案例一上海外环线沉管隧道.doc

.学习情境五：案例一： 上海外环线越江沉管隧道施工 干坞施工 一、工程概况 上海外环线隧道工程是上海城市外环线过黄浦江下游的越江隧道工程，隧道全长2870m，设计为双向八车道，采用沉管法施工。其中江中沉管段长736m，分7节管段，其长度为100108m不等。沉管隧道采用钢筋混凝土结构，管段横断面宽43.00m，高9.55m，为3孔2管廊形式，管段断面形状及尺寸如图l所示。图1 管段断面示意图干坞是沉管工程中的一项临时工程，作为沉管管段的预制场地。根据工程的总体施工流程和现场的场地条件，位于浦东新堤的东面设2个干坞，分列隧道轴线南北两侧，可同时制作7节管段。其中A干坞占地约4.9万m2，位于隧道南侧，一次制作E7、E6两节管段;B干坞占地约8.1万m2，位于隧道北侧，一次制作E1、E2、E3、E4、E5五节管段，如图2。图2 干坞示意图 干坞场区(除新老大堤之间的空置场地外)为大片农田，场地地面标高(吴淞高程)平均为+4.5m左右，干坞坞底标高为-7.40m。在干坞边坡上设有入坞坡道，边坡采用钢筋混凝土格梗护坡方式。 为了保证干坞的坞底排水要求，坞底纵向设有排水明沟，横向设排水盲沟，并连通至周边的排水沟，汇集至坞底的集水井。干坞坡面排水由平台上截水沟通过顺坡面的排水沟流人坞底边沟，最后汇集至坞底集水井中。 为满足管段制作时的承载力和变形要求，干坞基底1.0m厚土层将作地基处理，故干坞的基坑开挖深度为13.1m,局部将达13.9m。基坑边坡采用四级边坡，中间设三级1.5m宽平台，综合边坡1：3.5(在新大堤侧局部综合边坡设计为1：4左右)。为保证干坞基坑和坞口的稳定，采用深层搅拌桩作为隔水帐幕。 二、工程水文地质 按照工程地质勘察报告，工程场区位于现代长江三角洲前缘，70m深度以浅为第四纪松散堆积物，成因类型较为复杂，粘性土、粉性土在垂直方向上相向分布。在干坞开挖范围内主要有人工填土、2淤泥、3灰色砂质粉土、l灰色淤泥质粉质粘土、2-1灰色砂质粉土、2-2灰色粉砂；坞底地基为2-2灰色粉砂层，渗透性大，极易产生流砂现象；坞底下卧土层为灰色淤泥质粘土层，届流塑、高压缩性土。 场地地下水属微承压水，地下水一般距地表0.5m。水文地质、地质特征为具有多层孔隙含水结构，含水介质为粉性土。地下水受大气降水及地表径流的影响，因近邻黄浦江，受江水潮汐变化影响明显。 三、干坞基坑工程的特点 1.工程规模大，工序复杂，建设时间紧迫 2个干坞总占地面积达13万m2，总土方量为120万m3；施工工艺复杂，有深层搅拌桩、井点降水、地基加固、土方开挖、基础处理等。干坞于1999年12月28日开始搅拌桩施工，2000年4月开始土方开挖，10月完成A坞施工，12月底完成B坞施工。 2.基坑暴露时间长，工程风险大，技术难度高。 干坞虽为临时工程，但使用期长。自基坑施工开始至管段生产结束，基坑暴露时间将达一年多，而且基坑还将经历一次进、放水过程，这对建于土层条件极差的软弱土层上、且与黄浦江仅有一堤之隔的基坑是一个考验。2000年夏天，干坞还经受了“杰拉华”、“派比安”等风暴的严峻考验。 四、干坞主要施工技术 1.搅拌桩隔水帐幕 为提高干坞土坡的稳定性，达到基坑隔水的目的，根据设计，在干坞堤顶设置4排700深层搅拌桩，深至一16.0m，插入粘土层，形成一环形封闭隔水帐幕。 深层搅拌桩采用DH508型深搅机施工，搅拌头的提升速度按水泥掺量及注浆速度控制，浆液的水灰比不大于0.5，早强剂掺量为水泥量的1一3，按设计要求，水泥掺量为13。搅拌桩施工采用两喷两搅的工艺，确保加固效果。 保护大堤的搅拌桩为整体结构，为保证整体结构的受力性能，施工时内外两排搅拌桩纵向不允许出现施工冷缝，确保连续性。 搅拌桩完成后，在其上面分段浇筑钢筋混凝土挡墙结构，满足防汛要求，内侧加宽道路，完成路面结构。 2.降水施工 针对本工程土方开挖面积大，开挖深度较深的特点，基坑降水采用边坡四周由4排700搅拌桩形成隔水帐幕、干坞边坡设计三级轻型井点、基坑中间设深井的方案。 (1)深井降水 基坑内设深井点真空泵降水，有效降水深度须降至基坑底面以下1m，每400m2左右设置一口真空泵探井点。先用潜水电钻钻800mm井点孔，井深达16m，孔底至滤网底1.5m作砂井，再吊放井点管至设计标。高一12.0m后，灌粗砂至地表下l2m，待砂滤层沉积后用粘土封孔。在降水过程中，应随时观测地下水的变化，因此在基坑开挖期间，每天报各真空井点的抽水量、真空度和坑内、外地下水位的变化情况。深层井点降水不仅使基底以下土体预固结，改善坑内开挖条件，而且有利于提高土层的物理力学性能，提高基坑的整体稳定性。 (2)轻型井点降水在标高+3.4、-0.4、-3.9三级平台上布置轻型井点降水系统(见图3)，井点管长7.2m，井点管间距为1.22.4m。图3 井点布置剖面图 在井点管、真空泵及管路安装完毕并正常抽水的条件下，降水7天后可进行下一层的土方开挖。在土方开挖时，必须确保降水正常，使水位始终在暴露土层以下，降水平面控制在每级开挖面以下lm左右，以稳定边坡，防止发生流砂。经理论计算，单井出水量为0.56m3d，影响半径为15m，实际施工效果表明，每级轻型井点的影响半径均能满足15m的要求，而且降水影响范围内的土体水位也达到要求标高以下。统计数据表明，单井出水量与周边水源边界条件有很大关系，搅拌桩止水帐幕全封闭、半封闭与无搅拌桩相应的单井出水量分别为0.58m3d、0.8m3d、1.12m3d。 3.土方开挖 (1)开挖顺序 待干坞周边隔水帷幕施工完毕且达到强度、井点降水见效后方可开挖土方，干坞开挖由南向北、由西向东逐步推进。根据挖土场地临时碎石便道的间距，将基坑划分为20多个开挖区域，土方开挖按分层分块进行，出土车辆通过临时碎石便道将开挖土方运至弃土场地。 在实际开挖施工中，有4个工作面进行同步开挖施工，每个工作面使用1台1.4m3的挖掘机、1台长臂挖掘机和23台0.4m3的挖掘机。 第一层土自地面+5.3m开挖，在深度3.2m(即标高+2.0m)处修出坡度为1：8的车辆道路，再进入第二层的开挖作业；第二层土体开挖时，挖掘机挖至标高-1.2m的开挖作业平台，并继续向后退挖，直至第三平台-4.3m，再由长臂挖机挖至坞底标高-8.4m。1.4m3的挖掘机在+2.0平台开挖第二层土，并接力传递下层挖机挖出的土方，装入停放在出土便道上的出土车中；0.4m3的挖掘机下至坞底与长臂挖掘机配合，对干坞基底置换土体进行开挖，自南向北逐步后退进行开挖。在开挖过程中并将临时出土便道同时挖除，直至把整个基坑开挖完成。 (2)注意事项 在开挖施工过程中、应时刻注意纵坡的保护工作，开挖过程中对纵坡进行随挖随修坡，遇上暴雨的天气，挖掘机应停止开挖施工，并离开开挖作业平台。开挖过程中及时修挖临时排水沟和集水井，并派专人进行基坑排水，以保证基坑内不积水。严禁在土坡中部开设集水井，严禁坡顶及坡面积水。 基坑开挖必须分层分块进行，每个工作面必须在上一层护坡施工结束后才能开挖下一层土。土方开挖控制挖土标高，在开挖至设计标高以上约30cm时改用人工修挖，以避免坑底土体的扰动，影响基底承载力。 4.修坡、护坡及入坞道路的施工 干坞周边土坡根据设计院综合计算结果，迎江侧边坡按1：4、其余按1：3.5坡度分四级放坡，土坡中部设三级1.5m宽平台。为确保边坡稳定，边坡采用纵横钢筋混凝土格梗护坡，其能保持边坡土体，防止边坡土体被雨水冲刷，并能释放边坡土体中的动水压力。每间隔3m留有100的排水孔。 在干坞的两侧各设一条人坞坡道，供进出坞施工车辆通行，道路净宽7m，坡度为8.08.8不等。道路路基自下而上分别为15cm厚砂垫层、45cm厚大石块，20cm厚道渣，并分层用压路机碾压密实，再浇筑20cm厚钢筋混凝土路面，并每隔20m设置一道300300钢筋混凝土地梁。路基两侧均采用浆砌块石护坡，上设300300钢筋混凝土圈梁，施工道路两侧设置挡墙和排水明沟，明沟断面尺寸为400mm400mm. 在人工修坡时，同时施工平台上的截水沟及坡向排水沟，排水沟为砖砌结构，内部用水泥砂浆粉刷。平台上截水沟设纵向11.5排水坡度，以便及时将截水沟中的积水沿坡由排水沟排入基底集水井。 边坡护坡施工遵循“完成一段开挖。及时完成该段修坡工作”的原则，避免土坡暴露，受雨水冲刷，护坡施工由坡底向坡顶施工。护坡完成后，及时在土坡两级平台等处设置监测点，监测土坡的变形及沉降情况。 5.排水系统施工 坞底周边排水沟深度为1.4m(含底板)，若边沟设于坡脚处，则排水沟槽开挖对干坞边坡稳定十分不利，为此将排水边沟设于坡脚外侧3.0m处。施工时，从坡脚处按1：2的坡度放坡，当开挖至排水沟设计标高，立即立模浇筑排水边沟；待水沟有一定强度后，及时砌筑浆砌块石坡脚，并回填碎石至设计标高。 排水沟施工必须分段进行，每段长度不超过25m，当一段全部完成并回填可靠后，方可进行下一段的施工。排水沟浇筑时，应注意按设计位置设置泄水孔，以利于边坡及基础的排水。 干坞转角处设置的集水井是干坞排水系统的关键部位，其深度达2.5m。集水井施工时，为保证边坡的安全，采用临时打设钢板桩围护和轻型井点降水后开挖施工的方法。 6.坞底基础施工为满足管段制作所要求的地基承载力及严格的地基基础沉降控制要求，在施工前进行了地基原状土的平板载荷试验及坞底基础模拟管段的堆载试验，根据试验结果，决定对干坞坞底基础进行地基置换处理。置换厚度为1.0m，置换结构由上至下为420mm厚起浮层、180mm厚钢筋混凝土底板、100mm厚中粗砂透水层(含全透型透水盲沟管)、150mm厚岩渣及150mm厚大石块，如图4。图4 干坞坞底基底剖面图 由于基础处理质量直接关系到管段制作的质量，因此必须严格按照设计图纸的要求进行施工，并做好各施工工序的质量控制。 在换填施工中应注意以下问题： (1)干坞开挖后，坞底最后30cm厚土体必须采用人工修挖，避免挖土机械对坞底土体过度扰动，影响坞底土体承载力。 (2)换填基础底层20cm厚块石抛填后，用压路机充分碾压，使基底土体挤入块石缝隙，达到密实度要求。由于坞底土体含水量丰富，施工时会发生大石块陷入土体过深的现象，根据平板荷载试验的分析，采取在坞底土层中打设轻型井点降水的方案，使坞底土层中的水分充分疏干，土体固结，从而起到了很好的效果。 (3)中粗砂透水层施工时，要注意基底全透型盲沟管的排设。盲沟管排设必须保持畅通，并与基底中部及周边的排水明沟连通，以确保基底地下水及时排除。在透水层碾压密实的过程中，必须对排设的盲沟管进行保护，避免破坏。 (4)换填基础必须严格按设计要求分层进行，每层铺填完毕后，用压路机碾压密实，碾压密实度由专人检查，符合质量要求后方可进行一下层施工。 五、小结 外环线隧道的干坞工程经过设计与施工双方的共同努力，顺利地完成了2个目前国内最大的放坡开挖式干坞基坑，并经受了百年一遇风暴的严峻考验，充分说明工程的设计与施工是成功的。 在工程的施工过程中，有成功的经验，也有需改进的地方： 1.在临近黄浦江且透水性较强的土层中施工大型的放坡基坑工程，采用深层搅拌桩封闭作为隔水帷幕是必要的，实践表明，深层搅拌桩还起到了抵抗边坡变形、加强边坡稳定的作用。 2.对于放坡开挖的大型基坑工程，采用在边坡上设轻型井点、在基坑中间设深井点降水的技术方案，以确保基坑土体的开挖、稳定是成功的