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复杂地质条件近接施工技术

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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复 杂 地 质 条 件 近 接 施 工 技 术 郭小华(中铁隧道集团三处有限公司  广东深圳 518051)摘要:为了在复杂周边环境、复杂地质条件下小间距隧道群施工安全,正确选择施工顺序、方法、施工技术措施和参数,本文以广州地铁二号线越秀公园站施工实例,通过工况力学模拟分析评估和现场验证,系统总结出如何选择施工顺序、施工方法和辅助工法,初期支护重点加强部位,塑性圈围岩改良特别是中间土壁柱加固重点及方法,开挖、二次衬砌安全步距等数据。关键词:近接施工;越秀公园站;力学分析;施工方法,安全步距0 引言1 工 程 概 况 广州地铁越秀公园站设在广州市繁华的南北主干道解放北路与流花路交叉口下,起于以太广场南端,呈南北走向。东临越秀山和外商商务中心以太广场,西临广州市豪华的五星级酒店中国大酒店,解放路与流花路蝶形天桥横跨车站,地下管线复杂。车站起讫里程 括两端独立的明挖结构和中间三个暗挖隧道组成,北端头井长 65m,宽 28m,深 下共设三层,履土层厚1~2m,南端头井长 54m,宽 20m,深 24m,地下共设 3 层,履土层厚 2~3m。中间隧道采用暗挖法施工。上而下划分五层:(1工填土层(Q 4(2池相淤积的淤泥质土层(Q 4(4积粘性土层(Q 3(5积可塑层(Q (5积硬塑层(Q 下覆基岩为燕山四期中细粒和中粗粒斑状黑云母二长花岗岩(η γ 受广从断裂带影响,原岩有不同程度的热动力蚀变,裂隙与节理发育,胶结差,透水性较强,残积层遇水后易软化、崩解成软塑或流砂状。基岩裂隙水埋藏深,与南(北)秀湖有一定的水力联系。部分地表水通过管沟下渗。钻孔初见水位在 孔水位在 下水按赋存方式分为和第四系孔隙水和基岩裂隙水二种。车站基坑设计涌水量为 650m3/d,暗挖隧道设计涌水量为 180m3/d。 分 析 及 结 论 算模型:在水平方向选取长度为 100m (大于 6 倍隧洞开挖直径),垂直方向从地面向下取 取隧道中心下 50m)范围。对地应力场的模拟,主要是按自重应力场考虑。边界条件:左右边界水平约束,下边界垂直方向约束,地表为自由面。选取中间三条隧道平行和斜交这两种典型断面进行计算分析。算参数:(1)算选取的参数界于 I、围岩之间,对于预加固体适当提高地质参数。(2)道为复合式衬砌,初期支护采用 8)喷射砼,厚 300钢筋格栅,二次衬砌为 10)模筑钢筋砼,厚 500二衬在开挖及初支全部完成后一次性施工。为突出重点,二衬只作为安全技术储备,未参预计算。学分析结论按中壁法施工,计算模型选取施工步序都按两种情况,即“先两边后中间”(三条隧道先分别施工两边隧道,后施工中间隧道),或者“先中间后两边”(三条隧道先施工中间隧道,后分别施工两边隧道)。边位移 ⑴、洞壁最大位移通过计算比较位移绝对值变化,其主隧道与斜隧道沿垂直方向的位移值明显大于水平方向的位移值:①.“先两边后中间”施工步序:最大位移发生在中间斜通道的拱顶位置,按埋深在 4~大位移变化范围为 .“先中间后两边”施工顺序:最大位移发生在左线主隧道(先行隧道)的拱顶位置,最大位移值变化范围为 .“先中间后两边”较“先两边后中间”减少 拱顶位移值。 支 护 变 形 、 内 力 及 安 全 性 分 析 (1)据《喷锚构筑法技术规则》规定,其允许收敛值如表 1:表 1:收敛值越秀公园站允许收敛值(岩类别 埋深( m)主隧道 斜通道<站主隧道与斜隧道初期支护变形情况:①、拱顶下沉满足规定的允许收敛值;②、中壁的水平位移较大,特别是“先中间后两边”施工时,斜通道中壁侧移将达 此在施工中设置临时横支撑,否则可能引起中壁的破坏,及时封闭成环对控制变形(围岩变形与地表沉降)和提高初期支护的安全性都十分有利。(2)“先两边后中间”施工a. 在左、右线主隧道的拱顶和仰拱部位,出现了一部分支护‘内拉外压’,另一部分支护‘内压外拉’的弯矩分布情况,具体为:对于左线主隧道,左拱顶和左仰拱内缘为受压区,而右拱顶和右仰拱内缘为受拉区;对于右线主隧道则正好相反。中,当斜通道埋深 4m 时,在完成全部隧道初期支护后,左、平,当三隧道埋深相同时,完成全部隧道初期支护时,左、平。 c. 所有与中间斜隧道距离较近的一侧,拱顶和仰拱部位均为局部弯矩最大值。 拱以及与之相连的中壁,其弯矩、轴力值随施工进程呈单向变化。 e. 在与拱顶相连的中壁位置,轴力值为局部最小,而弯矩值为局部最大,使其成为最危险截面。 采用“先两边后中间”施工,中间隧道受力较左、右线主隧道更为有利,从加强支护的角度考虑,应针对左、右线主隧道的中壁进行。②.“先中间后两边”施工a 两边后中间”的情况,但同时出现在中间隧道上,使结构处于不利的大偏心受力环境; b. 最大弯矩出现在与左线主隧道初期支护拱顶相连的中壁位置,而次大弯矩值出现在与中间斜通道初期支护拱顶相连的中壁位置:其中,当斜通道埋深 4m 时,在完成全部隧道初期支护后,平,平,当三隧道埋深相同时,在完成全部隧道初期支护后,平,平; )行)的开挖支护时,(2)当完成右线隧道的开挖支护时,既有隧道(左线隧道)结构最小安全系数为 (3)当完成全部新隧道(中间隧道)的开挖支护后,因此,必须在先行隧道完成二次衬砌后,才能进行后行隧道的开挖,以确保初期支护和隧道的安全。挖顺序 按“先两边后中间”的施工顺序进行施工,即先施工左线隧道,待左线隧道开挖支护超过 4#横通道 30m 后,开挖 4#横通道至右线隧道,在保证左、右线开挖掌子面间距不小于 70m 的情况下,进行右线隧道的开挖。挖方法 (1)部 部 部开挖时每部间距控制在 5~10m,并根据围岩情况及监测反馈情况进行调整;(2)50°范围设超前管棚(长 5~10m,φ50~φ89 无缝钢管)注水泥浆或水泥 10~20 砼封闭前方掌子面,并用长 2~3m 锚管注水泥浆或水泥3)时封闭,将围岩暴露时间减至最小;(4)证节点位置砼的质量,保证格栅连接质量,保证格栅的纵向连接。(5)初期支护完成后及时进行初支背后回填注浆堵水加固。(6)必须在后行隧道开挖前对隧道间的土壁进行加固,加固方法采用对拉锚杆,注水泥浆等(7)及时跟进二次衬砌,与开挖掌子面间距控制在 60m 内。站施工及辅助方法 施工车站围护结构、支撑体系、开挖和结构时,还须在车站外采取一定的辅助工法控制地表沉降,保护地面建筑物和构筑物以及地中地下管线。(1)弱、富水、残积层厚达 30m,透水性强,经过充分周密的论证,决定采用综合治理的方案,在端头井设置了旋喷桩和截水帷幕,设置水位观察孔兼作回灌孔,必要时进行回灌,并根据监测反馈对建筑物沉降大的部位和室外地台注浆加固;(2)3)基坑底部设一道水平注浆止水帷幕墙。同时在开挖期间,根据基坑的涌水量设置了回灌系统,以期补充流失的地下水。测数据显示防渗措施以外的周边建物沉降最大 42 沉降差最大为 15 筑物处于安全状态。但防渗措施以内地表沉降值较理论大得多,超过100降槽范围比理论计算更宽,影响范围更大,达到 200m,地表出现不同程度的下陷和开裂。为保证安全,期间将体育馆拆除,其它建筑物和市政设施都安全无损。实测最大地表沉降曲线m)地表沉降( 道群中心线0 100仅开挖左洞— 洞— 论 近接施工问题已成为市政工程施工中不可回避的重要问题,如何控制对环境造成的影响,需要今后在类似工程的设计、施工、科研等方面通过诸多的施工实践,采取更加完善的措施进行施工。参考文献[1] 广州地铁二号线越秀公园站(土建)施工图、管线图[2] 中华人民共和国行业标准 公路隧道设计技术规范(京:人民交通出版社,2004[3] 关宝树. 《隧道工程施工要点集》[M].第 1 版.北京:人民交通出版社,2003[4] 仇文革,张志强.深圳地铁重叠隧道近接施工影响的数值模拟分析[J] 铁道标准设计,2000,20(6)[5] 彭立敏,等,近接建筑物条件下隧道施工安全与风险管理的理论与实践,科学出版社,2010[6] 王志刚 ,小间距群洞施工影响效应方案优化研究,隧道建设,2009,06[7] 庄宁,廖少明,孙忠成,朱合华,大跨度小净距群洞隧道施工方案优化研究[J],地下空间与工程学报,2007 年 01 期[8] 余永强,文广超, 地铁车站“群洞法”施工对地表沉降影响的数值模拟[J],华东公路,2008 年 02期[9] 刘成伟,刘招伟,余永强,某地铁车站群洞法施工地表沉降监测分析[J],西部探矿工程,2008 年 03期作者简介:郭小华 男 41 岁,大学本科,毕业于西南交通大学,高级工程师,现从事工程管理工作。邮箱:系电话:13572431115。
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