干性粉砂地层条件下三联拱暗挖管廊穿越风险源关键技术研究

发表时间:2019/11/11   来源:《防护工程》2019年13期   作者:宣恒 魏盖
[导读] 由于管廊的建设通常位于城市核心区,多涉及浅埋暗挖施工,建设过程中难免会与现况道路、管线、构筑物等发生交叉,管廊穿越过程中对现况设施(风险源)的沉降控制时暗挖施工控制的重中之重,如果沉降控制不理想,将对现况设施的安全运营造成威胁,也会对暗挖工程的工期、成本造成不利影响。

宣恒  魏盖
        北京市政路桥股份有限公司工程总承包一部  北京市 100055
        摘要:由于管廊的建设通常位于城市核心区,多涉及浅埋暗挖施工,建设过程中难免会与现况道路、管线、构筑物等发生交叉,管廊穿越过程中对现况设施(风险源)的沉降控制时暗挖施工控制的重中之重,如果沉降控制不理想,将对现况设施的安全运营造成威胁,也会对暗挖工程的工期、成本造成不利影响。因此在暗挖穿越过程中如何提高风险源的沉降控制能力,已成为地下管廊施工中亟待解决的一项重要课题。本文以干性粉砂地层条件下浅埋暗挖三联拱非对称管廊下穿既有管线为研究对象,研究在特殊地层、非常规断面结构的条件下地层变形沉降规律,并针对不同类别的风险源,总结并验证了穿越管线、河道、构筑物、道路等既有设施土体沉降控制措施。
        关键词:干性粉砂  三联拱  暗挖施工  风险源
       
       
        本文以北京市新机场综合管廊为项目依托,以浅埋暗挖三联拱非对称管廊下穿既有管线为背景,研究该情况下地层变形沉降规律,管线变形规律,并提出控制措施,可为以后类似工程作参考。
        1、工程概况
        新机场高速公路地下综合管廊工程位于北京市南部,北起南四环公益东桥,南至新机场北围界,与新机场内部管廊相接,全长36km,其中土建施工GLS02标包含两段暗挖段,分别为穿越黄马路暗挖段、穿越六环路暗挖段。
        1.1暗挖管廊初支结构形式
        管廊断面设计为“三联拱”形式的三舱结构,左边洞电力舱净宽2.6m,中洞水信舱净宽3.9m,右边洞燃气舱净宽2.0m,净高3.7~4m,初支结构中洞外边墙与内边墙共用,平均覆土厚度约6.5米。暗挖主体结构外轮廓尺寸11.8×5.32m,钢格栅榀距50cm,初支喷射混凝土强度C25,初支厚度中洞30cm,边洞25cm。
        
        图1 三联拱管廊初支结构断面图
        1.2超前支护及开挖步序
        在实际工程中按设计要求采用了中洞法进行施工。中洞法施工步序为:
        (1)深孔注浆加固地层,加固范围为每个洞拱脚至拱顶外1.5m,纵向加固一段12m,段与段之间搭接2m;
        (2)上下台阶法开挖中间导洞断面土体,并预留核心土,架立钢格栅,采用锁脚锚杆加固墙脚,挂网喷射初支混凝土,上下台阶错开5m;
        (3)中间导洞全断面成洞10m后施做左右两侧边洞深孔注浆;
        (4)上下台阶法同时开挖左、右侧边洞断面土体,并预留核心土,架立钢格栅,采用锁脚锚杆加固墙脚,挂网喷射初支混凝土,上下台阶错开5m。
        施工步序示意图如下:
        
        图2 施工步序示意图
        1.3暗挖穿越地层情况
        工程位于北京市大兴区,粉砂土地层偏多,根据地质勘察报告和现场实际施工情况,两段暗挖段覆土多为干性粉砂和粉质黏土的交互地层,且暗挖拱顶均基本位于干性粉细砂层内,拱顶土体对扰动极为敏感,注浆加固效果较其他地层明显下降,十分不利于开挖及支护。
        2、主要风险源种类及概况
        该暗挖工程沿线穿越多个风险源,涉及管线、河流、大型构筑物、道路等多类别,主要风险源详列如下:
        表1 暗挖穿越风险源特征表
        

        3、土体沉降控制难点分析
        (1)三联拱结构施工工艺土体沉降累积效应明显
        该工程地下综合管廊的三联拱非对称扁平结构决定了施工中必须采用“中洞法”或“边洞法”的施工步序,且因其两侧边洞尺寸的非对称性,在实际施工中,两侧边洞的开挖绝对同步性很难保证,这就造成了对拱顶土体的二次、甚至三次扰动,地表沉降累积效应大,中洞拱顶土体尤为明显。
        建立三维有限元模型并进行模拟,模拟结果显示,在施工过程中,监测断面管线沉降在中洞上台阶开挖之前受前部土体开挖扰动,会有略微沉降;至中洞上台阶开挖附近,沉降开始逐步增大,沉降速率在中洞上台阶开挖和中洞下台阶开挖施工步之间达到最大,此时开挖截面属于未封闭状态;中洞下台阶开挖施工后,沉降速率明显减小,沉降逐渐趋于平缓,此时开挖截面处于封闭成环的状态,这说明支护封闭成环对沉降控制有明显作用;侧洞上台阶开挖后,沉降速度又略有增加;在侧洞下台阶开挖后,即侧洞封闭成环以后沉降速度再次下降,沉降最终趋于平缓,说明管线沉降受到侧洞施工的影响。
        中洞穿越部分沉降大于侧洞穿越部分,而且中洞穿越部分曲线中间突出较为尖锐,而侧洞穿越部分整体比较圆润,两边沉降占较大比例,这说明中洞穿越主要影响中洞上方,侧洞穿越后,影响范围进一步扩大,整体沉降是中洞穿越和侧洞穿越两部分叠加而成。
        (2)干性粉砂地层注浆加固效果差
        水泥、水玻璃双液浆是暗挖深孔注浆加固的常规注浆材料,但在干性粉砂地层条件下,水玻璃渗透性能明显弱于黏土、粉土类地层,导致双液浆土体加固效果下降,在运用常规双液浆配比现场注浆试验发现,掌子面“浆脉”多呈“闪电”、“树根”状,浆液扩散范围小、不均匀,深孔注浆效果差。
        4、干性粉砂地层条件穿越各类别风险源技术措施
        4.1争取实现暗挖全过程动态设计
        浅埋暗挖设计方案一般采用工程类比法,实际施工中,地质情况复杂多变,风险源特征多样,施工单位在施工时需根据现场实际情况和洞内、地表监测数据,及时向设计单位反馈实际施工参数和信息,针对不同地质和不同类别风险源,调整、优化超前支护技术措施,实现暗挖全过程的动态设计。
        (下转第29页)

投稿 打印文章 转寄朋友 留言编辑 收藏文章
  期刊推荐
1/1
转寄给朋友
朋友的昵称:
朋友的邮件地址:
您的昵称:
您的邮件地址:
邮件主题:
推荐理由:

写信给编辑
标题:
内容:
您的昵称:
您的邮件地址: