海河沉管隧道干坞关键施工技术.doc

海河沉管隧道干坞关键施工技术?隧道/地下工程?海河沉管隧道干坞关键施工技术张斌梁(中铁十八局集团有限公司天津300222)摘要天津海河沉管隧道的干坞为一大型土质深基坑,地质条件差,工况复杂,土方施工采取无支护放坡开挖,辅以周边水泥搅拌桩隔水帷幕,坡面二级井点和坑底深井降水技术;通过边坡的稳定监测和管段制作区地基的沉降监测,分析和处理,确保其稳定性;同时介绍了修坡及护坡,基底复合地基处理,排水系统布置和防汛体系的构成等关键技术和施工工艺要点.关键词沉管隧道干坞边坡稳定稳定监测中图分类号U455.46文献标识码B文章编号10094539(2010)04一O03204KeyConstructionTechnologyfortheDryDockofHaiheRiverSImmersedTunnelZhangBinliang(ChinaRailway18BureauGroupCo.Ltd.,Tianjin300222,China)AbstractThedrydockofHaiheriverSimmersedtunnelisalarge-scaleterrenedeepfoundationpit.Itsgeologicalconditionsarepoorandconstructionconditioniscomplex.Earthworksiscarriedouttllthetechnologyofslopeexcavationwith-outsupport,andsupplemented1ritllthetechnologiesofimpermeablecurtainaroundthecementmixingpiles,slopeGradetwowellpointanddeepbottomprecipRation.Itsstabilityisensuredbymonitoring,analyzingandprocessingthestabilityoftheslopeandthegroundsettlementinthepipeproductionarea.Meanwhile,thekeytechnologiesandconstructiontechnologyessentialsofrepairingslope,slopeprotection,basedcompositefoundationtreatment,drainagesystemlayoutandfloodcontrolsystemareintroduced.Keywordsimmemtunnel;drydock;sideslopestability;stabilitymonitoring工程概况暑57-8m.m:m.宽.17.,层地下水为孔隙潜水,受大气降水及周边河水补深.!.l干采景.坡开,芋竺给,以蒸发的形式排泄,主要赋存在粉质黏土,4,2.5万匹坌:,竺台宽粉呈c,层:翌妻钢筋混凝土格梗,内浇80mm荔:厚钢譬芝要.古.日,:,250坞址范围为拆迁地,地面高程为+.Ill,土层:=:一,一,/?隧道/地下工程?成,使用到回填,周期约2年,暴露时间长,须经历开挖,管节制作,灌水,坞口开合,舾装,排水,坞内隧道基坑开挖,回填等一系列的复杂工况.而且北侧紧靠海河南岸堤,这对建造在海河岸边软土地层中如此规模的工程来说,如何保证干坞的施工和使用的安全性,满足边坡的整体稳定性以及预制平台基底的承载力,控制差异沉降等是一个严峻的考验.2边坡开挖试验选择在干坞西南角坡面处作为试验坡段,该段坡顶宽48i,坡底宽8.5i,其平面位置见图l.通过试验坡段验证边坡的稳定性,确定后续降水方案,开挖组织方式,护坡和人坞通道的结构形式,以及坞内排水系统布置的合理性.图1坞址和隧道位置示意按设计坡面平台标高分3层开挖,边坡成型一级及时防护一级.因该阶段井点降水系统未完成,采用明排水法,在低洼处设集水坑集中抽排积水.2009年2月26日开工,3月30日结束.开挖揭示标高一0.7一4.6m范围的淤泥质黏土,层厚达3.9m,灰色,较均匀,饱和,软流塑,高压缩,开挖后坡面易风干开裂,坡面局部出现裂纹和小范围滑移现象.施工期间地表测点的最大水平位移为80mm,最大垂直位移一82mi;边坡及平台测点的水平位移最大为25im,垂直位移最大为一54im,均小于40mm的位移累计警戒值;从各测点位移变化曲线看,一般在开挖后的58d内变形速率较大,部分测点变形量超出日变量警戒值,但随后变形速率迅速降低,均小于日变量警戒值.铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCT/ONTECHNOLOGY根据试验坡段施工情况和监测结果分析,结合滨海新区类似工程经验,可得出结论:干坞采取1:4的综合坡率开挖并及时防护,土坡是稳定的;尽快完善降水设施,以减少土体含水率,提高土体强度;对淤泥质土层坡面防护和人坞通道须采取必要的加强措施.3关键技术及施工工艺要点3.1总体施工流程施工准备测量放线铺筑场内临时便道,开挖临时排水沟_+干坞周边隔水帷幕一+临时防汛墙施工试验坡段施工_+井点施工及降水土方开挖护坡和人坞通道施工_+坞底地基换填处理-+建立排水系统.3.2隔水帷幕,坞口和坞墩施工干坞的隔水帷幕采用深层水泥搅拌桩,东,西,南三面设单排搅拌桩,北面(即海河南岸堤处)有坞口结构及其两侧翼的坞墩和双排深层搅拌桩挡墙,形成四周环形封闭的隔水基坑.经土方开挖后,验证其对隔水和边坡稳定起到了很好的作用.水泥深层搅拌桩直径50mm,桩长20.5i,相互咬合20cm,28d无侧限抗压强度大于0.8MPa,渗透系数不大于10一em/s,采用三轴搅拌机施工,桩深入.粉质黏土层,以隔断透水层,保证隔水效果.岸壁保护结构的锁口钢管桩挡墙及其两侧翼的格构式地下连续墙分别兼作坞口和坞墩,以节约投资,因篇幅所限,本文对此不作介绍.3.3井点布置及降水作业针对坞坑开挖面积大且深的特点,基坑降水采用隔水帷幕封闭与井点降水相结合的方案.即在隔水帷幕封闭的条件下,在坡面布置二级轻型井点,坑底设深井来达到降水目的.共布置59口o0的降水井,其中坡面二级轻型井点间距约20m,井深l3.5m;坑底以南北向纵20m和横40i的间距布置真空泵深井,井深8m.干坞开挖前1520d开始抽水,在正常抽水条件下,降水7d后可进行土方开挖,有效降水深度至开挖土层面以下1m.3.4土方开挖坞坑土方开挖在有效的降水作业条件下,按平面2DT0f4J33?隧道/地下工程?上分区,立面上分层进行,即平面上分为3个南北方向的条形分区,立面上按设计边坡平台标高在一1.5m和一5.4m位置分层,层厚不大于4m,共形成三层九区.每层南北两侧的条形分区开挖断面为倒梯形,为方便机械作业,下口开挖宽度约20m左右,一侧按设计坡率,另一侧临时边坡不陡于1:3;中间的条形分区开挖断面为正梯形.先同时开挖两侧分区,再从两侧分区蚕食中间区域;挖掘机由南北向退行,采取沟端挖土方式,同侧分区的层问逐渐形成100PVC管台阶式工作面,各开挖层逐步形成四周包围中央的形状.前期出土车辆可从未开挖区域通行,中后期则通过入坞通道和坞内临时碎石便道通行.这种组织方式减少了挖掘机多级接力开挖的工作量,可多工作面分层作业,临时坡度缓,安全,快捷,经济.3.5护坡和入坞通道施工3.5.1修坡和护坡护坡形式为钢筋混凝土格梗,内浇混凝土护面,如图2所示.图2护坡结构示意(单位:mm)护坡分段,分级成型,成型一段,防护段.刷坡时按实际折算坡率1:3.8,采用坡度尺和水平尺控制.修坡的同时人工开挖坡面和平台的纵横向排水沟.修坡成型后,先立模浇筑钢筋混凝土格梗,再铺筑60mm厚碎石,中粗砂构成的反滤层,布设泄水孔,最后铺设钢筋网浇筑护面混凝土.因格梗截面小,护坡混凝土薄,所以浇筑要避开夏季的高温时段并养护14d.护脚与最低一级坡面的护坡对应分段同时施工.3.5.2入坞坡道施工东西两侧的入坞坡道如图3所10%.路基铺500mm厚大石块(碎石嵌缝)和100mm碎石找平层,分层用压路机碾压密实,块石应挤压人土层一定深度.路面两侧踢脚和防撞墩,均与路面混凝土一并现浇成型.道路经过淤泥质土层的地段,地基采用水泥搅拌桩加固,桩径50mm,间距2.5m梅花形布置,桩长不少于10In,使之深入粉质黏土层.3.6坞底排水系统干坞积水主要是雨水,土体渗水和施工废水,将这些水及时排到坑外,对干坞稳定,方便管段制作并保证其质量都十分重要.坞底排水系统由排水明沟,盲沟,窖井和集水井组成.坡面,平台,入坞通道的积水逐级经平台排水沟和坡面排水沟汇集至坞底四周的27口窖井,预制场地周围和环形道路两侧的盲沟也连通窖井,所有窖井经排水明沟相连通,积水最终汇人位于坞底四角的集水井用多级高压泵抽排出坞.圈3调整后的入坞通道结构示意34铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2010l4l?隧道/地下工程?盲沟管网是为排除坞底渗水设置的,埋设在换填后地基的中粗砂反滤层和岩渣层之间,采用blIOPVCu加筋管,承插式接头连接,外裹无纺布,参见图4.坞底四角处的集水井深2.7in,四周打设钢板桩支护.双层双向小1220018mln厚胶合板402mm厚级配中粗砂卵石(120kN压路机碾压密实)18Omm厚钢筋混凝土100rnnl厚中粗砂倒滤层l10PVCu加筋管(开花孔,外裹土工布)150mm厚岩渣(120kN压路机碾压密实)150mm厚大块石(12OkN压路机石块压入土中约300mm)图4管段制作区基底剖面:2_上3.7坞底基础处理3.7.1基础处理方式沉管的制作和起浮对基底有着特殊的要求,换填处理厚1m,如图4所示.加强后的坞底可视为一个复合地基,可满足以下3方面的要求:一是地基承载力满足沉管管节预制时荷载的需要;二是管节预制过程中地基必须保持均匀沉降,最大差异沉降量应不大于30mm;三是要便于管段起浮,管段与基础顶面间的吸附力要尽量小.根据管段预制施工荷载计算,地基承载力要求不小于80kPa,基底土层承载力检测值可达160kPa以上,换填处理后的基底承载力完全可满足要求.复合地基中,为了减少管段不均匀沉降,在钢筋混凝土层之上设置了一层402mm厚的级配中粗砂卵石层,用120kN压路机碾压密实.为了防止管段上浮时克服地基与管底面的吸附力,结合多次类似工程的经验,在复合底层顶面铺设18mill厚的胶合板,并作为管段预制平台的底板.管节拉合区的地基,在钢筋混凝土层之上先铺设一层82mm级配碎石,并碾压密实,再按设计架设I32a工字钢架体(100角钢焊连)体,然后钢架铁道建笳技术RA儿WAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY问的空隙用级配碎石填平,最厚焊接一层焊接18mm厚钢板.管段制作范围以外的区域,主要为坞底道路,荷载小,换填处理厚0.53m,自下而上为:20cm厚大石块(用12t压路机压人土中20cm),15cm厚中粗砂透水层(埋设+100全透型盲沟管),18cm厚钢砼路面.3.7.2施工注意事项(1)基底最后30cm厚土体必须人工修挖,分区,分块进行,以减轻机械挖土对基底土体的扰动,影响坞底土体承载力.(2)换填最底层的大块石抛填后,用压路机充分碾压,使块石挤入基底土体,层厚满足设计要求,达到一定的密实度.(3)中粗砂透水层施工时,必须保持盲管沟畅通并与排水明沟连通,以确保基底地下水及时排除.(4)最上层起浮层的施工,一定要严格控制其平整度.(5)采取坞底井点降水,使坞底土层中水分充分疏干,土体固结,再进行垫层施工.3.8防汛体系在止水帷幕桩和护堤结构顶面的临河侧浇筑2In高的钢筋混凝土临时防汛墙,并将临时防汛墙与施工区域外的原河堤防汛墙相连接,人坞坡道处的开口在潮汛来临时安装临时封堵,形成完善的防汛体系.在坞口封闭阶段,干坞防汛体系独立;坞口敞开(沉管浮运,对接施工)阶段,与施工区域外的原河堤防汛墙形成共同防汛体系;工程结束后,恢复原防汛墙,以确保坞内施工安全和防汛墙外陆地的防汛安全.4稳定监测及分析根据设计文件,相应规范以及以往工程经验,干坞基坑安全等级为二级,管理制度等级为级,监测项目以边坡位移沉降监测和基地沉降监测为主.4.1边坡稳定监测根据到目前为止的监测结果,边坡最大垂直位移为113.5mm,发生在干坞西南角一级护坡上,此处坡顶为主要入坞通道口,且在最早开挖的试验坡段,所以沉降量最大.边坡最大水平位移为84mm,(下转第54页)2010f4J35?隧道/地下工程?体被高压浆液切割后,迅速被源源不断送人的水泥浆液填充,因此,开挖后发现所成桩体与原土体紧密结合,因而不会引起地表沉降.而且在水平旋喷桩施工过程中,跟踪观测结果表明地表没有出现沉降的情况.水平旋喷桩施工完成后,在隧道开挖过程中,经现场沉降跟踪观测,累计最大沉降量为5mm.(5)存在问题.在今后水平旋喷施工过程中废渣的处理须引起重视,如果能测量孔内压力,当孔内压力较低时,限制排放返浆,当压力高时,可以加快回撤速度.这样不仅能减少废浆的排放,也能减少水泥用量,而且能避免地面隆起事故.6结束语深圳地铁五号线西大区间风道及风井暗挖隧道水平旋喷桩共分两段施工,第一段施工桩201TI,第二段施工桩长30Ill,桩径均为00mm.两段水平旋喷桩都能满足设计要求,相邻桩体相互咬合,桩体均匀连续,而且形成了水泥与砂土混合的环状帷幕体,改良了土层特性,大大缩短了隧道施工周期,而且降低了施工成本,确保了隧道开挖安全.在此工程成功实施后,紧接着在我公司承建的另一隧道太中银铁路兴旺峁隧道进行了应用.该隧道全长11070m,为全线的控制性工程,在全隧贯通剩余23in时上断面遇到涌砂,在采用水平旋喷桩对拱部进行超前加固处理后,开挖日进尺单口达到3m,目前已经顺利贯通.这些都表明水平旋喷桩施工技术在富水砂层中作为隧道超前预支护工法是切实可行的,值得今后类似暗挖隧道工程参考和借鉴.参考文献1孙星亮,景诗庭.水平钻孔旋喷注浆加固地层效果研究J.岩石力学与工程学,1998(2)2孙星亮,王朝建.国内外水平旋喷注浆加固技术的应用发展J.探矿工程,20013刘建国.水平旋喷注浆技术在隧道施工中的应用c.国际隧道研讨会暨公路设技术交流大会国际隧道研讨会暨公路建设技术交流大会.成都,2002(上接第35页)c硅士五发生在干坞西侧人坞便道处二级护坡上,开