暗挖法穿越既有构筑物技术研究.ppt

1、浅埋暗挖法近距离穿越既有地铁构筑物（区间与车站）关键技术研究1 1 立项背景立项背景 近年来我国城市快速轨道交建设得到了迅速发展，逐步形成地下铁道网。在地铁网的建设中必然会遇到众多的节点车站（即换乘车站），仅北京市线网规划中节点车站就达118处，因此换乘车站的设计和施工通常是城市地铁建设中的难点和重点工程。换乘车站的建设方式：换乘车站的建设方式：A.A.同期建设4、10号线黄庄车站B.B.前期建设预留 如2、4号线西直门站C.C.穿越既有线施工,如崇文门、东单、宣武门站等 显然,在以上 3 种建造方式中，显然是以穿越既有线结构的方式技术难度和风险最大。序号新建线既有线穿越情况穿越类型最小间距/

2、m152崇文门暗挖车站下穿地铁2号线区间下穿1.98021东单暗挖车站上穿地铁1号线区间上穿0.632雍和暗挖区间穿环线雍和宫站下穿0.3442宣武门暗挖车站下穿2号线宣武门车站下穿1.951西单暗挖车站上穿1号线区间上穿0.5462西直门站改造（预留)7101国双区间下穿1号线区间下穿1.245813北芍区间下穿13号线芍药居站下穿9.215 9机场线13东直门站穿13号线东直门折返线下穿、侧穿0北京地铁在建线路近距离穿越既有地铁线工程汇总表北京地铁在建线路近距离穿越既有地铁线工程汇总表 通常认为，当结构间距大于5.0m以后两者的影响就非常明显，即5.0m以下可以认为是小间距，上表中除穿越芍

3、药居城铁站外，其他间距均小于2.0m，因此均为近距穿越。隧道穿越既有线的主要形式隧道穿越既有线的主要形式:依据新建隧道与既有线结构的位置依据新建隧道与既有线结构的位置关系可分为以下关系可分为以下3种穿越形式：种穿越形式：下穿既有线下穿既有线 上穿既有线上穿既有线 侧穿既有线侧穿既有线 宣武门下穿既有线结构宣武门下穿既有线结构东单站上穿既有线结构东单站上穿既有线结构崇文门联络通道崇文门联络通道侧穿既有线结构侧穿既有线结构在3种穿越方式中以下穿既有线工程的技术难度最大。而在北京在建的穿越既有线工程中，以五号线崇文门车站下穿既有线工程条件最为复杂，难度和风险最大，同时也是最先建设的穿越工程。因此本课

4、题重点以崇文门车站作为工程北京开展研究工作，并在该工程建设中进行本成果的应用。以五号线东单车站作为上穿既有线的工程应用。北京地铁五号线崇文门车站工程概况 北北京京地地铁铁五五号号线线崇崇文文门门车车站站和和东东单单车车站站隧隧道道穿穿越越工工程程的的规规模模之之大大、条条件件之之复复杂杂以以及及控控制制标标准准之之高高是是国国内内外外罕罕见见的的，其其中中崇崇文文门门车车站站以以24.2m11.42m24.2m11.42m的的大大断断面面下下穿穿既既有有环环线线地地铁铁结结构构，结结构构最最小小间间距距仅仅为为1.98m1.98m；东东单单车车站站开开挖挖断断面面为为23.66m9.87m23

5、.66m9.87m，以以最最小小间间距距0.5m0.5m上上穿穿既既有有地地铁铁一一号号线线区区间间。在在如如此此复复杂杂的的环环境境下下实实现现施施工工过过程程中中的的安安全全运运营营，其其风风险险性性非非常常之之大。大。崇文门车站的主要技术难点：崇文门车站的主要技术难点：(1)崇文门车站是重要的换乘车站，在整个交通线网中崇文门车站是重要的换乘车站，在整个交通线网中 具有不可替代性。具有不可替代性。(2)施工技术难度大，国内外尚无成熟的经验可资借鉴，施工技术难度大，国内外尚无成熟的经验可资借鉴，需要通过技术创新来完成。需要通过技术创新来完成。(3)周围环境及其复杂，而且地处交通要道，一旦出现

6、周围环境及其复杂，而且地处交通要道，一旦出现工程环境事故，将造成非常恶劣的社会影响；如果工程环境事故，将造成非常恶劣的社会影响；如果造成既有线结构破坏迫使环线地铁停运，将使整个造成既有线结构破坏迫使环线地铁停运，将使整个北京地铁交通瘫痪。北京地铁交通瘫痪。(4)在如此复杂的条件下施工，要同时保证既有线和新在如此复杂的条件下施工，要同时保证既有线和新建工程的安全，技术要求高。建工程的安全，技术要求高。2 2 主要研究内容和总体思路主要研究内容和总体思路成功穿越既有线结构，要解决好以下关键问题：成功穿越既有线结构，要解决好以下关键问题：A.保证既有线的安全运营B.保证施工过程的安全C.监控量测和信

7、息反馈是工程安全的重要保证 隧道穿越既有线的核心问题是如何控制既有线结构的变形量和变形速率(防止灾难事故发生)，因此从研究思路上可以采取以下3种方法：结构托换，即通过托换手段对既有结构进行预支护，如美国波士顿中央交通主动脉公路隧道工程穿越既有地铁线时使用了此方法。减小开挖断面，即在满足工程要求的条件下尽量减小隧道断面，或将大断面隧道分解成小断面，如4号线宣武门站拟采用的方法。隧道分部开挖，即将大断面隧道分多次开挖完成，从而减小对既有结构的扰动和变形，如5号线崇文门车站、东单车站以及穿越雍和宫车站所采用的方法。安全穿越既有线结构的基本思路安全穿越既有线结构的基本思路 穿越既有线工程主要包括以下

8、5个环节，课题研究也是围绕这5个环节的关键技术问题进行的，并且重视成果的实际应用。既有结构物的现状评估和安全性评价。由此可确定出既有结构的沉降和变形控制标准，即既有结构所能够承受的极限变形值。施工附加影响的分析及施工方法优化。实际上为施工方法以及辅助施工方法的优化，并且包括工法的优化以及细部优化（如到洞开挖以及支护顺序等细节问题）。过程控制方案制定与实施。考虑到隧道开挖对地层影响的时空效应，依据地层和结构的变位分配原理，初步拟定相应施工方案下的既有结构变形及稳定性控制方案并实施。方案制定的依据主要包括：既往经验及资料、数值模拟及理论分析、工程特点等。施工过程监测及信息反馈。基于信息化施工的原理

9、，通过监测结果与既定控制方案的对比，可及时对施工方案和控制标准进行调整，以及在必要时对地层和结构进行加固，以达到预期的目标。加固地层其作用是减小施工对结构的附加影响；加固结构其作用则在于提高结构的抗变形能力。工后评估及恢复方案制定。无论采取怎样的施工方案和技术措施，施工结束后都会或多或少地对既有结构造成影响，因此待施工完成后应对既有结构的损坏状况进行检测和评估，并据此制定恢复方案和具体措施，包括恢复的必要性、恢复程度以及工后沉降和变形的预测等。依据上述原理和方法，在浅埋暗挖法穿越地铁结依据上述原理和方法，在浅埋暗挖法穿越地铁结构成功实践的基础上，目前已在北京地铁施工的环境构成功实践的基础上，目

10、前已在北京地铁施工的环境安全风险管理中得到了推广应用，取得了很好的效果。安全风险管理中得到了推广应用，取得了很好的效果。由此可对地铁及城市地下工程施工的环境控制提供直由此可对地铁及城市地下工程施工的环境控制提供直接的指导，从整体上提高了信息化施工的技术水平。接的指导，从整体上提高了信息化施工的技术水平。3 课题技术成果及其应用课题技术成果及其应用 分析了穿越工程中合理结构间距的主要影响因分析了穿越工程中合理结构间距的主要影响因素及评价方法，并由此确定了一般工程条件下的合素及评价方法，并由此确定了一般工程条件下的合理结构间距。理结构间距。综合考虑列车振动对新建结构的影响、夹层土体变形对既有结构沉

11、降的影响以及地下空间的合理利用等，下穿越既有线时结构间距以23m为宜。（一）既有结构的现状评估与安全性评价（一）既有结构的现状评估与安全性评价 根据现状评估结果，结合施工过程中可能发根据现状评估结果，结合施工过程中可能发生的沉降模式的综合分析，同时考虑到列车运营生的沉降模式的综合分析，同时考虑到列车运营条件（竖曲线、过超高等）的要求，最后以既有条件（竖曲线、过超高等）的要求，最后以既有隧道结构变形缝处的最大沉降量最为控制指标，隧道结构变形缝处的最大沉降量最为控制指标，控制标准为不超过控制标准为不超过40mm40mm，考虑到一定安全储备，考虑到一定安全储备，将既有结构的最大沉降量控制标准拟定为将

12、既有结构的最大沉降量控制标准拟定为36mm36mm。东单车站既有线复八线的上浮量控制标准为东单车站既有线复八线的上浮量控制标准为12mm,12mm,考虑安全储备后，最大上浮量为考虑安全储备后，最大上浮量为10mm10mm。东南施工场地西北施工场地崇文门车站周边实景图崇文门车站周边实景图平面图平面图横剖面图横剖面图西1.98m（二）地铁施工的附加影响分析及工法优化（二）地铁施工的附加影响分析及工法优化 针对大断面浅埋暗挖地铁车站常用的中洞法、柱洞法和侧洞法对既有结构沉降附加影响进行分析，由此实现对施工方法的优化。施工方法的附加影响分析及优化，包括工法的优化和施工步骤的细部优化。既有环线区间隧道新

13、建车站600大管棚柱洞法柱洞法中洞法中洞法侧洞法侧洞法不不同同施施工工方方法法的的塑塑性性区区分分布布柱洞法柱洞法中洞法中洞法侧洞法侧洞法 综综合合既既有有结结构构沉沉降降以以及及塑塑性性区区范范围围的的影影响分析，可以得出以下结论：响分析，可以得出以下结论：柱柱洞洞法法以以最最小小的的挖挖土土量量，提提供供了了前前期期衬衬砌砌的的施施作作空空间间，其其永永久久衬衬砌砌结结构构施施作作最最早早，支支撑撑作作用用发发挥挥得得最最早早，所所以以对对土土体体沉沉降降和和既既有有结结构构的的变变位位控控制制最最为为有有利利，应应是是穿穿越越施施工工的的最佳方案。最佳方案。导洞开挖顺序的细部优化导洞开挖

14、顺序的细部优化导洞开挖顺序的细部优化导洞开挖顺序的细部优化12341 12 23 34 412341234方案方案方案方案既有结构分步沉降预测结果既有结构分步沉降预测结果-40-35-30-25-20-15-10-50024681012141618施工步序累计沉降量（mm）导洞贯通中洞顶层衬砌侧洞支撑侧洞贯通中洞衬砌侧洞衬砌中洞管幕施工结束（三）环境风险安全控制方案的制定和实施（三）环境风险安全控制方案的制定和实施 依据地层及结构变为分配的原理和方法，拟定出不同施工依据地层及结构变为分配的原理和方法，拟定出不同施工阶段的既有结构变形控制目标值，形成控制方案。阶段的既有结构变形控制目标值，形成控

15、制方案。600超前管幕超前管幕设计参数设计参数600600咬合管幕，钢管管径咬合管幕，钢管管径600mm600mm，壁厚，壁厚16mm16mm，长度为，长度为36m36m。沿。沿车站隧道单层断面拱部布设一环，钢管之间采用车站隧道单层断面拱部布设一环，钢管之间采用1010号槽钢和工号槽钢和工1010相互咬合（双扣为槽钢，单扣为工钢）。相互咬合（双扣为槽钢，单扣为工钢）。施工方法施工方法超前超前600600管幕采用水平液压钻孔顶管机施工，施工时采用先顶管幕采用水平液压钻孔顶管机施工，施工时采用先顶进后出土的施工工艺，钻头落后钢管前端进后出土的施工工艺，钻头落后钢管前端10-15cm10-15cm，

16、该施工工，该施工工艺能够有效的控制地层沉降，其主施工设备为液压系统，施工艺能够有效的控制地层沉降，其主施工设备为液压系统，施工中振动和噪音较小中振动和噪音较小 施工参数施工参数管幕布置在既有环线区间隧道和车站拱顶之间，距离车站初支管幕布置在既有环线区间隧道和车站拱顶之间，距离车站初支30cm30cm。在钢管支座施工完成后，钢管内再填充无收缩水泥砂浆，。在钢管支座施工完成后，钢管内再填充无收缩水泥砂浆，用来提高钢管刚度用来提高钢管刚度 。钻孔顶管机施工示意图600600超前管幕超前管幕现场钢管柱施工现场钢管柱施工（四）施工过程中的监测和控制（四）施工过程中的监测和控制与其他的暗挖地铁车站工程相比

17、，监测工作的主要创新点为：v采用先进的高精度静力水准自动化监测系统，实现了实时监测和及时的信息反馈；v采用光栅系统对典型管棚进行了隧道施工过程的全过程实时监测；v对地铁列车振动在地层中的传播规律进行了监测，为振动影响分析及减振措施制定提供了依据。常常规监测项规监测项目目地表布点地表布点图图测点布置原则为：沿纵向每5米布设一个断面，每个断面布设5个测点。常常规监测项规监测项目目洞内布点洞内布点图图既有既有线监测线监测布点布点纵纵剖面剖面图图既有线监测布点纵剖面图既有线监测布点纵剖面图既有线监测方案 既有线监测设计就是结合既有隧道的结构特点和已制定的监管指标，选择相应的量测仪器和设备。监测系统的布

18、置也是监测设计的重要内容，包括仪器安设位置的选择，仪器安装的数量、密度、分布方式和范围等。梁式倾斜仪变位计（五）工后评估和恢复方案制定和实施（五）工后评估和恢复方案制定和实施 隧道施工完成后，客观上不可避免地要对既有地铁构筑物造成影响，也可能对既有线的安全运营和使用功能造成一些损害，因此应对所造成影响的程度作出评价；同时根据损害的程度对恢复的必要性、可行性以及经济合理性作出分析和评估，并据此给出相应的恢复方案、措施和建议。在综合评估的基础上应对恢复方案进行具体设计。（六）（六）既有结构变形的控制效果既有结构变形的控制效果导洞贯通中洞顶层衬砌侧洞支撑侧洞贯通中洞衬砌侧洞衬砌中洞管幕施工结束侧洞支撑123 采取上述控制方案，对北京地铁五号线崇文门车站穿越既有环线崇文门车站结构工程进行全过程控制，取得了较为理想的效果，目前该项工程的施工已结束，有效地保证了既有线的安全运营。