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一、编制依据
1、 珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段工程18标南洲站〜沥涪站区间平纵断面及洞门设计布置图;
2、 珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段18标工程南洲站〜中间风井建筑物调查报告;
3、 珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段18标工程南洲站〜中间风井区间盾构推进监测方案;
4、 《地下铁道工程施工及验收规范》(GB50299-1999)(2003年版);
5、 《盾构法隧道施工与验收规范》(GB50446-2008)
6、 《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)
二、工程概况
珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段南洲站〜沥滔站区间(简称“南沥区冋”)位于广州市海珠区。本次设计起点为南洲站,终点为沥活站。
根据广东广佛轨道交通有限公司穗铁广佛建会【2012】68号会议纪要,盾构从南洲站始发,中间风井吊出;再根据拆迁情况而实施从沥滔站始发,中间风井吊出。起点为南洲客运站、向东南方延伸,途经南环立交、沥滔水道,进入沥滔村。区冋沿线地形平坦,〜,沥落村沿线密布建筑物群。
盾构区间上方主要有南环高速公路等构筑物;沿线两边主要有南洲大酒店(A7)、大量居民房等建筑物。
工程由两台06250海瑞克复合式土压平衡盾构机进行施工。先后施工上行线和下行线隧道,盾构从南洲站东端头下井始发,掘进至中冋风井吊出。
本区间隧道由上、下行线两条隧道构成,,。区间最小曲线半径为350米,。线路纵坡设计为双向坡,最大坡度为29%。。
本区间穿越海珠区南洲街三涪经济社、南洲二手车市场,穿越土层主要为<3-1>冲洪积层一砂层、<3-2>冲洪积层一砂层、<4-1>冲洪积层一粉质粘土、<4-2>河湖相沉积层一淤泥质土、<5-1>可塑状残积层一粉质粘土、<5-2>硬塑状残积层
一粉质粘土、<6>岩石全风化带、<7>岩石强风化带、<8>岩石中风化带、<9>岩石微风化带。
区间隧道通过的地层主要由<3-1>、<3-2>、<4-1>、<4-2>、<5-1>><5-2>、
<6>、<7>、<8>、<9>等组成,地质条件复杂、坡度大、所经过建构筑物种类多,
施工难度大(见图2-1)。
根据详勘资料,结合区间地质纵断面,共划分为9个岩土层,个别土层再细
分亚层。自上而下依次为:
(1) 人工填土层(Q4ml)
杂填土、素填土:杂色、棕红色、黄绿色、灰褐色、灰白色,松散-稍密,湿-稍湿。素填土的组成物主要为人工堆积的粉质粘土和中细砂碎石垫层;杂填土混杂瓦片、砖块和混凝土碎块等建筑垃圾,〜、沥青路面,以下多为粘性土,局部耕植土。本区间内普遍分布。〜,。在图、表上的代号均为“〈1〉”。
(2) 全新统海相冲积层
<2-1>淤泥或淤泥质土(Q4mc)
灰、深灰色,软塑〜流塑,粘性强,滑腻,沾手,难成形,略具臭味,含朽木及贝壳,局部含粉细砂及夹薄层粉细砂。〜,。主要分布于珠江两岸人工填土下,为特殊地质。在图、表上的代号均为“〈2-1〉二
<2-2>淤泥质砂(Q4mc)
深灰色,以粉细砂为主,局部为中砂,含约20〜30%淤泥或淤泥质成分,松散、饱水,有泌水现象,局部地段为淤泥与淤泥质砂互层状分布。〜,。沿线普遍分布于淤泥质土下部,为特殊地质。在图、表上的代号均为“〈2-2〉”。
上更新统冲-洪积层(Q3al+pl)
〈3-2〉层冲积-洪积中粗砂层(Q3al+pl):由冲积、洪积作用而形成,主要为中砂,其次为细砂、粗砂、砾砂,灰白色、灰色、浅黄色,松散〜中密,饱和,局部含砾石,含粘粒,颗径较均匀,级配差。分布不连续,多与冲洪积土层表现
相间分布。〜,。在图、表上的代号均为“〈3-2〉”。
河湖相沉积土层(Q3al)
<4-1>粉质粘土:黄褐色、棕红色、灰白色,可塑,局部硬塑。冲积洪积而成,以粘为主,质较纯,为中等压缩性土层。局部含砾砂。在局部为稍密状粉±o本区间内普遍分布。〜,°在图、表上的代号均为“〈4-1〉”。
<4-2>淤泥质土:灰黑色、深灰色,软塑-流塑,饱和。河湖相沉积,含腐植物(有机质、朽木),味臭。以粉粘粒为主,质较纯,局部含少量细、中砂,间夹薄层中细砂。干燥收缩,在本区间内呈透镜体状分布。〜,、表上的代号均为“〈〉”。
残积土层(Qel)
由砾岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩残积作用而形成的粉质粘土、粉土组成;粉质粘土以粘粒为主,粘性较强;粉土以砂粒为主;棕红色,湿〜稍湿;含砾石、中砂、细砂,根据粉质粘土的塑性状态和粉土的密实度,分为〈5-1〉和<5-2>二个亚层。
〈5-1〉可塑状态的粉质粘土以及呈稍密状的粉土:棕红色,以粘粒为主,含较多粉细砂及少量亚圆状的中粗砂、砾石。〜,。在图、表上的代号均为“〈〉”。
〈5-2〉硬塑〜坚硬状态的粉质粘土以及呈中密〜密实状的粉土:棕红色,以粘粒为主,含较多粉细砂及亚圆状的少量中粗砂、砾石,偶夹全风化或强风化岩块,〜,。在图、表上的代号均为“〈5-2〉”。
岩石全风化带
〈6〉全风化泥质粉砂岩、砾岩:棕红色、深红色;岩石已风化成土柱状或土块状,呈坚硬状;岩石组织结构已基本破坏,但结构尚可辨认;岩石碎屑物主要为泥质、粉砂质,局部夹强风化岩块。岩石全风化带在可挖性方面属于土层。区间呈带状分布,〜,。在图、表上的代号均为“⑹”。
(7) 岩石强风化带
〈7〉强风化泥质粉砂岩、砾岩:棕红色或褐红色,岩石组织结构已大多数破坏,但原岩结构尚可清新辨认,矿物成分已显著变化;风化裂隙很发育,岩体破碎;泥质胶结为主,岩芯破碎,呈半岩半土状,局部呈短柱状及碎块状;岩质软,锤击声沉;夹全风化、中风化或微风化薄层。〜,。在图、表上的代号均为“〈7〉”。
(8) 岩石中风化带
〈8〉主要为棕红色或褐红的泥质粉砂岩、粉砂岩、含砾中粗砂岩及粉砂质泥岩、青灰色的泥灰岩:砾状、粉粒状结构,中厚层状构造;岩石组织结构部分破坏,矿物成分基本未变化,见裂隙多被方解石脉充填胶结;泥质、钙质胶结,胶结一般,砾岩砾石成分以砂岩及灰岩为主,呈次棱角状,岩芯较完整,以短柱状-块状为主;岩质稍硬;岩石完整性指标(RQD)一般70%0该层强风化及微风化夹层较多。〜,,岩石天然单轴抗压强度:粉砂岩fc=〜。在图、表上的代号均为“⑻”。
(9) 岩石微风化带
〈9〉要为棕红色或褐红的泥质粉砂岩、粉砂岩、含砾中粗砂岩及粉砂质泥岩、青灰色的泥灰岩:,砾状、粉粒状结构,块状构造;岩石组织结构基本未变化,见少量风化裂隙,被灰白色方解石脉充填胶结;砾岩中砾石成分以砂岩及灰岩为主,,铁质、钙质胶结为主,胶结良好,岩芯完整,以长柱状为主(节长10-30cm,部分可达35〜100cm);岩质致密、坚硬,锤击声响;微风化岩层局部夹强、中风化岩层。岩石完整性指标(RQD)为90%〜,,岩石天然单轴抗压强度:粉砂岩fc=〜、泥岩及泥灰岩fc=〜°在图、表上代号为〈9〉。
本区段的地下水补给来源主要是大气降水,强〜中风化基岩裂隙水,也主要靠大气降水通过土层的渗流补给,补给多少除与季节的变化有关外,也与基岩的
裂隙发育程度及其连通性有关。
〜,;〜。
根据隧道洞身设计的位置,围岩所穿过的<3-1>、v3-2>、<4-1>、v4・2>、<5-l>>v5-2>、<6>、v7>、v8>九个岩土层中的v4・l>、v4・2>、v5-l>、v5・2>、<6>为弱~微透水层,岩体中基本无水,可视为相对隔水层,<3-1>、<3-2>是冲洪积成因的中细砂层为透水层,渗透强,为主要含水层。<7>,<8>是基岩强风化、中等风化带,岩性为泥质粉砂岩,粉砂质泥岩,透水性差,仅裂隙中含少量裂隙水,为弱含水层,K=〜,可视为相对含水层。因为本段砂层较厚,连通好,且和地表水水力联系密切,富水性强。
在隧道开挖过程中,因为承压水头的降低,砂层水有可能形成对基岩含水层的越流补给,在隧道施工时应给予重视。
本场地的环境类别为II类,地下水对混凝土结构具侵蚀性CO2弱腐蚀,对钢筋混凝土结构中钢筋具中等腐蚀性,对钢结构具中腐蚀性。
三、穿越建(构)筑物概况
区间下穿海珠区南洲街三涪经济社、南洲二手车市场关系平面图(图3-1)
南洲站至中间风井盾构区间施工由南洲站开始始发,经海珠客运站门前工业大道马路、南洲二手车市场、三窖河、南环立交,再到中间风井;南洲站至中冋风井盾构区间沿线建(构)筑物共9个(包括8栋房屋和1个南环立交)。
1、在施工前对沿线盾构施工影响范围内的建筑物进行全面调查,收集相关资料,列出需重点保护的对象名称及反映其所处里程、地面位置、类型、结构等详细参数的清单。针对需要重点保护建(构)筑物,提前作出预案,并准备相对应材料设备。
2、 根据地质勘察情况或盾构推进过程中的地质变化情况,对建筑物周边地质进行补充详细勘察,明确地形情况、基础土层结构、各土层土体性质、地下水情况等。
3、 加强施工过程中建筑物和土体监测。按其沉降要求做全面的统计,并计算出沉降预警值、允许最大沉降量和不均匀沉降要求,为以后施工提供指导。
4、 为了使盾构安全、顺利下穿建筑物,将始发后的100环列为试验段,在试验段阶段,对盾构的各个工艺流程和施工参数,尤其是注浆工艺进行24h监控,及时记录实际发生的各项数据。通过对试验段推进参数的试验和分析,为盾构安全、顺利的下穿建筑物提供切实可行的技术参数和措施。
5、 针对需要重点保护建(构)筑物,提前作出预案,并准备相对应材料设备。
1、 盾构推进和地层变形的控制
本工程釆用土压平衡式盾构掘进机,其利用压力仓内的土压力来平衡开挖面的土体,从而达到对盾构正前方开挖面支护的目的。平衡压力的设定是土压平衡式盾构施工的关键,维持和调整设定的压力值又是盾构推进操作中的重要环节,这里面包含着推力、推进速度和出土量的三者互相关系,对盾构施工轴线和地层
变形量的控制起主导作用,所以在盾构施工中要根据不同土质和覆土厚度、地面建筑物,配合监测信息的分析,及时调整平衡压力值的设定。同时要求推进中盾构姿态保持相对的平稳,控制每次纠偏量不过大,减少对土体的扰动,并为管片拼装创造良好的条件。同时根据推力、推进速度、出土量和地层变形的监测数据,及时调整注浆量,从而将轴线和地层变形控制在允许的范围内。
2、 主要参数设定
(1)、合理设置土压力,防止超挖
在盾构推进的过程中,根据理论计算、前期掘进数据和监测数据及时调整土压力值,从而科学合理的设置土压力值及相宜的推力、推进速度等参数,防止超挖,以减少对土体的扰动。
正面平衡压力:P=k°yh
P:平衡压力(包括地下水)
y:土体的平均重度(KN/虻)
h:隧道埋深(m)
ko:土的侧向静止平衡压力系数
拟定掘进参数
序号
建筑物名称
顶部土压
力bar
推力
t
同步注
浆虻
掘进速度
mm
刀盘转速
rpm
开挖面地质
1
南洲壹号饭店
1500
7
20-30
<7>^<8>><9>
2
二手车市场F栋
1600
7
20-30
<7>、<8>、<9>
3
二手车市场士多
1600
7
20-30
<7>、<8>、<9>
4
永勝服务有限公司
0
1700
7
10-20
<8>><9>
5
A15专营面包车
0
1700
7
10-20
<9>
6
二手车市场B栋
0
1700
7
10-20
<8〉、<9>
7
洛溪桥加油站
1600
7
20-30
<7>><8>
8
临建房
1600
7
20-30
<7>><8>
9
南环高速公路立交
桥
0
1700
7
10-20
<9>
、渣土改良
为保证一个正常的工作范围,减少刀盘的磨损,在掘进过程预先对掌子面土体进行改良,通过对刀盘前方土体注入泡沫剂,以减少刀盘的扭矩,降低刀盘的油压,并使渣土具有适当的和易性。
、推进速度
下穿建(构)筑物时保证推进速度的恒定、稳定,严格控制盾构推进方向,减少纠偏,特别是大量值纠偏。
在下穿建筑物的推进过程中,每60cm测量一次盾构机的推进方向,尽可能减少纠偏,特别是要杜绝大量值纠偏,同时在盾构下穿期间,保持匀速推进,从而保证盾构机平稳地下穿建筑物。
、同步注浆
浆液的具体配比如下表:(Kg/虻)
浆液配比表
水泥(kg)
粉煤灰(kg)
膨润土(kg)
砂(kg)
水(kg)
外加剂
80〜140
241〜381
50〜60
710〜934
460〜470
按需要根据试验加入
推进单环管片造成的理论建筑空隙为:
(-)/4=(m3)
实际的压注量为每环管片理论建筑空隙的130%〜180%,〜,这里取最大值并适当增加到7蛆。,实际施工压力还应视地面沉降进行调节和控制。
(5) 、控制好盾构姿态,确保盾尾间隙均匀
盾构推进过程中的同步注浆及二次补浆是控制地面沉降的主要因素,以往的经验显示,盾构推进过程中的盾构姿态不好易造成盾尾处漏浆,地面沉降,所以在盾构下穿建筑物期间,确保盾构推进轴线与设计轴线相吻合,盾尾四周间隙均匀。另外通过加大盾尾油脂压注量来防止浆液通过盾尾流失。同时釆用性能较好的盾尾油脂。
(6) 、加强施工过程管理,确保盾构连续穿越。
盾构推进过程中长时间的停机易造成地面大量的沉降,为了确保24h连续推进,在穿越前对盾构机及其他故障和缺陷,会同设备供应商共同检测修理,并对可能出现的故障预先做好修理准备,对主要设备零件的备件在施工前配备齐全。
(7) 、在盾构下穿建筑物期冋,进行24h人员蹲守巡视,一旦发现异常迹象,立即上报项目部领导,并根据情况采取适当措施进行处理。
1、二次注浆
管片脱出盾尾后釆用二次补强注浆来满足工程质量要求。
二次补强注浆根据始发时地层情况选择材料和浆液配比,拟釆用双液浆,双液浆配比::1(质量比),水玻璃溶液配比为水玻璃::1(体积比),水泥浆液:水玻璃溶液=1:1(体积比)。
2、地面注浆加固
在盾构穿越建(构)筑物后,继续对掘进过后的该建筑物结构进行监控量测,
并进行24h巡视,一旦发现异常现象或建筑物变形超标,及时采取地面注浆加固。
(1) 、注浆孔布置
注浆孔沿建筑物周边轮廓线布置,主要在线路穿越范围内布置,,孔深比建筑物桩基深2m。
(2) 、浆液
釆用水泥浆一水玻璃双液浆,浆液配合比初步确定:注浆浆液浓度由稀到浓逐级变换,双液浆配比::1(质量比),水玻璃溶液配比为水玻璃:水=:1(体积比),水泥浆液:水玻璃溶液=1:1(体积比)。具体的浆液配合比通过在注浆前及起先几个孔注浆时的现场试验确定。
(3) 、注浆量及压力
注浆以加固土体,提高建筑物基础承载力为目的,同时也考虑到建筑物的安全,施工过程中通过加强监测,缓慢加大注浆压力,注浆压力一般控制在1〜2Mpa;注浆量根据地层加固区需充填的地层孔隙数量及现场试验来确定;同时也应加强各方面的监测,以便指导注浆。
(4) 、注浆步骤:
•注浆孔釆用钻机钻孔,用双液注浆泵注浆,浆液在进入土体前混合。
•注浆前先注水试压,注水压力IMpa,持续20min左右。
•根据选定的参数配制注浆浆液,水泥浆液配好后用筛过滤一遍。按设计连接注浆管路并做好注浆系统的检查。
•按设计压力、注浆量及时注浆。注浆时,压力逐渐由低到高,排量逐渐减少,并逐渐趋于平衡,可视为正常。时刻注意泵口及孔内压力、流量变化。若压力不升,流量不减,或注入30min后压力上升过快,流量减少亦快,调换浆液配比或调整浆液凝胶时间,并防止堵管事故的发生。
•当每个孔段达到终压之后,且注浆量单液浆小于20〜30升/分,稳定20-30分钟后,即可结束注浆。双液浆泵量小于30〜40升/分,持续20分钟后可结束注浆。
四、施工对既有建筑物影响程度分析
1、施工影响范围计算
盾构施工影响范围可按照Peck公式进行计算,沉降槽计算数据含义见示意
根据Peck公式估算地表沉陷槽宽度最大约为10m,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能够分为五个阶段:
(1)、盾构到达前
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
盾构到达时,地表变形承接(1)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
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,会表现为隆起。
、盾尾通过时
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,但随着浆液的固结收缩而逐渐下沉。
、后期沉降
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。
4、 地表建筑物变形能力分析
根据《建筑地基基础设计规范》及建筑物调查情况,确定建筑物变形控制标准,指导施工,确保建筑物安全。
因为地基不均匀等因素产生的变形,对于砌体承重结构应有局部倾斜控制,砌体承重结