浅埋暗挖法

要:文章旨在介绍软土地层浅埋暗挖大断面地铁车站风道,顺利通过地面楼房建筑区,保证楼房不发生开裂的开挖沉降控制技术。通过地表树根桩加固技术的应用,有效地控制了地表沉降,保证了楼房的安全,为风道开挖的顺利进行创造了条件。

关键词:浅埋暗挖法　风道　沉降　树根桩
 
1 工程概况
      某城市地铁车站风道埋深7.5ｍ,长为82ｍ,风道高度13ｍ,开挖宽度11.6ｍ,穿越粘土层、粉质粘土、粉细砂层、中粗砂层、卵石圆砾层、粘土层。风道竖井位于某公园建筑区内,风道破马头门进洞后经90°转弯向东继续开挖,从公园旅游服务部二层楼的北侧穿过,风道开挖边线距公园旅游服务部二层办公楼基础边仅有1.3ｍ。二层楼为20世纪80年代修建,楼房长29.4ｍ,宽12.2ｍ,砖砌条形基础,埋深3ｍ,楼房主体为砖混结构,位置关系见图1。

2 开挖可能产生的沉降量分析
2.1 沉降产生原因
      在隧道开挖过程中,上覆地层的竖向沉降一般是由开挖后的地应力释放、地层土体损失引起的。第一论文范文网www.编辑。
对浅埋暗挖施工的隧道而言则为开挖后、支护结构达到强度要求前的时间段内,隧道上方一定范围内土体向隧道内移动所引发的地层整体变形。
      由于该风道埋深浅、断面大、穿越地层自稳能力差、易坍塌,故设计施工方法为ＣＲＤ工法,即分四个台阶八部开挖,具体如图2所示。同时采用井点降水,小导管超前注浆,架设格栅钢架,网喷支护,拱背后水泥浆回填。ＣＲＤ法分八部开挖具有对周边土层扰动次数多,累积沉降变形量大等特点。风道恰从楼房的北侧通过,风道开挖线距离二层楼基础边线较近,楼房整体结构位于沉降槽分布范围内,特别在开挖风道南侧导洞(3、4、7、8部)时,会对靠近二层楼房基础下土体产生扰动,从而加速楼房的不均匀沉降。

2.2 沉降量分析
      按设计要求风道中线位置地表最大允许沉降值为50ｍｍ,根据地表沉降槽变化曲线(见图3),计算楼房北侧墙和中心位置的不均匀沉降值Ｓ:
Ｓ=Ｓｍａｘｅｘｐ(-ｘ2 (2ｉ2))
      式中的Ｓｍａｘ为隧道中线处最大沉降量;ｉ为隧道中线到沉降曲线反弯点的距离,在砂层ｉ=9.32-0.21Ｚ0(式中Ｚ0为地表到隧道拱顶的距离);沉降槽宽度为5ｉ;ｘ为距隧道中心线的水平距离。
      因此,Ｚ0=7.5ｍ时,沉降槽宽度为39ｍ,楼房在沉降槽影响区内;当Ｓｍａｘ=50ｍｍ时,取ｘ1=7.1ｍ(北侧墙体处)时,计算得出Ｓ1=19.0ｍｍ;取ｘ2=13.2ｍ(楼房中心处)时,计算得出Ｓ2=1.8ｍｍ。
      从上述计算结果得出,楼房北侧墙不均匀沉降差值为Ｓ1-Ｓ2=17.2ｍｍ,则相对于楼房中心的差异沉降为0.003>0.002(规范允许值),楼房基础将会出现开裂破坏。在施工过程中,当地表沉降值Ｓｍａｘ>50ｍｍ时,楼房产生的不均匀沉降差异值将会增大。因此,为避免楼房结构出现变形开裂,影响使用安全,需采取加固措施控制因地表沉降变形而造成的楼房不均匀沉降。

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3 沉降控制方案
3.1 地表加固方案　　
      考虑到风道边线距离楼房基础仅为1.3ｍ,作业场地狭窄,在方案制订过程中既要保证能够实现楼房控制沉降目的,也要保证加固措施结构不能侵入风道开挖净空内,同时应减少对楼房周围土体的扰动。通过方案比选决定采取沿楼房北侧、风道开挖边线外侧施作树根桩方案,具体施工参数如下:
      1)用钻机钻Φ130孔,埋设直径Φ108、壁厚5ｍｍ的无缝钢管,树根桩由1排竖直桩,2排斜桩组成,沿楼边纵向间距为0.5ｍ,呈梅花形布置,横向间距0.3ｍ。第一范文网整理。
竖直桩长度为25ｍ,伸入风道底板3ｍ,斜桩斜插角度为分别为15°、30°,长度分别为17ｍ、20ｍ(见图4),钻孔顺序为先转奇数孔,注浆后再钻偶数孔。
      2)在树根桩顶部沿二层楼基础施作厚0.8ｍ、宽1.0ｍ的Ｃ20混凝土纵梁(东西向)。为了保证树根桩与既有二层楼条基连接形成整体扩大基础,决定对楼房基础采取植筋技术,沿南北向植入Φ22钢筋,间距100ｍｍ,上下两排,并与混凝土纵梁中钢筋连接以形成整体受力结构(见图4)。

      3)树根桩内注入水泥浆,水灰比为(0.6∶1)～(0.4∶1),浆液先稀后稠,根据注浆量和注浆压力调整水灰比。注浆时为保证浆液扩散效果,要求间隔注浆,同时采取反向注浆措施,即用与钢管桩同等长度的ＰＶＣ管插入桩底,使浆液从底部向上升起,利用浆液水头压力达到止浆目的。
3.2 其他加固措施
      1)风道开挖严格按设计步序开挖,缩短开挖支护循环时间,及时封闭仰拱,严格遵守“管超前,严注浆,紧支护,快封闭,勤量测”的原则。
      2)调整超前支护参数,即加密原设计超前导管,环向间距由0.3ｍ改为0.2ｍ,每根管长1.5ｍ,每榀格栅施作一环,注现场调配的改性水玻璃加固砂层,控制超挖和坍塌。
      3)及时对初支背后空洞进行填充回填注浆,保证初支背后密实,减少因土体损失而造成的沉降。
4 实施效果
      施工过程中的监控量测显示,设于拱顶正上方地表监控量测点最大累计沉降值为48.55ｍｍ,随各部开挖地表沉降状况见图5;而设于楼房北侧墙体上的监控量测点的最大累计沉降值为2.56ｍｍ(含测量误差),远小于理论计算值19.0ｍｍ,楼房处于稳定状态,且墙体没有裂纹现象发生。说明通过树根桩的施作,有效地阻止了不均匀沉降槽向楼房基础范围内的发展,达到了控制楼房不均匀沉降的目的,保证了楼房的使用安全。同时通过开挖揭示,靠楼房侧开挖断面边墙位置土体内可见浆全网

脉发育,地层得到了有效加固,保证了开挖安全。
5　结语
      1)通过地表树根桩的施作,具有加固范围大、施工方便、经济实用的特点。一方面通过注浆加固了楼房基础土体,提高了基础土体的整体稳定性;另一方面通过向楼房基础内的植筋,使楼房基础与树根桩、纵梁形成了有效的扩大基础,对控制楼房沉降起到很好的作用,同时通过树根桩自身的刚度,有效地阻止楼房基础下土体受开挖扰动所产生的倾覆变形,切断了沉降槽向楼房基础范围内的发展。
      2)通过采取此方法对楼房区域地层进行加固处理,有效地控制了楼房的沉降变形,实现了软弱地层中,浅埋暗挖大断面隧道成功通过楼房区,为地铁后续施工顺利进行和保证楼房安全创造了有利条件,为类似工程施工提供了借鉴。[

浅埋暗挖法

浅埋暗挖法是在距离地表较近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的一种方法。继1984年王梦恕院士在军都山隧道黄土段试验成功的基础上，又于1986年在具有开拓性、风险性、复杂性的北京复兴门地铁折返线工程中应用，在拆迁少、不扰民、不破坏环境下获得成功。同时，结合中国特点及水文地质系统，创造了小导管超前支护技术、8字型网构钢拱架设计、制造技术、正台阶环形开挖留核心土施工技术和变位进行反分析计算的方法，提出了“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测” 18字方针，突出时空效应对防塌的重要作用，提出在软弱地层快速施工的理念。由此形成了浅埋暗挖法，创立了适用于软弱地层的地下工程设计、施工方法。

　　浅埋暗挖法沿用新奥法 (New Austrian Tunneling Method)基本原理，初次支护按承担全部基本荷载设计，二次模筑衬砌作为安全储备；初次支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。应用浅埋暗挖法设计、施工时，同时采用多种辅助工法，超前支护，改善加固围岩，调动部分围岩的自承能力；并采用不同的开挖方法及时支护、封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系；在施工过程中应用监控量测、信息反馈和优化设计，实现不塌方、少沉降、安全施工等，并形成多种综合配套技术。

　　浅埋暗挖法施工的地下洞室具有埋深浅（最小覆跨比可达0.2）、地层岩性差（通常为第四纪软弱地层）、存在地下水（需降低地下水位）、周围环境复杂（邻近既有建、构筑物）等特点。

　　由于造价低、拆迁少、灵活多变、无须太多专用设备及不干扰地面交通和周围环境等特点，浅埋暗挖法在全国类似地层和各种地下工程中得到广泛应用。在北京地铁复西区间、西单车站、国家计委地下停车场、首钢地下运输廊道、城市地下热力、电力管道、长安街地下过街通道及地铁复—八线中推广应用，在深圳地下过街通道及广州地铁一号线等地下工程中推广应用，并已形成了一套完整的综合配套技术。

　　同时，经过许多工程的成功实施，其应用范围进一步扩大，由只适用于第四纪地层、无水、地面无建筑物等简单条件，拓广到非第四纪地层、超浅埋（埋深已缩小到0.8m）、大跨度、上软下硬、高水位等复杂地层及环境条件下的地下工程中去。

　　信息化技术的实施，实现了浅埋暗挖技术的全过程控制，有效地减小了由于地层损失而引起的地表移动变形等环境问题。不但使施工对周边环境的影响降低到最低程度，由于及时调整、优化支护参数，提高了施工质量和速度，使浅埋暗挖法特点得到更进一步的发挥，为城市地下工程设计、施工提供了一种非常好的方法，具有重大的社会效益和环境效益，该方法在总体上达到国际领先水平。

科技部门户网站  www.most.gov.cn      2000年12月26日     来源：科技部

经济的发展，人口的增加，使城市的运行与发展受到土地与环境日益增多的制约。城市必须立体化。地下空间作为资源必须开发。地下工程大发展已是世界土木界的主流，地铁的建设是其重要组成部分。明挖法严重干扰交通，破坏环境，大量建筑物与管线的拆迁已不可能。即使拆迁，昂贵的拆迁费用也难以承受。盾构法解决了这些难题，但其灵活性差，特别是昂贵的盾构机械，会大大提高工程造价。 浅埋暗挖法是一种在离地表很近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的方法。在明挖法、盾构法不适应的条件下，如北京长安街下的地铁修建工程，浅埋暗挖法显示了巨大的优越性。 浅埋暗挖法施工步骤是：先将钢管打入地层，然后注入水泥或化学浆液，使地层加固。开挖面土体稳定是采用浅埋暗挖法的基本条件。地层加固后，进行短进尺开挖。一般每循环在0.5-1.0米左右。随后即作初期支护。第三步，施作防水层。开挖面的稳定性时刻受到水的危胁，严重时可导致塌方。处理好地下水是非常关键的环节。最后，完成二次支护。一般情况下，可注入混凝土，特殊情况下要进行钢筋设计。当然，浅埋暗挖法的施工需利用监控测量获得的信息进行指导，这对施工的安全与质量都是重要的。 浅埋暗挖法既可作为独立的施工方法，如北京西单地铁站完全以此方法建成；它也可以与其他施工方法综合使用，如天安门西站、王府井站、东单站则是用浅埋暗挖法与盖挖法相结合的方法修建的。北京地铁部分区间隧道则是用半断面插刀盾构法与浅埋暗挖法相结合的方法建成的。 浅埋暗挖法与其他施工法有很强的兼容性。浅埋暗挖法，整体配套技术处于国际领先水平，国际隧道协会有关专家也认为这是地下工程的一次突破。目前浅埋暗挖法已有自己全套设计、施工理论，作为一种方法已被国内外所采用。 浅埋暗挖法作为建设部命名的国家级工法，不仅在地铁修建中显示了它的优越性，为国家取得重大经济、社会效益，它在地下停车场、地下街道、地下商业街及市政地下管网的建设中注入了前所未有的活力，为现代城市地下空间的开发作出了贡献。