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1、邻近建筑物暗挖地铁车站采用洞桩法的技术探讨摘 要:在介绍洞桩法施工技术概况的基础上,采用二维有限元计算模拟,分析洞桩法各主要阶段结构和地层变形过程。论证邻近建筑物暗挖地铁车站,采用洞桩法施工的安全及稳定性较好,能够有效保护邻近建筑物。该工法在当前大量建设地铁时期有较好的应用前景。关键词:地铁;车站;洞桩法;应用 1 问题的提出地下水位较高,不宜大面积长期降水的情况下宜采用。该工法曾在北京地铁复八线的天安门西站、王府井站、随着我国地铁的大规模建设,地铁车站施工技术东单站的施工中采用,已取得较成功的施工经验。北也不断进步,洞桩法就是在传统浅埋
2、暗挖法的基础上京地铁十号线国贸站地面分布长安街和三环路三层立创新地吸收盖挖法的技术成果形成的新工法[1]。该交、周边高层建筑林立,又受地下管网的控制较大,致工法适合于地面交通繁忙,地下管线密布,车站附近有使车站全长紧邻桥梁桩基础,为确保施工期间桥梁桩大型建(构)筑物需要保护的条件,尤其在车站所处的基础的稳定,设计采用了该工法。本文通过对洞桩法施工过程进行二维有限元模拟分析,阐明了邻近建筑物暗挖地铁车站采用洞桩法的技术优势,并对其应用进行了初步探讨,从而为今后的地铁设计提供借鉴。洞周水平收敛监测基本上同时进行,下沉量较大,最大达31mm,初
3、期变位速率较大,2周后基本稳定。应力监测显示,在RK175+590断面仰拱处,911号压力盒测读数比其他压力盒测读数大,应力值在30kPa左右,其他各测点压力值基本相差不大,但都大于计算值。2 洞桩法技术(1)施工要点首先开挖竖井和横通道(一般利用车站通风井和风道),再在横通道内开挖平行车站的小导洞,然后在小导洞内施工钻孔灌注桩,边桩作为车站围护结构临时挡土或车站边墙永久结构的一部分,中柱或边桩共同组成车站拱部支护结构(扣拱)的支撑体系,以便在拱桩支护结构下开挖车站主体空间。开挖完成后施作车站梁、板、柱和侧墙等永久结构。(2)施工步骤(图
4、1)图1 暗挖洞桩法施工顺序示意施工总原则是小分块,快封闭,先修边墙或中柱,以尽量减少力的转换和对围岩的扰动。导洞掘进和扣拱施工中应遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”及“先撑后挖,及时支撑”的原则。第1步:在车站上半断面的无水地层中,分左、右开挖桩柱作业导洞,从而为施作整体支护体系的侧壁支撑(桩梁结构)部分提供必要的施工空间。导洞用小导管注浆加固地层,加格栅喷混凝土支护;4第2步:在左右导洞内施作车站边墙护壁桩,采用特制的钻机作业;待桩柱完成后,在边桩间进行帷幕灌浆,分别施作桩、柱帽纵梁,以连接桩、柱顶端,支撑边孔初期
5、支护;第3步:在导洞内施作车站顶部格栅支护(局部),在两个边洞中立模回填混凝土,形成扣拱拱脚,开挖两个导洞之间的土体并施工拱部的初期支护;第4步:向下开挖,对边桩及其间的土体喷射混凝土进行支护;开挖到中层板高度,设置第一道横撑;第5步:地面降水,继续向下开挖,对边桩及其间土体喷射混凝土进行支护;对车站结构底板下地层进行注浆加固;在底板纵梁上方设置第二道横撑;开挖到车站底板高程后,素混凝土铺底,施工底板防水层;第6步:灌筑结构底板、底纵梁混凝土,待混凝土达到设计强度70%后,拆除第二道横撑,施工站台层边墙防水层和灌筑该部分混凝土;第7步:待
6、边墙混凝土达到一定强度后,在中纵梁和中板边跨加掖高程下,设置横撑,施工站厅层边墙、拱部防水层,施工钢管柱及中板、中纵梁、顶纵梁、边跨拱部衬砌;第8步:拆除中间导洞钢支撑,开挖中跨拱部土层,施工初期支护和防水层,凿除中桩桩体、桩顶纵梁和原中间导洞的初期支护(必要时钢管柱顶设置临时横撑),闭合底板及中板,拆除支撑;第9步:施工中跨拱部二次衬砌,使结构闭合,对施工缝进行必要的压浆处理,施工站台板、楼梯及其他附属工程。3 洞桩法施工过程模拟分析(1)基本原理及应力变形分析模拟计算以国贸站为原型,模型为取一定边界范围内的土体作为分析对象,采用Geo
7、FBA有限元计算分析软件进行平面力学数值模拟施工开挖、支护、衬砌全过程。由于施工过程是分步进行的,所以计算过程采用施工步来模拟分步施工过程。各施工阶段的状态,有限元分析的表达式为[K]i{Δδ}i={(ΔFr}i+{(ΔFg}i+{(ΔFp}i (i=1,L)式中,L为施工步数;设[K]0为岩土体和结构的i初始刚度矩阵;[K]i=[K]0+∑[ΔK]λ(i≥1)为λ=1第i施工步岩土体和结构总刚度矩阵;[ΔK]λ为施工过程中,第λ施工步的岩土体和结构刚度的增量或减量,用以体现岩土体单元的挖除、填筑及结构单元的施作或拆除;{ΔFr}i为第i
8、施工步开挖边界上的释放荷载的等效结点力;{ΔFg}i为第i施工步新增自重等的等效结点力;{ΔFp}i为第i施工步增量荷载的等效结点力;{Δδ}i为第i施工步的结点位移增量。对每个施工步,增量加
