广州大学城供热供冷管道过江隧道工程明挖竖井施工的地表沉降控制.pdf

公路隧道 2 0 0 6 年第2 期(总第5 4 期)广州大学城供热供冷管道过江隧道工程 明挖竖井施工的地表沉降控制 黄 珂 曹大明 张志强 廖 炜(1 西南交通大学土木工程学院地下工程系 成都 6 1 0 0 3 1；2 成都畅达通地下工程科技发展有限公司 成都 6 1 0 0 4 1)摘 要 结合广州大学城供热供冷管道过江隧道工程施工现场监控量测所得数据，介绍明挖竖井施工地表沉降 情况；提出控制地表沉降的一些对策。关键词 过江隧道明挖竖井监控量测地表沉降 1 引言 在隧道施工过程中，现场监控量测扮演着重要 的角色。无论是矿山法、盾构法还是其他隧道施工 方法，现场监控量测以其时效性、规律性及数据的准 确性越来越得到人们的重视。但是作为盾构隧道及 城市浅埋暗挖隧道的一部分竖井施工的监控量 测，进行的研究工作还不够。本文以广州大学城供 热供冷管道过江隧道工程为例，对竖井施工地表沉 降控制进行了研究，得出了一些可供工程实践参考 的结论。2 工程概况 广州大学城将在小谷围岛南岸永大集团公司内 建设分布式能源站，并利用永大集团公司现有热电 厂满足过渡期间大学城热水、冷水及部分电力的需 求。为连接小谷围岛与南岸管线，需要在珠江下修 建过江隧道。根据工程环境条件、地质条件和施工方法的需 要，北段隧道采用矿山法开挖施工，二次衬砌仍采用 盾构管片，该段长度 1 7 1 m 南段隧道除始发洞(长 2 O m)外，均采用盾构法施工，长度 3 5 5 3 m。为满足施工需要，在两端设置端头井。南端头 井为盾构始发井，为满足盾构始发需要，在盾构始发 井后设置3 0 m临时盲洞，在始发井前设 2 0 m的始发 洞，这两段采用矿山法施工。北端头井为矿山法隧 道工作井，同时也为盾构到达井。两端头竖井皆为永久结构，既是管线出隧道的 通道，还需要设置通风、排水、检修等相关设施，满足 隧道运营的要求。本区地层主要有：第四系覆盖土层主要为人工 填土层(0 4)、全新统坡积层()、全新统海陆交 互相沉积层()、上更新统冲积层()及残积 层(Q o)，下伏基岩为下古生界混合岩(P z 1)。岩层 自上而下为：(1)全新统人工填土层 a 素填土：呈灰褐色，棕红色，可塑，主要由砂质 粘土和亚粘土组成，出露于地表。该层结构疏松，压 缩性高，工程性质差。b 耕土：呈灰黄色，褐黄色，可塑，主要亚粘土 组成，含少量植物根系，出露于地表。该层结构疏 松，压缩性高，工程性质差。(2)全新统坡积层 亚粘土：呈灰黄色、褐黄色，可塑，局部软塑，出 露于地表。具有一定的承载力，工程性质较好。(3)全新统海陆交互相沉积层 a 淤泥：呈层状连续分布；呈灰色、深灰色，饱 和，流塑，含腐植物，普遍夹薄层线状粉细砂，偶见贝 壳碎片；压缩性高，承载力低，工程性质差。b 淤泥质细砂、细砂：呈层状连续分布；呈灰 色，饱和，松散，含少量淤泥质，局部相变为淤泥质中 砂、粗砂；严重液化土，承载力较低，工程性质较差。(4)上更新统冲积层 粗砂：呈透镜状分布；呈灰黄色、褐黄色，饱和，稍密，粒径不均匀，含少量粘粒；具有一定的承载力，但厚度较薄，不宜作为隧道的基础持力层。(5)残积层 a 可塑砂质粘性土：呈透镜状或似层状分布；呈 褐黄色、棕红色，可塑，为混合岩风化残积土，土质不 均匀，遇水易软化崩解。b 硬塑砂质粘性土：呈透镜状或似层状分布；呈褐黄色、棕红色，硬塑，为混合岩风化残积土，土质 不均匀，遇水易软化崩解。残积层承载力较高，工程性质好，可作为隧道的 4 9 维普资讯 公路 隧道 2 0 0 6年 第 2期(总第 5 4期)基础持力层6)下古生界基岩 根据岩石风化程度 自 上而下可划分为：a 全风化带；呈层状连续分布；呈褐黄色，岩石 风化剧烈，原岩结构清晰可辨，岩芯呈坚硬土柱状，手捏易散，遇水易软化崩解；承载力高，工程性质好，可作为隧道的基础持力层。b 强风化带：揭露于整个场区，呈层状连续分 布；呈褐黄色，岩石风化强烈，岩芯呈半岩半土状，局 部碎块状，原岩结构清晰，部分矿物已基本风化成土 状，水易软化崩解；承载力高，工程性质好，可作为隧 道的基础持力层。c 弱风化带：呈层状连续分布；呈褐黄色，岩 石裂隙发育，裂面铁质渲染强，局部有硅化现象，岩芯破碎呈碎块状，岩质较坚硬，锤击声较脆；天 然极限抗压强度低，R a=1 9 1 0 3 8 2 O MP a，平 均2 6 4 0 MP a 工程性质好，可作为隧道的基础持 力层。d 微风化带：呈层状连续分布；呈灰色、灰白 色，岩石裂隙不甚发育，岩 芯较完整，多呈短柱 状，局部呈碎块状，岩质新鲜，致密坚硬，锤击声 脆；天然极限抗压强 度较高，R a=3 1 9 0 8 4 9 O MP a，平均5 1 8 0 MP a；工程性质好，可作为隧 道的基础持力层。(7)地质构造 本地区构造不发育，仅在隧道 K O+3 6 1 K O+3 9 3 发育一条正断层，局部发育几组小节理。断层 带宽约 3 2 m，断层带破碎，地下水较发育。(8)地下水 隧道所处地 区地下水稳 定水位埋深一般为 0 4 0 1 2 9 0 m，地下水主要为孔隙承压水和基岩孔 隙裂隙水。a 孔隙承压水：主要赋存于第四系海陆交互相 沉积之淤泥质细砂、细砂层，以及第四系上更新统冲 积砂层。孔隙承压水主要接受河水和上游地下水的 侧向补给，补给来源充足。b 基岩孔隙裂隙水：孔隙裂隙承压水不发育，含水量小；仅在 K 0+3 6 1 K 0+3 9 3 断层带钻探时 有漏水现象，断层破碎带内水量及其与河水是否发 生水利联系，现地质资料不详。基岩孔隙裂隙水主 要接受上部含水层地下水的越流补给和上游地下水 径流的侧向补给。另外，北岸地下水和河水对混凝土结构无腐蚀 性；南岸地下水对混凝土结构具有弱腐蚀性。5 0 3 竖井设计 为满足盾构始发和到达吊出的要求，端头井的 内净空尺寸定为 1 2 8 m。由于竖井紧邻珠江边，地 质条件较差，地层上软下硬变化较大，设计中根据相 应情况作出处理。3 1 北岸竖井 北岸竖井深度为 2 6 6 m，在地面下 1 1 m 以上，竖井位于淤泥质粘土和淤泥质砂层 中；在 1 1 1 6 4 m，竖井位于全、强风化岩层中；其下竖井位于 弱、微风化岩层。整段地层具有明显的上软下硬特 征。鉴于地层情况和临江施工的特点，竖井围护采 用放坡、桩围护与锚喷支护结合的方式：o 一3 m 段：放坡开挖，锚喷护坡，以利于管线出竖井与侧管 沟相连；一3 一1 7 9 m：1 0 0 0钻孔桩+0 0 旋喷 桩止水帷幕结合钢管支撑围护；一1 7 9 2 6 6 m 1 5 0 m m网喷混凝土+锚杆支护。二次衬砌：二次衬砌采用封闭钢筋混凝土框架 结构，由于水压较大，采用封闭圈梁结合单向板的结 构形式。另外为满足结构抗浮要求，桩顶冠梁与二次衬 砌进行连接处理。3 2 南岸竖井 南岸竖井深度为 2 3 1 m，在地面下 1 8 m以上，竖井位于砂质粘性土层(5 2层)中，其下为全、强风 化岩层；鉴于地层情况和临江施工的特点，竖井围护 采用放坡、桩 围护结合的方式：O 一 3 m段：放坡开 挖，锚喷护坡，以利于管线出竖井与侧管沟相连；一3 -2 3 1 m：1 0 0 0 钻孔桩+6 O O 旋喷桩止水帷幕 结合钢管支撑围护。二次衬砌：二次衬砌采用封闭钢筋混凝土框架 结构，由于水压较大，采用封闭圈梁结合单向板的结 构形式。另外为满足结构抗浮要求，桩顶冠梁与二次衬 砌进行连接处理。4 监测点布置 结合本工程特点，共设监测主断面 6 个，主断面 中布设沉降点 l 1 个，次断面布设沉降点 7 个，同时 在隧道中线上沿线路方向每 5 m设一个沉降观测 点。5 监测 结果 5 1 7月监测结果 维普资讯 黄珂等 -Jl 大学城供热 供冷管道过江隧道工程明 挖竖井 施工的地表沉降控制 0 一 2 星 一 4 。一6 咖I 一 8 一1 0 -1 2 -1 4 氍-1 6 1 8 图 1 监测点布置图、蚺 I 一 一 1-卜 -一 1 r-H _ _ 卜 一 1n II J 一 。：0 一 1、4 0 0 量 2 O 0 嘲I1 0 O 0 磐-2 O 0 姜l 4 O 0 哦 一 6O 0 高 葛 高蛊 日 期 图 2 南竖井 E方向沉降时承图 甲 甲 h 卜 I-卜 0 H I 卜 h 日 期 I I 卜 卜 图 3 南竖井 s方向沉降时承图 0 n I I 卜 卜 一 E 5 卜E 6 -t 一E 7 +S 1 +S 2 ，S 3 5 l 【。卜 【卜 【一 卜 。卜 卜。卜 卜 【，卜 维普资讯 公路隧道 2 0 0 6 年第 2 期(总第 5 4 期)，、0 昌 一 5 七-2 5 B 孵 一 3 0 1 O 垦 8 删6 翥4 ：2 B 蟾 O 1 营 咖 一 逝 一1 蜉 一 1 蕞：；图4 南竖井 W 方向沉降时承图 昂 上 上 日 期 图 5 北竖井 E方 向沉 降时承 图 登 至 登 望 莹 里 量 量 至 山 上 上 日 期 图 6 北竖井 S 方向沉降时承图 器 器 器 帛|L 日 期 图 7 北竖井 N方向沉降时程图 由7 月份地表沉降监测数据可知，南竖井 E方 向各监测点变化较均匀；W 方向除偶有起伏外，其 余较稳定；S 方向由于地下水抽取，使得沉降情况不 稳定；北竖井变化亦较均匀，但 由于时间不长，尚无 5 2 +W 1 +W 2 十W 3 一W 4 +E l -一E 2 一E 3 +S 1 十S 2 一S 3 I S 4 十N 2 N3 N4 +N5 +N 6 +N1 法作出定性分析。5 2 8月监测结果 根据需要，在北竖井沿江岸布设了一排监测点。8 6 4 2 O 2 4 国 v 嘴 维普资讯 珂等 广州大学城供热供冷管道过江隧道工程明挖竖井施工的地表沉降控制 4 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 40 0 0 6 0 00 8 0 00 1 0 0 00 1 2 0 0 0 1 4 0 0 0 4 0 O O 3 5 O O 3 O O O 2 5 O O 2 0 0 0 l 5 O O l O O O 5 O O O O O 4 0 O O 3 5 O O 3 O O O 2 5 O O 2 O O O l 5 O O 1 O O O 5 O O O O O 一5 O O 王王 亭竿竿年罕 翠 高瓮 由。：。由c：。由 王 。b o b 2 。薹 b 。o。o b o b 图8 北竖井 N方向沉降时程图 军 竿 罕 幂 c：。c。c：。c：。c：。图 9 北竖井 E方向沉降时程图 h 卜-h 南 南 南 c=。c：。叩 图 1 0 北竖井 S 方向沉降时程图 l N N I 图 1 1 北竖井 w 方向沉降时程图 +N1 N2 ，一N3 N4 N5 N6 +E l 卜E 2 E 3 +S1 +S 2 +S 3 一 S 4 +Wl +W 2 一W 3 5 3 地 唱 唇 v嘲、皆 维普资讯 公路 隧道 5 4 2 0 0 0 1 5 0 0 1 0 0 0 5 0 0 0 0 0 5 0 0 -i 0 O 0 -1 5 O 0 5 量0 咖1 5 蓑 一 1 0 一l 5 氍 一2 0 0 0 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 一l 2 0 0 -1 4 O 0 I l 图 1 2 北竖井T方向沉降时程图 日 期 圈 1 3 南竖井E方向沉降时程图 图 1 4 南竖井 S 方向沉降时程图 豳 1 5 南竖井 w 方向沉降时程田 2 0 0 6 年第 2 期(总第 5 4 期)+T 1 +T 2 T 3 -一T 4 +T 5 _ _T 6 一T 7 +E 5 +E 6 +E 7 +S l ；+S 2 -S 3 i _ _ W 1；f+2 W 3；W 4 【卜 皤 【，=一 1一、一一，-_ 一 一 0【卜 0 八 、呷 厂 、卜 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 0 0 0 1 1 2 2 3 3 4 一 一 一 一 一 一 一 一 垦 v枷 躐 一，【0【由 _ 8 期 日 一、-_，J _ 垦 v咖 哦 一 【0 -8 期 日 皤 维普资讯 黄珂等 广州大学城供热供冷管道过江隧道工程明挖竖井施工的地表沉降控制 由8 月份监测数据可知，南竖井各监测点沉降 数据已基本稳定，变化量很小。这是因为南竖井施 工已结束一段时间，沉降过程已基本结束，故此于 8 月中旬停止对南竖井的监控量测。而北竖井正处在 施工中，S、w、E方向地表均呈隆起趋势，而 N方向 部分由于穿过施工便道，遭大型施工车辆时常碾压，导致沉降数据较大，已超过监控量测控制值。据此，监测单位向施工单位提出建议，对现场施工管理调 度进行调整。江岸边所布监测点由于不时遭到人为 破坏，导致部分监测点数据可靠性不高。6 结论 综上所述，明挖竖井地表沉降控制措施包括：a 合理施工方法。南竖井开挖过程中，由于土 层较为松软，用工程机械即可开挖，对周围地层扰动 较小，且喷射混凝土及时，因此地表沉降量测数据变 化较为稳定 北竖井下部地层含微风化岩层，且厚度 较大，硬度较高，因此采取爆破方法开挖，对周围地 层扰动较大，因此北竖井地表沉降监测数据变化较 大。b 施工现场管理调度。南竖井施工现场调度 较好，大型施工车辆有其专用通道，很少碾压监测区 域，且对测点保护较好 北竖井并未对大型施工车辆 进场进行有效调度，任其在监测区域碾压，而埋深较 浅部分地层为杂填土，受重型车辆反复碾压产生变 形，对监测影响较大，测点保护亦不够，江岸边所设 测点不时遭人为破坏，其余测点也经常由于施工车 辆、施工垃圾等的阻挡而无法测得，故而影响了监测 质量。c 地下水控制。北竖井下部地下水含量较为丰 富，对此施工单位仅单纯依靠抽水机抽送，而未采取 其他有效措施，致使地表沉降值较大。施工现场监控量测对于隧道施工具有重要的意 义。它不仅能反映施工时围岩、地层、地下水等参数 的动态变化，还对施工有指导意义。施工单位应对 其足够重视，严格按照设计施工，加强施工现场管 理，保护好监测点，对施工中遇到的情况不应草率处 理，应通过调研及监测数据采取合理的措施。只有 这样，方能保证监控量测工作的顺利进行，更进一步 地说，也保证了施工的顺利进行。55 维普资讯