复杂条件下盾构下穿过站对既有结构影响分析及方案决策.docxVIP

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盾构法是地下工程,特别是标准区间隧道工程重要的施工方法之一,可以有效控制变形、较大限度地避免地下水影响,对造价也有较大的优势。但盾构始发条件以及掘进过程中对“障碍物”的影响一直是盾构施工的难题。

基于盾构过站始发下穿建筑物取得的研究成果,综合空推过站、先行过站车站暗挖段以及上部存在重要建筑物的情况,本研究结合工程实践提供了一种困难条件下盾构始发过站车站暗挖段的方式。

1工程概况

1.1前门站概况

北京地铁8号线3期前门站位于前门东路下方,跨越前门东路,呈西南~东北方向布置。车站为地下3层三跨岛式车站,车站采用明暗结合施工,其中,西南侧部分采用明挖施工,中间下穿道路段采用8导洞PBA法暗挖施工,东侧下穿既有建筑段采用管幕+深孔注浆+平顶4导洞PBA法暗挖施工。车站附属结构包括2个风道、1个暗挖PBA工法换乘厅(包含换乘通道与疏散口)、3个出入口及3个安全出口。

既有建筑为地上3层框架结构,地下部分为一柱一桩扩底端承桩基础形式,建于1995年。既有建筑位于车站东北侧车站主体上方,与车站主体平面呈斜交关系,车站顶板距离既有桩基础底部约0.8?m。

1.2王府井站–前门站区间概况

王府井站–前门站区间为标准的单线单洞隧道,线路出8号线王府井站后,以矿山法隧道下穿1号线王府井站后,再以盾构法区间沿台基厂大街南行,至东交民巷路口向西折向前门东大街,下穿北京市密码管理局1栋3层房屋及首都大酒店B栋一角后,沿前门东大街,于地铁2号线区间及国铁直径线的北侧并行敷设向西行进,再由前门东大街转入前门大街时,依次斜下穿2号线区间及国铁直径线,下穿规划展览馆及盖板河后进入前门站。盾构区间自前门站始发,自王府井站后盾构井接收。区间平面布置如图1所示。

图1区间平面布置示意

1.3地质情况

考虑本研究内容主要集中于盾构始发段,因此重点描述此处地质情况。自上而下地层依次为杂填土、粉土、粉质粘土、细中砂、圆砾卵石层。地下水主要为潜水及层间水,车站站台层及盾构区间均位于地下水范围。

2设计方案研究

2.1总体方案设计

区间隧道采用盾构法施工,盾构始发条件是关键因素之一。结合前述工程概况可知,王府井站–前门站区间自前门站始发,前门站东侧升旗宾馆拆迁进而车站东端采用明挖施工是常规盾构区间始发条件。但考虑升旗宾馆拆迁计划的不确定性,车站采取包容性设计,以满足盾构多种始发工况。主要包含以下3个工况。工况1:拆迁顺利完成,盾构自东侧明挖段端头始发。工况2:拆迁无法实现,车站东段无法采用明挖法施工,将东段调整为暗挖法施工,待二次衬砌结构施工完成后,盾构空推至车站东端墙始发。工况3:拆迁无法实现,车站东段无法采用明挖法施工,东段调整为暗挖法施工,但东段暗挖法工期滞后,无法按时提供盾构始发条件,盾构空推至中段车站端墙始发,掘进通过东段暗挖段,进而暗挖拆除盾构管片实现贯通。

为满足以上多工况始发条件,车站站台层采用加高170?mm的方式,满足盾构过站条件。对后2个工况盾构始发条件进行平面尺寸复核,满足盾构空推或先掘进条件。最终,根据拆迁协调进度情况,采取了工况3的施工方案。

2.2盾构始发与车站暗挖施工条件选择

由于车站西端及中部暗挖段施工远早于东侧暗挖段,盾构始发时车站东端暗挖段同样正处于暗挖实施阶段,盾构始发掘进与车站暗挖施工相互影响,无论是相互影响还是对地表升旗宾馆的穿越影响都存在加剧的可能,因此有必要对穿越的不同时机进行分析,结合暗挖段已采取措施共同降低对升旗宾馆影响。

根据车站东侧暗挖段施工顺序,车站暗挖主要分为导洞施工阶段、桩基施工阶段、扣拱(顶板初期支护)施工阶段、内部土方开挖及逆做顶板二次衬砌施工阶段。盾构始发掘进通过车站暗挖施工不同阶段情况如图2所示。

(a)

(b)

(c)

(d)

图2?盾构始发掘进过站暗挖施工情况示意

(a)导洞施工阶段;(b)桩基施工阶段;(c)扣拱(顶板初期支护)施工阶段;(d)顶板二次衬砌施工阶段

3数值模拟分析

为了选择合适的盾构始发时机,降低盾构始发与车站暗挖施工的叠加影响,对不同的实施工况进行数值模拟,了解不同工况的变形情况。

3.1计算模型

本次计算采用midasGTS软件建立不同工况的三维模型。根据盾构、暗挖车站、建筑物及土层情况,整体模型尺寸采用80?m×60?m×60?m,包含699?256个单元及4?355?793个节点。除地表采用自由面外,其余5个面均设置法向约束。土体本构模型采用修正摩尔–库伦模型,初期支护结构、管幕、盾构隧道、围护桩等结构采用弹性本构模型,土体、顶梁与桩体采用实体单元,管幕钢管采用植入式桁架单元,初期支护、盾构隧道采用板单元。最终三维模型如图3所示。模型中地层及结构参数见表1。

(a)

(b)

图3?数值计算模型示意

(a)数值三维模型;(b)盾构与车站结构及建筑物关系

表1

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