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1、北京地铁浅埋暗挖双层风道设计摘 要:结合工程实例,介绍了双层风道的设计及施工方法,建立荷载—结构模型,使用SAP84程序软件取代框架进行平面计算,提出了设计中应注意的关键点,并利用监控量测获得信息指导施工,及时采取相应措施,确保施工安全。关键词:地铁,荷载,结构自重,支护结构1工程概况北京地铁四号线新街口站东南风道位于登禹路和西直门内大街交口,地面交通路况繁忙。地下市政管线众多,有污水、上水、市政管线等,因此风道采用矿山法施工,设计为双层拱顶直墙结构。风道埋深最深处约6m。风道结构底板穿过粉土⑥-2层,属于Ⅵ级围岩;结构顶板穿过的岩土层为粉细砂③-3层、粉质粘土
2、④层、粉土③层,属Ⅴ级围岩,易发生坍落现象,稳定性低,无法形成自然应力拱。风道结构边墙穿过的岩土层为粉质粘土⑥层、卵石圆砾⑤层、中粗砂④-4层、粉细砂④-3层、粉质粉土③-2层,边墙下部以砂土和碎石土为主,围岩土体的自稳能力差,易发生坍塌现象。2施工方法风道采用交叉中隔壁法(CRD法),分4层8个小导洞施工,施工时严格按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的基本原则。导洞施工顺序见图1,为减少拱部大面积开挖后对地层的影响,施工采取分步开挖,化大为小,增设临时仰拱,及时封闭的方法,具体如下:1)施作拱部超前支护,在竖井进风道处和车站进风道处各施作一
3、排大管棚护顶以及施作小导管超前支护并注浆加固地层。2)分布开挖导洞土体,封闭导洞初期支护,上下台阶步长5m,上导坑掌子面应及时封闭。3)拆除部分底部竖向临时支护(一次拆除长度小于6m),施作防水层,部分底板。4)逐步拆除部分临时仰拱和临时支护(一次拆除长度小于6m),及时施做防水层及二衬。5)最终拆除临时仰拱和竖向支撑,及时封闭防水层和二衬。3初期支护参数初支采用C20早强喷射混凝土,小导管?42(3根/m)L=3.0m,打设角度10°~15°,纵向步距1.0m一环,钢格栅由4根?25钢筋焊接而成,每榀格栅间距500mm,钢筋网为?6@150mm×150mm,双
4、层布置,格栅间布置?22纵向拉结筋,环向间距0.7m沿主筋内外侧交错布置。4结构计算4.1荷载组合1)基本组合构件强度计算;2)短期效应组合构件抗裂计算;3)抗震偶然组合构件强度;4)人防偶然组合构件强度验算。经过试算,地震荷载和人防荷载作用下的结构产生的内力对结构断面配筋不起控制作用。这样地震与人防设计的重点是采取满足规范要求的一些构造措施。34.2主要荷载取值1)结构自重,钢筋混凝土重度γ=25kN/m3。2)地层竖向压力:本隧道覆土厚度为6m,为浅埋暗挖隧道,因此按计算截面以上全部土柱重量考虑;地层水平压力:采用朗肯土压力理论,施工阶段外侧取主动土压力,使
5、用阶段取静止土压力。3)活载:地面超载20kPa。4)偶然荷载:8度地震荷载,5级人防荷载。结构计算采用荷载—结构模型,使用SAP84程序软件取代框架进行平面计算。按初期支护与二次衬砌共同承载计算二次衬砌内力,由于初支不考虑防水,因此由二次衬砌承受全部水压力,而土压力则作用在初支上,考虑到在长期作用下,初期支护材料性能会逐渐退化,刚度会下降,二次衬砌承担荷载70%,经过计算发现:底部墙脚外侧、底板跨中内侧、拱背外侧及拱顶内侧为最不利控制点,通过对该部分控制点进行配筋计算,可以确定二次衬砌结构断面所需的钢筋数量。5主要技术措施施工方法只是根据断面形式、围岩级别、环
6、境条件等关键因素确定,对于既有的结构跨度,基本工法选择是比较成熟的。但是决定着工程成败和施工技术质量高低的主要因素在于辅助工法的采用,以及各项控制地层变位措施的实施时机。本工程在设计中主要考虑以下几个关键点:1)小导管注浆。小导管一般采用F42的钢花管,长度3m,其注浆加固体直径500mm左右,超前加固注浆,是行之有效地保证地层自稳的方法之一。根据地层性质,采用不同的浆液。对于小导洞开挖跨度不超过6m的结构来说,加固圈半径0.5m可以保证在初期支护完全达到承载力以前围岩的自稳。控制注浆压力或者控制注浆量为注浆技术重点。2)锁脚锚杆。根据开挖跨度的大小,设置3m左
7、右长度的锁脚锚杆并注浆,可以有效地保证支护结构不产生过度的整体下沉,特别是采用上下导洞施工的结构尤为重要。当上导洞施工时,不致使下导洞临空。3)背后回填注浆。设计中考虑初支背后的空隙存在,对于控制地层变位是不利的。因此必须及时有效地进行回填。一般工序要求距离掌子面3m时,必须进行初支背后回填注浆,浆液为水泥砂浆。 4)台阶长度。每循环开挖长度为0.5m,与钢格栅间距相适应,并且留核心土,台阶长度不合适,可能造成地层变位过大,甚至地层失稳。设计中提出了上下导洞间开挖面距离为5m的要求。5)一次拆除长度。对于采用CRD工法施工的结构来说,一次拆除长度,又是一个关键
8、的技术指标。为了不致出现
