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        廣州盾構(gòu)電力隧道工作井圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工數(shù)值分析

        2013-11-09 11:56:56鄧麗文
        山西建筑 2013年35期
        關(guān)鍵詞:圍護(hù)結(jié)構(gòu)基底土體

        鄧麗文

        (廣州電力工程監(jiān)理有限公司,廣東廣州 510000)

        1 工程簡介

        1.1 工程概況

        廣州市220 kV航云輸變電電力隧道工程位于白云區(qū)白云新城,東臨白云大道,西靠機場路,南接廣園路,北為黃石路。該工程第二標(biāo)段起始于云城西路與云城中二路交叉口的北1號工作井,終止于黃石東路與江景路交叉口的北5號工作井,全長2 536 m。區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工,其中北3號工作井長12 m,寬9.7 m,開挖深度約16 m,由于其周邊管線密布,環(huán)境復(fù)雜,是工程施工重點和難點。

        1.2 工程地質(zhì)及水文條件

        據(jù)相關(guān)區(qū)域地質(zhì)資料及勘探深度范圍所揭露的地層,本標(biāo)段地層自上而下依次為第四系人工堆積層(Qml);第四系沖洪積層(Qal+pl);第四系殘積層(Qel);下伏基巖為二迭系粉砂巖、頁巖、炭質(zhì)灰?guī)r及石炭系灰?guī)r等。本標(biāo)段線路區(qū)間的不良地質(zhì)主要為巖溶。根據(jù)勘探本標(biāo)段共揭露溶洞15個,土洞2個。巖溶基本都為充填溶洞,充填物為軟塑~可塑狀粉質(zhì)粘土。部分鉆孔溶洞呈串珠狀發(fā)育。溶洞頂面埋深 12.50 m ~27.50 m,標(biāo)高 -13.90 m ~1.42 m,洞高0.40 m~21.20 m(串珠狀發(fā)育),均在隧道底板以下。本工程隧道地下水主要有三種基本類型,分別為松散巖類孔隙水、碳酸鹽類裂隙溶洞水和碎屑巖類裂隙水。

        圖1 北3號工作井第一道支撐平面圖

        圖2 北3號工作井支撐橫剖圖

        2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工方案

        2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式

        北段3號工作井基坑采用“地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐”的圍護(hù)結(jié)構(gòu),連續(xù)墻厚度為800 mm,墻深為21.2 m,基坑共設(shè)三道支撐,其中第一道為600×600鋼筋混凝土支撐,第二道為600×800鋼筋混凝土支撐,第三道支撐為φ600(t=12)鋼支撐。其第一道支撐平面圖及剖面圖見圖1,圖2。

        2.2 主要施工方法及工藝

        2.2.1 連續(xù)墻施工工藝

        連續(xù)墻成槽施工時跳幅成槽,導(dǎo)墻采用挖掘機開挖人工配合、分段施工,每段長度約12 m~40 m,鋼筋現(xiàn)場加工綁扎,模板采用大鋼模,混凝土采用商品混凝土分層搗固密實。導(dǎo)墻施工縫與連續(xù)墻的分段接頭錯開至少0.5 m以上。成墻施工工藝流程見圖3。

        圖3 地下連續(xù)墻施工工藝流程圖

        2.2.2 土方開挖及支護(hù)

        基坑土方按“豎向分層、逐層開挖、逐層支護(hù)”的方式進(jìn)行施工。配備1臺PC200反鏟挖掘機和1臺長臂挖機配合開挖,每層開挖到支撐下500 mm后停止開挖,及時澆筑混凝土支撐或架設(shè)鋼管支撐并施加預(yù)加力后再進(jìn)行下一層的開挖,鋼管支撐架設(shè)采用人工配合汽車吊進(jìn)行機械挖至距離基底200 mm~300 mm時,采用人工開挖至基底,并及時施作底板。

        3 數(shù)值分析

        3.1 計算模型說明

        采用MIDAS進(jìn)行二維數(shù)值計算分析,計算范圍頂部取到地面,底部為3倍的基坑深度,橫向取基坑深度的5倍。地層由上向下分別為:素填土、中粗砂、粉質(zhì)粘土。土層及圍護(hù)結(jié)構(gòu)計算參數(shù)如表1所示。整個模型采用實體單元建模,土層采用摩爾—庫侖模型,連續(xù)墻采用彈性體模型,混凝土(鋼)支撐為梁單元,按照施工方案所確定的施工步驟進(jìn)行施工階段模擬,對開挖支護(hù)進(jìn)行模擬。有限元計算模型見圖4。

        表1 土層及圍護(hù)結(jié)構(gòu)計算參數(shù)表

        圖4 有限元計算模型

        3.2 計算結(jié)果分析

        3.2.1 基坑土體變形分析

        圖5 土體豎向位移圖

        圖6 土體水平位移圖

        如圖5,圖6所示,基坑土體豎向累計位移最大值出現(xiàn)在基底,最大值約為9 mm;水平累計位移最大值出現(xiàn)在第二道與第三道支撐之間,距離基底1/3倍~1/2倍的基坑深度范圍內(nèi),水平位移均較大,最大值約為6.5 mm;根據(jù)計算過程分析,基坑土體變形是隨著開挖深度的增加,逐漸加大,挖至基底,變形達(dá)到最大;從累計位移來看,基坑整體變形未超出控制值,處于安全狀態(tài)。

        3.2.2 地下連續(xù)墻變形分析

        如圖7所示,地下連續(xù)墻的最大水平位移為6.36 mm,出現(xiàn)在第三道支撐的位置,施工中需采取措施確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全,可以通過及時架設(shè)支撐、施加適當(dāng)預(yù)加軸力來達(dá)到這一目的。

        圖7 地下連續(xù)墻水平位移圖

        4 信息化施工

        施工過程中,對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及基坑周邊的土體和相鄰的構(gòu)筑物、管線進(jìn)行全面、系統(tǒng)的監(jiān)測,能對基坑工程的安全性和對周圍環(huán)境的影響程度有全面的了解,在出現(xiàn)異常情況時及時反饋,并指導(dǎo)相關(guān)參加單位采取必要的工程應(yīng)急措施,甚至調(diào)整施工工藝或修改設(shè)計參數(shù),以確保工程的順利進(jìn)行。同時將現(xiàn)場測量結(jié)果用于信息化反饋優(yōu)化設(shè)計,使設(shè)計達(dá)到優(yōu)質(zhì)安全、經(jīng)濟合理、施工快捷的目的。

        5 結(jié)語

        通過對廣州市220 kV航云輸變電電力隧道工程工作井圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工方案數(shù)值分析,得出以下結(jié)論:

        1)工作井基坑開挖具有明顯的時空效應(yīng),基坑土體及圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形是隨著開挖深度的增加,逐漸加大,挖至基底,變形達(dá)到最大;豎向及水平最大變形值分別出現(xiàn)在基底、第二道與第三道之間。

        2)數(shù)值計算結(jié)果顯示,基坑及圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體處于安全可控范圍之內(nèi),同時施工中應(yīng)加強對關(guān)鍵部位的監(jiān)控,采取必要的措施確保施工的安全。

        3)信息化施工是優(yōu)化施工的一種重要技術(shù)手段,在工作井基坑支護(hù)施工過程中信息化施工應(yīng)該貫穿整個過程,做到“邊施工、邊監(jiān)測、邊優(yōu)化”。

        [1]韓云喬,陶茂之.南京地區(qū)深基坑開挖變形的探討[J].建筑結(jié)構(gòu),1996(4):20-24.

        [2]李永盛.博物館基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力與變形[J].巖土工程學(xué)報,1996(3):55-61.

        [3]譚躍虎.軟土深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與土相互作用研究[D].南京:工程兵工程學(xué)院博士學(xué)位論文,2008.

        [4]GJB 02-98,廣州地區(qū)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

        [5]JGJ 120-99,建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

        [6]Boiton M.D.Behavior of diaphragm walls in clay prior to collapse[J].Geotechnique,1998,138(2):41-42.

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