砾层等。地下水位高, 大部分结构位于潜 水位以下, 底板结构在承压水中。京广桥桥桩与车站 主体、桥桩与车站横通道最小距离仅 2 m, 车站上方管 道密布, 需要多处改移和安全防护。通过对呼家楼车 站特点的分析, 我们对原 CRD ( 中隔墙法) 施工方案 和 洞桩法 施工方案进行了论证和比选, 从确保安全 的角度出发, 建议修改施工方法, 采用 洞桩法 施工。
4 洞桩法和 CRD 工法的数值分析比较
4 1 模型的建立 为了便于对比分析, 洞室断面 12 6 m 14 5 m, 埋
深取 9 m, 并采用统一地层条件, 即从上到下主要有杂 填土、粉土、粉质粘土、粉砂、砾石、粉土、粉质粘土、粉 细砂、砾石地层。 4 1 1 CRD 施工数值模拟
车站主体采用 CRD 法, 分四层八步施工。计算中 超前支护采用块体单元模拟, 初期支护采用梁单元模 拟, 二次衬砌采用块体单元模拟。采用的计算模型如 图 1 所示, 图中不同的颜色代 表不同的地层 和材料。 向上计算到地表, 两边各取了 40 m, 向下取 25 m, 两端 采用水平约束, 底部采用竖直约束。共划分 了30 930 个单元, 32 188个节点。
图 2 洞桩法施工有限元模拟图
模拟[ 2] 。 4 2 CRD 法和洞桩法的数值比较( 见表 2)
表 2 两种工法的沉降值
沉降分类
CRD 法
地表沉降 mm
- 23 25
拱顶沉降 mm
- 28 47
洞桩法 - 19 25 - 21 50
通过表 2 可以看出, 洞桩法施工无论在地表沉降、 拱顶沉降均小于 CRD 工法。因车站主体结构边墙较 高, 故有很大的侧压力。而采用 CRD 法施工需要的临 时支护和拆除量将很大。这部分侧压力尤其在初期支 护没有形成时可能很大, 初期支护形成以后如果横向 支撑刚度不够, 变形会进一步发展, 使地层沉降难以控 制, 这种情况在拆除临时支撑形成二次衬砌以前可能 更为严重。洞桩法完全避免这种力学转换, 因此优越 于 CRD 施工方法。
暗挖法地铁车站断面尺寸一般较大, 常用的几种 暗挖工法主要有 中洞法 、CRD 工法、台阶法、洞桩 法等。几种工法定性的比较见表 1。
表 1 几种暗挖施工方法的定性比较
项目 主要技术特点 控制地表沉降
中洞法
CRD 法 台阶法
洞桩法
先施作中洞, 两 边对 称 开 挖 侧
洞
分步 施工 侧洞
先开 挖 上 半 先 施 作 小 导
铁 道建筑
44
Railway Engineering
March, 2006
文章编号: 1003 1995( 2006) 03 0044 03
北京地铁十号线 呼家楼车站主体施工方案比选
王树才1, 黄治平2, 安玉波1
( 1 中铁十九局集团, 辽宁 辽阳 111000; 2 中铁十九局集团 第三工程公司, 辽宁 辽阳 111000)
断面 并 留
心土, 再开 下部
核 挖
洞, 并在 其 中 施 作钻 孔 桩, 再 扣拱 继 续
下挖, 做二衬
最好
较好
差
较好
施工技术
成熟
成熟
成熟
较成熟
施工难度
小
小
大
较大
施工安全性
易保证
较好
一般
一般
施工进度
最慢
慢
快
较快
作业空间
狭小
适中
较大
小
废弃工程量
多
较少
少
少
工程造价
高
较高
低
较低
针对呼家楼站采用分离式车站的形式, 结构断面 为单拱单跨断面, 相对标准岛式站台车站来说, 结构断 面跨度减小, 施工风险降低。从结构上来说, 采用洞桩
在洞室开挖过程中, 监控量测可以作为判断施工 方法成功与否的主要手段, 同时为准确预报围岩位移 量、合理确定支护设置时间和施工参数提供依据, 达到 反馈指导施工的目的。图 3、图 4 是洞桩法施工中地 表及拱顶沉降曲线。
图 3 地表沉降曲线图
铁 道建筑
46
Railway Engineering
March, 2006
1 工程概况
山海丹过街天桥位于东三环路京广桥引桥南侧规 划的商务中心街与东三环路的交叉路口上, 与地铁十 号线光华路车站正交。光华路车站主体为单跨三洞地 下局部双层分离岛式结构, 中洞为双层结构, 两侧洞为 单层结构, 车站主体为南北向布置, 中洞与侧洞净间距 为 4 54 m。侧洞全长 147 2 m, 由北向南2 下坡, 初 期支护厚度 300 mm, 开挖宽度 10 9 m, 高度 9 5 m, 采 用 CRD 工法施工。
2 侧洞贯通的必要性
据北京市轨道交通建设指挥部办公室 办公室专
地下构筑物的现状, 道路宽度, 交通状况等) 、地铁的功 能要求、线路平面位置、隧道埋深及开挖宽度等多种因 素的制约, 同时也会对施工期间的地面交通和城市居 民的正常生活产生直接影响。因此合理的选用施工方 法对于减低工程造价, 更好wenku.baidu.com实现设计意图具有非常 重要的意义。洞桩法对地铁车站施工非常有效, 特别 是车站主体结构周边环境稳定性要求较高时更能发挥 其独特的作用。
收稿日期: 2005- 11- 28
( 责任审编 孟庆伶)