基于南京梅子洲过江隧道开挖工程分析

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  【摘要】本文结合南京梅子洲过江通道接线(J2-J5区域)地下基坑工程案例,分析在克服“工期短、跨度大、难度高”因素下,采取分段流水并结合基坑支撑支护开挖施工,提出可行的施工措施,确保基坑的施工安全性和效益性。
  【关键词】基坑降水;基坑开挖;支护施工
  引言
  过江隧道作为一种跨越江河、联系两岸的主要结构物,承担着重要的交通功能。相比桥梁来说,过江隧道具有不影响通航、拆迁少、安全性高等特点。在国内与江河相关的大型城市,如上海、香港、武汉、南京等均修建了大量过江隧道,为满足城市的交通联系发挥着重要的作用。本文详细探讨了各城市过江隧道的功能等级、施工方法、技术特点,为其类似工程供鉴。
  1、施工技术应用
  过江隧道过江段施工风险大,要对开挖面的稳定泥浆、添加材料的泄漏或喷涌,隧道上浮问题和管片变形等技术问题进行分析,为确保安全施工提供技术保障,所以过江隧道的施工方法选择非常重要。一般而言对于过江部分采用盾构法施工,一般覆土厚度1-2倍管径。采用专业厂家生产的盾构设备进行隧道掘进,对岩层扰动小,施工技术成熟,风险可控。如上海长江隧道、南京长江隧道、武汉长江隧道均采用此类施工方法。此外可以采用沉管法进行施工。通过临时围堰采用趸船进行安装,受水流、冲刷等因素制约,施工难度大,一般覆土1-2m即可。如上海外环隧道采用此类方法修建。而对于传统的钻爆法施工,覆土高度较高,对岩层有扰动,风险较高。同时由于覆土深,不利于两端接线。故过江隧道中很少采用。
  2、工程概况
  南京梅子洲过江通道接线J2-J5区域全长1482米,整个隧道基坑共分为11个区域进行基坑开挖施工,每个区域又分为流水段进行基坑开挖施工,其总施工平面布置图如下图1所示:
  3、施工方案及步骤
  每个区域采用分段台阶式开挖,先由挖掘机纵向开挖第一层土方,纵向首个流水段开挖完毕后,纵向开槽按照15%比例修筑土方运输坡道,进行首道钢支撑安装,之后挖机顺序对下层土方进行挖除,采用运输车顺运输坡道运送出基坑。现以YK10+615-YK10+700段为例,具体说明基坑开挖步骤,具体开挖步骤如下:(1)根据施工图纸设计,首道混凝土支撑距离钢支撑距离为4.5米,则首层土开挖高度为5.0米。首层土台阶按照1:2进行放坡,根据首层土开挖高度和底部台阶施工长度则,顶部纵向挖掘长度为11米。(2)第一层土开挖完毕,基地标高开挖至第一层钢支撑底部0.5米后,挖掘机下至基坑地面开始第二层土方土方运输坡道开挖,坡道采用15%坡比,表面铺设钢板箱作为临时便道。根据设置第二层土方开挖高度为3.5米。第一层第一道钢支撑之间的土方开挖完毕后,挖掘机后退开始安装第二道钢支撑。基坑进行第二层土开挖的同时,顶层土同步开挖后退,形成基坑开挖第二个台阶。(3)第二层土方开挖完毕后,基地标高开挖至第二层钢支撑底部0.5米后,继续进行开槽修筑土方运输坡道,进行第二层钢支撑安装。第二层钢支撑安装完毕后,挖掘机进入基地进行第三层土方开挖。第三层土方从基坑中间向两侧开挖,土方由运输坡道运出基坑,自卸汽车外运至弃土场。根据设置第三层土方开挖高度为3.5米。第二层第一道钢支撑之间的土方开挖完毕后,挖掘机后退开始安装第二道钢支撑。基坑进行第三层土开挖的同时,顶层土同步开挖后退,形成基坑开挖第三个台阶。(4)第三层土方开挖完毕后,基地标高开挖至第三层钢支撑底部0.5米后,继续进行开槽修筑土方运输坡道,开始进行第三层钢支撑安装。第三层钢支撑安装完毕后,挖掘机进入基地进行第四层土方开挖。根据设置第四层土方开挖高度为3.0-3.6米。第三层第一道钢支撑之间的土方开挖完毕后,挖掘机后退开始安装第二道钢支撑。基坑进行第三层土开挖的同时,顶层土同步开挖后退,形成基坑开挖第四个台阶。第四层土方为该段最底层土方,在进行第四层土方开挖时,开挖底标高控制在基地标高以上0.3米,剩余0.3米由人工进行挖除,长臂挖掘机垂直挖出基坑。
  4、基坑开挖结合支撑施工的控制要点
  (1)钢筋混凝土冠梁、围檩采用C30混凝土,钢筋混凝土支撑采用C30补偿收缩混凝土。(2)钢筋采用HPB300(φ)、HRB400(Ф)级钢,型钢、钢板采用Q235B。(3)焊条:HPB300级钢筋焊条采用E43XX型,HRB400级钢筋焊条采用E50XX型。(4)钢筋连接器采用钢筋等强度滚直螺纹连接器,采用一级钢筋连接器。
  开挖原则如下:(1)基坑开挖必须在降水井完成并正常运营,地下连续墙、围护桩、立柱桩、抗拔桩、止水帷幕、地基加固达到设计强度后方可进行。(2)基坑每一层开挖时确保已经将地下水水位降低至开挖面下至少1米。(3)基坑开挖按照“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则进行开挖。开挖时注意“时空效应”,即在第一、二道支撑的土层开挖中,纵向每一小段开挖宽度为9m,小段土方要在16小时内完成。第三~五道支撑土层开挖中,纵向每小段开挖宽度一般为6m左右, 每层按照1:3.0放坡开挖(视实际开挖的地层稳定性可做适当调整)。小段土方开挖要在8小时内完成,随即在8小时内安装好该段的钢支撑,并施加预应力,若是混凝土支撑,则需在小段土方开挖完成后的48小时内施工完成。(4)钢管支撑开挖至设计底标高底时及时支撑(钢支撑底部放在开挖面上),砼支撑开挖至设计顶标高时,开槽、施工垫层、绑钢筋、立模板、浇筑混凝土支撑。尽量减少基坑无支撑区域及暴露时间,严禁超挖。(5)机械开挖时,坑底应保留300mm厚土层,由人工挖除整平。以便防止坑地土被扰动。(6)必要时可通过深井降水加固基坑内和坑底下的土体,提高坑内土体抗力,从而减少坑底隆起和围护结构的变形量,防止坑外地表过量沉降,流程如下所示:施工准备→钻机、材料进场、钻机定位、埋设护筒→清孔→下井管 填砾、止水、封孔→洗井→下泵试抽→安装真空泵→排水、气管路及电缆→记录。
  5、结语
  本工程施工过程中,工程部各工序技术负责人负责现场工序的技术指导和监督,并及时处理施工中遇到的技术问题,及时反馈信息;并对施工进度计划、降水井运营、基坑监测进行管理。通过结合基坑的支撑施工而采取基坑分段开挖的合理穿插与控制,有效地保证了基坑施工的安全性的经验,可为同类工程提供参考借鉴。
  参考文献
  [1]孔莉莉,朱刚.闹市中心超深基坑开挖施工技术与防护措施[J].建筑施,2012(11):30-31.
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