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盾构穿越淤泥质软土地层河道及桥区施工技术的研究的报告
研究报告之二
盾构穿越淤泥质软土地层、河道及桥区
施工技术研究
目 录
3.2盾构穿越淤泥质软土地层、河道及桥区施工技术研究 1
3.2.1工程概况 1
3.2.3.1在淤泥质软土地层中盾构施工技术研究 3
3.2.3.2对河道处理技术的研究 10
3.2.3.3盾构过桥区处理技术研究 15
3.2.3.4区间沉降监测技术研究 19
3.2.4 效果分析及研究结论 30
3.2盾构穿越淤泥质软土地层、河道及桥区施工技术研究
3.2.1工程概况
根据区间地质勘察报告和现场调查,在区间盾构施工过程中,除了在隧道施工地层中赋存有大量沼气外,还存在以下三个不利情况:
1、整个盾构区间隧道施工期间,全部在淤泥质软土地层⑥1中,该淤泥质土具高含水量、大孔隙比、低强度、高灵敏度、弱透水等特性。在盾12m后就,河水深度1.1m,河底淤泥0.5-0.8m盾构隧道顶部距离河底仅有4m
沿线有雨、污水管线,天然气管线,上水管线等,管线较多。
3、区间隧道在里程K2+380遇到善庆桥、在里程K2+830~860范围内遇到后河桥。由于2座桥的下部桩基础在平面上进入区间隧道范围内,在剖面上,桩底标高超过隧道底约5米左右。根据设计要求,要拆除现有桥梁,将位于隧道范围内的基础柱拔出后,再进行盾构施工。同时在原位进行新建桥梁施工。善庆桥和后河桥桥桩位置具体情况见下图:
图1 善庆桥桥桩与隧道平面位置图
图2 后河桥桥桩与隧道平面位置图
3.2.3关键技术的研究
3.2.3.1在淤泥质软土地层中盾构施工技术研究
一、盾构掘进参数的研究
1、土仓压力控制
根据土压平衡盾构机工作原理和上海地区类似工程施工经验,为维持开挖面稳定,控制地层沉降,在盾构推进过程中,必须以土仓压力为控制目标,通过采用适当的推进速度和排土量将土仓压力控制在一定范围内,具体控制流程如《图3 土压控制流程》。
根据有关盾构施工参考资料,土仓压力控制范围应该在主动土压力和被动土压力之间,超过这个范围就会可能出现地面沉降和隆起的现象。在设定土仓压力时,主要考虑地层压力(主动土压力、被动土压力)、地下水压及预先考虑的预备压力。
图3 土压控制流程
1)主动土压力计算
当盾构推力偏小时土体处于向下滑的状态时,土压力将由静止土压力逐渐变小,当土体达到主动极限平衡状态并出现滑动面时,土压力减至最小即变成主动土压力。此时土体内竖向应力最大为γH,水平应力达到最小为主动土压力。计算公式如下:
Pa=γHtan2(45°-Φ/2)-2c×tan(45°-Φ/2)
其中:γ为土容重;H土层厚度;Φ为内摩擦角;c为土的粘聚力
主动土压力计算结果见《图2-主动土压力计算简图》。
图2-主动土压力计算简图
2)被动土压力计算
当土压力逐渐增大时,土体处于向上滑动状态时,土压力将有静止土压力逐渐增大当土体达到主动极限平衡状态并出现滑动面时,土压力增至最大即变成被动土压力,此时土体内的竖向应力为最小γH,水平应力达到最大为被动土压力,Pa=γHtan2(45°+Φ/2)+2c×tan(45°+Φ/2),计算结果见《图3-被动土压力计算简图》。
图3 被动土压力计算简图
3)地下水压力计算
地下水压力大小与地层渗透系数、水力梯度、管片背后砂浆的凝结时间、渗透系数及渗透时间有关,计算水压力时,由于地下水流经土体受到土体阻力,引起水头损失。作用在到盘上的水压力一般小于该位置处的理论水头压力。刀盘前水压力计算公式:
Σw1=qγH
其中:q为渗透系数,根据勘察报告确定的数值,取0.3~0.5;
γ为水的容重;
H为地下水位距刀盘顶部的高度,
盾尾后的水压力计算公式:
Σw2=q砂浆γhw
其中:q砂浆为根据砂浆的渗透系数和注浆的饱和程度确定的经验数值,一般取值为0.8~1.0;
γ为水的容重;
hw补强注浆处和刀盘顶部的高差;
在计算水压力时,盾构后部的水压力与刀盘前方的水压力取最大值进行考虑。
4)预备压力取值
由于施工中存在许多不可预见因素,致使施工土压力小于原状土重的静止土压力,按照施工经验在对沉降量要求比较严格的,在计算土压力时通常在理论计算的基础上在考虑10~20KPa的压力作为预备压力。
5)土仓压力的选择:
根据计算,理论上土仓压力设定应该控制在0.153MPa~0.223MPa之间。但是,由于盾构掘进是对地层的扰动、注浆以及盾构通过后管片受力收缩等作用过程,在盾构切土通过后,地层依然会有较大的沉降变形。根据施工过程中沉降观测结果分析,只有当土仓压力适当增大,达到地面有适当隆起(在1cm以内)时,在后期测得的总体沉降为最小。所以,在实际施工当中,采取了适当的超推进措施,即取土仓压力适当大于被动土压力,则盾构前方土体受到一定挤压,盾构前方到达时地层将有少量隆起。随着盾构的推进,扰动的恢复、注浆以及
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