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1、分离岛式地铁车站群洞效应分析与施工优化论文.freel,总宽度46.7m,线间距40m。共设东南、东北、西南、西北四个出入口,两个风井和风道分别位于车站南北两端,并同时作为施工期间的施工通道。中洞为单跨双层结构,埋深8m,开挖宽度14.4m,高15.5m,采用洞桩法施工。首先施作两侧小导洞,再在小导洞内施作Φ8001200的钻孔灌注桩,桩顶设1600mm×1650mm的纵梁;然后分两步施作中洞拱部初支,即小导洞内中洞拱部初支与回填和两个小导洞间的中洞拱部初支结构;最后施工中洞拱部二衬以及下部土方和结构。侧洞
2、为单跨单层结构,埋深14m,开挖宽度10.810m,高度9.435m,采用CRD法(交叉中隔壁法)分为两层四个导洞施工。中洞与侧洞最小净间距仅为4.54m。2工况与群洞效应分析光华路站主体中洞和近邻左右侧洞之间,呈现出复杂的群洞状态。为了取得较好的施工效应,有效地控制地表沉降和保证结构的稳定性,针对中洞和侧洞的既有设计施工参数,按照不同的工况进行群洞效应分析,以便更加安全高效的指导施工。对于主体结构的总体施工组织,首要而又关键的就是确定中洞与侧洞的施工顺序。施工顺序不同,由此产生的时空效应、群洞效应也不同,
3、因此会对结构的施工及其安全产生很大影响。对中洞而言,两侧洞的开挖是对其拱脚抗力卸载的过程;对两侧洞而言,中洞的开挖支护会在其拱部一侧产生较大的偏压,同时在中洞向下开挖的过程中会释放侧洞边墙的部分被动土压力而加大边墙的侧向变形;另外,侧洞开挖产生的土体沉降会在中洞围护桩侧产生负摩阻力,加大围护桩的荷载作用。2.1中洞先行下的施工效应为减小以上各种不良影响,必须合理组织各洞室的施工步序,充分利用地层的时间、空间效应,降低施工的相互影响。在中洞与侧洞的设计施工中,中洞对车站主体的影响较大,起主要控制作用;且按照群
4、洞施工,先开大洞后开小洞的思想,设计总体思路为中洞先行。即先进入中洞导洞及其初支扣拱的施工,中洞的第一道预应力拉杆施作后才可进行侧洞的开挖,侧洞二次衬砌施作后才可拆除中洞的第一道拉杆,各工序之间步距应大于10m。另外,为减小侧洞开挖引起的桩侧负摩阻力,要求中洞下部土体的开挖应在侧洞开挖后进行。根据有限元分析软件模拟计算,中洞初支扣拱后,拱脚处会产生1000kN/m左右的水平推力,在如此大的偏压作用下会给侧洞的施工带来很大风险。因此,设计要求在中洞拱脚处施作水平拉杆并预加450kN/根的拉力平衡对侧洞偏压。侧
5、洞的二次衬砌封闭后拆除中洞第一道拉杆,拆除中洞第一道拉杆所释放的力经地层传至侧洞二衬,地层的被动土压力由侧洞二次衬砌承受,避免了侧洞初期支护在高应力的状态下施作二次衬砌的风险。2.2中洞先行的主要施工难点与问题1)为平衡中洞拱脚水平推力,在桩顶纵梁处设置一道水平钢拉杆,钢拉杆需预加450kN/根的拉应力,但预拉应力施加难度很大,目前国内无成功经验。2)中洞施工涉及风道侧向开口,由于侧向开口断面很大,而现场又不具备采取临时加强措施的条件,所以必须在风道二衬结构以及中洞加强环框的保护下才能进洞。如果待该段风道二
6、衬施工完毕再开挖中洞,进而施工侧洞,工期较长。3)风道及中洞导洞初支施工完毕后,全部转入风道与主体结构相交段二衬施工,将造成大量隧道工闲置,劳动力组织不均匀,且由于工作面较少,整体工效不高。基于以上原因,中洞与侧洞的施工顺序调整为侧洞先行,即总体施工顺序为:施工两侧洞初期支护→中洞初期支护扣拱→两侧洞二次衬砌→中洞下部土方开挖及衬砌。3施工优化3.1侧洞先行的必要性与可行性为降低施工难度,加快工程进度,合理组织施工,侧洞必须先行进洞。侧洞先行,对中洞拱部初支而言,增大了上部土体的破裂面范围,对其初支施工可能
7、不利。但由于中洞拱部为粉质粘土,且沿中洞拱部通长设置了Φ159300长管棚作为超前支护,施工安全性是有保证的。对侧洞偏压受力以及开挖引起的桩侧负摩阻力问题,可以通过中洞下部开挖前对中、侧洞间土体注浆加固得到改善;此外,可以通过充分利用时空效应,合理安排施工工序,提高支护强度,在中洞下部土方开挖前就先施做侧洞二次衬砌来解决。这样调整工序后,通过有限元分析软件模拟计算,中、侧洞的受力状况大为改善,中洞第一道拉杆受力约100kN左右,可取消预拉应力,降低了施工难度。对于施工组织,中、侧洞可以同时施工,便于劳动力与
8、工序的组织,且风道临时中隔板可作为运输平台,施工影响小,安全有保障。工期上,由于中洞施工是关键线路,其施工进度对四个出入口及其他后续工程的施工有很大影响。经详细分析对比,采取侧洞先行的方法,中洞和侧洞施工的制约性减小,不仅中洞和侧洞可以提前两个月完成,四个出入口也可以提前开始施工,对局部和总体工期均有利。然而,浅埋暗挖群洞施工的关键是处理好受力转换。亦即采取措施增加结构的整体性,促使土压力及结构受力分布的均匀,才
