地鐵結(jié)構(gòu)沉降規(guī)律分析-

1、 專業(yè)知識(shí)分享版使命:加速中國職業(yè)化進(jìn)程摘 要:隨著大城市地下軌道交通網(wǎng)日益密集,地下隧道結(jié)構(gòu)下穿既有地鐵結(jié)構(gòu)將逐漸成為一個(gè)很常見的工程問題,因此,以南水北調(diào)總干渠輸水隧道下穿北京地鐵 1 號(hào)線五棵松站工程作為研究對(duì)象,通過幾何水準(zhǔn)測(cè)量的方法對(duì)車站底板結(jié)構(gòu)及道床結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工中及工后的沉降觀測(cè)。經(jīng)過對(duì)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析,總結(jié)出了該類型地下穿越工程的沉降變形規(guī)律,為今后類似工程提供了一定的可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞:隧道;下穿;地鐵結(jié)構(gòu);沉降規(guī)律隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,城市交通壓力日益增大,為緩解大城市巨大的交通壓力,地下軌道交通網(wǎng)的建設(shè)日趨密集。 這樣,在建的地下隧道結(jié)構(gòu)物下穿既有地鐵結(jié)構(gòu)就成為了

2、近些年地下工程界一個(gè)常見且比較突出的問題。筆者主要就南水北調(diào)總干渠輸水隧道下穿北京地鐵 1 號(hào)線五棵松站施工過程中的沉降變形規(guī)律進(jìn)行初步分析與總結(jié),為今后類似穿越工程提供一定的數(shù)據(jù)參考。五棵松車站呈東西走向,車站主體全長 174.98 m ,寬19.5 m ,高 7.9 m ,埋深 4.833 m 。 車站為 3 跨框架結(jié)構(gòu),設(shè) 6 條變形縫,將車站結(jié)構(gòu)分為 7 個(gè)區(qū)段,每段大約25 m 長,各自相互獨(dú)立,其中的 1 條變形縫位于 2 條輸水隧道之間中隔體的中線上。2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件該施工區(qū)段范圍內(nèi)輸水隧洞主要穿越碎石類土層,即卵石層及卵石、漂石層。 其中卵石層粒徑最大為190 mm

3、,一般為 90140 mm ,亞圓形,級(jí)配好,亞砂土夾層,含砂量 15 %30 %;卵石、漂石層粒徑最大為200 mm ,一般為 140160 mm , 亞圓形 , 級(jí)配好,細(xì)砂、卵石混亞黏土夾層,含砂量 15 %30 %。根據(jù)輸水隧洞其他區(qū)段施工情況可知,地下水位埋藏深度較深,輸水隧洞為無水施工。3 監(jiān)測(cè)方法及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)五棵松車站沉降變形采用人工幾何水準(zhǔn)測(cè)量的方法進(jìn)行監(jiān)測(cè),起測(cè)基點(diǎn)選自主體車站范圍外的 4個(gè)基標(biāo)1,觀測(cè)時(shí)按國家二等水準(zhǔn)測(cè)量的技術(shù)要求施測(cè),4 個(gè)基點(diǎn)與觀測(cè)點(diǎn)形成閉合水準(zhǔn)線路進(jìn)行觀測(cè)2。 在輸水隧道開挖期間,監(jiān)測(cè)頻率為 1 次/d ,開挖完成且沉降變形基本穩(wěn)定后,監(jiān)測(cè)頻率為 1

4、次/周,直至完全穩(wěn)定后停測(cè)。當(dāng)沉降或隆起達(dá)到控制值(-52 mm 的 70 %以上時(shí),需加大監(jiān)測(cè)頻率。筆者研究對(duì)象為五棵松站上行線車站底板結(jié)構(gòu)及道床結(jié)構(gòu),其沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在下穿中心線兩側(cè)共90 m 范圍內(nèi)的 16 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面上,每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面包括1個(gè)底板結(jié)構(gòu)測(cè)點(diǎn)和 1 個(gè)道床結(jié)構(gòu)測(cè)點(diǎn),如圖 1 所示。其中,3 條變形縫兩側(cè)各布設(shè) 1 組監(jiān)測(cè)點(diǎn),輸水隧道正上方各布設(shè)1 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。 專業(yè)知識(shí)分享版使命:加速中國職業(yè)化進(jìn)程4 沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析4. 1 底板結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析底板結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測(cè)的16 個(gè)斷面所對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)號(hào)分別為JY1JY16,圖 3 為車站底板結(jié)構(gòu)沉降時(shí)程曲線圖。圖3 曲線表明,車站底

5、板結(jié)構(gòu)整個(gè)沉降監(jiān)測(cè)周期分為5 個(gè)階段 : 施工期沉降變形階段 工后前期沉降變形階段工后中期沉降變形階段工后后期沉降變形階段地鐵解除限速后沉降變形階段。 以上5 個(gè)階段所對(duì)應(yīng)的時(shí)間段及最大累計(jì)沉降值如表 1所示。輸水隧道左、右線于 2007 年 12 月下旬完成二襯施工,由于隧道土方開挖及支護(hù)施工造成上方既有車站結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的下沉,累計(jì)最大值為-3.9 mm ;工后5 個(gè)月車站結(jié)構(gòu)繼續(xù)下沉,累計(jì)最大值為 4.7 mm ,整個(gè)監(jiān)測(cè)周期的最大值出現(xiàn)在該階段,原因?yàn)樵撾A段輸水隧道結(jié)構(gòu)周邊土體仍然處于自穩(wěn)變形調(diào)整階段,使得工后的5 個(gè)月仍然延續(xù)著施工期間的下沉變形趨勢(shì);2008 年 6 月至 9 月,車

6、站結(jié)構(gòu)略有上浮 ,累計(jì)最大值為-3.1 mm ;9 月底 ,輸水隧道開始通水通壓 ,至 12 月底,車站結(jié)構(gòu)略有下沉,累計(jì)最大值為-3.8 mm ;車站于2009 年 1 月沉降變形達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)并解除限速,之后繼續(xù)監(jiān)測(cè)了3 個(gè)月 ,沉降仍處于穩(wěn)定狀態(tài) ,累計(jì)最大值為-4.0 mm 。 由此可以看出:每個(gè)階段的具體變形情況與施工工藝、施工工法、地質(zhì)情況、補(bǔ)償注漿以及通水通壓等因素有關(guān)。 底板結(jié)構(gòu)不同階段沉降量的空間分布情況如圖4所示。車站底板結(jié)構(gòu)在 3 條變形縫之間形成了明顯的沉降槽,在各個(gè)變形階段 ,下沉量最大的位置分別在兩輸水隧道正上方(JY7 與 JY10及其中間線的正上方(JY8 與 J

7、Y9,沉降量向下穿兩側(cè)遠(yuǎn)端逐漸變小,直至東西兩側(cè)變形縫(JY4 與 JY13其值接近為零。 由此可以判斷出,輸水隧道下穿既有地鐵車站結(jié)構(gòu),對(duì)其沉降變形的影響大約在隧道外邊緣以外19 m 范圍內(nèi)3。4. 2 道床結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析道床結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測(cè)的16 個(gè)斷面所對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)號(hào)分別為S01S16,圖 5 為道床結(jié)構(gòu)沉降時(shí)程曲線圖。圖5 曲線表明,道床結(jié)構(gòu)沉降隨時(shí)間的變化趨勢(shì)與底板結(jié)構(gòu)沉降趨勢(shì)基本一致。不同監(jiān)測(cè)階段所對(duì)應(yīng)的最大累計(jì)沉降值如表2 所示?？傮w來看,道床結(jié)構(gòu)沉降也基本經(jīng)歷了“下穿期間明顯下沉工后前期的延續(xù)下沉工后中期的略微上浮工后后期的趨于穩(wěn)定解除限速后的下沉穩(wěn)定”的變形過程,且每個(gè)階段

8、的具體變形情況與施工工藝、施工工法、地質(zhì)情況、補(bǔ)償注漿以及隧道通水通壓等因素有關(guān)。道床結(jié)構(gòu)不同階段沉降量的空間分布情況如圖6所示。道床結(jié)構(gòu)沉降的空間變化趨勢(shì)與底板結(jié)構(gòu)沉降趨勢(shì)基本一致,即在3 條 專業(yè)知識(shí)分享版使命:加速中國職業(yè)化進(jìn)程變形縫之間的沉降影響范圍內(nèi)形成了明顯的沉降槽。4. 3 底板結(jié)構(gòu)與道床結(jié)構(gòu)剝離變形分析表3 和表4 分別列出了底板結(jié)構(gòu)與道床結(jié)構(gòu) 16 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的最終累計(jì)沉降量。各斷面底板結(jié)構(gòu)沉降量與道床結(jié)構(gòu)沉降量的差值除斷面 1 和斷面 13 的 1.5 mm 和-1.5 mm 外,其余均在1.0-1.1 mm 之間。 車站底板結(jié)構(gòu)與道床結(jié)構(gòu)最終沉降量對(duì)比關(guān)系見圖7。由圖7

9、可以看出,斷面 1 和斷面 13 的道床結(jié)構(gòu)下沉數(shù)據(jù)較之曲線整體變化趨勢(shì)出現(xiàn)了明顯的離散性,可將這兩點(diǎn)視為奇異點(diǎn),數(shù)據(jù)分析中不予考慮,其余斷面底板結(jié)構(gòu)和道床結(jié)構(gòu)的沉降空間分布整體趨勢(shì)基本一致,且底板下沉量基本都大于道床下沉量。綜上分析,可以認(rèn)為五棵松站底板結(jié)構(gòu)與道床結(jié)構(gòu)之間基本無剝離現(xiàn)象,且處于同步沉降狀態(tài) ,為地鐵1 號(hào)線的正常安全運(yùn)營提供了保證。5 結(jié)論通過以上分析可以得出以下結(jié)論:1地下隧道下穿既有地鐵車站結(jié)構(gòu),其沉降變形基本經(jīng)歷了“下穿期間明顯下沉工后前期的延續(xù)下沉工后中期的略微上浮工后后期的趨于穩(wěn)定解除限速后的下沉穩(wěn)定”的過程,整個(gè)下沉過程中累計(jì)沉降最大值出現(xiàn)在工后35 個(gè)月內(nèi);2地下隧道下穿既有地鐵車站結(jié)構(gòu),沉降變形影響范圍大約在隧道外