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北京城铁暗挖区间隧道穿越楼群关键施工技术

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第一章引言

北京西直门至东直门的城市铁路是北京市规划的第13 号快速轨道交通线,全长约40 km ,其中和平里至东直门为地下段,采用暗挖施工。该区段是13 号线的控制工程,能否顺利修通将直接影响到全线是否能够如期通车。中铁隧道集团承担的第14 标段周围条件极为复杂,尤其是要近距离穿越两栋高层居民楼,在复杂地质环境下隧道施工必须确保居民楼的绝对安全,而且必须做到施工期间不扰民,因此,安全保障措施必须要绝对可靠,这对施工技术也提出了更高的要求。

 

第二章工程概况

第1节工程地质及水文地质条件

第14 标段主要由人工杂填土、第四纪沉积层和圆砾层组成。杂填土厚度为0. 15~1. 00 m ,最大厚度为4. 2 m;第四纪沉积层厚度为0. 5~18. 7 m ,圆砾层最大厚度为3 m;粉细砂层稍密~中密,饱和,厚度为2. 9 m;以下为粘土层。

该标段范围内,上层滞水水位埋深4. 0 m左右;潜水水位埋深在地面下7. 5 m ,高出隧道开挖拱顶;承压水水位埋深18. 8 m ,位于隧道铺底以下0. 5 m ,对隧道施工无影响。

区间隧道在粘质粉土和粉细砂地层中穿过,上层滞水和潜水已进入隧道断面。

 

第2节周围环境状况

北京城市铁路东直门地下区间为双跨连拱隧道,采用浅埋暗挖中洞法施工。典型断面开挖宽度为12. 05 m ,开挖高度为7. 397 m ,支护形式为复合式衬砌。区间隧道在里程K39 + 505~K39 + 585 之间,从两栋Y形高层居民楼中间下穿。两座高层楼房地面以上22 层、66 m高,地下两层,楼房基础为现浇钢筋混凝土箱型基础(无桩基) ,箱型基础持力层为2. 7 m厚的换填级配砂石,暗挖隧道外轮廓线距楼房基础水平距离最小为1. 6 m。隧道与高层楼群地平面及剖面关系

分别如图1 、图2 所示。

图1 楼房与区间隧道的平面位置关系

图2 楼房与区间隧道的剖面位置关系

 

第三章区间隧道施工及其对楼群的影响

由于暗挖隧道开挖跨度达12 m ,覆土仅为1 倍洞径左右(7~12 m) ,上覆地层难以形成承载拱,上覆土柱荷载较大。设计采用中洞法施工,工况要求中隔墙形成承载能力后,方可进行侧洞开挖,最后施作侧洞衬砌形成双连拱结构。由于区间隧道两侧为不对称布置,基础持力层位于隧道拱腰部位,楼房静载和静载偏压可能对隧道施工安全和结构安全构成威胁。

区间隧道采用双连拱隧道施工对高层居民楼安全是不利的,主要表现在:

(1) 区间隧道为双连拱结构,采用中洞法施工,施工步序多加之需降水,造成对楼房基础地层的多次扰动,如没有稳妥可靠的技术措施保证,叠加后可能产生超量的不均匀沉降,给楼房的安全带来致命的危害。

(2) 区间双连拱隧道中洞、侧洞为瘦高型结构,在初支施工过程中随着开挖在楼房静载作用下土层应力释放,引起的土体水平位移,使楼房基础产生不均匀沉降。

(3) 相邻地段的监测表明,仅中洞通过后最大累计沉降量即为73. 2 mm ,距中洞6. 0 m范围内地表沉降量均在40 mm以上,沉降曲线拐点距中洞中线79. 7 m。类比可知高层居民楼区域中洞施工引起地表沉降量可达23 mm ,沉降曲率为3. 8 %。可见,若不采取可靠的措施,将对楼房造成较大危害。

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