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紧邻既有建筑物的城市超大断面暗挖隧道施工技术中铁十三局集团第五工程有限公司二0一0年四月二十四日紧邻既有建筑物的城市超大断面暗挖隧道施工技术第一部分工程概况第二部分工程地质条件第四部分针对特点及重难点采取的相应措施第三部分工程特点及重难点第五部分施工小结一.工程概况•西安地铁二号线18标是我公司在陕西省西安市承建的第一个地铁项目，该工程大体分三部分：一座车站、一段暗挖区间及一段明挖区间。•该工程具有工程量大、工序多、质量标准高、技术含量高等特点。本文仅针对暗挖区间的特点、重难点以及临近电视塔的保护等问题进行详细阐述。一.工程概况•本标段暗挖区间位于陕西省自然博物馆东侧，区间隧道呈南北走向，全长97.1m。采用中洞法+CRD法进行施工，暗挖段车站端断面宽22.5m，高10.628m；区间端断面宽24m，高11.778m。为典型的城市超大断面浅埋暗挖隧道。一.工程概况•区间隧道东侧的长安南路为西安市南北交通的主干道之一；西侧为陕西电视塔群建筑。•西电视塔是西安市城市南北轴线上的重要标志性建筑，电视塔塔高246米，其基础为筏型基础，埋深为13.5米，基底比隧道拱顶还要高出1.8米，其边缘距暗挖隧道最近距离为32.5m。武警住地电视塔装修板房电视塔车站端后配线明挖端区间隧道陕西省电视塔区间隧道与电视塔平面位置示意图暗挖断面地面止水帷幕电视塔区间隧道与电视塔剖面位置示意图暗挖隧道会展中心站全景图车站明挖区间暗挖电视塔电视塔远景图电视塔近景图电视塔与车站及区间隧道位置关系近景图隧道入口电视塔二.工程地质条件•1、地形地貌•工程所在场地内地形北高南低，西高东低，地面标高介于432.50～440.000m，高差达7.5m，场地周边有电视塔及陕西省自然博物馆等重要建筑物。二.工程地质条件•2、地层岩性•本场地属西安市黄土梁，工程影响深度内主要地层为上更新统风积黄土、残积古土壤及中更新统风积老黄土、残积古土壤（老黄土与古土壤交替成层）、冲积粉质黏土（夹砂）。详见下图右线地质纵剖面图。古土壤老黄土老黄土常水位线暗挖基底区间隧道右线地质纵剖面图三.工程特点及重难点•1、特点：隧道断面大，工序繁多•后配线暗挖区间是大型的双连拱形隧道，共由10个小断面组成。•中导洞有2个断面，采用上、下台阶法施工；•左、右线各4个断面，分别采用CRD法施工。•整个隧道工序繁多、断面变化频繁，开挖断面跨度大，施工中需处理好各个工序间的衔接。三.工程特点及重难点•2、重难点：区间隧道与电视塔距离过近•电视塔地基为天然地基，基础为环形钢筋混凝土基础，厚度为2m，基础埋深高于地铁隧道埋深，通过调查，从运营至今沉降观测结果显示，电视塔略向西北倾斜，即远离隧道方向，但倾斜值在高耸建筑允许范围内，因此针对电视塔的保护是整个工程的重中之重。四.施工措施•由于隧道与电视塔距离过近，为实现隧道与电视塔周边土体的整体稳定，就要从隧道本身施工以及针对电视塔的具体保护措施着手，做到两大方面均要兼顾，无论哪一方面在施工过程中存在问题，都会给电视塔的安全带来严重隐患。四.施工措施•（一）隧道本身施工•1、隧道初支及衬砌•（1）短进尺开挖：•每个循环进尺控制在0.5m，严禁超挖。四.施工措施•（2）加快开挖速度：•上导全部采用人工开挖的方式，下导小挖机配合开挖已加快施工进度。四.施工措施•(3)加强超前支护：•隧道上半断面拱顶设置φ159mm超前大管棚注浆预支护，开挖过程中设φ42mm小导管注浆预加固。•一点经验：黄土地层管棚长度。四.施工措施•⑷衬砌及时跟进：•无论是中导洞还是左右线均需根据监测情况及时跟进，避免地表及拱顶沉降过大给隧道及电视塔带来安全隐患。四.施工措施•⑸做好监测工作：•此部分工作包括隧道监测以及电视塔监测，以期及时反馈信息，指导施工。50005000400050002500300016002500250030002500250030003000250040005000500050001600地面沉降监测点拱顶下沉水平收敛位移隧底隆起隧道内部监测点位布置图武警住地电视塔装修板房电视塔车站端后配线明挖端沉降监测点测斜监测点电视塔监测点位布置图四.施工措施•2、开挖工序要求•严格按照施工工序要求进行施工。•工序图如下ⅦⅦⅦⅨⅨⅩⅢIVⅡXIXIXIⅦXIⅦⅦⅨⅨⅩⅢⅡIV中导洞上台阶开挖中导洞上台阶初支中导洞下台阶开挖中导洞下台阶初支中隔墙施工左断面外侧导坑上台阶开挖右断面外侧导坑上台阶开挖左断面外侧导坑上台阶初支右断面外侧导坑上台阶初支左断面外侧导坑下台阶开挖右断面外侧导坑下台阶开挖左断面外侧导坑下台阶初支右断面外侧导坑下台阶初支左断面内侧导坑上台阶开挖右断面内侧导坑上台阶开挖左断面内侧导坑上台阶初支右断面内侧导坑上台阶初支左断面内侧导坑下台阶开挖右断面内侧导坑下台阶开挖左断面内侧导坑下台阶初支右断面内侧导坑下台阶初支长管棚超前小导管中导洞格栅钢架临时支撑Ⅱ核心土42锁脚锚管Ⅱ根据监控量测结果上导开挖（进尺0.5m）上导初支下导开挖下导初支中隔墙施工超前小导管¦µ159管棚核心土核心土临时仰拱正洞格栅钢架锁脚锚管ⅩⅢ左右断面侧导坑上导开挖（进尺0.5m）左右断面侧导坑上导初支左右断面侧导坑下导开挖（进尺0.5m）左右断面侧导坑下导初支左右断面内导坑上导开挖（进尺0.5m）左右断面内导坑上导初支左右断面内导坑下导开挖（进尺0.5m）左右断面内导坑下导初支四.施工措施•在此提两点经验和教训：•第一点：针对超大断面的黄土地层隧道，莫要轻易更改土方开挖施工工艺•前期施工过程中，考虑到工期紧张，临时调整过施工工艺，调整的前提是在监测数据显示良好的情况下进行的，同时也征得了建设单位、设计单位以及监理单位的同意。四.施工措施•具体情况是：•中导洞开挖一段距离后，大约二倍洞径（22m）的时候，监测数据显示地表沉降为0。为了加快施工进度，在中隔墙未跟进的情况下，左右线外侧导洞试探性的进行了开挖。在中导洞贯通（总计98.6米）、左右线外侧导洞进尺分别四.施工措施•为40米及36米时，地表沉降仅为21mm，开挖边线以外15米处地表沉降仅为1mm。基于此，左右线外侧导坑加快了施工进度，但刚好一个月后，问题出现了，在左右线外侧导洞进尺分别为60米和56米时，距洞口35米的中导洞位置，地表沉降在一个月内突然增加了四.施工措施•41mm（累积值为57mm），已超出了警戒值，为了避免沉降继续增大，中隔墙加快了施工进度，由原来的单工作面单向施工变成了双工作相向施工，虽然地表沉降最终得到了控制，但因抢中隔墙施工浪费了大量的人力、物力及财力。期间值得庆幸的是未因地表沉降而改变电视塔原来的沉降变化趋势。四.施工措施•第二点：衬砌适时施工，拆撑不可冒进•中导洞的中隔墙根据监测数据来选择施作时间，但必须在左右线外侧导坑开挖前完成，同时做好中隔墙拱顶注浆工作。左右线同样根据监测结果来确定二衬施工时间，须注意的是：左右线二衬必须同时跟进，保证对称施工；另外，临时支撑拆除严格按照提前一节（6m）进行，严禁多拆，杜绝安全风险。四.施工措施•（二）电视塔的保护措施•措施一：设置止水帷幕•由于本段有饱和软黄土，隧道施工期间的降水可能是引起电视塔沉降的主要因素，因此隧道施工时需设置止水帷幕，即暗挖结构与电视塔之间打设高压旋喷桩止水帷幕，延长地下水流通的距离，降低地下水的水力坡度，使电视塔四.施工措施•处沉降不发生或即使发生时，沉降值能控制在允许的范围内。本工程设计打设双排φ800mm@650mm的高压旋喷桩作为止水帷幕，桩长为33.51m，其中实桩长度18m，空桩长度为15.51m。纵向分布长度107m，与暗挖结构边线距离5.7m～11m不等。旋喷桩实桩深入隧道底以下5m。见止水帷幕与电视塔剖面位置关系图。暗挖断面地面止水帷幕电视塔止水帷幕与电视塔剖面位置关系图止水帷幕施工过程照片止水帷幕地面痕迹实景照片•措施二：回灌措施•降水可能会破坏电视塔附近地基土的应力平衡，造成电视塔向东倾斜的可能。另外，该段区间隧道围岩及路基基本均为4-1-2饱和软黄土，不利于土体稳定，特别是机车运行时产生的振动等影响，为避免电视塔可能出现的倾斜，在该处降水施工中采用回灌法，在沉降区域施工回灌井，纵向间距40米，回灌井与降水井之间的距离5.0m。四.施工措施止水帷幕（示意）后配线暗挖区域后配线明挖端车站端降水井（五口）回灌井（三口）车站原降水井后配线明挖降水井电视塔回灌井平面布置示意图止水帷幕降水井观测井常水位水位线回灌井回灌井及降水井剖面位置示意图降水井及回灌井实景照片•措施三：监测措施•隧道开挖产生的降水效应及开挖对周边土体的扰动均会使电视塔基础产生沉降或不均匀沉降，因此，在电视塔结构周边布置沉降观测点，塔身布置倾斜观测点，具体内容如下：四.施工措施•（1）监测沉降值：•电视塔上八角位置布设沉降监测点，随时观测竖向位移值；•（2）监测倾斜值：•电视塔上布设测斜仪，随时观测倾斜值；四.施工措施•（3）结构裂缝的观测：•在施工前、中、后期随时检查并观测其裂缝情况；•（4）监测频率：•暗挖施工通过电视塔时，加强监测频率为2次/1天。四.施工措施五.施工小结•目前本隧道施工已经结束，施工过程中几处重点总结如下：•1、施工监测数据仅能指导施工•监测数据不一定具有预见性，只能起到指导施工作用，对于黄土地层的复杂断面隧道来说，绝不能因数据反映情况良好而轻易更改隧道开挖的施工工艺。五.施工小结•2、降水对黄土地层的沉降影响相对较小•在隧道开挖边线以外的15米处以及车站基坑外2米处布设沉降点的观测情况来看，最大沉降值未超过10mm。五.施工小结•3、止水帷幕作用显著•止水帷幕对阻止地下水流动、保护电视塔安全确实起到了积极的作用，施工期间，电视塔侧所测水位未发生明显变化。同时，止水帷幕实桩与虚桩的设置更大限度地减少了工程造价及施工用时。五.施工小结•4、回灌井未进入使用状态•在保证止水帷幕施工质量的前提下，回灌井可以不施作，虽然理论上可以促成地基土的应力平衡，但实际意义不大。五.施工小结•5、主要监测数据显示如下：•隧道监测情况：•地表沉降最大值为230mm，超出允许值；隧道拱顶沉降最大值为59mm（个别点），超出允许值9mm，在隧道中线位置；隧道收敛最大值为21.41mm，未超出允许值的23.50mm（0.005B）。五.施工小结•地表沉降过大原因分析：•根据陕西省自然博物馆提供的数据及我单位现场实际调查的结果显示，区间隧道上方的小山包是自然博物馆绿化地的一部分，小山包本身为人工填土所成，没有经过类似碾压或其它方式的特殊处理，土体本身密实度及稳定性均较差，尤其是在土体遇水后，地表沉降非常明显。由于隧道是在雨季施工，加之隧道开挖初支的影响，在诸多因素共同作用下，造成了地表沉降相对较大，但对周边环境及电视塔均无影响。五.施工小结•电视塔监测情况：•最小沉降为6.9mm，位置在靠近隧道侧；最大沉降为8.3mm，位置在远离隧道侧。•电视塔无裂缝及变形。五.施工小结•综上所述，隧道施工期间，由于采取了有效的措施，电视塔未因隧道施工而受到影响，仍然保持原来姿态及速率向远离隧道方向倾斜。敬请各位领导、专家提出宝贵意见和建议谢谢大家！西安市城市快速轨道交通二号线一期工程尤家庄至长延堡段TJSG-18标段中铁十三局集团有限公司