摘要:在城市中,地下市政管线就是生命之线,是这个城市可以继续生存发展的基本设施。因此,我们在施工之前,一定要熟悉城市地下市政管线的线路分布,这对城市地铁工程施工来说是非常重要的一环。所以在地铁工程中常采用地铁暗挖施工。
关键词:暗挖下穿;市政管线;保护措施;影响分析
引言
地铁工程往往位于市政管线密集的城市核心区,近年来,地铁下穿市政管线的工 程大量增加。当市政管线无法改移或改移难度较大时,常采用暗挖法下穿管线以满足工程需求。如施工方案不当或保护措施不足,极易造成塌方,进而危及上部管线的安全。本文针对某地铁九号线北二路站1号风道暗挖下穿市政管线工程,从设计方案、保护措施及风险分析等方面对该工程进行研究,确定了合理可行的施工措施,可为类似工程项目的设计与施工提供参考。
1.工程概况
1.1工程简介
北二路站为地下两层岛式站台车站,有效站台宽度14m。车站设四个出入口,两处风亭,顶板覆土厚度约4.1m,底板埋深约17.3~18.7m,主体结构采用盖挖顺作法施工。1号风道过管线段采用暗挖法施工,剩余部分采用明挖法施工。暗挖断面上部管线主要有电力管沟及燃气管线等,由于上部管线与结构竖向净距较近,经研究后拟采用9格平顶直墙中洞法施工,可满足暗挖段初支与管线距离要求。各管线与风道结构平、剖面位置关系见图1~图2。
1.2管线概况
图2 暗挖风道与管线剖面位置关系
风道暗挖段上方主要管线有2条电力方沟及1条低压燃气管,管线与结构竖向净距较小,施工难度较大。
1.3地质水文情况
暗挖穿越的地层主要为中粗砂及粉质黏土等,暗挖段上方主要为杂填土及粉质黏土等。主要土层及地下水情况描述如下:
①-1杂填土:主要由粘性土、碎石及砂类土组成,局部含少量建筑垃圾、生活垃圾(个别地段为垃圾填埋场)。马路地段表层为沥青路面,沥青路面下为碎石垫层,稍湿,松散,局部密实。
③-1-33粉质粘土:黄褐色,稍有光泽,干强度中等,韧性中等,摇振反应无,含铁锰质结核,可塑。
③-6-3中砂:黄褐色,石英-长石质,次棱角形,均粒结构,颗粒级配差,含约10%粘性土,局部为粗砂夹层,湿,中密【1】。
③-8-3砾砂:黄褐色,石英-长石质,棱角形,混粒结构,颗粒级配较好,含约20%粘性土,局部为圆砾薄层,湿,水下饱和,中密,局部稍密。
④-1-33粉质粘土:黄褐色,含铁锰质结核,稍有光泽,干强度中等,韧性中等,摇振反应无,可塑。本工程地下水类型为孔隙潜水,稳定水位埋深在10.2~11.0m,相当于绝对标高31.65~31.75m。地下水主要补给来源为浑河侧向补给及大气降水垂直入渗补给。主要排泄方式为泾流排泄和地下水的人工开采。考虑某地区枯水与丰水期水位变幅影响,结合实际工程经验,本工程抗浮水位约地下2m,相当于绝对标高34.70m。
2.施工方案及保护措施
为了电力管沟及1号风道自身的安全考虑,必须严格地限制施工阶段产生的变形,又由于管线与风道结构竖向距离过近,空间上无法采用传统的暗挖拱顶方式,综合考虑风道与结构距离关系及风道
图3 地质断面图
跨度尺寸等因素,拟对1号风道下穿管沟段采用暗挖平顶直墙结构,采用平顶直墙、9格中洞法开挖。暗挖断面(毛洞)宽度13.9,高度12.4m,覆土约5.2m,共采用9格平顶直墙中洞法施工,每个导洞尺寸约4.3m*4.7m,中隔壁及中隔板厚度为300mm,外周初支厚度350mm。施工前对上导洞及初支外1.1~1.2m围采用深孔注浆加固措施,保证上导洞开挖面土体稳定。根据断面尺寸按9导分6步进行开挖,先依次施工1#~3#导洞,完成后再依次施工4#~6#导洞,其中4#~6#导洞分布于暗挖风道两侧,施工时两侧可同时进行。
3.暗挖施工影响分析
3.1计算模型
计算采用midas/GTS岩土有限元分析软件进行三维数值模拟分析,建模过程中所有材料均视为各向同性材料,整个模型按照实际尺寸进行1:1的比例建模。模型大小为72m*15m*48m(长*宽*高),长度方向各取隧道两侧2B(B为通道宽度)宽度,y方向取15m宽度,隧道下方取2H(H为通道高度)高度。
模型选取1号风道暗挖段、电力方沟以及铸铁管线进行施工模拟。施工荷载均为静荷载,包含模型各部分材料的自重,以及模型顶面范围内由于路面车辆而产生20kPa均布超载等。
3.2开挖对地表沉降的影响分析
选取6步开挖阶段计算结果进行分析,对暗挖风道顶部地面选取控制点,随开挖步骤的地表沉降云图。随着开挖洞室数量的增加,地面沉降逐渐变大。风道暗挖断完全挖通后,地面出现较均匀的沉降槽,最大沉降为3.97mm,地面沉降槽宽度约为18m,略大于洞室宽度。随着风道开挖断面的增大地面沉降逐渐加大,由于前三步开挖面宽度较小,对上部道路沉降的影响也较小;从第四步开始两侧导洞的开挖使开挖面宽度加大,导致路面产生明显的竖向位移,地表变形规律较明显。
3.3开挖对管线变形的影响分析
通过计算得知,各管线沉降规律基本一致,仅以电力方沟(2200mm*1900mm)为例描述变形规律。电力方沟(2200mm*1900mm)埋深约3.9m,距离1号风道暗挖断面竖向净距仅1.24m,在所有管道中埋深最深,距离1号风道暗挖断面最近。选取分步施工后其竖向位移控制点如图2所示【2】。
图2 管线沉降控制点
随着开挖面的增大,电力方沟的沉降量逐渐增大,暗挖风道的开挖对管线的影响宽度也在逐渐增大。当风道暗挖段开挖完毕后,电力方沟的最大沉降量约为 4.20mm,位于暗挖断面中点上方区域,管线的沉降槽宽度约为16m。在开挖1~3 步时,开挖掌子面宽度较小,对管线的沉降影响也较小;当开挖4~6步时,由于开挖面宽度急剧增大,管线立即出现较明显的沉降,且沉降速率也随着施工进度而逐渐增大,可见此阶段开挖对管线沉降影响比较明显,应在每次扩大开挖面时对管线进行重点、及时的监测,保证施工安全。各管线最终沉降量略有差别,通过计算得到风道暗挖段上部各管线的最终沉降如图3所示。
图3 管线最终沉降曲线
从图3所示柱状图可知:管线最大沉降量均出现在暗挖段中点处,向两侧逐渐减小。各管线均满足最大沉降10mm的控制要求。各管线最大差异沉降出现在控制点A与控制点B、控制点D与控制点E之间,满足0.25%Lg(Lg为管节长度)的控制要求。
结语
某地铁九号线北二路站1号风道下穿市政管线风险工程采用直墙中洞法施工方案,研究结果表明,对于近距离下穿市政管线的工程,采用暗挖方法、辅以适当的超前加固措施,可以有效控制地层变形,保证地铁工程及市政管线满足工程建设安全需求。
参考文献:
[1]李林. 市政工程施工风险分析和控制建议[J]. 科技资讯,2016,14(18):46-47.
[2]张涿娃. 暗挖地铁隧道穿越环线地铁沉降控制技术[J]. 市政技术,2011,29(06):70-74.
论文作者:陈理
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/29
标签:管线论文; 风道论文; 宽度论文; 市政论文; 断面论文; 工程论文; 地铁论文; 《防护工程》2018年第35期论文;