材料为PO.32.5R水泥浆,水灰比为1:0.8。
3.3 深孔注浆加固措施
在主体隧道1、3号施工洞室内对1#线隧道拱部上部土体及隧道两侧一倍隧道宽度范围内土体进行水泥预注浆加固。注浆材料选用超细水泥,它是ANG—S超细型特种灌浆料,具有突出的超渗透性和早强施工性能,适用于沙土层隧道开挖加固、堵水加固灌浆、围岩加固灌浆、帷幕注浆等。与水玻璃水泥浆比较,具有强度高,耐久性能好,后期强度不倒缩等特点,即满足工程开挖的技术需要,也符合构筑物耐久性能要求。
由于对既有线上浮标准严格控制在5mm以内,从而也增加了施工的难度。由于既有地铁隧道拱顶距离新建地铁车站拱顶距离很近,只有0.5米,所以根据洞室开挖拱底隆起量近乎等于既有线拱顶上浮量这一特点,要想控制既有线上浮程度,关键控制洞室开挖时拱底的隆起值,超前地基加固效果显著。设置预应力锚杆、注浆加固既有1#线隧道周围土体,使土体的刚度增大,从而更好的控制拱底的隆起值,达到控制1#线结构上浮的目的。
3.4 自钻式预应力抗浮锚杆
自钻式中空预应力锚杆材料和技术集钻进、注浆、锚固为一体,锚杆体既是钻杆、又是注浆管、同时也是锚固力产生物体。如遇比较松软、破碎的围岩,一般成孔较困难,即便成孔,也容易塌孔,在孔内难以穿入其他锚杆或锚索,而自钻式中空预应力锚杆技术正好弥补了传统工艺的不足。
在2、4号洞室以下的范围内设预应力锚杆,梅花型布置。其一端锚固在车站底板初衬上,锚杆拉力不能过大,避免引起增大作用在1#线区间结构的土体压力,从而导致1#线结构被挤压变形。在支护手段上,采用喷射混凝土和锚杆为衬砌,把衬砌和围岩看作是一个相互作用的整体,即发挥围岩的自承能力,又使锚喷衬砌起到加固围岩的作用[6]。
4 FLAC3D数值模拟
4.1 建立几何模型
采用的计算模型如图3所示,向上计算到地表,两边各取了56m,向下取了32.2m,沿地铁隧道轴向取50m。两端采用水平约束,底部采用竖直约束。共划分了34008个单元,37710个节点。
模型边界条件为:侧面和底面为位移边界,侧面限制水平移动,底部限制垂直位移,上边界为自由面。模拟过程与施工过程同步,超前小导管注浆,管棚设置以及预应力锚杆的设置均可进行简化模拟,方法是增大超前小导管、管棚及预应力锚杆周围土体的参数。
4.2 物理力学性质
各土层的物理力学参数如表1所示,工程材料的物理力学参数见表2。开挖中初次衬砌及二次衬砌材料类型为:初期支护为C25混凝土,二次衬砌采用C30混凝土。
5 方案对比
采取不同预支护措施施工得到的地表沉降量、拱顶沉降量以及既有线上浮量是不同的。以下对假定几种方案分别做出了数值模拟分析:
①无任何预支护及土体加固措施;
②施作密排管棚支护、对土体进行注浆加固 、无预应力锚杆;
③施作密排管棚支护,无注浆加固措施、施作预应力锚杆;
④施作密排管棚支护,对结构底板与一号线区间两侧土体进行注浆加固 ,在加固土体范围施作预应力锚杆。
四种方案的地表沉降、拱顶沉降及既有隧道上浮情况对比结果见表3。
在计算模型及物理力学参数不变的情况下,分别对几种方案进行模拟对比,这种方法还是非常的具有针对性,可以相对客观的比较出几种方案的优缺点。本文主要对这四种开挖方案所引起的地表沉降以及既有线的上浮进行比较研究,所以从沉降以及上浮的角度来分析,方案⑷的施工方案更为合理,沉降变形及上浮量没有超过规定的容许值,而且不管是地表沉降量还是既有线上浮量均比其他三种方案要小。因此,本文在最后一种方案的基础上进行暗挖车站施工的模拟计算。
6 计算结果分析
根据设计方案模拟了暗挖段的开挖及支护施工全过程,图4为隧道开挖后土体的竖直方向位移等值线图,从图中可以看出左右隧道开挖完成后,隧道上方的竖直位移沿两隧道轴线中心基本对称,右洞拱顶处竖向位移较左洞偏大,主要是由于左、右洞施工顺序的不同所导致。在左右洞室拱顶处小范围内出现最大沉降,沉降值在27.2mm左右,左右洞之间沉降值为20～25mm,在实际施工时应重点监测,及时支护。
隧道底部均出现隆起,这是土体卸荷所导致的。图5为隧道开挖导致既有地铁一号线结构竖直方向位移变化等值线图。本次模拟过程中假设地基加固施工质量良好,加固范围充分到位,采取了施加预应力锚杆等相应的加固措施,右线全线贯通后既有线上浮达到1.05mm,施工完成后既有线最大上浮量达到2.50mm,在要求控制值5mm范围内。锚杆受力有所变化,从开始的大部分受拉,随着施工的推进出现受压现象。最终计算结果地表最大沉降量为21.65mm,拱顶最大沉降量为27.23mm,既有1#线隧道最大上浮量为2.50mm。
7 结论
建立工程场地的三维地质模型,进行三维有限差分的数值分析,模拟地铁车站开挖支护的动态施工过程,可以较好地反应地铁施工的动态力学过程,数值模拟分析可以看到该浅埋暗挖地铁车站施工期地表最大沉降量为21.65mm,拱顶最大沉降量27.23mm基本满足设计规范要求。另外根据初步的施工监测结果,暗挖段六个导洞开挖施工的地表沉降量与计算结果基本一致,进一步说明场地地质模型对数值模拟的重要性。
参考文献
[1]姚海波.大断面隧道浅埋暗挖法下穿既有地铁构筑物施工技术研究[D].北京交通大学,2005.
[2]李秀珍,许强,孔纪名,等.九寨—黄龙机场高填方地基沉降的数值模拟分析[J].岩石力学与工程学报,2005,24(12):2188–2193.
[3]乔国文,王运生,房冬恒.西南某电站右岸开挖边坡稳定性的FLAC3D分析[J].工程地质学报,2004,12(3):280–284.
[4]寇晓东,周维垣,杨若琼.FLAC3D进行三峡船闸高边坡稳定分析[J].岩石力学与工程学报,2001,20(1):6-10.
[5]白明洲,等.复杂地质条件下浅埋暗挖地铁车站施工期地面沉降FLAC3D分析[J].岩石力学与工程学报,2006,25(增2):4255-4258.
[6]刘钊,佘才高,周振强.地铁工程设计与施工[M].北京:人民交通出版社,2004,5.
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