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(2)地连墙成槽的潜在问题
地连墙是分段一次成槽,槽段的宽度550cm,深度达55m。
对于本场地的地质条件,泥浆护壁成槽是比较成熟的工艺,但开挖时会在槽的长度范围内的局部区域产生一定的侧向位移和竖向位移。
这样条件下的变形,对周边的影响范围不大;
但对于离槽段很近的建构筑物,也可能会有较明显的影响,需引起重视。
(3)高压旋喷桩的潜在问题
高压旋喷桩成桩施工时,喷射压力高达20~30MPa;
如此高的喷射压力,对周边土体将造成很大的影响:
(1)喷射压力影响范围内,土体受到很大的扰动,土体抗剪强度大幅下降。
对于离高压旋喷桩较近的桩基,其承载力可能会因为周边土体抗剪强度的下降而明显降低;
(2)喷射压力是水平向的,会对周边土体产生较大的挤压作用,产生较大的水平位移,进而可能影响桩基的承载力;
(3)因浆液的注入和喷射压力的共同影响,高压旋喷桩附近土体隆起。
新近的研究结果表明,淤泥层和砂层受高压旋喷的挤压影响较大,在约2m的范围高压旋喷成桩时,管桩在砂层和淤泥层的水平位移达54mm。
可见,高压旋喷对周边土体的影响是较大的,当在离既有建筑物较近的区域实施高压旋喷桩施工时,应注意其扰动效应和挤土效应。
(4)降水的潜在问题
基坑开挖前,需要在基坑内降水。
若因各种原因,致使坑外地下水较大量的向坑内渗漏,由此导致坑外地下水位明显下降;
地下水位的明显下降,地层的有效荷载随之增加,由此地层会产生附加沉降;
地层的附加沉降,可能会对其上的建构筑物造成损坏。
(5)基坑开挖的潜在问题
基坑开挖是最容易出现工程事故的施工环节。
基坑开挖前,围护结构在基坑内外侧的土压力是相等的;
随着基坑的开挖,围护结构外侧受到的土压力大于基坑内侧的土压力;
两侧的压力差随基坑开挖深度的增加而增加,与开挖深度的平方成正比;
当压力差达到一定程度,围护结构体系抵抗不了压力差的作用时,就要发生工程事故:
(1)围护结构及土体整体滑动破坏;
(2)围护结构或内支撑构件,因其材料强度低于实际荷载而破坏:
或因过度变形而不适于继续承受荷载,或出现压屈、局部失稳;
(3)对于支挡式围护结构,因其嵌固深度不足而使围护结构发生推移或倾覆破坏;
(4)当围护结构的嵌固深度不足,基坑底下为软弱土层时,在基坑外侧土体荷载的作用下,软弱土体被从坑底挤压出来,形成基坑底部土体隆起;
(5)地下水渗流引起土体渗透流失破坏。
B暗挖区施工中的潜在问题
(1)暗挖区主要施工工艺
对周边土体及建构筑物可能造成不良影响的工序主要是管段顶进、压浆工序、冷冻与解冻工序、开挖工序等。
(2)管段顶进工序的潜在问题
暗挖段管幕共需顶进36根A1620mm钢管,每根钢管255m。
隧道上覆厚度只有4~5m,且土层情况复杂,有回填土、淤泥质土、中细砂、淤泥质粉土、粉质粘土、砾砂等,有软弱、饱和含水、水量补给丰富、高压缩性、高渗透性、承载力低的特点。
在36根幕管分批次顶进的过程中,多次扰动这些土体,可能会产生振沉效应,导致地
(3)压浆工序的潜在问题
为了减小顶管时的阻力,需要在幕管外侧注进BIOS泥浆,形成泥浆套,让后续管道悬浮在浆体中,由此达到很好的减阻效果。
注浆的过程,是挤压和替代幕管周边土体的过程,可能会引起地面的隆起变形。
(4)冷冻工序的潜在问题
冻结施工就是使用冷冻加固的方法,将顶管间的土体变为冻土,和顶管一起形成止水帷幕,为隧道开挖构筑提供条件。
冻土帷幕的最小厚度必须满足顶管间封水的要求,冻土壁厚应大于1.5m;
冻土帷幕的最大厚度则必须满足地表变形对土体冻胀要求,不宜太厚,初步估计应控制在1.8m~2.4m以内。
冻土过程将造成地面隆起变形,实际施工中,依据监测的沉降数据,以容许的隆起变形量来控制最大允许的冻土帷幕厚度值。
(5)解冻工序的潜在问题
当隧道内部浇筑初衬和二衬、达到防水要求后冻结管停冻。
解冻过程中,冷冻土体将融缩,反映到地面上就是地表沉降。
对于地面沉降要求严格的区域,需要进行局部注浆,以减小融沉量。
是否需要注浆、注浆量的大小,则通过地面沉降监测数据进行控制。
(6)开挖过程的潜在问题
xx隧道的开挖过程中,与一般隧道一样,会出现拱顶下沉、洞身向内位移等现象。
由于本隧道的开挖宽度较大,拱顶下沉量会比较大,由此可能导致较大的地面沉降。
若冷冻止水帷幕不能达到预期的止水效果,由于隧道周边含有渗透性良好的中细砂层和砾砂层,且地下水位较高,则有可能出现涌水的情况,导致地面大面积下沉。
6、工作井监测设置
(1)风险问题与监测项目
工作井的风险问题与相关监测项目研究结果汇总表1。
表1明挖区风险问题与相关监测项目表
工序
风险类型
主要影响对象
主要现象
监测项目
备注
地连墙成槽
局部位移
开挖沟槽周边土体和建筑物
沟槽附近深层土体侧向位移,地表沉降
地表沉降
测向位移
影响范围较小
高压旋喷桩成桩
桩体周边土体严重扰动
临近建筑物基桩
基桩承台下沉
深层土体侧移
地面隆起
侧向位移
基坑内降水
附加沉降
基坑周边建构筑物
水位下降
较大范围沉降
水位井
影响范围较大
基坑开挖
整体滑动破坏
基坑围护结构,周边建结构物
地表沉降明显
土层侧移大
基坑围护倒坍
围护顶水平位移
孔隙压力
后果严重
推移破坏
地表沉降较大
土压力
倾覆破坏
上部侧移大
支撑压屈
土层侧移较大
支撑内力异常
支撑轴力
结构破坏
结构内力异常
结构内力
很少发生
坑底隆起
基坑外侧临近结构物
基坑底隆起
地表下沉
坑底变形
分层沉降
多发生在基坑下有软基的情况
(2)工作井的监测项目
最新的《建筑基坑支护技术规程(JGJ120-2012)》的强制性要求:
安全等级为一级、二级的支护结构,在基坑开挖过程与支护结构使用期内,必须进行支护结构的水平位移监测和基坑开挖影响范围内建构筑物、地面的沉降监测。
参照上述要求,根据基坑破坏的变形特性和本项目基坑开挖比较深的特点,确定工作井的主要监测项目如下:
围护墙顶的水平位移,围护墙体侧向位移,围护墙的内力,支撑轴力,围护墙外侧地表沉降,围护墙土压力,围护墙外土体孔隙水压力,周边建构筑物的沉降、水平位移和倾斜等。
(3)工作井监测设置
图3、东工作井监测布置图
图4、西工作井监测布置图
7、暗挖区监测设置
暗挖区的风险问题与相关监测项目研究结果汇总表2。
表2 暗挖区风险问题与相关监测项目表
顶管
地面位移
地面建筑物
地面沉降或隆起
压浆
隆起变形
冷冻
冻胀
解冻
融沉
地面沉降
开挖
拱顶下沉
隧道结构
地面下沉
拱顶沉降
周边位移
洞身内移
帷幕泄漏
地面下沉、
地下水位下降
地下水位
支撑和内衬
隧道结构破坏
结构坍塌
地面沉陷
支撑内力
(2)暗挖区的监测项目
从表2可见,暗挖施工过程中的顶管、压浆、冷冻、开挖、解冻等工序,都可能引起地面沉降或地面隆起;
而隧道的上覆土层厚度只有4~5m,暗挖施工的相关影响会马上就反映到地面上,对地面结构物造成影响。
因此,暗挖区的重点监测项目应为地面沉降。
依照《公路隧道施工监测技术规范》的规定,应对隧道的拱顶下沉和周边位移进行监测。
另外,暗挖段“曲线管幕+冻结法”施工技术,长距离大直径曲线管幕顶进技术,临海盐水环境下长距离分段分区精准控制冻结技术在国内尚无先例,很有研究价值,值得对支护结构的受力状态进行监测:
支撑内力,支护衬砌内力,支护衬砌间压力。
此外,还需要在隧道管幕范围外侧设置地下水位监测和孔隙水压力监测,用以了解止水帷幕的效果和施工过程中孔隙压力的变化规律;
设置深层侧向位移,用于协助了解顶管、压浆、开挖时对周边土体的影响程度。
隧道施工区域及邻近范围的建筑物也需进行施工监测,监测项目有建筑物的沉降、水平位移和倾斜等。
(3)暗挖区设置要点
1)拱顶下沉:
在隧道顶部设置,一个断面布置3个,每5~10m一个观测断面;
2)隧道内周边位移(收敛变形):
按双侧壁导坑法测线布置,每断面暂布16个测点,每5~10m一个观测断面;
3)洞内钢支撑内力:
每个断面暂布15个测点,每20~30m一个观测断面;
4)初期支护衬砌内应力:
每个断面设置15个测点,每20~30m一个观测断面;
5)二次衬砌内应力:
每个断面设置8个测点,每20~30m一个观测断面;
6)三次衬砌内应力:
每个断面设置16个测点,每20~30m一个观测断面;
7)围岩与初期支护接触压力:
8)二次衬砌与三次衬砌接触压力:
9)地表竖向位移:
纵向每5~10m一个观测断面;
每观测断面,单向每侧3倍隧道跨度内布设测点,跨度内测点间距2m,跨度外间距2、3、5、8、10m;
10)深层侧向位移:
紧邻保护对象,同一孔内测点间距0.5~1.0m;
11)孔隙水压力:
竖向间距2~5m,不宜少于3个,纵向间距20~30m;
12)地下水位:
设置在管幕顶管的两侧,约每50m一组,每组2孔;
13)临近建筑物水平、竖向位移和倾斜:
设置在建筑物角点,沿外墙每10-15m处或每隔2-3根柱基上,每侧不少于3测点;
14)暗挖区地下管线水平及竖向位移:
在管线节点、转角点、曲率较大处设点,沿管线长度方向测点间距10-15m;
15)临近建筑物裂缝:
选代表性裂缝,不少于2条;
16)暗挖段地表裂缝:
选代表性裂缝,不少于2条。
(4)暗挖区监测设置图
图5洞内位移监测布置图
图6初期支护及临时支护监测布置图
图7二次衬砌内应力监测布置图
图8三次衬砌内应力监测布置图
图9接触压力监测布置图
图10洞外监测断面示意图
图11洞外监测设置平面图
(1)
图12洞外监测设置平面图
(2)
临近建构筑物监测设置:
暗挖区临近建筑物有xx联检大楼、出境客货车通道、遣返检查所、入境客货车通道、雨廊、xx口岸免税商场、地下行车通道等,均要求设置水平位移、竖向位移和倾斜测点,共布设84组测点。
图11临近建筑物监测设置平面图
(1)
图13临近建筑物监测设置平面图
(2)
暗挖区地面管线共布设47个测点,每组测点监测水平位移和竖向位移。
图13洞外管线监测设置平面图
(1)
图14洞外管线监测设置平面图
(2)
表3 工作井和暗挖区监测数量汇总表
分区
编号
项目
单位
数量
测点数
东工作井
1
围护结构内力
组
7
84
每组12个测头
2
墙顶水平和竖向位移
点
11
3
围护结构侧向土压力
4
40
每组10个测头
围护水平位移
5
孔隙水压力
36
每组9个测头
6
周围地表竖向位移
16
基坑外土体深层侧向变形
孔
8
坑外水位
9
根
15
70
10
坑底回弹
坑内水位
西工作井
12
13
14
17
18
19
20
21
22
坑内、外水位
暗挖段
23
断面
25
75
每断面3测点
24
400
每断面暂布16测点
钢支撑内力
160
26
初期支护衬砌内应力
100
每断面10测点
27
二次衬砌内应力
80
每断面8测点
28
三次衬砌内应力
每断面16测点
29
围岩与初期衬砌接触压力
30
二次衬砌与三次衬砌接触压力
31
地表竖向位移
389
32
33
90
每组5测头
34
土体深层侧向变形
管
管深35m
xx联检大楼
35
水平位移、竖向位移、倾斜测点
每组测点均需测水平位移、竖向位移和倾斜
出境客货通道
遣返审查所
37
入境客货通道
38
食堂
39
风雨廊、旗杆及岗亭
地下车道
41
地下管线
42
水平位移、竖向位移
47
每组测点均需测水平和竖向位移
8、监测频次与监控标准
(1)工作井监测频次
1)工作井施工过程中,监测频次按表4执行;
2)工作井施工暂停期间,若5d内的监测结果基本没有变化,按1次/5d的频次监测;
若监测结果发生明显变化,恢复表4的监测频次。
表4工作井施工监测频次表
序号
施工进程
地连墙
高压旋
开挖深:
底板浇注后7d内
底板浇注后7~28d
卸支撑后3d内
施工
喷施工
0~5m
5~10m
>
10m
(1)
支护体系巡查
1次/2d
1次/1d
2次/1d
(2)
围护墙顶水平位移
(3)
围护结构侧向位移
(4)
(5)
围护墙顶竖向位移
(6)
立柱竖向位移
(7)
(8)
坑内、外地下水位
(9)
(10)
周围土深层水平位移
(11)
周围建筑物竖向位移
1次/3d
1次/7d
(12)
周围建筑物水平位移倾斜
(13)
围护结构裂缝
(14)
坑外地表裂缝
(15)
周边建筑物裂缝
(2)暗挖区监测频次
(a)顶管施工阶段
1)暗挖区范围内的地表竖向位移、地下管线位移、临近建筑物水平和竖向位移及倾斜,按每天4次用自动全站仪观测;
2)人工复测:
在当天顶进的周围(见示意图),按每天1次对地表竖向位移进行人工复测;
3)地层侧向位移、孔隙水压力和地下水位,按每天1次人工观测。
人工复测范围示意图
(b)冻结施工阶段
2)冻结范围内,按每天2次对地表竖向位移进行人工复测;
3)冻结范围内的地层侧向位移、孔隙水压力和地下水位,按每天1次人工观测。
(c)开挖施工阶段
在开挖面(0-1)B的范围内,按每天2次对地表竖向位移进行人工复测;
3)地层侧向位移、孔隙水压力、地下水位、裂缝等,按表5的频次观测。
(d)解冻施工阶段
2)在管幕范围内的地表竖向位移测点,按每天1次人工监测。
表5 暗挖区施工监测频次表
序编号
管幕施工阶段
冻结-冻帷幕形成
开挖阶段
解冻阶段
(0-1)B
(1-2)B
(2-5)B
>5B
洞内外巡视
1次/2-3d
1次/3-7d
隧道收敛变形
支护衬砌内力
围岩及衬砌间压力
4次/1d
地层侧向位移
临近建筑物位移
临近建筑物倾斜
周围建筑物裂缝
地表裂缝
(3)工作井监控标准和精度要求
表6工作井测点精度与预警控制
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