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CRD工法在城市地铁车站施工中的应用

　　摘　要　以北京地铁十号线光华路站风道及主体侧洞施工为例,介绍浅埋暗挖CRD法的施工技术,探讨CRD法的施工关键和技术难点,并提出相应的解决措施。
关键词　地铁风道　浅埋暗挖　CRD工法
1 引言
随着地铁施工技术的不断进步,地下工程界不断创新,提出了许多法浅埋暗挖施工方法,其中“化整为零”的CRD工法就是很有代表性的一种工法,又名“交叉中隔壁工法”。该方法以地层预加固(处理)为前提,以锚、网喷支护为基础,充分发挥加固后的地层与初支体系共同受力,承受外部荷载,以监控量测手段指导施工,控制初支结构的拱顶沉降和收敛,确保开挖洞室和地面建筑物的安全。与明挖法和盖筑法相比,浅埋暗挖CRD法的最大优点是避免了大量拆迁、改建工作,减少了对周围环境的粉尘污染和噪声影响。在城市中心地区,由于地面交通不允许长期中断,地面建筑物众多,地面施工场地狭小,不易改移,因此在地质条件允许情况下,将优先考虑采用浅埋暗挖法施工地铁车站。
2 工程概况
北京地铁光华路车站站位于东三环路下、东三环路与规划商务中心街交叉口处,南北走向,车站总长、总宽度、中间洞宽、两侧洞宽,单侧站台宽度,线间距40m。结构型式为单跨三洞地下局部双层分离岛式车站台车站(中间为双层结构,两侧站台为单层结构),三洞间以通道相连。车站设两个风道,均为单跨双层拱形结构,分别位于车站主体的南北两端。风道覆土,风道全长、标准断面开挖宽、高,风道初支结构厚350mm、二次衬砌厚500mm、中板厚400mm。侧洞(左右行车线路)覆土,全长,标准断面开挖宽,高,侧洞初支结构厚300mm、二次衬砌厚600mm。车站均采用复合式衬砌结构。
该车站位于永定河冲积扇的轴部,地形起伏不大。地层由填土、粘性土、粉土、粉细砂、中粗砂、圆砾卵石及细中砂等交互沉积而成。工程所涉及到的地下水类型:按地下水的赋存条件为第四纪松散岩类孔隙水,按水力性质又分为上层滞水、潜水和承压水。土层滞水和界面水丰富,施工区管线密布,局部管线渗漏水严重。
车站风道,同主体侧洞以及出入口暗挖部分均采用浅埋暗挖CRD工法施工。
3 CRD法施工方法
CRD工法遵循“小分块、短台阶、多循环、快封闭”的施工原则,自上而下步步为营,分块成环,随挖随撑,及时做好初期支护。并待初期支护结构的拱顶沉降和收敛已经稳定后,自下而上拆除初期支护结构中的临时中隔壁墙及临时仰拱,再施做外包防水层,施作二次衬砌结构。表1为光华路地铁车站风道CRD法施工工序。
4 施工难点及特点
(1)围岩自稳能力极差,开挖后易产生坍方,施工中应加强加固措施。
(2)结构位于含水粉细砂、中粗砂及圆卵砾石层中,开挖时必须做好降水后残存水的止水和砂层固结处理,以防漏水、防流砂、防坍塌、防底部涌水。
　　(3)地面(东三环)交通繁忙,结构上方或附近有管径较大的雨污水管等线,漏水存水状况严重,确认了二级风险点两处。施工过程中存在塌方、片落、透水现象和施工不安全状况等较为严重。因此,在施工中需要对初支结构加强监控量测,严格控制初支结构的沉降和收敛、严格控制地表沉降,以确保道路的畅通和管线的安全。
(4)必须解决好风道初期支护形成过程中的受力体系转换带来的影响,防止地面及拱部的过量沉降是贯穿整个施工过程中的技术难点。
5 施工关键措施
严格控制地表沉降
(1)土体预加固
在土体开挖过程中,采用超前小导管注浆方法进行土体预加固。超前小导管为Ф32·δ=
钢管,布设在拱部130°范围内,环向间距300mm,长度,外插角5~15°,每两榀施作一环。注浆小导管后端架在已经支好的钢格栅内,另一端深入地层。注浆后进行土体开挖。
另外,在一些特殊部位,如东南风道过污水管(二级风险点)等,采用大管棚注浆超前加固方法,有效地控制了施工过程中地表的沉降,保证了施工安全。
(2)初支背后注浆
为及时充填初支喷射混凝土与土层之间存在的空隙,第一层导洞(1号、3号)初支结构封闭后应及时进行初支背后注浆,以控制初支结构变形,控制地表沉降。初支背后注浆,应使用钢筋格栅安装时预先预埋的注浆钢管。第一层导洞(1号或3号)沿纵向每3m设1组注浆钢管,沿拱部横向均匀分布。在初支背后注浆,可以起到以下几点作用:

　　①充填地层空隙,防止地表下沉。导洞土方开挖后,会引起周围地层松动,出现微小空隙;而且,在喷射混凝土与地层之间,特别是拱架背后不易喷到的地方必定存在空隙。由于这些空隙的存在,地层应力调整过程中,上层土体逐渐塌密,将引起地表沉降。若及时进行注浆,将空隙填满,就阻止了土体位移,从而达到限制地表沉降的目的。
②加强结构防水。隧道开挖后,引起地下水渗流场的改变,地下水向着开挖后的区域流动(低压力区),特别是隧道开挖后的松动圈范围内地层渗透系数增大,地下水很容易向隧道内渗流。初支后充填注浆,以浆液结石体或固结体充填、挤密地层,增大地下水的阻力,从而阻断或减少地下水渗流的通道,提高隧道的防水能力。
③控制初支结构的沉降和收敛。风道结构处于粉细砂、中粗砂及圆卵砾石层中,周围土体自稳能力差,施工过程中可以通过采取在拱脚设置锁脚锚管的措施,减小格栅变形和位移、控制初支结构的沉降和收敛。也可以根据实际情况,在位移或沉降变化较大处或渗漏水处有针对性地布管注浆,则是控制初支结构的沉降和收敛非常有效的技术措施。
(3)监控测量
监控测量是浅埋暗挖CRD工法施工不可缺少的重要组成部分。根据工程情况,建立监控量测体系,重点是地表下沉,拱顶沉降和边墙收敛;必要时进行地中位移、钢架应力、地层压力等量测项目。
监控量测的目的在于,可以有效地指导初支结构施工,及时采取有效措施调整施工步距,及时对初支结构背后进行充填注浆,从而保证了初支结构的施工质量,有效控制了初支结构的变形与收敛,有效控制了地表沉降。施工期间对地铁工程沿线重要的地下、地面建(构)筑物、管线、地面及道路的位移沉降实施监测,并对可能发生的危及环境安全的隐患或事故提供及时、准确的预报,以便及时采取措施,及时避免事故的发生。
从监测结果看:1号导洞初支施工完成后,即进行3号导洞的初支结构施工,由于风道呈“扁平结构”,土体开挖对其上方土体扰动较大,地表沉降量较大。而其余导洞的施工,对地表影响相对较小。
光华路车站施工时监测结果:地表沉降值2~ 26mm,特殊点;初支结构的拱顶沉降值为~,特殊点;收敛值为~。由此可见,车站施工的沉降值被控制在设计允许范围内。
特殊部位的施工方法
南风道初支结构安全通过雨水管风险点施工
DN1800雨、污水合流管位于风道第二次挑高段,距离结构仅为,在1号、3号导洞施工至以上2条管线前后范围内,即里程0+~0+处。在施工过程中,采取了以下施工措施,安全通过了雨水管风险点。
(1)用洛阳铲掏Ф100mm孔,深,进行超前探测,及时掌握掌子面前方土质情况。
(2)采取长、Ф108mm大管棚超前支护,间距,用来加强拱顶土体刚度,对土体预加固。
(3)对拱部及上台阶土体进行双液注浆,注浆深度,注浆孔直径46mm,注浆加固范围如图1所示。
(4)安装临时仰拱时,拱脚处设置I25工字钢,以使上台阶格栅快速封闭,保证稳定,限制变形。
(5)加强背后注浆,管埋设间距由改为,保证初支与其外部土体密贴。
主体侧洞过山海丹天桥桥桩施工
山海丹过街天桥,与车站正交,天桥基础形式为钻孔灌注桩+承台基础,桩长16m,基础侵入到光华路站结构主体左右侧洞。为确保施工安全,控制天桥和初支结构的沉降,施工过程中采取以下措施,顺利通过。
(1)对开挖面前方地层和地下水情况进行超前探测,确定桥桩在侧洞的准确位置。
(2)侧洞开挖离桥桩3m处,封闭掌子面,注水泥-水玻璃双液浆对桥桩周围土体进行整体加固。
3)调整距桥桩最近的两榀格栅步距,间距尽可能最小。同时,加强超前探测,准确确定桥桩的实际位置,在临近桥桩3m范围内加密布置纵向连接筋。
(4)开挖至桥桩桩身处时,上层导洞用I25工字钢通过连接板于上下焊接在格栅上作支撑,并使1号导洞封闭成环。在下层导洞同样位置用I25工字钢支撑,并落在仰拱上,封闭成环。
(5)格栅安装、工字钢支撑完毕后,挂钢筋网并及时喷射混凝土(可随开挖随网喷)。
(6)施工过程中,加强初支拱顶及桥面的监测,12h监测1次,及时反馈监测信息,以正确指导施工。
6 体会与建议
(1)从北京地铁十号线光华路车站风道与侧洞施工情况来看,由于车站结构所处的地质环境(黏土、砂土、砂卵石或卵石等)差,围岩自稳能力极差。因此,在施工过程中对土体进行预加固十分重要。对于沉降要求不高的区段,可以选用超前小导管方法;对于受力情况复杂,沉降要求较高的特殊部位,应考虑超前长管棚方法。
(2)及时反馈监控测量信息,施工过程中成功地应用“动态注浆”的技术管理和信息管理,起到了良好的效果。
参考文献
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