岩土锚固技术在地铁过既有线工程中的应用.pptx

内容摘要一一 问题背景及研究目的问题背景及研究目的二二 主要内容主要内容三三 结论结论一 问题背景及目的1.1问题研究背景地铁在城市交通中占很重要位置，且发地铁在城市交通中占很重要位置，且发展迅速。地铁网的完善和扩能改造等，展迅速。地铁网的完善和扩能改造等，都带来了大量新线近接既有线施工现象。都带来了大量新线近接既有线施工现象。城市地下工程的近接施工中，由于既有城市地下工程的近接施工中，由于既有线与新线位置较近线与新线位置较近,若不采取可靠的措施，若不采取可靠的措施，新建线的施工将会影响既有线的安全运新建线的施工将会影响既有线的安全运营。营。在在一般的地下工程建设一般的地下工程建设中，保证地层和中，保证地层和支护结构的稳定是工程的最终目标。但支护结构的稳定是工程的最终目标。但是在是在过既有线工程过既有线工程中，保证既有线的安中，保证既有线的安全运营对施工提出了更加严格的要求。全运营对施工提出了更加严格的要求。这个要求可能要远远高于新建结构安全这个要求可能要远远高于新建结构安全与地层稳定对于施工的要求。因此保证与地层稳定对于施工的要求。因此保证既有线的安全运营是过既有线工程的重既有线的安全运营是过既有线工程的重点和难点点和难点。锚杆的锚固及抗拉拔作用，因此在抗浮锚杆的锚固及抗拉拔作用，因此在抗浮工程中应用锚杆较为常见。在防止既有工程中应用锚杆较为常见。在防止既有线上浮过程中，可应用锚杆。线上浮过程中，可应用锚杆。布置锚杆不仅可以解决底板上浮时受弯矩作用的问题，而且施工比较简单、材料单一，造价也较低。所以对该工程的锚杆抗浮施工方案进行了三维动态仿真分析，从理论上探讨了所拟定施工方案的合理性和可行性，并取得了一些有意义的结果，为该工程的顺利施工提供依据和指导。1.2研究目的2.1工程概况车站南北向布置，为明暗挖结合施工的车站。车站南北向布置，为明暗挖结合施工的车站。两端为双层明挖箱形框架结构；中间单层暗挖，两端为双层明挖箱形框架结构；中间单层暗挖，长长65m65m，埋深，埋深5.5m5.5m，采用单拱双柱结构形式。，采用单拱双柱结构形式。暗挖段从地铁一号线区间隧道上部穿过，该处暗挖段从地铁一号线区间隧道上部穿过，该处地面标高为地面标高为44.81m,44.81m,一号线的该区间隧道埋深一号线的该区间隧道埋深16.29m16.29m，本车站该处轨顶标高，本车站该处轨顶标高31.104m31.104m，距一，距一号线区间隧道顶板号线区间隧道顶板2.574m2.574m，两结构间土层厚度，两结构间土层厚度（即净距）为（即净距）为0.5m0.5m左右。左右。二主要内容东北出入口北南侧明挖段北侧明挖段西南出入口西北出入口换乘通道换乘通道东南风道东南出入口东北风道东长安街崇文门内大街东北出入口西长安街一号线区间一号线暗 挖 段 车站总长204.4m。两端明挖段长度分别约为69.2m及71.4m，开挖宽为23.1m，覆土厚度2.3m；暗挖段长度约为63.8m，开挖宽为23.9m，覆土厚度6m。车站示意图地铁某车站与既有线断面位置关系图 新建站单层(上穿)结构图 既有线安全运营限制标准非常严格，它要求结构隆起不大于20mm，轨距增宽不大于6mm，轨距减窄不大于2mm，单线两轨高差不大于4mm。新建隧道上穿既有地铁时，如何维护既有地铁的安全运营是工程施工的出发点，也是问题的归结点。2.22.2工程重点和难点工程重点和难点l采用采用“中柱法中柱法”施工。按照施工。按照“小分块、短台小分块、短台阶、早成环阶、早成环”的原则，将整个断面开挖横向的原则，将整个断面开挖横向分为：侧洞、有柱的柱洞和中洞共分为：侧洞、有柱的柱洞和中洞共5 5个洞，每个洞，每洞分上、中、下三层。洞分上、中、下三层。l先自上而下对称施工柱洞初支，再由下而上先自上而下对称施工柱洞初支，再由下而上施作柱洞二衬，建立起梁、柱支撑体系。柱施作柱洞二衬，建立起梁、柱支撑体系。柱洞完成后，施工两个柱洞中间的中洞初支和洞完成后，施工两个柱洞中间的中洞初支和二衬，形成整个大中洞稳定体系。再对称自二衬，形成整个大中洞稳定体系。再对称自上而下施工两侧洞初支，最后纵向分段自下上而下施工两侧洞初支，最后纵向分段自下而上对称施作二衬，完成结构闭合。而上对称施作二衬，完成结构闭合。2.32.3施工方案施工方案中柱法施工步骤中柱法施工步骤第步第步第步第步第步第步钢管柱钢管柱顶纵梁顶纵梁底纵梁底纵梁中柱法施工步骤中柱法施工步骤钢管柱钢管柱顶纵梁顶纵梁底纵梁底纵梁第步纵梁拉压杆中柱法施工步骤中柱法施工步骤钢管柱钢管柱顶纵梁顶纵梁底纵梁底纵梁顶板第 步第步中柱法施工步骤中柱法施工步骤钢管柱钢管柱顶纵梁顶纵梁底纵梁底纵梁底板顶板钢管柱钢管柱顶纵梁顶纵梁底纵梁底纵梁第步第步第步第步第步第步底板顶板钢管柱钢管柱顶纵梁顶纵梁底纵梁底纵梁底板底板拱墙拱墙底板顶板过既有线措施过既有线措施施工前降水施工前降水降低地下水位于既有地铁底板降低地下水位于既有地铁底板1.0m1.0m以下，减少水浮力的影响。以下，减少水浮力的影响。对既有线周边土体边开挖边加固对既有线周边土体边开挖边加固 在距既有线在距既有线6m6m处停止开挖，对既有线周边土体进行注浆处停止开挖，对既有线周边土体进行注浆加固，通过改善土体参数减小一号线结构土侧压力。注浆加固，通过改善土体参数减小一号线结构土侧压力。注浆材料根据土层可以选用超细水泥。材料根据土层可以选用超细水泥。对既有线边开挖边加固对既有线边开挖边加固 导洞初期支护完成后，施作预应力锚杆对一号线进行加导洞初期支护完成后，施作预应力锚杆对一号线进行加固，增加对固，增加对1#1#线结构竖向压力。锚杆长度根据设计标高线结构竖向压力。锚杆长度根据设计标高10-10-15m15m不等，保证锚杆锚固端伸入一号线既有线基底不等，保证锚杆锚固端伸入一号线既有线基底6m6m。过既有线措施过既有线措施注浆和锚杆加固注浆和锚杆加固暗挖段主体结构上穿1号线区间时，进行地基加固：a.开挖上部导洞，在洞内对下部土体进行注浆加固，加固范围如图中阴影部分所示。b.注浆浆液：超细水泥水玻璃浆。其抗压强度不低于30MPa。配合比应经现场试验确定。c.加固深度至主体结构底板下9m。过既有线措施过既有线措施注浆和锚杆加固注浆和锚杆加固在注浆加固范围内，设置拉锚：a.主体结构底部初期支护完成后，在洞内向下设置锚杆，其一端固定于初期支护。b.锚杆呈梅花型布置，间距2x2m，锚杆长为15m及10m两种，贴近一号线区间侧采用长锚杆。c.主体结构边缘锚杆为斜向外侧下方设置（与垂直方向夹角10度），其余为垂直向下设置。d.杆体材料232钢筋，锚杆全长均为锚固段，锚固体直径0.1m，锚杆轴向拉力设计值230KN。e.锚杆注浆材料:水泥浆。其抗压强度不低于30MPa。2.4.1计算模型l注浆效果通过增大土层力学参数来模拟。钢拱架的作用采用等效方法考虑，即将钢拱架的弹性模量折算到喷射混凝土上其计算方法为：式中：E为折算后混凝土弹模，E0为原混凝土弹模，Sg为钢拱架截面积，Eg为钢材弹模，Sc为混凝土截面积。l锚杆的模拟是通过设置锚杆单元（cable)并在锚杆区施加地层压力模拟2.42.4施工过程力学性态三维模拟研究施工过程力学性态三维模拟研究l岩土材料用实体单元模拟，本构模型用Mohr-c模型；初支和临时支撑用壳单元、弹性模型模拟；二衬用实体单元，弹性模型；既有线用实体单元，弹性模型，材料为混凝土模拟。l由于隧道埋深比较浅，初始应力场可视为重力场，开挖效果的模拟采用空单元法来实现，这种方法在开挖过程中所求的应力场为真实的应力场，而所求的位移场需扣除初始位移场才为真实的位移。模型在隧道横向上取80m，左右各40m，模型尺寸沿纵向取30m，既有线为双洞隧道，单线宽6m,二者间距6m,即中间18m下穿新建线。上边界取至地表，下边界取至车站结构底板以下20m。模型共有15560个单元（不包括壳单元），17963个节点。网格剖分图如下：模型网格剖分图模型网格剖分图 既有线位置变形缝位置锚杆2.4.2计算结果 无锚杆加固时，地表沉降与既有隧道隆起量在各个开挖步序内的分布如下表 未锚固横向地未锚固横向地表沉降分布表沉降分布 未锚固既有线未锚固既有线底板隆起分布底板隆起分布序号开挖步序地表沉降既有隧道隆起1上柱洞开挖36.53.52中柱洞开挖1.56.53下柱洞开挖3.54.34柱洞二衬1.5-0.85上中洞开挖17-1.06中洞顶板二衬1.5-1.07中洞剩余开挖衬砌0.50.58侧洞开挖衬砌-56.5合计5718.5l（1）未用锚杆情况下，地表最大沉降为57mm，既有线底板最大隆起量为18.5mm；应用锚杆后，地表最大沉降为62mm，既有线底板最大隆起量为9.8mm。由结果可知：在既有线中应用抗浮锚杆，对既有线底板的抗浮有很大的抑制作用，而对地表沉降没有减小作用，反而引起地表沉降的少量增大，说明地层的隆起对施工引起的沉降有一定的抵消作用。锚固横向地表锚固横向地表沉降分布沉降分布 锚固既有线底锚固既有线底板隆起分布板隆起分布 （2）从开挖步序分布表来看，在柱洞和中洞开挖过程中，造成了地表几乎全部的沉降；而且，上导洞距地表近，其开挖占总沉降的相当大的比例，这与实际相符。中洞扣拱完成后，车站结构基本形成，以后施工步序造成地表沉降较小。l（3）从开挖步序分布表来看，由于监测的点是新线中线下方既有线底板上的点，隆起大部分发生在柱洞和侧洞开挖期间，中洞开挖期间，既有线底板点甚至稍有下沉，则与柱洞结构已经形成，造成对既有线的约束，而中洞每步卸载很小，且及时扣拱增加荷载有关；而当两边侧洞同时开挖时，卸载量较大，中间的约束作用显得较小。l（4）从既有线底板的隆起曲线可以看出，既有线的沉降受变形缝的影响，在变形缝的两端产生了差异沉降，锚杆加固前，变形缝两端差异沉降为1.5mm，锚杆加固后差异沉降为0.4mm.。说明锚杆加固对变形缝的差异沉降也有较好的抑制作用。l（5）从隆起曲线还可以看出，受新线施工影响最大的是既有线的中间一跨，其隆起呈曲线分布，两边受施工影响小的既有线隆起曲线大致呈直线分布。三三 结论结论在上穿既有线工程中，由于卸载作用既有线可能发生上浮，如果对其控制不力，可能会影响既有线的安全运营。因此必须采用抑制结构上浮的合理措施。在本工程中，抗浮锚杆的应用使既有线底板最大隆起值从18.5mm减小到9.8mm，可以看出锚杆在抗浮中作用显著。但同时，由于抵消作用的减小，也加大了5mm的地表沉降。二者相比，前者是主要的。数值模拟验证了施工方案的可行性。从以上分析我们可以看出，由于锚杆的锚固作用，它对于既有线的上浮控制能起到很好的效果，减小绝对上浮值的同时，也减小了变形缝两端的差异上浮值。但是锚杆在抑制上浮过程中，也加大了地表的沉降，可绝对值较小。总之，控制既有线的上浮可能有很多措施，但通过本文的研究，认为锚杆抗浮不失为一种较好的方式。The endThank you！