地铁矿山法多道步序施工引起的沉降控制_陈金刚.pdf

建 筑 技 术 Architecture Technology第 54 卷第 4 期 2023 年 2 月Vol.54 No.4 Feb.2023469地铁矿山法多道步序施工引起的沉降控制陈金刚，王伟华，郭 强，槐文宝，刘静仪（北京住总集团有限责任公司，100101，北京）摘要：以北京地铁 7 号线东延工程黑庄户站 万盛南街西口站区间（矿山段）为工程背景，针对通马路范围受正线及后续近距离三个迂回通道先后施工引起沉降叠加影响问题，为确保各施工步序及叠加影响最终不超标，先通过数值分析根据施工步序对沉降控制指标分解、分阶段控制，现场采取针对性技术及管理措施对阶段沉降指标进行控制，最终确定矿山区间内三个迂回风道先后施工顺序及穿越通马路沉降控制措施。关键词：地铁矿山法；多道施工步序；数值分析；沉降指标分解；施工控制中图分类号：TU 941 文献标志码：B 文章编号：1000-4726(2023)04-0469-05THE coNTrol oF sETTlEMENT cAusED By MulTiplE coNsTrucTioN sTEps iN THE METro MiNiNG METHoDCHEn Jin-gang,WAnG Wei-hua,GUO Qiang,HUAI Wen-bao,LIU Jing-yi(Beijing Uni-Construction Group Co.,Ltd.,100101,Beijing,China)Abstract:Aiming at the problem of superimposed settlement caused by the successive construction of the main line and the three subsequent detours in close proximity to the Tongma Road area with Heizhuanghu StationWanshengxi Station interval(Mine section)of Beijing Subway Line 7 East Extension Project as the engineering background.In order to ensure that the multiple construction steps and the superimposed impact do not exceed the standard,the settlement control index is first decomposed and controlled in stages by numerical analysis according to the construction steps,and the site takes targeted technical and management measures to control the settlement index in stages,and finally determines the sequence of construction of the three detour ducts in the mine area and the settlement control measures across the Tongma Road.Keywords:metro mining method;multiple construction steps;numerical analysis;settlement indicator breakdown;construction controls城市地下空间的开发和利用已成为城市发展的趋势和主流方向，新建地铁线路多次下穿既有道路或地上建构筑物的工程不断出现。隧道开挖施工扰动上方土层，当变形达到一定程度时将造成道路沉降或坍塌，造成人员及经济损失，产生恶劣的社会影响。前者做了大量关于隧道施工对穿越既有道路或地上建构筑物影响方面的研究1-3，但大多集中于单线或双线穿越施工数值模拟的沉降预测及控制，而针对隧道多道步序施工下的阶段性沉降控制较为少见。以北京地铁项目施工为工程背景，通过数值分析对矿山法隧道多步开挖施工进行分析，提出了阶段沉降控制指标及相关控制措施，确保隧道开挖及地上道路运营安全。1 工程概况黑庄户站 万盛南街西口站区间（简称黑万区间），区间长 2 667.765 m，采用明挖法、盾构法、矿山法施工。其中里程 K31+823.092K32+088.578 为矿山法区间（起点接区间盾构井，终点接万盛南街西口站），矿山区间采用单线马蹄标准断面，复合式衬砌，标准断面尺寸为 6.5 m（宽）6.8 m（高），采用台阶法施工。矿山法区间近中部处设三条迂回风道，迂回风道结构净宽 3.5 m，净高 4.5 m，覆土约21.89 m，风道初期支护开挖最小间距为 2.1 m。黑万区间暗挖段下穿通马路（一级公路），道路呈东北 西南走向，机动车道宽 16 m（双向 4 车道）、两侧有非机动车道及步道，道路宽共计 36 m，区间隧道呈 47 角斜穿通马路，道路车流量较大。穿越道路区间里程 K3+724K3+809，影响范围内道路长85 m，范围内道路下方有 4 m1.6 m 钢筋混凝土污水方涵及电力、电信等线缆（管）。穿越范围区间线间距约 17 m，初期支护拱顶与道路结构层底垂直距离约 21 m，污水方沟沟底距地面约 4 m，距隧道初期支护拱顶约 17 m，方沟内水流流向是自北向南，非汛收稿日期：20221210作者简介：陈金刚（1981），男，河北承德人，高级工程师，e-mail:.建 筑 技 术第 54 卷第 4 期470期测量方沟内水深约 1 m。2 地质水文及风险分析2.1 地质水文情况矿山区间隧道断面范围内土层自上而下为粉质粘土 8 层、砂质粉土 粘质粉土 8 2 层、细中砂 9 层和中粗砂 9 4 层，上覆土层为砂土、粘性土和粉土，隧道拱部主要为粉质粘土、细中砂、中粗砂，隧道中心层为粉质粘土，底部为细中砂层。地层受层间水（三）、层间水（四）及承压水（六）影响，细中砂 9 层和中粗砂 9 4 层中含有承压水，水头高度 910 m。矿山区间及迂回风道施工采用真空管井及洞内水平井处理地下水，区间共布设降水井 72 眼，井间距为 6 m，井深 39 m，降水井距离初期支护结构外轮廓3 m，降水井泵型为 175QJ5048/4（11 kW），降水井在开挖前 10 d 开始抽气，前 14 d 开始抽水；除地面布设真空管井外，在洞内布设水平井对层间残留水疏干，洞内共设水平井 26 组，每组 4 根，隧道断面内每侧布置 2 根，水平井长度均为 30 m，每组交叉搭接长度为 10 m。2.2 穿越过程风险分析（1）隧道施工会对上方土层造成不同程度扰动，同时隧道穿越的地层主要为粉质粘土、粉土和砂层，土体自稳能力差，施工过程中，易引起隧道上覆地层的分层沉降和道路路面的沉降。（2）隧道穿越的土层细中砂 9 层和中粗砂 9 4 层中含有承压水，水头较高，若降水效果不佳，施工时会发生涌水、涌砂现象，导致土层坍塌，极有可能造成污水方沟变形过大渗漏、道路塌陷。（3）隧道正线左、右线和迂回风道的先后施工，会对道路和污水方沟变形产生叠加影响，可能造成沉降指标预警。（4）通马路车流量较大，对地层扰动较大。3 确定阶段沉降控制指标3.1 沉降变形指标确定根据 DB11/10672014城市轨道交通土建工程设计安全风险评估规范4、GB 505622011城市轨道交通地下工程建设风险管理规范5、北京市轨道交通工程建设安全风险技术管理体系6、JTGD 632007公路桥涵地基与基础设计规范7等规范，结合设计咨询文件及现场实际情况，设计及产权单位确定通马路及下方 4 m1.6 m 污水方沟监控量测最终控制值（表 1、表 2）。因本工程引起通马路及下方 4 m1.6 m 污水方沟沉降是由正线左右线及迂回风道先后叠加引起的，对施工过程中每一步工序引起的沉降准确控制显得尤为重要。首先，对最终沉降指标通过数值分析按照工序进行分解初步确定，后续施工按照分解后的沉降指标对每一步工序进行 控制。表 1 通马路监控量测最终控制指标项目主辅路面沉降控制值人行步道沉降控制值路面隆起控制值变形坡度路面位移速率控制值控制标准 15 mm 20 mm 5 mm 1 2 mm/d表 2 污水方沟监控量测最终控制指标项目管线沉降控制值管线隆起控制值倾斜控制值管线位移速率控制值控制标准 10 mm 5 mm 2 1 mm/d3.2 力学模型及力学参数确定施工前，通过 midas GTS 建立三维有限元模型对风险工程进行模拟计算，采用不同的本构模型模拟不同的材料，对于区间隧道初期支护结构采用线弹性模型，对于土体采用摩尔 库伦模型，模型采用位移作为边界条件，除上表面为自由边界外，其他各外表面均约束法向的位移，模型中材料的物理力学参数取值参照详细地质勘察报告和相应规范（表 3、表 4）。表 3 地层力学参数表力学参数地层 3 1 3 4 2 4r天然/（kN/m3）17 18.8 19.3 19.1 19.5 19.5 19.8 20 19.2 20 20.3 20.5r饱/（kN/m3）18 19.5 20 19.5 19.8 19.8 20 20.5 19.5 20 20.5 20.5V0.35 0.33 0.3 0.33 0.30.30.30.30.30.300.3c（kN/m2）51313029111311311/（）102725131625303216243235表 4 结构力学参数表路面、衬砌结构力学参数EA/（kN/m）EI/（kN/m3）WV衬砌结构3.0e54 5008.40.25路面结构2.0e61 6005.00.20根据矿山区间下穿通马路处风险源相对位置关系，考虑模型的边界效应、地基基础分层总和法理论及计算效率的基础上，选取模型尺寸为80 m70 m35 m（图 1）。考虑路面行车荷载，数值分析时将路面行车荷载等效为均布荷载，取值为30 kN/m2。3.3 数值分析施工步序引起沉降（变形）根据黑万区间整体施工筹划及施工步序引起沉降（变形）先后相互叠加影响，矿山区间穿越道路范围2023 年 2 月471陈金刚，等：地铁矿山法多道步序施工引起的沉降控制图 1 穿越通马路有限元模型施工步序顺序初定左线先开挖、支护，右线后开挖、支护，正线双线初期支护贯通后进行初期支护背后回填及迂回风道加固范围注浆，正线二次衬砌施做完并达到设计强度后，进行迂回风道开挖、支护，迂回风道先施工两侧1号、3号通道，待二次衬砌达到设计强度后，进行中间2号通道施工，按照上述施工步序引起道路、污水方沟沉降（变形）进行模拟分析，模拟结果如图2图6所示。0.004 782 840.001 128 190.003 212 480.004 068 980.011 393 20.011 876 图 2 正线（左线）穿过后沉降（变形）结果0.005 231 090.005 371 840.006 383 810.004 6060.011 5660.010 6095图 3 正线（双线）穿过后沉降（变形）结果0.006 844 030.005 520 150.011 672 20.010 548 40.005 551 280.004 729 97图4 风道（1号、3号）穿过后变形结果0.011 725 90.007 649 460.005 643 42 0.006 690 220.004 826 70.015 292图5 风道（2号）穿过后变形结果20 15 10 5 0 5 10 15 200123456监测点距两隧道间中线距离/m11 断面降水后路基累计沉降曲线 22 断面降水污水方沟深层测点沉降曲线降水引起累计沉降值/mm图 6 降水引起的沉降变化根 据 数 值