对地铁PBA工法施工周边环境沉降规律的几点认识

2019-04-15 14:24李立功
城市建设理论研究(电子版) 2019年26期
关键词:导洞测点车站

李立功

北京市轨道交通建设管理有限公司 北京 100068

引言:PBA工法首先施工小导洞,在导洞内施作梁柱体系,然后再施作顶部结构,在其保护下进行后期的土方开挖及二衬施工。

一、工程概况

地铁7号线虎坊桥车站位于珠市口西大街与南新华街的交叉口处,车站主体断面为双层三跨三连拱断面,全暗挖岛式车站,全长226.6m。采用PBA工法施工,车站范围内环境复杂,地表对应位置为城市主干道,交通流量较大,故需对地表沉降严格控制。

二、沉降机理

PBA工法是浅埋暗挖法的一种延伸工法,其主要核心为将开挖断面化大为小,在少扰动地层的前提下形成导洞、扣拱、围护桩结构,形成竖向承载体系,在顶板保护作用下进行车站主体结构的开挖及施工。

1、地表沉降的原因

暗挖工程中,导致地表沉降的原因归根结底是因为地层损失,即开挖了地下原有的土体,导致土体为达到新的平衡状态进行重新分布,从而引起地表沉降,这个过程具有一定的滞后性,地表沉降的大小不是受单一因素影响,而是受降水、开挖面大小、支护时间及强度、施工工序衔接等多因素综合影响的。

2、地表沉降发展过程

PBA工法施工过程可大致分为如下几个阶段:

1.导洞施工阶段;2.围护桩及中柱施工阶段;3.扣拱施工阶段;4.站厅层施工阶段;5.站台层施工阶段

其沉降产生原因与机理如下所示:

导洞施工阶段因其对地下土体开挖扰动,故对地表沉降产生一定影响,该阶段施工对地表沉降影响较大,因其施工过程中开挖造成地层卸载,初期支护完成后,地层与初支结构共同受力过程中在达到应力平衡时会产生地层沉降,导致地表反映出沉降。

围护桩及中柱施工阶段对地表沉降影响较小,因该施工阶段在已完成的导洞内部进行,多采用人工挖孔成桩或小型机械成桩进行作业,由于其在既有结构保护下进行作业,且开挖体量较小,对土体扰动小,所以此阶段施工对地表沉降影响较小。

扣拱施工阶段涉及超前小导管注浆,拆除部分导洞初支结构,开挖扣拱部分土体,进行扣拱位置初支,此部分若控制不当将对地表沉降造成相当大的影响。造成沉降的原因与导洞施工基本相同,均为在无保护条件下施工,支护与开挖无法同时完成所致。

站厅层及站台层主体结构施工阶段对地表沉降影响较小,因为此阶段完全在已完成的扣拱保护下进行施工,顶部土体荷载被扣拱与围护桩共同承担,施工对周边土体扰动被围护桩隔绝,故对地表沉降影响较小。

三、周边环境沉降总体情况

1、最大沉降值情况

虎坊桥站共布设建筑物沉降、管线及地表沉降、桩顶水平位移、桩体变形和支撑轴力监测点464个,此处仅对沉降类测点进行分析,各类型测点个数、测点最大变形值统计如下:建筑物沉降(41个测点,最大变形值-46.13mm),管线沉降(181个测点,最大变形值-127.98mm),地表沉降(207个测点,最大变形值-103.70mm)。

2、沉降值分布情况

虎坊桥站沉降测点沉降值分布情况为:<-100mm为8个测点,-100mm~-80mm为50个测点,-80mm~-60mm为78个测点,-60mm~-20mm为126个测点,-20mm~-5mm为102个测点,-5mm~0为55个测点,>0为10个测点。由此可知,建筑物、管线、地表及道路沉降测点一般累计沉降-80mm~-5mm(占总测点数的71%),平均累计沉降量为-39.50mm。存在136个测点沉降值超过-60mm,车站主体及附属工程地面监测点一般累计沉降-5.0~-75.0mm。

四、地表沉降分析

1、主测断面沉降分析

虎坊桥站选取两个典型断面进行分析,分别位于车站西端横通道上方、中部。

从主测断面1、主测断面2的沉降曲线可以看出:

(1)车站整体沉降曲线在车站中部沉降最大,向南北车站两侧逐渐减小;

(2)主测断面1北侧沉降值较车站主体大,是因为3号竖井横通道以及1号风道的施工影响;

(3)结合车站整体沉降曲线进行分析,可以看出超出1倍埋深范围外的沉降值已经很小,说明暗挖车站施工沉降影响范围基本在1倍埋深范围内。

2、典型测点分析

车站主体中部正上方的测点WGXC-02-31及车站东段3号出入口与车站交接处的测点DB-28-06。

管线测点WGXC-02-31位于车站中部,主体结构正上方,污水管线测点,由于不受附属结构及竖井横通道的施工影响,测点沉降与车站小导洞、扣拱开挖和二衬拆撑相关。沉降主要集中在三个施工阶段,分别为:下层小导洞开挖、上层小导洞开挖以及初支扣拱与二衬,沉降所占总沉降的比例分别为19.5%、28%和39%。

地表测点DB-28-06位于车站东段车站主体与3号出入口交接处,因此沉降受车站主体和出入口施工双重影响,车站主体施工的影响更大,约占总沉降量的90%,其中上层小导洞的施工影响大于下层小导洞施工,待稳定之后附属结构3号出入口施工影响较小。

综合分析可知:

(1)车站主体的施工过程中,上下小导洞开挖、扣拱开挖及拆撑施工对沉降影响较大。

(2)在车站主体与附属结构结合部位的测点,受车站主体施工的影响更大,可以达到总沉降量的80%~90%,主要原因是附属结构施工时车站主体二衬已经完成。

(3)上层小导洞开挖较下层小导洞开挖所引起的地表沉降更大。

五、管线沉降分析

虎坊桥站施工影响的管线有燃气管、热力管沟、上水管、污水管、雨水管,共布设172个测点,各类型管线布设测点个数及平均沉降值如下:燃气管(测点23个,平均沉降值-72.38mm),热力管沟(测点22个,平均沉降值-37.48mm),上水管(测点35个,平均沉降值-51.55mm),污水管(测点67个,平均沉降值-49.78mm),雨水管(测点25个,平均沉降值-52.54mm),合计测点172个,平均沉降值-50.13mm 。由此看出:虎坊桥站受施工影响的管线沉降值一般在-15mm~-70mm之间。

与车站主体结构垂直走向的管线,其沉降趋势同地表沉降测点;与车站主体结构平行走向的管线,此处选取车站主体上方的Φ1200雨水管进行研究。

通过测点数据分析,Φ1200雨水管测点沉降量基本在-40mm~-80mm之间,个别测点沉降在-80mm~-100mm之间,均超出预警值,但各处沉降表现平缓,斜率在0.3%以内,无倾斜超标。从施工步序角度分析,典型测点沉降稳定后,在下层主体导洞施工期间测点沉降量约18mm,上层导洞施工期间沉降量约32mm,扣拱开挖期间沉降量约23mm,占总沉降量的80%以上,因此导洞开挖和扣拱施工是造成该管线沉降的主要因素。

结 论

(1)根据主测断面测点沉降规律,虎坊桥站沉降槽影响区域基本在车站1倍埋深范围内,各监测断面沉降呈中间大、两侧小的槽形。

(2)根据对车站上方测点沉降值统计分析,各类测点时程曲线变形与施工阶段相关,沉降主要集中在导洞开挖、扣拱施工及二衬拆撑阶段。开挖面通过期间沉降速率较大,随后稳定,二衬拆撑期间再次沉降直至收敛,因此开挖施工沉降量约占总沉降量的2/3。

(3)该车站PBA法暗挖施工沉降基本可控,对道路、管线等周边环境无明显影响。

猜你喜欢
导洞测点车站
液压支架整机静强度试验及等效应力分析
PBA 工法暗挖车站导洞施工应力场分布研究
暗挖车站洞内地下连续墙施工导洞环境效应分析
基于CATIA的汽车测点批量开发的研究与应用
车站一角
不同覆跨比下洞桩法导洞开挖引发地表变形规律研究
洞桩法导洞施工地层响应及施工参数优化
某废钢渣车间落锤冲击振动特性研究
车站一角
在北京,一个车站的治理有多难