盾构穿越某高速公路施工专项方案.doc
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1、盾构穿越S20公路专项施工保护方案一、编制依据和原则1、编制依据(1)上海地铁12号线工程土建3标段施工图纸、详勘资料等项目技术资料;(2)虹莘路站、中春路停车场出入段工作井七莘路站虹莘路站区间隧道岩土工程详细勘察报告及“工程物探报告和工程地质资料”的电子文件。(3)盾构及城市地下铁道施工相关技术规范及地方性法律法规;(4)盾构隧道施工手册、盾构法隧道施工技术及应用等书籍,仑-大区间隧道过河段盾构掘进难点及措施、广州地铁大石-汉溪区间盾构工程施工关键技术等论文;(5)对本工程区间隧道沿线周边情况的实地调查。2、编制原则本专项方案遵循实用、可行、经济的原则进行编制。二、工程地质概况1、工程概况工
2、程描述:上海市轨道交通12号线是本市近期轨道网络建设规划中的一条重要的市区西南东北走向的骨干线路。起自闵行区七莘路站,经顾戴路漕宝路龙漕路龙华路大木桥路陕西南路茂名北路泰兴路长安路曲阜路天潼路东长治路长阳路巨峰路,至浦东新区金海路站终点,线路全长约约40.417公里,共设地下车站31座。工程范围:上海市轨道交通12号线3标段工程包括虹莘路站、中春路停车场工作井七莘路站虹莘路站区间结构,工程包含虹莘路站一个地下三层车站工程及中春路停车场工作井七莘路站虹莘路站区间单圆盾构地下隧道两个主要工程内容,包括区间盾构进出洞土体加固等。工程内容:虹莘路站交通组织和疏解、管线搬迁、施工区域内的绿化搬迁等的协调
3、配合;配合车站施工的临时工程;车站主体和附属土建工程;区间隧道、进出洞加固及旁通道工程;横沥港桥管线桥改造工程;机电、市政公用设施、管网等的预埋件和预留孔洞工程,以及防迷流、变电所、通信信号、防雷等系统的接地网等永久工程。2、虹莘路站七莘路站区间隧道概况虹莘路站七莘路站区间走向为:区间出七莘路站端头井后,自西向东偏北沿顾戴路车道下行线走,于横沥港桥主桥在平面避让,下穿外环线顾戴路立交后进入虹莘路站。本区间为单圆盾构区间,区间长1628m,埋深1020米之间,2台盾构从虹莘路站上下行线依次始发,七莘路站接收,见图1。本区间设置旁通道及泵站。影响本区间的因素有以下几个地方:横沥港桥、皇都花园商铺、
4、外环线顾戴路立交、S20公路、顾戴路路口813天然气顶管、顾戴路上1000煤气管、圣淘沙花园3层别墅等。虹莘路站七莘路站区间设计情况见表1、图2。虹莘路站七莘路站区间平面图见蓝图。表1 虹莘路站七莘路站区间设计情况一览表项 目虹莘路站七莘路站区间线路走向线路整体呈自西向东走向。区间起止位置区间出虹莘路站端头井后,自西向东偏北沿顾戴路车道下行线走,于横沥港桥主桥在平面避让,下穿外环线顾戴路立交后进入虹莘路站,下穿七莘路后进入七莘路站。线路里程SK0+454.760SK2+082.499,单线长度1628m曲线设有五段曲线,最小曲线半径650m坡度最大坡度25.5,最小坡度2埋深10m20m旁通道
5、及泵房设旁通道及排水泵1座管片6块厚度350mm、环宽1.2m的环形预制钢筋混凝土管片,通缝拼装,组成外径6.2m,内径5.5m的圆形隧道。图1 虹莘路站七莘路站区间推进示意图图2 虹莘路站七莘路站区间总平面图3、工程地质及水文地质条件(1) 工程地质条件a、地形地貌本工程区间隧道沿顾戴路设置,位于顾戴路下方。该地区地势较平坦,标高基本在4.536.45m左右。场区地貌属滨海平原地貌类型。b、场地地质条件虹莘路站七莘路站区间影响因素有沿线低矮房屋、横沥港桥、皇都花园商铺、外环线顾戴路立交、S20公路、顾戴路路口813天然气顶管、顾戴路上1000煤气管、圣淘沙花园3层别墅等。顾戴路、七莘路上有军
6、缆、电力、电信、煤气、上水、雨水等地下管线。c、地基土层特性本工程区间所处位置地质条件基本相似,其中影响该工程地质土层有:第层为淤泥质粘土,流塑,抗剪强度低,该层中含第累层砂质粉土土层,在动水压力作用下局部可能会产生管涌、流砂。第2层为砂质粉土夹粉质粘土层,盾构掘进时局部会产生管涌、流砂。第1层为灰色淤泥质粘土,流塑,抗剪强度低,具流变特性和触变特性。第层为承压含水层,土层中的承压水头对盾构掘进及旁通道开挖时会影响。因此,盾构在掘进时,为防止盾构施工推进过程中发生偏斜、流砂、流土、渗水、突涌、地面沉降等不良后果,在施工期间我方将采取相应措施预防和注意地基土层的影响。见土层情况详见下表2。表2
7、土层情况分布表地质时代层号土层名称成因类型分布状况直剪固快标准Ck(KPa)k全新世Q4Q431杂填土遍布1褐黄-灰黄色粉质粘土滨海-河口局部19.217.4Q42灰色淤泥质粉质粘土滨海-浅海遍布10.414.6夹灰色砂质粉土滨海-河口局部4.632.21灰色淤泥质粘土滨海-浅海遍布9.711.62灰色砂质粉土夹粉质粘土滨海-浅海局部Q411a灰色粘土滨海、沼泽遍布11.613.91b灰色粉质粘土滨海、沼泽遍布13.516.23灰色粉质粘土溺谷局部上更新世Q3Q32暗绿-草黄色粉质粘土河口-湖泽局部40.119.61a草黄-灰黄色砂质粉土河口-滨海局部4.434.01a草黄色粉砂河口-滨海遍布
8、2.534.42草黄-灰色粉砂河口-滨海遍布2.734.9(2) 工程场地水文地质条件a、潜水本标段场地范围浅部地下水均属潜水类型,主要补给来源为大气降水,水位随季节而变化。潜水水位一般埋深约在0.31.5m,在场地地下年平均水位埋深为0.5m采用。b、承压水本标段场地下部第1突起属承压水层,承压水层的水头埋深为地下8.4m。在施工期间,对虹莘路站车站施工、虹莘路站七莘路站中春路停车场工作井区间隧道和旁通道施工会产生不利影响,可能会引起突涌、失稳等地质灾害。由于承压水的水头随季节有所变化,在施工时监测施工期间的水头,并根据当时的水头来验算承压水对隧道和旁通道的影响,我方将对不良地质带来的影响采
9、取相应的措施进行预防和处理,重点对地质加强监测。(3) 不良地质及地下障碍物的影响a、流砂、涌水本标段场地的土层土性变化较大,第1a层软粘性土含水量高,第1b层粉质粘土和粉质粘土层,均会对隧道掘进过程中产生不利影响的主要土层。孔隙比大,灵敏度高,颗粒较细,具较高的触、流变特征,在一定水头的动水压力作用下可能会产生流砂、管涌现象。我们在施工过程中将采取相对应的措施预防流砂及管涌的产生。b、软土本场地属类场地,场地土类别为软弱场地土。抗震设防烈度为7度,在地面下普遍沉积有厚层软粘性土,其具有含水量高、孔隙比大、强度低、压缩性高等不良工程特性,同时软土还有低渗透性、触变性和流变性等特点。工程建成后,
10、软土引起的工后沉降往往较大,对工程的安全运营影响很大;同时在上部荷载和震动的长期作用下,软土的触变特点往往会使其强度降低,从而进一步加大构筑物的变形,为建筑抗震不利地段。c、地下障碍物场地内对工程建设影响较大的地下障碍物是道路两侧各种地下管线,邻近场地的一些多层建筑的基础、在区间段内存在大型煤气、排污管线等。d、含水层本标段场区内,地下水对钢有弱腐蚀性,当长期浸水状态下,对钢筋混凝土中的钢筋无腐蚀性,当交替浸水条件下,对其有弱腐蚀性。地下水位按不利条件分别取地下水高水位埋深0.5m及低水位埋深1.5m。第层承压水层的水头埋深为地下8.4m,承压水对本工程部分区段隧道盾构掘进、旁通道开挖可能有影
11、响,很可能会造成突涌和失稳。4、区间隧道穿越S20公路情况虹莘路站七莘路站区间,盾构出虹莘路站端头井后,下穿S20公路。详见区间隧道地下主要控制障碍物一览表3。表3 虹莘路站七莘路站区间隧道主要控制障碍物一览表区段建筑物名称基础概况与隧道相对关系管线及建筑物允许变形虹莘路站七莘路站S20公路立交400400预制方桩,桩长29.0m,桩底标高-26.5mm与隧道水平最小净距约为1.6m-5mmS+5mm规划5号线在七莘路下穿12号线,改段12号线设置特殊管片虹莘路站七莘路站区间隧道主要控制障碍物如下:外环线顾戴路立交见图3;外环线顾戴路立交与隧道平面关系见图4 。 图3 外环线顾戴路立交 图4
12、外环线顾戴路立交与隧道平面关系三、盾构穿S20公路施工风险分析及评估由于本工程区间隧道穿越S20公路,立交桥桩基与隧道水平净距离较小,区间施工难度大。工程隧道位于顾戴路下方,沿线穿越S20高架桥道路,易引起沉降和塌陷。四、盾构穿越S20公路施工总体方案根据沿线环境保护要求及盾构法施工特点,施工过程中主要从盾构操作方面入手来减少地表沉降,并配以其它辅助措施,确保盾构施工影响范围内建筑物和地下管线的安全。五、盾构施工对S20公路的影响分析1、施工影响范围计算采用经验公式对盾构隧道施工影响范围及地表沉降分布规律进行预测,进而确定盾构施工对周边环境的影响范围。目前,工程实践中实用的经验公式是Peck公
13、式(Peck,1969)和一系列修正的Peck公式。Peck假定施工引起的地面沉降是在不排水的情况下发生的,所以沉降槽体积等于地层损失的体积。地层损失在隧道长度上是均匀分布的。地面沉降的横向分布类似正态分布曲线,如图9所示。Peck公式为:式中:S(x)距离隧道中线x处的地面沉陷量;x距离隧道中线的距离;Smax隧道中线的最大地面沉降量;i沉陷槽的宽度系数。图9 横向曲线分布图最大沉降量采用下式估算:式中:Vs沉陷槽容积(等于盾构施工引起的地层损失)。i沉陷槽的宽度系数;即沉陷曲线反弯点的横坐标,i可由公式或查peck图表得到。式中:Z隧道埋深;隧道覆土有效内摩擦角。根据经验,地面横向沉陷槽宽
14、度W/22.5i。 根据Peck公式估算得:地表沉陷槽宽度最大约为25.0m 38.0m,从两侧向中间均匀沉降。2、地表隆陷变化规律根据盾构施工特点,地表变形的变化发展过程可以分为五个阶段:盾构到达前,地表的变形取决于掘进过程中土仓压力和出土量的控制,当土仓压力较大而出土量较少时,地表呈隆起状态;当设定土仓压力小而出土量大时,地表呈沉降状态。盾构到达时,地表变形承接阶段的发展。但变化速率增大。是地表隆陷的峰值段。盾构通过时,一般情况地表会呈沉降变化;若注浆及时饱满,充填率超过200时,地表会隆起。盾尾通过时,最易发生突沉,突沉量可达30mm,若注浆及时饱满,可控制突沉,甚至上隆,但随着浆液的固
15、结收缩而逐渐下沉。盾尾通过后,地表沉降速率逐渐减缓,沉降曲线趋于稳定。后期沉降主要是土体的固结沉降和次固结沉降,一般沉降时间较长,但沉降量也相对较小。3、盾构掘进引起的地表沉降因素盾构掘进引起的地表沉降的因素有以下几个方面:开挖面土压不平衡引起的土体损失;盾构蛇行纠偏引起的土体损失;盾尾与衬砌环之间的空间未能及时充填引起的土体损失;注浆材料固结收缩;隧道渗漏水造成土体的排水固结;衬砌环变形和隧道纵向沉降;土体扰动后重新固结;其中前三项是施工直接影响的主要因素,施工中应引起足够重视。4、地表建筑物对地表变形适应能力评估根据对区间隧道上方建筑物综合情况的调查与评估,结合杭州以往的施工情况,本工程线
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- 盾构 穿越 高速公路 施工 专项 方案