新建地铁车站超大断面密接下穿既有车站影响分析_郑龙超.pdf
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1、第 1 期研究报告*中铁隧道局集团科技创新计划项目(隧研合 201935)新建地铁车站超大断面密接下穿既有车站影响分析*郑龙超1王明胜2路军富3廖品富1(1中铁隧道局集团建设有限公司,530007,南宁;2中铁城市发展投资集团有限公司,610218,成都;3成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,610059,成都第一作者,高级工程师)摘要以成都地铁倪家桥站新建 8 号线换乘车站下穿既有地铁 1 号线车站工程为例,采用有限元数值模拟和实际监测分析方法,研究了超大断面暗挖施工对既有车站结构变形特征的影响,并将数值分析结果与实测结果进行了对比分析。研究结果表明:采用 L 型梁及马头门
2、约束体系、5 导洞10 断面平顶直墙暗挖法及钢管群桩顶撑工艺等施工方式成功地控制了既有车站变形;既有车站与下穿车站交叠处沉降明显,横向影响范围约为 85 m;对车站沉降等造成主要影响的施工步骤为既有车站围护桩破除、第一导洞开挖及二次衬砌施作;既有车站轨道最大沉降为 484 mm,小于预警值600 mm,满足安全控制标准。关键词地铁;车站;超大断面;下穿施工中图分类号U2314;TU433DOI:1016037/j1007869x202301010Influence Analysis of Newly-built Metro Stationwith Super-large Section Und
3、er-passing ExistingStation at Zero DistanceZHENG Longchao,WANG Mingsheng,LU Junfu,LIAO PinfuAbstractThe new Nijiaqiao Transfer Station on ChengduMetro Line 8 underpasses the existing Metro Line 1 stationTaking this project as example,adopting finite element numericalsimulation and field monitoring a
4、nalysis method,the influence ofsuper-large section underground excavation construction on the de-formation characteristics of existing station structure is studiedNumerical analysis results and field measurement results are com-pared and analyzed esearch results show that:by adopting con-struction m
5、ethods such as L-beam and Horsehead door restraintsystem,5-pilot-tunnel and 10-excavation-section horizontalroof straight wall underground excavation method,and steelpipe pile group jacking technique,the deformation of existingstation is successfully controlled While subsidence at the inter-section
6、of existing station and the under-passing station is obvi-ous,and the transverse impact area is about 85 m The con-struction steps that have a major impact on station subsidenceare the breaking of existing station retaining piles,the excava-tion of the first guide hole and the secondary lining opera
7、tionThe maximum subsidence of existing station track is 484 mm,less than the warning value of 600 mm,meeting the safetycontrol standardsKey wordsmetro;station;super-large section;under-passing constructionFirst-authors addressChina ailway Tunnel Group Co,Ltd,530007,Nanning,China近年来,新建地铁车站零距离下穿既有运营地铁
8、车站已成为城市建设中常见的工程问题。目前,国内已有不少学者对零距离下穿建筑物地铁施工项目进行了研究。文献 1将 Peck 公式理论数据与国内各地区实际工程数据进行对比分析,获得了Peck 公式具有一定普适性的结论,但其适用范围受隧道的埋深、断面形状及支护形式等参数的影响。文献 2 对 Mair 公式进行了修正,增强其适用性及可应用性。文献 3通过机理研究,结合国内外下穿结构案例,建立了适用于体型简单、结构刚度均一的建筑物刚度修正法。文献 4 提出了一种由下穿既有地铁站引起的上部结构沉降变形的预测方法。文献 5分析了施工期间,土体注浆范围对隧道附加变形的控制作用。文献 6 结合变位分配原理和 C
9、D(交叉中隔墙)法+顶撑施工技术,模拟分析了既有车站结构沉降规律和分步变位控制标准。文献 7 研究了由 PBA(洞桩逆作)八导洞法、PBA六导洞法、暗挖三导洞法及暗挖四导洞法施工引起的地面及既有隧道变形情况。综上所述,目前对零距离下穿建筑物的研究较多,但对实际工程中的超大断面暗挖施工对周围建筑物的影响研究较少。鉴于此,本文以成都地铁倪942023 年家桥站新建 8 号线换乘车站为例,针对超大断面暗挖施工对既有车站结构变形规律的影响问题,提出通过 L 型梁及马头门约束、5 导洞 10 断面分部暗挖法等一系列施工方法控制既有车站沉降。本文研究可为类似工程施工提供借鉴与工程经验。1工程概况11下穿隧
10、道与既有车站的位置关系成都地铁倪家桥站新建 8 号线(以下简称“8 号线”)位于人民南路和倪家桥路交汇处,地铁车站位于人民南路西侧,沿领事馆路和倪家桥路布置,部分轨行区下穿既有地铁 1 号线(以下简称“1 号线”)和待建地铁 18 号线(以下简称“18 号线”)进行三站换乘,三线平面布置图如图 1 a)所示。既有车站为地下两层岛式明挖车站,长为 1800 m,与 8号线为 T 型换乘。新建地铁车站为地下三层岛式车站,总长为 2770 m,宽为 223 m,换乘节点范围基坑深度为 3514 m,暗挖段沿 8 号线主体结构纵向剖面图如图 1 b)所示。新建车站换乘通道需在负三层密接暗挖下穿既有车站
11、,暗挖段初次衬砌结构密贴既有车站底板。下穿隧道暗挖断面面积为 21177m2,宽为 234 m;开挖深度最大为 905 m,最小为 855m;穿越长度为 187 m。图 1下穿隧道与既有车站位置关系示意图Fig1Diagram of location relation between under-passing tun-nel and existing station12工程地质本工程场地基岩为白垩系灌口组紫红色泥岩,暗挖段上半部分位于253中密卵石土层,下半部分位于52强风化泥岩,中风化泥岩位于暗挖底板下23 m 处。地下水赋存于基岩裂隙中,含水量一般较小,但在岩层较破碎的情况下常形成局部富
12、水带。13施工方案由于下穿隧道顶板紧贴既有车站底板,导致施工操作空间狭小,既有车站的沉降控制难度较大,进而影响地铁正常运营。通过施作 L 型梁、马头门(隧道洞口处梁柱支撑结构)等结构形成约束既有车站变形的受力体系;采用 5 导洞 10 断面分部暗挖法+中心钢管柱顶撑工艺下穿施工,及时施作初次衬砌封闭成环形受力体系;施作二次衬砌结构完成受力体系转换。下穿隧道施工断面示意图如图 2 所示。图 2下穿隧道施工断面示意图Fig2Diagram of under-passing tunnel construction section14主要施工工艺1)L 型梁及马头门约束体系。在开挖施工断面前,施作既有
13、车站顶板上方的 L 型梁和暗挖段洞门处的马头门,加强对既有车站的约束作用,控制既有车站的变形。L 型梁为 8 号线及 18 号线换乘05第 1 期研究报告节点主体结构顶板与既有车站顶板的连接结构,马头门位于既有车站底板下方,起到支撑既有车站侧墙和底板的作用(见图 1 b)。2)钢管群桩顶撑工艺。开挖期间在既有车站受力框架柱正下方施作 1 导洞及 2 导洞处的钢管群桩。首先采用潜孔钻进行施工,锚入基底下 6 m,每个框架柱下施工 11 根 219 mm 钢管桩,钢管桩采用壁厚为 12 mm、长为 12 m 的无缝钢管;然后在钢管桩内灌注 C50 微膨胀混凝土;最后架设钢架平台,在平台上放置 4
14、台 100 t 千斤顶顶撑,使得钢管群桩既能够顶撑既有车站,又能调控既有车站的沉降;浇筑二次衬砌时取下千斤顶,并施作钢管混凝土柱。钢管群桩顶撑工艺如图 3 所示。图 3钢管群桩顶撑工艺Fig3Steel pipe pile group jacking technique2密接下穿既有地铁车站施工模拟计算要素21建立计算模型根据理论分析和设计资料,考虑到隧道施工影响范围、降低边界效应及既有地铁 1 号线围护结构等情况,划定计算模型边界范围为:计算模型水平方向取既有地铁 1 号线的设计长宽;模型底部边界至下穿隧道下侧边界为 45 m;上部边界为自由面;底部为 x、y、z 三向约束;两侧边界均施加法
15、向约束。计算模型中土体、二次衬砌、既有车站和马头门均采用实体单元进行模拟,初期支护采用析取的板单元进行模拟,挖孔桩、钢管柱采用植入式梁单元进行模拟。土体采用摩尔库伦模型,其余结构均采用弹性模型。模型范围为 165 m(x 向)24 m(y 向)70 m(z 向)。有限元计算模型如图 4 所示。图 4有限元计算模型Fig4Finite element calculation model22选取参数221计算单元及参数地层的物理力学参数参考文献8和 GB501572013 地铁设计规范,计算模型中围岩的力学参数如表 1 所示。表 1模型围岩力学参数Tab1Surrounding rock mech
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