第28卷第2期 碰蓬 谨 Tunnel Construction Vo1.28 No.2 Apr.2008 2008年4月 双侧壁导坑法在繁华城区超大断面硬岩车站隧道施工中的应用 高海宏 (中铁隧道集团三处有限公司,广东深圳518051) 摘要:重庆临江门车站隧道地处繁华城区,周边环境复杂,隧道开挖断面为420.96m 的超大型断面,且断面尺寸变化多,而且隧道 穿越地层为硬质砂岩,国内尚没有可供借鉴的经验,施工难度极大。隧道采用双侧壁导坑钻爆法组织施工,通过巧妙应用多种控 制爆破技术、留核心岩台的整体式衬砌技术、监控量测技术和其他配套技术,安全、优质、快速地建成了隧道,并取得了较好的经 济效益。 关键词:双侧壁导坑法;繁华城区;超大断面;硬砂隧道;监控量测 中图分类号:U455 文献标志码:B Application of Double Side Drift Method in Construction of Extra-large Cross-section Hard Rock Station Tunnel Located in Busy Urban Area GA0 Haihong (The 3rd Engineering Co.,Ltd.o厂China Railway Tunnel Group,Shenzhen 518051,Guangdong,China) Abstract:Linjiangmen station tunnel,which is located in busy urban areas,has complex surrounding environment.The aIea of the excavation cross-section of the tunnel reaches 420.96 m and the dimensions of the tunnel cross.sections change frequently.The tunnel runs through hard sandstone.There is no experience available in China that can be used as reference for the construction of the tunne1.Therefore,there exist great diicultfies in the construction of the tunne1. The tunnel is constructed by means of double-side-drift blasting method.Due to the adoption of appropriate controlled blasting technologies,integral lining technologies(with the core rock benches being kept J,monitoring and measurement technologies and other matching technologies,the tunnel is completed with safety,high quality and high speed and good economic eficifency is achieved、The constuction technologires for the tunnel are presented in the paper. Key words:double-side-drift method:busy urban area;extra-large cross-section;hard standstone tunnel monitoring and measllrement 1 工程概况 重庆临江门车站隧道位于重庆市渝中区最繁华城 区——解放碑商业街下,人流密集,经济繁荣。车站地 面两侧高楼林立,其中对车站影响较大的有时代广场 层标高低于拱顶标高0.75 m)等。另外,地下有27条 人防洞室与车站隧道在平面和空间上呈交叉、平行或 重合,人防洞室大都分布在车站洞室拱部部位,如图1 所示,构成了复杂的周边环境。 临江门车站隧道全长198 m,车站内为两层框架 (在建的超高层建筑,地下层结构距车站开挖边界净 距10、25—14、9 m,地下层底标高低于车站洞室拱顶 4、9m)、新世纪百货(地下3层,地上主楼29层,边界 结构,分为站台层和站厅层。隧道主体洞室为等截面 曲边墙单割圆拱形全封闭结构,结构断面有A、B、B.、 距车站隧道外边缘水平距离7、5~9.2 m,底层标高低 于车站隧道拱顶4.73 m)、世界贸易中心(地下5层, C四种,其中A型断面为曲线加宽和设备区加高段,净 宽20、093 m,净高16、528 in,仰拱高2.1 m,净空面积 334.67 m ,开挖宽度达23.040 m,开挖高度达20.578 m,开挖面积420.96 m ,为超大型断面隧道,A型断面 如图2所示。 地上33层,地下室边界距车站开挖边线水平距离仅 4.5 m,底层标高低于车站隧道拱顶标高7.53 m)和重 庆大世界购物中心(地下3层,地上22层,平面为圆形 布置,地下层边界距车站隧道水平距离6.6~9 m,底 收稿日期:2008—02—03 我国的城市地铁车站大断面隧道一般位于第四纪 作者简介:商海宏(1966一),男,河南盂州人,2002年毕业于北京交通大学土建学院隧道与地F I:程专业,工程硕士,高级工程师,现从事隧道与地下 工程的施工管理工作。 维普资讯 http://www.cqvip.com
蘑篷建设 第28卷 挖宽度26.14 m,高13.5 m,为三联拱岛式结构,地层 为第四纪洪积层,以亚黏土和粉细砂互层为主,采用双 侧壁导坑法施工;广州地铁公纪区间隧道全长29 m, 硅道且道 开挖宽度21.6 m,高度14.2 m,开挖面积253.7 m ,采 用注浆大管棚超前支护,双侧壁导坑分部开挖。而临 江门车站隧道埋深10.5~14.5 m,位于侏罗系中统上 沙溪庙组巨厚层状砂岩和层状砂质泥岩地层中,岩质 坚硬,节理裂隙不发育,地下水贫乏,围岩稳定,围岩类 别为II级(V类),属于典型的浅埋硬岩大断面隧道, 具备大断面开挖的基本条件。但由于其复杂的周边环 境、超大断面和浅埋等因素,为尽快稳定围岩,减小施 工对环境的不利影响,根据经验和多方案的比较,采用 通道^口 注:雷中虚嚷郐位为原有^防蔫. 图1 车站隧道平面示意图 t26中空鹌三蘩_晰i锄M ∞O--× 疆 ¨ 双侧壁导坑钻爆法施工。 2 双侧壁导坑钻爆法施工 2.1隧道开挖 临江门车站隧道采用双侧壁导洞预留核心土分 j一,,…~一一一一 一 一婴 …… 一一一~一一』 部开挖、全断面二次衬砌紧跟初期支护的施工方法, 施工步序如图3所示(图中阿拉伯数字表示开挖及 图2 车站隧道A型断面示意图 Fig.2 Sketch of type A cross—section of station tunnel 二次衬砌步序,罗马数字表示初期支护及临时支护 步序),工艺流程如图4所示,隧道支护参数如表1 所示。 等软弱地层中,多采用双侧壁导坑法人工配合机械非 爆破掘进施工。如北京地铁西单车站全长260 m,开 表1 车站隧道支护结构参数表 Table 1 Reinforcement parameters of station tunnel 图3 双侧壁导坑法施工步序横断面图(单位:mm) Fig.3 Construction sequence of double side drift method(unit:mm) 维普资讯 http://www.cqvip.com
第2期 离海宏: 双侧壁导坑法在繁华城区超大断面硬岩车站隧道施工中的应用 图4 双侧壁导坑法施工工艺流程图 Fig,4 Technical flowchart of double side drift method 本工程通过已有的地下人防洞作为施工便道,开 1.5 m。在过世贸大厦段,采用下台阶采取拉中槽施 挖宽度5 m的横导洞,进行车站隧道左右两侧1部及4 工,即两侧墙预留1 113厚光爆层施工,开挖后及时接长 部的挑顶开挖并施作初期支护,之后1部按设计断面 初期支护和临时支撑,3部开挖后及时施做边墙基础 分四个工作面开挖施工。为降低爆破震动波速度,1 及仰拱钢筋混凝土,施工过程中加强监控量测。 核心掏槽部位设在下部靠核心土侧。1部每循环掘进 拱部4部开挖体有三个临空面,但爆破体距两侧 长度为1 m,并及时施做初期支护I、临时中隔墙及其 导洞3的底板有15 m高差,距衬砌作业面小于16 113, 支护I和临时型钢支撑I。 为避免爆破振动、飞石和落石对导洞仰拱混凝土和后 2部和3部开挖支护在1部贯通后进行,考虑台 部衬砌6的质量造成危害,采用底部侧向水平拉槽和 车衬砌断面变化及运输通道,自DKO+966(临江门车 拱部光面爆破,两次爆破成型,如图5所示。底部侧向 站终点)向DKO+768(临江门车站起点)单方向进行掘 水平拉槽采用分段分层进行,炮孔深度3.5 m;拱部掘 进,临黄区间隧道作为出碴及运输通道。采用微台阶 进眼采用松动爆破,周边眼采用光面爆破,循环进尺 (台阶长度3~5 m)开挖,光面爆破,循环进尺为1.0~ 2.0m 图5 拱部4部爆破方案图(单位:en1) Fig.5 Blasting scheme of part 4 of tunnel arch(unit:cn1) 维普资讯 http://www.cqvip.com 隧道建设 第28卷 核心5部、7部、8部的开挖均有四个爆破临空面, 采用松动爆破,炸药单耗低,爆破震动波速度对周围建 筑屋影响较小。5部每循环进尺控制为2.0 in,7部、8 部每循环进尺控制在5.0m以内。 2.2超大断面留核心岩台整体式衬砌方案 临江门车站隧道为超大断面,且周边建筑物多,影 边支撑在门架立柱上,一边支撑在核心岩台上。如图 6所示。 响大,及时施做衬砌是控制变形、保证隧道和周边环境 安全的关键。通过对先拱后墙衬砌、先墙后拱衬砌和 全断面衬砌方案进行比较,隧道采用留核心岩台全断 面衬砌方案,隧道衬砌作业分三阶段分部进行,即导洞 仰拱钢筋混凝土衬砌在导洞完成后进行,隧道边顶拱 钢筋混凝土衬砌在隧道拱部和上部核心土开挖后进 行,隧道仰拱钢筋混凝土在下部核心土开挖后进行。 该方案优点有: ①采用模板台车进行拱墙整体二次衬砌施工,隧 道二次衬砌施工速度快,能及时形成闭合,减少了防水 层接头及混凝土施工缝,有利于隧道结构防水及受力 稳定。 ②降低了支模板、加固、定位的难度,减少了模板 吊装及拆卸次数,降低了劳动强度,混凝土浇注质量得 到有效控制。二次衬砌施工时,开挖支护及出碴运输 作业不受影响,提高施工效率。 ③减少施工工序,交叉作业工序问相互制约和干 扰的因素减少,工期比原设计提前。 ④与先拱后墙和先墙后拱相比,避免了爆破作业 飞石对已成型的二次衬砌破坏及站内结构框架柱预留 钢筋的破坏,有利于工程半成品、成品防护。 ⑤全断面二次衬砌紧跟初期支护,二次衬砌在隧 道围岩及初期支护收敛变形稳定前承受一定的压力, 利于控制隧道收敛变形和地表沉降,利于提高地表高 层建筑物及地下洞室的稳定性。 衬砌台车按C型断面设计,采取组合拱架加定 型组合模板的形式。台车采取全液压自行式,行走 机构为两组涡轮涡杆减速器,通过链传动驱动四对走 行轮,电机驱动,电气操纵。台车主体门架左右两侧各 留3.8 m×4 m车行通道,满足掌子面开挖与支护的平 行作业要求。 根据A、B、B1和C断面尺寸关系,衬砌顺序为C —B1一B—A,断面由小变大。其中,对c—B1一B断 面衬砌台车的改装工程量不大,进入到A断面时需更 换拱顶的拱架和模板,主体台车门架和边墙模板是通 用的。 整体式衬砌作业安排在核心土上台(5部)开挖后 进行,保留7、8步核心岩台,衬砌时在顶横梁下增加2 列共8个支撑千斤顶,一头支撑在核心岩台上,一头支 撑在台车门架横梁上,在门架立柱上增加横向支撑,一 图6 超大断面留核心岩台整体式衬砌示意图 Fig.6 Sketch and picture of integral lining of extra—large cross— section tunnel with core rock bench being kept 2.3监控量测 本隧道断面超大、埋深浅、周边环境复杂(与世贸 中心地下结构最小距离为4.5 m)且有大量的人防洞 室,施工中采用的双侧壁导洞钻爆法掘进和整体式全 断面紧跟衬砌为新技术,必须加强施工过程中的监控 量测,及时反馈施工信息,进行方案优化和施工控制。 2.3.1 主要监控项目 ①周边建筑物地下结构和人防洞室的超前探测, 确定其与车站结构的位置关系,做好预处理和控制工 作。施工中采用KDL一3型地质雷达进行了探测,取 得了较好的效果。如在Z948S测站(DKO+948)探测 世贸大厦基坑到隧道边界距离(见图7),探测结果显 示,世贸大厦基坑与车站隧道边界仅为4.5 m,比原先 资料提供的4.85 111-要小。根据此结果,及时对通过该 段的施工方案进行了优化。 图7 DK0+948探测剖面图 Fig.7 Profile of probing at DK0 4-948 ②隧道施工过程中的变形和结构受力监测,设置 了洞内拱顶下沉和水平收敛监测、地表下沉、格栅拱内 力、锚杆内力、喷}昆凝土内力、围岩压力及临时钢支撑 支力监测。监测方案如图8、图9、图10所示。 维普资讯 http://www.cqvip.com
第2期 高海宏: 双侧壁导坑法在繁华城区超大断面硬岩车站隧道施工中的应用 195 2.3.2 监测结果 ①洞室拱顶下沉及水平收敛累计变形值均小于 30 mm,拱顶下沉最大值为19.48 mm,水平收敛最大值 为21.68mm。水平收敛变形最大段在DK0+900~+ 950段,此段与世贸大厦等高层建筑较近,说明在隧道 开挖过程中世贸大厦砂岩稳定角遭到破坏,对车站拱 墙产生较大的侧压力。 ②所有地表沉降测点值均为0,洞室开挖没有引 起地表建筑物的沉陷。 图8 洞内变形监测点布置方案 ③格栅拱应力分布比较对称,而DK0+950断面 Fig.8 Layout of deformation monitoring points inside tunnel 处格栅拱应力较大,尤其是在中线Ⅱ部拱顶处,所测得 的应力达到了一112.0 MPa(如图10),说明及时采取 图例 格栅拱支护是非常有必要的。 e一 锚杆轴力 接触压力 ④洞室锚杆所受应力基本上为拉应力,最大值约 一一,临时钢支撑应力 ——格精拱应力 30kN,表明锚杆加固围岩的作用明显。 ⑤围岩与喷射混凝土接触压力分布较为均匀,也 比较小,平均值在0.2 MPa左右,说明喷射混凝土与围 岩接触较为紧密,形成一个良好的封闭结构。 ’ ⑥临时钢支撑应力基本上相当于格栅拱应力的 10%左右,作为缓解格栅拱应力及形成框架式的支护 ,图9 结构内力监测点布置图 Fig.9 aLyout of structural stress monitoring points 结构,临时钢支撑发挥了一定的作用。尤其是DK0+ 950处的左线I部横向临时钢支撑所受的压应力达到 了一98.0MPa,说明此处所受侧向压力巨大,临时钢支 撑有效地保证了洞室安全。如表2所示。 2.3.3爆破振动测试 由于工程处于繁华城区,周边环境复杂,必须加强 施工过程中的爆破振动监测,并据以调整爆破方案,确 保建(构)筑物的安全和商业区的正常运营。根据规 范及设计要求,世贸中心段地面质点爆破震速应控制 图10 DK0+950格栅拱应力分布图 在1.0~1.5 cm/s,人防洞室表面质点最大震动速率控 Fig.10 Distribution of stress of lattice girder at DK0+950 制在10cm/s,其它地段应在2 cm/s以内。爆破振动测 表2 临时钢支撑应力监测结果表 Table 2 Monitoring results of stresses of temporary steel supports MPa 注:“+”表 拉应力,“一”表,J 压应力 点主要布置在时代广场、世贸大厦、新世纪百货、重庆 3 施工效果和结论 大世界购物中心、国泰电影院等附近的房屋,以及地下 临江门车站隧道采用双侧壁导坑法进行钻爆施 人防洞室内。 测试结果表明,振动速度分量绝大多数都在允许 工,达到了预期效果。工程进度比原方案提前了8.6 范围内,爆破震速基本上和爆破点与测试点的距离成 个月,开挖面成形较好,爆破震速得到了有效控制,开 反比关系,尤其是距离越近,爆破震速上升的速度越 挖爆破未对周边建筑物造成伤害,未引起地表沉降;衬 大,距离与爆破震速关系如图1 1,这为优化爆破方案 砌内实外光、不渗不漏。 提供了依据和保证。 ①双侧壁导坑法不仅适用于软岩大断面隧道人工 维普资讯 http://www.cqvip.com
膳莲建磺 第28卷 开挖,在硬岩大断面隧道采用钻爆法开挖时也同样 适用。 台车提供支撑,最终实现了超大断面整体式衬砌。全 断面整体式衬砌保证了衬砌背后防排水结构的完整 性,减少了施工缝,提高了结构的整体性能,工程质量 得到大幅度提高。 暑 ‘ 磺1. 摧 错 ④在繁华城区修建浅埋大跨度车站隧道,必须加 强包括地层及地下结构物的探测、洞内和地表变形与 鲢0. 受力监测,和爆破振动等监控量测,并及时反馈信息, 0 5 10 15 20 25 30 35 40 距离/m 是保证工程安全、顺利、优质建成的关键。 图11 爆破振速与距离的关系图 Fig.1 1 Relationship between blasting vibration velocity and dis— tance 参考文献: ②超大断面的开挖必须分块进行,通过将大跨 [1] 唐果良.特大断面隧道液压模板台车的研制与施工技术 变小,尽可能减小超大断面的暴露时间,在开挖初支 [J].现代隧道技术,2006(4). 后及时二次衬砌,让二次衬砌及时分担部份围岩压 [2]邓青平.重庆临江门车站隧道施工技术综述[J].隧道 力,及时控制结构变形,是保证结构和周边环境安全 建设,2004(2). 的关键。 [3] 万姜林,唐果良.复杂周边环境下浅埋超大断面隧道施 ③通过预留核心岩台来稳定洞室并为整体式衬砌 工技术[J].地下空间,2004(2). (上接190页) 7.9 1TI。桩身的截面及配筋依据《建筑桩基技术规范》 JGJ94—94及桩的受载状态确定。启工街站主体(含 风道)围护桩长为24.5 m,坑开挖深度为16.6 m,采用 参考文献: 西1 000桩径。计算时考虑地面超载20 kPa。 [1]王珊.地铁工程设计与施工新技术实用全书[M].吉林: 5 结束语 银声音像出版,2004. [2]JGJ 120—99建筑基坑支护技术规程[S].北京:中国建 目前该地铁站主体工程的施工建设已经完成,此 筑工业出版社,1999. 围护结构方法不仅仅适用于地铁工程的施工建设,同 [3]JGJ 94—94建筑桩基技术规范[S].北京:中国建筑工业 时对于与之相类似的城市公共建筑深基坑的支护开挖 出版社,1995. 及其它建筑施工场区作业受到一定限制的基础工程的 [4]GB 50010—2002钢筋混凝土结构设计规范[S].北京:中 施工都是可采用借鉴的方法,并且也是比较安全经济 国建筑工业出版社,2002. 实用的方法之一,希望本设计方法对工程设计人员在 [5]GB 5007—2002建筑地基基础设计规范[S].北京:中国 今后的工作中能提供一定帮助。 建筑工业出版社,2002.
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