新建地铁隧道穿越煤矿塌陷区地下桥式工法.docx

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1、新建地铁隧道穿越煤矿塌陷区地下桥式工法1前言如何确保地铁E遂道的地基稳定是地铁建设必须首先解决的垂大技术问题，多数情况下，在地铁建设的勘察设计阶段，通过合理选址和采取适当的常搬支术措施，问题即可得以解决。然而也有例外，当新建地铁线路由千各种条件限制，必须穿越煤矿塌陷区时，地拈稳定性与否直接决定地铁隧逆结构的安全。因此提出一种满足地铁隧逆结构地基稳定性的塌陷区综合处治方案，是一个亟待解决的问题。在煤矿塌陷区上新建地铁隧道，国内外尚无先例，没有成功的经验可供借鉴。因此，如何安全穿越塌陷区以确保建成后的地铁隧道长期运酋安全，从工程规划伊始就作为一项重大难船罢在了建设者而前。为此，形成了一套新建地铁隧

2、道穿越煤矿塌陷区地下桥式工法，该工法步骤简单，加固更加安全可靠，设计合理并且容易实施，同时考虑施工！艺、施工工期、力西方案的可彳亍性、加固效果及加固成本等多方面因素。该工法已在新疆乌售木齐地铁1号线07标南湖北路站王家梁站明挖区间穿越煤矿塌陷区段得以成功应用，社会、环境、经济效益显著。其关键技术形成的“一种急倾斜特厚煤层老采空区残余变形预计方法和一种急倾斜特厚煤层老采空区残余变形预计方法（专利号：CNI07092740A）已申诸发明专已此技术为基础形成的关键技术获得中国铁建股份公司的评审，评审意见为国际先进。2工法特点1.1 步骤简单易实现，加固更加安全可靠。地铁隧道穿越煤矿塌陷区地下桥式施工

3、方法，相比千其他施工方法而W,首先进行区峨吩，分别进行施工，步骤简单，其次对千各区域的加固效果进行综合验证，并用地下梁将所有区域的加固连为整体，使得加固更加安全可靠。1.2 设计合理且大大缩短了工期。针对地下桥式施工方法中铀杆桩注浆加固区的施工，相比常规注浆方法，能够有效减少地面条件的制约及对周围环境的影响，针对地下桥式施工方法中稳定区的桩基施工，通过对桩基长度的优化设计，充分利用地基承载力的同时也大大节约了桩基成本及缩短了工期。1.3 体加固更为经济。针对地铁荷载作用下塌陷区上、下盘围岩是否会再次发生失稳破坏的情况，通过理论计算、数值模拟及相似试验综合确定分析，只衙对塌陷区上盘围岩进行余玷立

4、铀索式加固处理即可，减少了不必要加固成本，目描杆桩注浆加固区的施工也比传统的注浆方案也更为经济。3适用范围本工法适用干各种地下工程结构穿越急倾斜特厚煤层采空塌陷区的悄况，尤其适用千设计更为严格、安全要求更茴的城市轨道交通穿越塌陷区的噩大百年工程。4工艺原理新建地铁隧道穿越煤矿塌陷区地下桥式工法：首先对将要穿越的整个塌陷范围进行区域划分，得到稳定区、不稳定区及铀杆桩加园区，其次分别针对稳定区、不稳定区及铀杆桩加固区进行相应穿越方案的设计，最终得到新建地铁隧道穿越煤矿塌陷区的地下桥式综合穿越方案，即桩基+地下梁+铀杆桩+斜拉铀索”综合施工方法：对千稳定区采取桩基方式作为整个隧道结构基础；对千不稳定

5、区采取“斜拉铀索方式加固上盘围岩；对千铀杆桩加固区采取“铀杆桩方式进行塌陷区注浆加固；整个新建地铁隧道以地下梁为基础前提，最终结合上述各个区域的穿越方式得到新建地铁隧道穿越煤矿塌陷区地下桥式施丁方法。5工艺流程及操作要点5. 1工艺流程塌陷范围区域划分r上I理论分析、数值模拟、相似试验+1耗定区穿越方式I桩基施工不稳定区加固斜拉铺索加固上盘围岩铺杆桩加固区坞陷区内岩土体铺杆桩注浆地下梁施工将上述三个区域连为睇新建地铁隧道穿越煤矿塌陷区地下桥式施工方法及效果验证6. 2操作要点7. 1.1塌陷范围区域划分首先对塌陷区的残余变形进行预测，然后对塌陷区上盘围岩在地铁荷载作用下发生再次剪切破坏的范围进

6、行计算，其次对穿越槽台段的持力层地基承载力进行判定，最终实现对南、北大槽内区域划分,得到两个“锚杆桩加固区二塌陷区上盘围岩的两个“不稳定区”和下盘用司及槽台心柱的三个“稳定区二如下图I所示。图I其中：1桩基；2-锚杆桩;3-锚台;4斜拉锚索:5地下梁I稳定区;不稳定区：I锚杆桩加固区A南大槽塌陷坑；B北大槽塌陷坑：G新建地铁隧道512稳定区穿越方式其次对于稳定区，进行桩基施工，作为整个隧道结构的地基U桩基旅丁方案为：共设置5个承台，115根承台机,承台机共二种.分别为ZJ型桩径为15m,Z-2型桩径为12m,Z3型械役为1.2m,其中Z1型林长40m60根，Z2型桩长33m,30根.Z3型桩长

7、25m,25根.其中承台1尺寸为22.7m1.5m印度为2m2.173m设置15根承台桩：承台2尺寸为219m*11.5m用度为2m2.173m,设置15根承台桩：承台3尺、J为I9.75nv54.1m2m电置55根承台桩；承台4尺寸为215215m厚度为2m2.173m,设置15根承台Ift承台5KJ为21.2T1.5m,厚度为2m2.173m,设置15根承台桩.具体如卜图2所示.51.3不稳定区加固然后针对不稳定区,进行斜拉锚索施T,以加固塌陷区I.盘阳岩部分，使其住后期地铁荷载作用卜不发生剪切破坏。针对塌陷区上盘围岩可能发生剪切破坏的范围进行加固时，结合5.11中U算得到的最大塌陷范用，

8、所用斜拉锚索长度取30m,分别与水平面成20。和40.如下图3所示.图35.14锚杆桩加固区在完成上述步骤的基础匕为保证塌陷区内岩上体与侧壁用岩部分不发生较大的屋异沉降，将塌陷区进行锚杆桩注浆加固，从而达到控制其产生较大变形的目的。对塌陷区内岩土体进行注浆加同时，所用锚杆桩钻孔直径15Omm,间距2m,矩形布置，锚杆桩钻孔孔深进入岩层或最大25m.如图2和图3所示。5.15地下梁施工最后当上述步骤完成后.进行地下梁的浇筑施I,将稳定区、不稳定区及锚杆桩加固区一个区域的加固连为一体.从而完成整个新建地诙隧道结构的地战持力层结构施,浇筑时地卜梁高为Imo如图3所示。5. 1.6新建地铁隧道穿越煤矿

9、塌陷区地下桥式施工方法当所有加固方案完成以对,进行加固效果的验证.如图4、图5和图6所示，可以看出，桩基的最大沉降值为3.121mm位于北大槽F盘围岩处，锚杆桩的最大沉降值为8.363mm,位于北大梧内，斜拉锚索的最大沉降值为3.935mm,位F南大槽上盘围岩处，地下梁的最大沉降值为8.363mm,发生在北大槽的正上方.无论是桩基、锚杆桩及斜拉锚索,还是地下梁.其轻向位移均比较小，均符合设计中允许的竖向沉降值。同时进行J程现场的验证，得到加固后的南、北大槽塌陷区无论是地拓承载力还是抗压强度均满足设计要求，可以作为新建地铁隧道结构的地丛，说明了本I法在理论上的正确性及技术上的可行性图46材料与设

10、备6.1主要材料相关主要材料参见表6.1I：6.H主要材料参考表序号名称笔号及战格普注1纲统提K1.53M2门烟灯60k个I3由W164加福IOm,5方水1*IOO24n6木板2cmISOf7顶做48In8无缝创者4248m6. 2主要设备相关主要设备参见&6.21：表6.27工主要设备表序号名林型号及规格备注I乂枪,MiT各2个2手拉福芦I.S-24个3高Ii、水枪1个4气动板手JOObarI个5梅花扳FM30,M46,M50,M36各2个6应总句2个7盘程0.5mI个8小型电焊机1个7质控制7. 1质目标。8. 2采取的措施。8.1.1 做好技术交底，强化工序控制.实行监督检杳.72.2加

11、强现场施1材料的管理严格执行进料检验制度，保证施1材料满足设计和规范要求，不合格的材料不得进场使用，确保工程质量。7.2.3施1过程注意浆液质量检介，浆液配比不得报自修改.Z2.4对设备进行日常维护保养.以防保养不及时是设需损坏,影响施工质吊和进度。7.2.S制定设备操作规程和操作程序，以免操作不当造成设备损坏。8安全措施8.1建立安全保障体系、制定各项安全操作制度.经常进行安全知识培训、教行，提高全员安全意识：做到贡任到人，安全隐患有人背，不安全现象有人抓，防患J-未然；做好安全技术交底、监督、检转、讲评、考核、奖惩等日常性的安全管理工作。82各种机电机械应安装安全防护罩、电机防漏电、触电.

12、加强机电设备维修和运传中的保养.确保机械的完好性8.3 严格执行各项安全法律、法规和公司的安全规章制度.严禁违章作业。8.4 经常对施二人员进行安全技术交底。8.5 施I：过程中，要实行统一指挥，集中精力。8.6 发生异常现软要组织全力及时排除.9环保措施9.1 建筑物保护采取有效措施.控制地发卜沉尽珞减少对沿线建筑物的影响.9.2 对施匚过程中产生的垃圾，集中处理，达到排放标准后再行排放。93运输中辆进出的匕干道应定期洒水清扫,保持车辆出入口路面清洁，以减少由广车辆行驶用起的地面扬尘污染.10效益分析10.1 经济效益：针对地下桥式施工方法中锚杆机注浆加固区的施工，相比常规注浆方法，能够仃效

13、减少地面条件的制约及对周用环境的影响，针对地下桥式施.方法中稳定区的桩基施T,通过对桩基长度的优化设计,充分利用地基承载力的同时也大大节约了桩基成本及缩短了I期。针对地铁荷载作用下塌陷区上、下盘国岩是否会再次发生失稳破坏的情况，通过理论“算、数值模拟及相似试验综合确定分析，只需对塌陷区卜.盘国岩进行斜拉锚索式加固处理即可，减少了不必要加固成本，I1锚杆桩注浆加固区的施r也比传统的注浆方案也更为经济。10.2 社会效益本匚法步骤简单,设计合理并旦容易实施，同时考虑施匚艺、施期、加固方案的可行性、加固效果及加固成本等多方面因素，采用数值模拟分析和现场试验的方法对加固方案的效果进行了效果评价.得到无

14、论是地基承载力还是抗压强度均满足设i1要求，可以作为新建地铁隧道结构的地基，在节约加固成本的同时也大大缩短工期.作为国内汗个穿越采空区的地下轨道交通程，该T法的成功实施可填补国内相关研究的空白，为乌鲁木齐规划地铁线路及国内其他城市轨道交通穿越采空区提供思路及经验借鉴.也为今后类似工程的设计、勘察、施工提供理论及技术支持。11应用实例乌鲁木齐轨道交通I号线南湖北路站至王家梁站区间磋道穿越六道湾煤矿采空塌陷区，为国内首次地下轨道工程穿越采空区.地铁区间线路平面为江径44Om的词曲线，穿越采空区段采用明挖法施工。明挖段长222m,宽2O-21m基坑深度19m21n六道湾村煤矿是乌鲁木齐市一家民营煤矿

15、。在19894投产，1999年关闭。煤矿开采的是南大槽和北大槽特少燥层.南北大槽宽度约4050m,煤矿最大采深达120m,北大槽与南大槽之间的距离为8992m01997年冬天至1998年底，六道湾煤矿矿界内的南、北大槽出现了大规模的地面塌陷，地面形成两个塌陷大槽U塌陷宽度达到50m,塌陷深度般在2O-3Om,局部深达50m,本I程相对于国内公路、铁路上跨采空区的相关实例有看木质区别C地铁I程为地下重大程，设计使用年限为IOO年.结构顶部需要长期承受覆上荷载及列车荷载“对设U施I及后期运营的沉降要求极高国内在公路、铁路领域跨越采空区传统的治理模式即钻孔充埴压力注浆法、胶结注浆法和井卜巷道浆砌法并不适用r地卜轨道工程。因此,作为国内苜个穿越采空区的地下轨道交通I程，研