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大直径盾构隧道穿越繁华区施工风险评价及控制措施

游永锋
(中铁隧道股份有限公司)
1工程简介
1.1工程概况
    春风隧道工程是深圳市“东进战略”中的重点交通项目之一。隧道西起滨海大道上步立交东侧,向东与新秀立交对接,全长约5.08km,其中盾构段3.6km,盾构开挖直径为15.8m,为国内最大。隧道穿越上软下硬、全断面硬岩等复合地层,并且在城市主城区繁华路段施工,穿越布吉河、罗湖火车站、广深铁路、多栋高层建筑等风险源,施工条件复杂,技术难度大,施工风险高。
1.2水文地质情况
    根据其赋存介质的不同,沿线地下水主要分为两类:一类是第四系地层中的孔隙潜水,主要赋存于冲洪积细砂、中砂、砾砂层和残积砾(砂)质黏土层中;另一类为基岩裂隙(构造裂隙)水,主要赋存于强、中等风化带及断裂构造裂隙中,略具承压性。主要地层为人工填土层、第四系新近冲积层、第四系全新统海陆交互沉积层、第四系全新统冲洪积层、第四系上更新统冲洪积层、第四系中更新统残积层及场内下伏基岩。
2隧道盾构段风险评估
    根据深圳市春风隧道的实际情况、评价需达到的目标、已有的资料等,选择R=P×C定级法为主要的风险评价方法。从设备风险、进出洞风险、掘进风险以及对既有结构物的影响等方面考虑,得出盾构段隧道风险清单如表1所示。
 
 
3重要节点风险分析
    为了减少施工过程中对既有结构物的影响,针对盾构段重要施工节点进行数值模拟,模拟结果可为施工风险控制提供理论参考。
3.1下穿滨河-宝安立交桥风险分析
    滨河-宝安立交桥位于罗湖区宝安南路,上跨滨河大道,属于市政桥梁,所属线路等级为城市主干路,桥梁养护类别为Ⅲ类。该桥全长213.84m,共三联十跨,具体分跨为:第一联(3×18.5m)+第二联(19.839m+26m+33m+24m)+第三联(3×18.5m)。经分析辨识,存在以下风险点:盾构隧道在ZK1+330—ZK1+460段约130m范围内,侧穿滨河-宝安立交桥1~7号桩,根据地质勘查报告,该穿越段范围地质条件变化明显,基岩面起伏较大,1~7号桩桩底位于强~中风化碎裂岩层;盾构隧道断面位于强~微风化碎裂岩层,穿越F6、F6-1、F6-2等断裂带;盾构隧道顶部主要为强风化碎裂岩层,该穿越段面临上软下硬的地质条件。为了解盾构隧道下穿滨河-宝安立交桥桥桩的相互影响及地层预注浆加固措施在盾构隧道施工中的作用效果,通过数值建模对该风险源进行了安全性分析。数值模拟结果显示:正常掘进情况下,地表最大沉降为11.8mm,距离盾构隧道水平最近的6号桩最大竖向位移为14.7mm,桩顶水平位移为3.0mm;桩四周采取加固措施后,地表最大沉降为11.1mm,6号桩最大竖向位移为13.1mm,桩顶水平位移为5.6mm;盾构机刀盘到达监测断面之前,地表基本不产生沉降,到达监测断面时,地表开始出现2mm左右沉降,盾构机在穿越监测断面过程中地表沉降快速增大,随着盾构机的持续推进,在刀盘穿过监测断面25m处,地表沉降趋于稳定。
3.2下穿布吉河及布吉河桥风险分析
    布吉河桥位于滨河大道,属于市政桥梁,道路等级为城市主干路,桥梁养护类别为Ⅲ类。该桥全长70.55m,上部结构采用3×23.46m等截面预制简支T梁,桥宽47.78m,左幅横向布置16片梁,右幅横向布置13片梁,梁高为1.20m,腹板高为1.05m,底板宽为0.40m,为普通钢筋混凝土结构,桥下净高6.3m。布吉河是深圳河的一级支流,干流全长9.8km,流域面积63.41km2。春风隧道穿越布吉河段,河道宽约45m,河底标高约为-1.66m。布吉河西侧箱涵为两孔雨水箱涵,结构外尺寸为7.3m×3.5m,材料为C25钢筋混凝土。为了解盾构隧道下穿布吉河及布吉河桥桥桩的相互影响及地层预注浆加固措施在盾构隧道施工中的作用效果,通过数值建模对该风险源进行了安全性分析。数值模拟结果显示:土层最大沉降点分布在隧道拱顶,西侧桥台桩基处隧道拱顶地层沉降最大,沉降值约为17.0mm;地表最大沉降发生在布吉河桥台桩基础所在位置河床面,最大沉降值约为8.30mm;施工过程中布吉河桥基础承台最大沉降发生在西侧桥台中部,其值为7.34mm,最大隆起发生在西侧中桥墩最南墩柱上,其隆起值为1.67mm;箱涵最大沉降和最大总位移均发生在箱涵中部,最大沉降量和总位移分别为5.55mm和5.91mm。箱涵两端略有隆起,最终隆起值为3.38mm,箱涵的倾斜率为0.15‰。
4风险控制措施
    (1)在盾构机穿越前,做好监测点布设,并取得原始数据。盾构机下穿宝安立交桥前15m时,全面检修盾构机。布吉河下方地层为风化层,较软弱,在这种地层条件下长时间停机更换刀具的风险较大,因此盾构掘进至穿桩前距离桥桩大约50m处时,停机进行全面检修,对盾构机械设备进行检查和保养。
    (2)下穿布吉河及布吉河桥段的施工控制应该遵循“保泥压、防堵塞、严同步、紧密封、不停机”的原则。
    (3)严格控制盾构掘进姿态,做到连续、均衡、平稳推进,依据现场情况调整泥水压力,尽量减少对土体的扰动。
    (4)盾构施工要控制气垫仓压力,使土体与气垫仓压力平衡,及时填充开挖断面和隧道的空隙,减少盾构掘进造成的影响。选取凝结速度快、渗透性好、止水性强的同步注浆材料,确保起到填充、隔水的作用。
    (5)管片脱离盾尾起,应进行二次补注浆。根据现场情况控制注入量和注浆压力。
    (6)科学合理地调整盾构机姿态,做到勤纠偏、小纠偏,减少超挖量,合理布设管片,确保盾尾与管片的间隙均匀、合理,避免因间隙偏差过大造成漏水。
    (7)盾构掘进施工过程中,应加强监测,必要时对注浆加固情况进行跟踪。
5结论
    综上所述,本文得出以下结论。
    (1)通过PC风险评价法对隧道的设备风险、掘进风险、环境风险和进洞风险进行定级,施工安全风险总体评价为“高度”,属于高风险隧道,施工过程中需采取相应的风险应对措施,以规避和降低风险。
    (2)对盾构机下穿宝安立交桥、布吉河、布吉河桥进行风险分析,通过数值模拟得出盾构施工对它们的影响,并提出具体的风险控制措施。
    (3)在施工过程中应根据实际情况对风险进行再评估,并提出相应的风险应对措施,保证以合理的成本,安全、可靠地实现工程建设目标。
    参考文献:中国知网

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