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明挖法施工浅水湖底隧道围护结构方案优化
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摘要:明挖法施工浅水水下隧道,围护结构以“围堰+支护”的施工方法最为常见,如何选择最优支护方案进而提升围护结构安全性、成本控制及施工进度一直是相关技术人员为之努力的目标,文章主要针对该问题进行了分析研究。
关键词:明挖隧道围护结构方案优化
引言:近十年国内基础设施建设高速发展,国内水下隧道建设规模逐年提高,目前国内公路水下隧道常见的施工工法有三种:第一种是以港珠澳大桥为代表的沉管工法,这一种工法适用于深水域;第二种是以南昌红谷隧道为例的盾构工法;第三种就是以武汉东湖隧道为例的明挖施工工法。由于围堰明挖法较其他工法经济,施工方法简单,故国内较多在条件满足的情况下趋向于采用此工法。例如已通车的苏州独墅湖隧道、武汉东湖隧道和正在施工的太湖隧道(苏锡常南部高速公路)和金鸡湖隧道。然而目前国内围堰明挖法的支护形式多重多样,明挖法围堰支护形式的选择,在很大程度上影响着后续隧道基坑开挖及主体结构的施工进度、施工便捷性和项目整体的安全质量和经济效益。因此,从方案的选择到实际的施工过程中,必须给予各个环节足够的重视,以此来提高施工的全方面效益。本文以阜阳市345国道下穿颍州西湖隧道工程实例为依托,针对原初步设计单排桩+内支撑的支护方案,又提出了双排桩和单排桩+锚索方案,通过与原方案在施工进度、安全质量、施工便捷性、经济性等方面进行对比,从而确定最优方案。
一、工程案例
项目概况:阜阳市345国道下穿颍州西湖隧道工程为EPC项目,项目主体大部分位于颍州区规划的西湖游览区内,湖中围堰明筑段600m。主要设计参数为垂直支护深度14.38m,钻孔灌注桩桩长22.7mφ1.2m@1.4m,内支撑及临时支撑4层@6m,格构柱两排。
原设计湖中段围护结构形式为单排桩+内支撑。
原设计方案思路:原设计方案参考了城市地铁的工程设计思路,经同设计单位沟通后了解,本工程地质等条件符合国内广泛采纳的类似明挖地铁隧道工程施工,施工工艺成熟,安全可靠性高,造价合理。
由于该项目的合同模式为EPC模式,可以使施工单位更便利、更深入和积极的参与到设计工作中去,为项目的质量、安全、管理及经济、社会效益增值提供了良好条件。基于以上因素,项目施工单位的技术部门对方案的优化进行了大量调查论证工作。
二、方案优化条件分析
2.1项目环境调查
结合线路设计方案对现场调查走访后发现,该项目线路范围空旷,具备基坑放坡开挖条件。同时颖州西湖水位基本受连通泉河的扬水站水闸控制,水位稳定,平均水深2.1m。地质勘察报告显示,有效影响基坑及其围护结构范围的土质为拟建场地20m深度范围内除薄层饱和土外,分布的饱和粉土均属于第四系晚更新统地层(Q3al),不考虑土层液化影响。场地地基土的工程性质自上而下分析如下:
(1)淤泥:灰黑色,饱和,流塑状态,高压缩性,含大量腐殖物,平均厚度1.1m。
(2)粉质黏土:可塑~硬塑,中压缩性,土质较均匀,物理力学性质较好,可作为天然基础持力层,平均厚度15.0m。
(3)粉土:密实,中压缩性,渗透性较好,土质较均匀,仅少量勘探孔有揭露,物理力学性质较好,隧道基坑开挖时在地下水作用下易产生流土,平均厚度0.8m。
(4)粉质黏土:可塑~硬塑状态,中压缩性,土质较均匀,物理力学性质较好平均厚度3.1m。
地质情况具备可优化条件。
项目合同工期为18个月,湖中段水下隧道又是全线风险最高的控制节点,科学合理的施工方案对按期完工该段隧道显得尤为重要。
2.2原设计方案适用性分析
经过对现场情况分析结合工程项目特点,认为单排桩+内支撑的原设计方案虽然结构安全性好,工艺成熟且应用广泛,但大多数情况被应用在受近交通、近建筑物等外部环境影响较大的市区范围内,在施工条件受限的条件下,设计方面更多考虑了不影响外部环境同时保证结构安全的方案措施,比如垂直支护+内支撑。而本项目根据调查结果显示,除了受浅水水体影响,完全不受近交通、近建筑等其他因素的干扰。按原设计方案施工虽工艺成熟,但工艺复杂,质量控制难度大,基坑开挖受内支撑设置及换撑等工序的影响导致工效低下,施工风险高。同时,合同工期短,一旦工序中断将无法确保施工进度按计划完成。
原设计方案受力验算可行。该方案支护深度14.38m,每延米挖土1007.9m3,桩长22.7mφ1.2m@1.4m钻孔灌注桩每延米0.71根,内支撑及临时支撑4层@6m,格构柱两排。
考虑支撑混凝土等强等因素,平均完成一个节段(30m)基坑开挖需要35天。概算造价每延米围护结构约3.66万元。
综和以上调查及分析,为该工程打破类似项目的传统施工方案寻求优化提供了动力。
三、方案优化方向
经对掌握的资料分析,方案的优化方向集中体
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