地铁穿越建筑物沉降敏感区间信息化施工技术Word文件下载.docx
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第1章绪论
1.1引言
随着我国经济发展的飞速发展城市交通建设的需求量变得更加的巨大,地铁工程对缓解城市交通压力是非常有帮助的,对城市交通的发展也是非常有意义的。
随着地铁地下工程应用领域不断扩大,在地铁开始修建的时候面对的地质情况也更加的复杂。
地铁工程是一项系统而复杂的岩土工程,不确定因素多,施工技术难度大,施工工艺繁杂,风险极大,而且在设计时并不一定对现场具体环境十分了解,所以在施工过程中,及时根据了解的详细情况和监测数据,对设计提出优化建议,对施工工艺加强监督控制,并及时改进施工方法,即实行信息化动态施工,既可以保证工程的安全和顺利进行,又可以收到较大的经济效益。
1.2信息化施工现状
地铁信息化施工就是在进行地铁开挖施工时,会由于开挖土体或者水压力等问题导致土体下沉、围护结构、周围环境变形等。
通过对围护结构、地面高程等的监测,并通过对监测结果的处理,分析地层、支护结构的安全性,及时掌握地铁开挖造成的周围环境的变化数据,变形规律和受力范围,判断其影响程度。
通过对监测结果的及时反馈,可以来进行修正设计参数优化施工工艺等以达到工程顺利进行的目的。
近年来,信息化施工作为一种新兴的工程应用技术,在地下工程的施工过程中得到了越来越多的应用。
一方面,通过对施工过程进行系统的监控量测,可以了解工程的发展变化趋势,尤其是对周边环境的影响情况;
另一方面,利用监测信息的反馈分析,能较好的预测系统的变化趋势,当出现险情预兆时,可以做好预警,及时采取措施,实现对周边环境的影响控制。
1.3地铁开挖施工信息处理中的主要问题
做到地下工程在施工开挖之前,就能准确地确定各项支护参数以及最优的开挖支护方案并非易事。
地下隧道的稳定性与许多因素有关,如围岩的构造、岩土体材料的物理力学特性、初始地应力、地下水作用等等。
1.现有设计方法是根据事先确定的因素,建立某种物理、数学模型,再利用各种解析方法、数值方法等进行稳定性判断并提出最优开挖方案。
这往往与实际情况有一定差距。
2.地应力的分布千差万别。
其次,岩土体的非均匀性、各向异性及非线性,使得反映岩土体特性的本构关系模型难以与岩土体的实际性质完全一致。
4.我国地铁建设工程中信息化施工没有发挥出应有作用的原因主要是由于,施工监测信息处理、分析、传递不及时,施工监测管理不善。
1.4研究内容
1#竖井~花园路站区间的地铁施工中面临的地上地下环境比较复杂,如继续采用依靠经验进行开挖支护的施工方案,满足不了地铁施工对周围的影响要求,所以,我们提出针对本项目具体工况的信息化施工方案,以达到针对性的监测和信息反馈,实现了不塌方和少沉降的绿色施工控制目标。
第二章工程概况
2.1工程概况
1#竖井~花园路站区间延板仓街道路下铺设,区间线路出1#竖井后延板仓街东行,小间距隧道并行,绕过军事管理区,最后到达花园路站。
1#竖井~花区间矿山法设计起止点里程为:
右DK20+130.000~右DK20+851.500(左DK20+132.463~左DK20+851.500)。
板仓街两侧商业区较繁华,有大量的军事管理区,沿街建筑多以1~7层建筑居多,建筑年代较早,对沉降敏感。
1#竖井~花区间地面高程15.40~34.46m,自西向东地势逐渐增高,地形起伏较大。
区间埋深14~20m,区间最大曲线半径2000m,最小350m,线路间距9.1~15.5m。
1#竖井~花园路站区间线路详见图2-1。
图2-11#竖井~花园路站区间线路图
1#竖井~花园路站区间共设两个施工竖井及横通道,1#竖井中心里程为右DK20+130.000(左DK20+132.463),2#竖井中心里程为右DK20+400.000(左DK20+405.289),竖井采用明挖法施工,横通道采用矿山法施工。
1#竖井兼做锁金村站~1#竖井盾构法区间的盾构转向吊出井。
2.2工程地质和水文地质概况
2.2.1工程地质概况
场地岩土种类较多,不均匀,性质变化较大,地下水埋藏较浅。
场地土按沉积时代、成因类型及物理力学性质各土层自上而下依次为:
①-1杂填土、①-2素填土、④-2b2粉质黏土、④-4e2混合土、δ-0残积土、δ-2强风化闪长岩、δ-3中风化闪长岩。
矿山法区间穿越地层主要是④-4e2混合土、δ-0残积土、δ-2强风化闪长岩、δ-3中风化闪长岩。
区间工程地质剖面图详见图2-2、2-3所示。
图2-2
图2-3
2.2.2地质构造及地震效应
本工程区域抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.01g,设计地震分组为第一组,本工程抗震设防类别为乙类。
2.2.3水文概况
本工程地下水类型主要为潜水、微承压水及基岩裂隙水。
潜水主要分布于浅部填土层中,雨季有水,旱季无水;
④-2b2粉质粘土为隔水层;
微承压水赋存于④-4e2及δ-0中;
基岩裂隙水主要储存在基岩风化带、断层破碎带和节理裂隙中,富水程度差异较大,连通性较差。
潜水主要受大气降水补给,大气蒸发及侧向径流排泄。
微承压水补给来源为地下径流以及上层孔隙潜水的越流补给,以地下径流为主要排泄方式。
基岩裂隙水(包括风化裂隙和构造裂隙)补给来源为裸露地表基岩接受的大气降水的补给及松散地层中孔隙水的补给,由于受裂隙分布及相互连通条件的影响,迳流不畅,具多变性,但一般以侧向径流为主要排泄方式。
2.2.4周边环境情况
(1)周边建筑物情况
区间左线矿山隧道沿板仓街分布建构筑物约计17栋,其中地上2~3层砖砼结构共8栋,多为一层商铺,二、三层居住,人数共计240人;
有7栋住宅楼,人员共计约1000人,其中4栋住宅楼,3栋事业单位办公楼,为砖砼结构,条形或筏板基础,建筑年代在2000年左右;
加油站1座,距隧道中心距离为10.3米,有1层砖混结构房屋,条形基础。
60年代单层砖木结构商铺1座,由于年代久远,几经翻修,墙体有破损,距隧道中心为2.7米,人员约20人,是本工程控制的重点。
详见表2-1沿板仓街建筑物与区间左线对应位置图。
表2-1沿板仓街建筑物与区间左线对应位置
序号
建筑物名称
里程位置
概况及与区间关系
1
松果烟酒~527零食
左CK19+858.66~
左CK19+985.74
该区间段527零食距离隧道中心最近距离是4.18m,3层,砖混结构;
松果烟酒距离隧道中心最近距离是5.99m,2层,砖混结构;
学生公寓距离隧道中心最近距离是23.49m.5层,砖混结构;
住宅楼距离隧道中心最近距离是23.89m,6层,砖混结构;
教育超市距离隧道中心最近距离是19.5m,2层,砖混结构。
2
玄武湖街道社区服务中心~麓园
左CK20+013.98~
左CK20+093.52
该区间段玄武湖信用社,玄武湖街道社区服务中心,7层,框架结构带1层裙楼,筏板基础,距离隧道中心最近距离是7.02m。
3
苏果便利~普德利快修连锁
左CK20+104.17~
左CK20+197.52
该区间段建筑距离隧道中心最近距离是11.91m,7层,框架结构。
4
宁栖路加油站
左CK20+276.92~
左CK20+298.92
宁栖路加油站距离隧道中心最近距离是10.30m,1层,条形基础,砖混结构,无地下室,隧道下穿。
5
南京天大胶业公司
左CK20+318.96~
左CK20+344.42
该建筑距离隧道中心最近距离是2.7m,1层
6
玄武湖烟酒~建材
左CK20+348.74~
左CK20+408.52
该建筑物距离隧道中心最近距离是17.5m,7层,框架结构。
7
市玄武区人民法院锁金村人民法庭
左CK20+469.01~
左CK20+503.29
市东方艺术学校,6层,砖混结构,条形基础,距离隧道中心最近距离27.46m。
8
玄武区玄武湖社区卫生服务中心及7层住宅楼
左CK20+516.45~
左CK20+545.30
玄武区玄武湖社区卫生服务中心及7层住宅楼,7层框架结构,筏板基础,距离隧道中心29.73m。
9
月德茶楼~老陈汽修
左CK20+557.04~
左CK20+633.89
该区间段建筑距离隧道中心最近距离是19.88m,7层,砖混结构。
10
江苏广电集团
左CK20+635.27~
左CK20+670.58
该建筑距离隧道中心最近距离是4.44m,2层,砖混结构。
11
宁波海鲜馆~和谐宾馆
左CK20+738.72~
左CK20+779.13
该区间段建筑距离隧道中心最近距离是5.86m,3层,砖混结构。
12
美容美体汗蒸
左CK20+790.60~
左CK20+834.24
该建筑距离隧道中心最近距离是10.48m,3层,砖混结构。
区间右线沿板仓街建筑物相对距隧道中心较远,距隧道中心为7~30米不等,主要有板仓街95、93号住宅楼,人员约为260人;
1~3层商用建筑4座,人员大概为60人;
其余为73681和73689部队军产房。
详见表1-2沿板仓街建筑物与区间右线对应位置图。
表2-2沿板仓街建筑物与区间右线对应位置
徐州地锅~工商行政管理
右CK19+860.61~
右CK20+045.92
该区间段前排门面房为1层,砖混结构;
其中徐州地锅距离隧道中心最近距离是26.6m,哈尔滨水饺距离隧道中心最近距离是26.91m;
过桥米线距离隧道中心最近距离是28.32m;
工商行政管理距离隧道中心最近距离是28.8m,3层,砖混结构;
后排的居民楼为7层,砖混结构。
自动变速箱专业维修~湖城龙虾馆
右CK20+287~
右CK20+373.36
该区间段自动变速箱专业维修距离隧道中心最近距离是11.65m,2层,砖混结构;
湖城龙虾馆距离隧道中心最近距离是12.02m,3层,砖混结构。
雅迪电动车~四川菜馆
右CK20+411.36~
右CK20+520.23
该区间段建筑距离隧道中心最近距离是8.8m,1层,砖混结构
新大世界酒店
右CK20+569.04~
右CK20+640.31
该建筑距离隧道中心最近距离是13.13m,3层,砖混结构。
南京新大众汽车服务中心
右CK20+649.19~
右CK20+692.66
该建筑距离隧道中心最近距离是11.44m,2层,砖混结构。
南京隆士达汽修服务中心
右CK20+691.49~
右CK20+721.99
该建筑距离隧道中心最近距离是10.62m,1层,砖混结构。
轮胎电瓶~金龙美食
右CK20+783.12~
右CK20+808.3
该区间段建筑距离隧道中心最近距离是7.84m,2层,砖混结构。
(2)地下管线分布
板仓街下管线密集,主要有Φ1000mm的污水管,埋深3.8m;
Φ500的PVC雨水管,埋深3.1m;
380V铜质电缆线路,埋深1.1m;
,埋深0.6m;
Φ300mm的PE煤气管,埋深0.8m;
Φ800mm给水管,埋深0.6m。
这些管线埋深较浅,区间线路埋深较大。
施工期间应该控制好爆破参数,控制地面沉降,减少施工对地面管线的影响。
主要管线与线路平纵面对应关系见图2-4。
图2-4管线与线路平纵面对应关系见图
第三章信息化施工方案
3.1监控量测方案
鉴于工程的特殊性及重要性,在1#竖井~花园路站区间的地铁施工中很有必要进行信息化动态施工。
要实行动态施工,就不能死搬教条,每一个环节都需要在深思熟虑的基础上提出合理的处理方案或建议。
而监测是动态施工的最直接、最重要的手段。
3.1.1监测项目
根据本工程的特点,确定的监控量测项目主要有:
地质及支护观察、地表下沉、拱顶下沉、水平收敛位移、建筑物沉降及裂缝观察、模筑衬砌钢筋应力、锚杆杆体应力等
洞内观察:
观察开挖掌子面围岩情况和稳定状态及已施工地段隧洞支护衬砌情况和结构安全性。
地表及相关建筑物沉降:
区间隧道上方、受影响建筑物基础及重要管线上方布设水准观测点,定期量测施工期间地表变化情况。
在代表性地段及重要建筑物附近设置地表横断面测点,监测地表沉降槽的变化。
拱顶位移:
根据施工方法在隧道拱顶布置1~3点。
洞内收敛:
隧道内对称布点。
围岩内部变形、围岩压力、初支与二衬间压力、钢格栅应力,二衬主筋应力,锚杆抗拉拔试样等量测项目根据情况选测。
3.1.2测点布置、监测手段与监测频率
单线标准断面测点布置见图3-1。
测量手段及频率见表3-1。
图3-1测点布置示意图
表3-1暗挖区间监控量测项目一览表
监测项目
测点布置原则
监测
手段
测量间距时间
1~15天
16~1个月
1~3个月
3个月以后
地质及支护状况观察
开挖后及初期支护后进行
目测
每次开挖后进行
地表沉降
每30m一个断面(临近建筑物每10m一个断面)
水准
观察
1~3次/天
1~2次/2天
1~2次/周
1~3次/月
拱顶下沉
单线隧道每断面3个量测点,每10m一个量测断面
仪铟
钢尺
水平收敛位移
单线隧道每断面6个量测点,每10m一个量测断面
收敛
计
建筑物沉降及裂缝观察
沿隧道施工所影响建筑物的地表
1次/天
水平支撑内力
每十榀临时支撑一对测力计
测力
模筑衬砌钢筋应力
每50m一个断面,每种形式设一个测量断面
锚杆应力
每种衬砌至少一个断面,每断面测9组测点(钢筋计)
3.1.3监控量测管理基准值
监控量测基准值根据有关规范、规程、计算资料及类似工程经验制定的。
当监测数据达到管理基准值的70%时,定为警戒值,加强监测频率。
当监测数据达到或超过管理基准值时,停止施工,修正支护参数后方能继续施工。
管理基准值见表3-2。
表3-2暗挖段监控量测管理基准值
管线允
许沉降
建筑物允
许倾斜率
质点振
动速度
水平
允许值
30mm
50mm
10~30mm
0.002H
0.2cm/s
0.005b
依据
规范、规程、设计文件等
注:
(1)B为坑道跨度,H为建筑高度。
(2)管线下沉监测根据管线状况、材质等具体确定。
(3)施工前进行管线资料的详细调查,查清地下管线的准确埋设位置及走向,在管线正上方布设监测测点进行监测,各类管线的允许沉降管理基准值必须征得管线管理单位的认可或由管线管理部门制定,且在施工过程中保持与管线管理单位联系渠道的畅通。
3.2暗挖区间超前地质预报
本标段暗挖区间地质条件复杂,存在软弱地层等不良地层,施工中采用物探和钻探、长距离探测和短距离探测相结合的探测方法,采用物探法、地质雷达、超前水平钻孔等探测方法,以及地表重要井、泉点的观测和深孔水位监测以获取开挖面前方的地质信息,及时调整隧道施工方案,指导隧道安全施工,避免发生地质灾害。
超前地质预报以地质调查法为基础,以超前钻探法为主,结合多种物探手段进行综合超前地质预报,并采用宏观预报指导微观预报、长距离预报指导中短距离预报的方法。
长距离预报采用TSP203地质探测仪,中短期预报采用地质调查法、超前地质钻探法的方法,进行综合预报,以便相互补充、验证,提高准确率。
(一)地质调查法
对开挖面进行地质素描:
地质预报人员对隧道开挖面的地质状况作如实的调查和编录,采集必要的数据,具体包括:
开挖面地层、岩性、节理发育程度、受构造影响程度、围岩稳定状态等进行编录分析。
(二)地震波反射法
TSP203超前地质预报系统利用地震波反射原理,方便快速地预报开挖面前方100~200m范围内的岩溶、断层破碎带、软弱地层等不良地质情况。
(三)超前地质钻探
根据TSP地震波法预报结果有针对性的进行超前地质探孔,对富水岩溶发育地段,超前地质钻探必须连续重叠式进行。
超前钻探揭示岩溶、断层破碎带、软弱地层等不良地质情况后,应适当加密,必要时采用地质雷达及其他物探手段进行短距离的精细探测,配合钻探查清岩溶规模及发育特征。
超前地质钻探主要采用冲击钻和回转取芯钻,二者应合理搭配使用,提高预报准确率和钻探速度,减少占用开挖工作面的时间。
⑴一般地段采用冲击钻。
冲击钻不能取芯,但可通过冲击器的响声、钻速及其变化、岩粉、卡钻情况、钻杆震动情况、冲洗液的颜色及流量变化等粗略探明岩性、岩石强度、岩体完整程度、溶洞、暗河及地下水发育情况等。
⑵复杂地质地段采用回转取芯钻。
回转取芯钻岩芯鉴定准确可靠,地层变化里程可准确确定,一般只在特殊地层、特殊目的地段、需要精确判定的情况下使用。
比如煤层取芯及试验、溶洞及断层破碎带物质成分的鉴定、岩土强度试验取芯等。
一般每循环可钻30~50m,必要时也可钻100m以上的深孔,连续预报时前后两循环钻孔应重叠5~8m。
(4)地面探测
结合前面所述方法对溶洞、断层破碎带进行更精确定位,以可能出现溶洞的部位为基准点,沿垂直隧道方向间隔2.0m施作一排注浆钻孔,以基本找到洞体边界为止,然后从中心向其他方向探孔,以基本找到洞体边界为止。
3.3监测结果与分析
3.3.1施工期间地表沉降监测结果与分析
表3-3沉降结果见表
测点沉降值(mm)
D1
-57.23
D7
-15.35
D13
0.12
D19
-17.53
D2
-27.75
D8
-16.16
P14
-0.14
D20
-9.76
D3
43.88
D9
-0.17
DJ5
-11.14
D21
-11.06
D4
-14.30
D10
-15.46
D16
-3.48
D22
-3.24
D5
3.63
D11
-8.46
D17
-15.43
D23
0.54
D6
-13.50
D12
-15.31
D18
D24
0.34
经过分析得出以下结论
(1)地表下沉主要集中在左上和右上断面的施工过程中,期间下沉值约占地表总下沉值的60%左右,初支至衬砌期间下沉量占总下沉量的25%左右。
(2)施工时,初支结构发生破坏最有可能产生于中隔墙拆除期间,故拆除中隔墙后应尽快进行二次衬砌,以确保隧道结构安全。
(3)超浅埋隧道施工时,洞内土体及初支结构扰动所产生的地层应变将很快反映至地表的沉降量上。
(4)超浅埋隧道施工,地表后期固结沉降量较小。
3.3.2施工期间地铁区间轨枕面沉降监测结果与分析
2.3.2地铁区间轨枕面沉降监测结果与分析
图3-2施工期间地铁区间轨枕面最终纵向沉降曲线
得出如下结论:
(1)地铁区间沉降与隆起受平行于区间方向的过街隧道开挖影响大于垂直与斜交方向的过街隧道开挖。
(2)地铁区间上方过街隧道开挖使作用于区间楗道洞壁及模注衬砌的应力重新分布。
原先处于平衡状态的应力在区间上均匀的垂直士压力减少后,重新达到了平衡,区间隧洞运动趋势表现为上浮。
(3)地铁区间上方过街隧道施工,应作好防本堵漏措施,防止雨水倒灌而影响地铁区间的正常使用。
(4)地铁下行线最大下沉量为1.19mm,隆起量为1.30mm;
上行线最大下沉量为1.36mm,隆起量为2.04mm。
监测数据表明地铁区间上方过街隧道开挖对地铁区间主体结构影响极小,是安全的。
3.3.3施工期间施工区间轨枕面水平检测结果与分析
图3-3施工期间地铁区间轨枕面最终水平位移曲线
监测表明:
(1)位于地铁区间上方的过街隧道施工,对地铁区间整体结构水平位移影响较小。
而当地下构筑物埋深等于或大于地铁区间且在其附近时,其地下构筑物施工将会对地铁主体结构产生比较明显的水平位移。
(2)对地铁全程线路曲线段,应设立较明县的减速标志,列车在曲率半径较小地段应减速通过,以防车速较高而产生较大的离心力,使道床产生水平位移。
另外还建议对埋设在右线y6、y7、y8三个轨枕面水平位移测点进行长期监测,以判定该曲线段轨道的安全状况:
(3)地铁下行线最大水平位移为2.2mm,上行线最大水平位移为5.80mm。
3.3.4地铁区间洞壁收敛监测结果与分析
表3-4地铁区间洞壁收敛最总监测结果表
测线
收敛值(mm)
VI
-1.41
V11
1.27
V2
1.58
V12
-6.33
V3
1.55
Y1
1.06
V4
0.46
Y2
1.77
V5
-1.51
Y3
-1.11
V6
2.44
Y4
-0.89
V7
-0.47
Y5
1.12
V8
-0.12
Y6
1.18
V9
1.99
Y7
1.31
V10
0.90
Y8
0.57
通过分析可以发现:
(1)地铁区间主体结构的刚度和强度足以承受其上方土体扰动所产生的围压变化。
(2)在具有空间和做好防水措施后.地下结构埋设在区间上方比埋设在下方要有利得多,对地铁主体结构影响小。
3.4地铁施工监测信息处理机制设计
施工监测的目的是为了反馈设计、修正施工方案。
监测信息的发布则是对工程施工安全现状信息的汇报,为后续的施工步骤提供指导决策依据。
由于信息发布涉及不同的主体,需要引起的关注程度也不同,所以
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- 地铁 穿越 建筑物 沉降 敏感 区间 信息化 施工 技术