城市地下工程施工中马头门开挖技术.doc

城市地下工程施工中的马头门开挖技术 贺长俊1，蒋中庸2，崔志杰3，刘昌用4（1.北京城建集团，北京 100088；2.中铁隧道集团，河南 洛阳 471009；3.北京城建设计研究总院，北京100037；4.中铁隆工程有限公司，四川 成都 610000） 摘? 要：对马头门的受力状况进行了分析，阐述了开挖前的加固措施，对矩形、圆形竖井开挖马头门的方法作了叙述，并分别对明挖结构的围护桩开挖马头门和从通道多个方向开挖马头门作了介绍。关键词：城市地铁；暗挖隧道；马头门；加固环；矩形竖井；圆形竖井；强洞口防偏压中图分类号：U 455.8????? 文献标志码：B???? 文章编号：1009－7767（2012）03－0017－05 Ingate Excavation Technology of Urban Underground Engineering Construction He Changjun，Jiang Zhongyong，Cui Zhijie，Liu Changyong ??? 马头门开挖一词，来源于矿山井巷施工。由于矿井直径较小，且与竖井相接的运输通道高度不大，（一般巷道高度约在4m以内），为便于长大物件能顺利由竖井进入运输通道，常将连接竖井处的运输巷道加高成斜坡状，如图1所示。因为其形状如马头，因此把竖井开口处的施工叫开挖马头门。? ???? 城市地铁暗挖隧道施工中，与竖井相连的横通道高度一般均能满足下放长大物件设备需要，不必加高成斜坡状，虽然形不如马头，但仍沿用马头门开挖这一名词，而且，还把由竖井的横通道开口进入暗挖区间隧道、把从明挖的围护桩开口进入暗挖地段施工，也称马头门开挖。??? 马头门开挖改变了原结构的受力状态，如施工不当容易造成原结构的变形，增大地表的沉陷，严重时甚至引起结构破坏。因此，应根据其结构受力变化特点，选择合理的施工方法和施工顺序，并对结构给予必要的加强和支撑。1? 矩形竖井开挖马头门1.1? 受力特点??? 马头门开挖各阶段的受力状态如图2所示。 ? ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 图2 马头门开挖各阶段受力示意图??? 图2a)尚未开挖马头门，竖井井筒处于周边承受均匀土压力的状态。图2b）开挖马头门后，洞口处井壁临空，不能提供土压力，井壁处在偏压状态。偏压力由在马头门两侧土压力而产生的摩擦力，洞口的支撑力和空间效应来平衡。所谓的空间效应是指开口段上下的井壁及土体拱效应。如果上述的受力状态达不到平衡，则可能产生松弛和失稳，这是开挖马头门时的最危险的状况。因此，应尽快施作洞口的支撑格栅框架，并于洞口对侧的井壁架设对撑，并施作一定长度的横通道以提供支撑力，建立新的平衡。必要时对马头门高度范围的土体进行超前加固，提高拱效应，达到图2c)所示的状态。1.2? 开挖前采取的措施??? 1）井壁加强和临时封底??? 由于空间效应，马头门开挖后，马头门上下方的竖井井壁受力增加，因此井壁在马头门开挖上下方和有临时仰拱位置密排钢架，一般为2榀；在开挖横通道时临时仰拱位置密排的钢架和喷混凝土不破除，开挖前竖井要先封底；必要时注浆进行壁后充填。??? 当马头门开挖的高度较高，为避免搭设较高的脚手架开挖马头门，也可以在井壁施工时予设牛腿，以供开挖上部台阶时搭设施工平台；也可在开挖一定深度进行临时封底后再开挖上层马头门。临时封底建议采用环形封底，如图3所示。 ? ??? 2）超前加固??? 为防止破除井壁后土体失稳，可根据情况，采用超前管棚或者和通道平行的单层或双层小导管注浆，其长度宜超过上台阶高度加1m，必要时对土体进行环向注浆或上台阶全断面注浆[1]。??? 3)施作加固环??? 为承受马头门开挖后井筒对马头门的侧压力，在开挖前应在其横通道的初期支护周边外施工加固环。加固环的作法目前有两种，一是在竖井施工时在井壁内作加固环，二是在井壁完成后，在井壁内侧作加固环，前者的加固环效果较好，后者施工方便。现仅介绍前者的施工方法。如图4所示。 ? ??? 加固环由短节格栅钢架组成，随井壁施工，穿过井圈钢架，并焊接在其上，如图5所示。 ? ???? 当横通道高度不大时，加固环也可以做成矩形。??? 4）临时支撑??? 为平衡在开挖马头门时的井筒偏压，必要时可采用图6的临时支撑方法。 ? 1.3? 马头门范围内井壁破除和开挖??? 1）施工顺序??? 井壁破除应按通道的开挖顺序逐块破除，在上部开挖的井壁破除向前开挖一段距离后，再破除下部开挖的井壁，并向前开挖。