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地铁盾构隧道近距离下穿危大拱桥安全评估及施工应对措施*

近年来,城市轨道交通工程邻接既有地下结构物进行邻接施工的工程大量涌现。在这种情况下,施工中对既有结构物的影响以及自身近距离施工时的相互影响问题成为施工中需要解决的关键问题。在日本,已经将近距离地下结构施工定义为“邻接施工影响问题”[2],并且给予高度重视。在我国,随着近年来城市轨道交通事业的飞速发展,已经先后在北京、上海、广州以及南京等地的轨道交通工程建设中遇到了类似的问题[3],给设计和施工带来了极大难题[8]。因此,对城市轨道交通工程近邻地下建构筑物施工的安全风险进行分析和评价,提出相应的应对技术措施,用以指导工程实践显得尤为重要[5,9]

1 案例工程分析

本文以合肥轨道交通3号线14标工程施工为案例,针对城市轨道交通盾构隧道近距离下穿危大拱桥施工的安全风险进行分析和评估。工程标段共包含两站两区间:新海大道站(明挖)、经三路站(明挖)、新海大道站—经三路站区间、经三路站—北二环站区间。两区间各设置联络通道及泵房1座,采用矿山法施工。

1.1 工程风险源分析

如图1所示,经三路站—北二环站区间(以下简称“北经区间”)始于经三路站西端头井,沿包公大道自东向西敷设,下穿二十埠河及二十埠河桥,至北二环站东端头井。该区间沿线多为居民住宅楼及商铺,距离区间隧道大于12 m。参照GB 50652—2011《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》,3号线下穿二十埠河桥的风险等级为一级,下穿二十埠河的风险等级为二级[10]

二十埠河旧桥主桥为单孔、跨度20 m双曲拱桥,台身为浆砌块石,主拱厚650 mm,腹拱厚350 mm,桥面全宽为45 m,净宽度22 m,双向六车道,水泥混凝土路面。

1)生活垃圾老龄填埋场或老龄填埋区渗沥液存在COD低,氨氮高,碳氮比不满足硝化反硝化生物脱氮的需求,若采用生物脱氮,需投加碳源,带来运行成本的额外增加,甚至会出现投加碳源后导致生物处理装置运行负荷超出设计最大值的现象。

图1 合肥轨道交通3号线经三路站—北二环站

区间现状示意图

二十埠河新桥,两侧板桥为2010年旧桥加固改造时新建,上部结构采用预应力混凝土简支空心板,下部结构采用桩柱墩、桩式台,桩径分别为1.3 m和1.5 m,桩长分别为18 m和27 m。3号线左线隧道侧穿北侧板桥,左线隧道距新建板桥最近距离约为3.56 m;右线隧道距南侧板桥桩基较远,在沉降槽范围之外。

北经区间隧道与二十埠河桥位置关系如图2~4所示。

首先,在影视作品选择上,授课教师要注意选择经典并且适宜的影视作品,情节内容积极健康地反映一国之文化或者探讨不同文化间的差异,最好能与所涉及授课内容相关。教师们可以参考上文所提及的经典影片,也可以平时积累合适的美剧和英剧作品作为授课素材,比如在英语学习者中口碑较好的美剧《生活大爆炸》、《摩登家庭》、《老友记》等,英剧《唐顿庄园》等。

图2 北经区间隧道与二十埠河桥相互关系平面图

1.2 区间工程地质条件分析

结合区域地质资料,根据沿线勘察揭露的地层沉积年代、成因类型、岩性特征,将本勘察单元范围内的岩土层划分为3个单元层和若干个亚层,各岩土层工程特征分述如下:

尺寸单位:mm

图3 北经区间隧道与二十埠河桥相互关系纵剖面图

尺寸单位:mm

图4 北经区间隧道与二十埠河桥相互关系横剖面图

1) 人工填土层(Q4ml)。1层为杂填土,以建筑垃圾为主,其表层为混凝土或沥青路面。2层为素填土,以粉质黏土为主,夹少量灰渣土等。人工填土层连续分布,层底标高为13.1~19.5 m。

2) 第四系上更新统冲积层(Q3al)。1层为黏土,夹高岭土团块和少量铁锰结核。该层连续分布,层底标高为11.3~14.7 m。2层为黏土,夹高岭土团块和少量铁锰结核,具弱膨胀性。该层连续分布,层底标高-3.9~-1.3 m。

3) 侏罗系上统周公山组(J3Z)。1层为砂岩,全风化,岩芯呈砂土状,局部具有弱—中膨胀性,压缩性低,遇水崩解。层底标高-15.1~-11.9 m。2层为砂岩,强风化,岩芯呈碎块状,泥钙质胶结,遇水软化崩解。层底标高-18.0~-15.7 m。3层为砂岩,中等风化,泥钙质胶结,中厚层构造,局部夹泥岩薄层,岩体较完整,属软岩,浸水易软化,受暴晒易开裂。

扭曲相对来说比较容易,相应的挠率就较大。将舰船甲板形变量与甲板设计参数进行比对,超出设计范围即为潜在危险处,找到危险处对应的时刻,对其相应的位置进行修复。

虽然我们目前还没有这样一张关于天空的天体图,但是,多亏最近发表在《神经元》(Neuron)杂志上的一项重大研究,现在我们拥有了这样一张关于大脑的详细地图。

1.3 区间水文条件分析

1) 地表水分布情况。勘察段内主要河流为二十埠河,又名龙塘河。河道断面为U形断面。河流上游16.6~16.7 m以下为浆砌石护砌,以上为生态护坡;两岸沿河道路高程约为20.7~21.6 m。河流下游16.3~16.5 m高程下建有2.0 m的直立式挡墙,直立式挡墙上至堤顶临水坡为自然生态草皮护坡,两岸沿河道路高程约为19.80~20.20 m。河流常水深约为0.5~1.0 m。

2) 地下水分布概况。拟建工程区内陆下水主要为上层滞水及基岩裂隙水。地下水主要赋存于人工填土中,以上层滞水为主,水量微弱。水位受季节及气候条件等影响,潜水位年动态变幅一般在3~5 m左右。基岩裂隙水主要赋存于岩石强、中风化带中,埋深一般在24~32 m;岩体的节理、裂隙发育地带,地下水相对富集,透水性也相对较好。

3) 地下水动态变化规律。通常在每年5—8月降水充沛的丰水期,一般是地表水补给地下水。相反,在降水稀少的枯水期,地下水补给地表水。

4) 水的腐蚀性。根据GB 50021—2001《岩土工程勘察规范》[13](2009年版),本工程区环境类型属I类。拟建工程区环境水对混凝土结构中的钢筋腐蚀等级以及对混凝土结构腐蚀等级描述详见表1。

2018年,中关村管委会与中科院科发局、中科院北京分院联合发布《关于促进中科院科技成果在京转移转化的若干措施》,针对当前制约成果转化的难点、痛点,从6个方面采取10项举措,促进中科院科技成果在京转化。聚焦中关村重点布局的产业领域,每年挖掘和筛选一批院属单位的颠覆性创新项目,中科院北京分院在各类创新创业大赛中的获奖项目优先在中关村转化。

表1 工程区环境水对混凝土结构及其中钢筋腐蚀等级

里程范围环境水类型对混凝土结构中钢筋腐蚀等级对混凝土结构腐蚀等级按环境类型(Ⅰ环境)按地层渗透性(弱透水层)地下水微微微下穿段地表水微微微

5) 水的渗透性。拟建地下工程主要位于黏土层中,本次勘察对场地上部黏性土采取原状样进行室内渗透试验,结合GB 50307—2012《城市轨道交通岩土工程勘察规范》[11]条文说明10.3.6的表7及《简明岩土工程勘察设计手册》[12](上册)表1.3-23,综合确定水文参数。场地内素填土层具有弱—中透水性,差异性大,黏土层具有微透水性,其他各土层均具有弱透水性。

1.4 工程所在区域气象条件分析

根据合肥市气象局资料,合肥市多年平均气温为15.7 ℃,最高气温为30~38 ℃,极端最高气温为41.0 ℃(1959年8月23日);最低气温为-5~-10 ℃,极端最低气温为-20.6 ℃(1955年1月6日)。全年盛行风向以东北偏东南为主,年日照时数2 000~2 300 h,年均日照时数2 163.3 h,平均无霜期为227 d。

本区域雨量较充沛,多年平均降水量为988.4 mm,雨水夏季最多,春秋次之,冬季最少。7月份降水最多,平均降水量为173.9 mm;12月份降水最少,平均降水量为28.2 mm。年平均降水日数为120.5 d,日平均降水量为14 mm(1974年),最大日降水值为206.1 mm(1984年6月13日)。1月份降水强度最小,日平均降水量为4.1 mm,年平均蒸发量为1 760 mm,6—8月蒸发最强,12—2月蒸发最弱。年均相对湿度为76.0%~79.5%。最大冻土深为11 cm,最大积雪深度为36 cm。

准备工作就绪后,我们利用班会课给大家公布了“先锋车站”的行事原则,也任命了小刘的职务,最后,由小刘宣布“车站”正式成立。先锋车站的故事就这样拉开了帷幕。

(2)The committee said it is continuing to study the data,but noted that“erroneous data on the pilots’speed indicators may have been a factor that triggered the special flight situation.”

2 风险评估与应对措施分析

2.1 盾构参数控制

1) 出土量控制。出土量的大小是判断盾构是否出现超挖或欠挖的最直观依据。施工中,应严格控制每环出土量偏差不超过理论值的5%,且不允许出现欠挖。盾构推进过程中,应根据盾构推进速度,对各项参数做出及时调整:一是通过控制螺旋机的转速来控制土仓土压力;二是保持盾构姿态良好;三是合理使用泥浆泡沫等土体改良剂,确保施工过程中出土体积与挖掘体积保持同步。

2) 其余参数控制。盾构顺利通过二十埠河桥的关键在于控制盾构掘进参数和注浆参数,以减少对地层扰动和地层损失。具体措施为:穿越前应对盾构机进行检修,确保在下穿时持续工作不停机,一次性通过;控制盾构姿态,穿越该段前,应对测量控制点进行复合修正,确保顺利通过桩基,盾构水平蛇行小于10 mm/环,上下控制在5 mm/环;对下穿二十埠河桥前的盾构各项参数进行统计分析,总结出各项参数的控制数值,详见表2。

一般地,零件配套生产问题可以描述为某企业生产一种产品,它需要m种零件按某种数量比例(c1∶c2∶…∶cm)配套组装而成,可以加工这些零件的设备有n种,每种设备又有pk(k=1,2,…,n)台,第i种设备生产第j种零件的日生产能力为qij(件/台·日),试制定使该产品产量最大的生产方案.

表2 盾构掘进参数控制数值

掘进速度/(mm/min)推力/kN扭矩/(kNm)刀盘转速/(r/min)土仓压力/kPa24~369 000~1 20002 500~3 3000.9~1.280~110

2.2 注浆控制

1) 壁后注浆。由于盾构穿越段上方为二十埠河和二十埠河桥,且为线路下坡段,做好壁后注浆对于做好洞内防水以及保障施工安全尤为重要。为了保证注浆质量,施工的壁后注浆需进一步采取同步注浆、二次注浆以及多次跟踪注浆。

2) 同步注浆。当管片在盾尾处安装完成后,管片与土层之间形成14~20 cm的建筑间隙,为减少对桥体结构的损害,需及时采用浆液材料填充此环形间隙。

3) 二次补充注浆。穿越河桥时,为防止因管片上浮造成管片错台、破损,在管片脱出盾尾2~3环后进行二次注浆。

2.3 沙袋围堰成岛

1) 围堰布置。盾构穿越二十埠河前,在两侧桥台处布置沙袋围堰成岛,按照设计要求在围堰内打入袖阀管。

2) 围堰高度计算。本次沙袋入淤泥厚度按照0.5 m计算。二十埠河常水位为0.5~1.0 m,本次施工时间为7—9月,正值河流丰水期,水位按照1 m计算。围堰设计为高出最高防水位0.5 m,则围堰总高度等于入淤泥深度、水流高度和预防高度的总和即2 m。

3) 围堰受力计算

(1) 水流冲击力计算。二十埠河整体流速较缓慢,4月份流速约为4 m/min。围堰完成后,河流宽度由20.9 m变为5.9 m,根据河流流速V的一般公式计算得到河流流速为0.24 m/s。考虑到施工期间为雨季,降水量较大,流速按照0.3 m/s计算。河流对单位长度的围堰产生的冲击力F=ρSV2。其中:S为围堰横截面面积;V为河流流速;ρ为河水密度,取值为1 000 kg/m3。即得冲击力F为90 N。

扦插是目前最多采用的针叶树种营养繁殖方式,其材料来源是品质优良的亲本植物根茎,嫩枝等部位在使用激素处理后,插入培养基,在光照、湿度、温度等适宜的外界条件下,生出新的幼苗。根据扦插材料的来源,可以将扦插分为硬枝扦插、嫩枝扦插、叶扦插、根扦插和分蘖扦插等。窦全虎等[2]发现在遗传限度范围内,根的再生能力在相当程度上取决于生根基质(如砂、土壤等)。硬枝插条的效果最好,因为其具有较高含量的植物生长素、碳水化合物和形态学上的根原始细胞,生长速度要比嫩枝插条高2~5倍。

(2) 抗倾覆计算。河水对围堰的侧压力垂直于围堰,河水压力F1=ρghS。其中:重力加速度g取值为10 m/s2;水位高度h取值为0~1 m。计算得单位长度(1 m)的围堰受力为5 000 N。

根据围堰相关参数计算得到单位长度围堰体积V为2.66 m3,围堰所用沙子密度ρ取值为1 350 kg/m3。则单位长度围堰重力G=ρVg=35 910 N。

图5所示,围堰对A点取矩,倾覆力矩M1为水流冲击力和水压力产生的逆时针力矩,抗倾覆力矩M2为沙袋重力对A点产生的顺时针力矩,此处水流压力忽略不计。则:M1=F1L1=5 900 N·m(其中,L1为载荷作用B点到倾覆A点间的垂直距离,取值为1.18 m);M2=GL2=26 932 N·m(其中,L2为沙袋重心O点到倾覆A点的垂直距离,取值为0.75 m)。M2>M1,故围堰不会发生倾覆。

尺寸单位:m

图5 围堰受力图

4) 抗滑移计算。由前文计算可得知,水对围堰产生的推力为F2=5 000 N,此处沙袋相对于河底的摩擦系数取值为0.35,则围堰可产生的最大摩擦力f为12 568.5 N。f>F2,故围堰不会发生滑移。

5) 围堰防水。由于围堰较长时间处于河水中,为保证其防水性,将围堰与水接触的地方用防水油布覆盖。

2.4 袖阀管布置

1) 袖阀管预埋位置。在盾构穿越二十埠河前,应对地表进行跟踪监测,针对可能出现的基础掏空、地基土质不良等情况,采用袖阀管斜向下对桥台处地基进行主动注浆加固处理。

2) 袖阀管端头防水。盾构下穿二十埠河桥时,需要使用袖阀管进行跟踪注浆,施工中必须做好袖阀管端头防水工作。

2.5 防止滞后沉降的施工应急措施

盾构掘进过程控制是防止滞后沉降的关键环节。结合盾构施工工艺分析可知,出土量大、发生喷涌、注浆量不足和土仓内空仓程度较高是可能造成地层损失(或地面坍塌)的4个因素,针对这4个因素的总的措施是:预防为主,应急为辅,积极补救,加强地面监测。对应的技术措施如下:

1) 出土量大,即每阶段螺旋输送机出土量大于对应的推进距离。预防措施为:严格出土量管理,每掘进288 mm进行一次复核,即复核是否约占满每节渣斗的两格(渣斗车一个编组为5斗,每斗分3格,每斗容量为12 m3);每环(1.5 m管片)出土量控制在51~56 m3,记录好每环出土总量是否超限;特殊情况下应加大检查核对频率。应急措施为:立即关闭螺旋输送机,停止出土,分析原因后,采取停止出土或减少出土推进。

2) 发生喷涌,即螺旋机后端土水压力很高,高压水带砂涌出。预防措施为:对于可能发生涌水地段,在土仓下部采用气压疏水。应急措施为:立即关闭螺旋输送机,停止出土,分析原因后首先采取气压疏水;对于水压过大(螺旋机后端)或气压疏水效果差等情况,可在土仓下部进行聚合物有效改良。

3) 注浆量不足,即同步注浆量小于推进速度,无法有效填充推进后产生空隙。预防措施为:同步注浆量保持在6 m3以上,并同时保证注浆压力在0.2~0.4 MPa。应急措施为:立即停止掘进,在保证压力达到规定值的前提下加大同步注浆量;及时对脱出盾尾的管片进行二次注浆填充。

4) 土仓内空仓程度较高。预防措施为:在注重出土量管理的同时,结合土压力的升降情况及地下水位,判断土体满仓;在停止刀盘旋转时,及时对土仓上部排气,观察排出物体、土压力的升降情况。应急措施为:立即停止出土,继续掘进,直到判断出满仓为止。

政府还面临环保人士越来越大的压力,他们要求政府禁止使用更多种类的农药。但这种要求也是有争议的,农民会抱怨绿色替代品并不总是可行。例如,法国在2016年禁用了一种名为乐果的杀虫剂后,樱桃种植者没有有效方法来对付果蝇入侵,在巴黎的全国农民联盟副秘书长埃里克·瑟罗因(Eric Thirouin)说道。同时他还指出,这种杀虫剂在西班牙和意大利仍是合法的,导致法国樱桃种植者在竞争中处于不利地位。

3 施工建议

1) 在盾构穿越二十埠河桥前,与相关部门协商对二十埠河旧桥(拱桥)进行封闭。盾尾完全通过并经检测评估单位评估通过后,恢复正常通行。

2) 在盾构穿越二十埠河桥前,在桥台处设置沙袋进行围堰成岛,在围堰区对桥台基础及地基进行超前探测,针对可能出现的基础掏空、地基土质不良等情况,采用袖阀管斜向下对桥台处地基进行注浆加固处理。盾构通过前,预埋注浆管,盾构通过时及时跟踪注浆。

3) 上游筑坝,进行柔性管材引流,河床清淤、硬化。

4) 把穿越二十埠河桥前的100 m作为工程试验段。在试验段推进时,选取最优盾构控制参数;盾构推进时,确保盾构在下穿过程中匀速通过、不停机;严格控制切口平衡压力,以减少盾构推进变化对土体的扰动。

5) 及时同步注浆、二次注浆,保证注浆效果;针对可能出现的较大沉降及时进行径向注浆。

6) 在穿越范围内采用配筋加强型管片、增设注浆孔衬砌的管片等措施。

这些蛋白不断进步的同时,显微镜技术的发展也使人们得到更清楚的图像,科学家希望以此解决神经科学最大的谜团:脑中的细胞是如何共同运作将电信号转换为思想、行动和情感的。研究者仍然希望可以捕捉到全范围的脑活动,并试着设计出新方法来观察脑组织内快而深的神经冲动。如果这些技术难题被攻克,纽约市哥伦比亚大学研究神经环路功能的拉斐尔·尤斯特(Rafael Yuste)指出:“这将是革命性的。”

7) 施工过程中加强监控量测。

8) 施工前对废弃管线采用水泥砂浆进行填充。

谈判虽然没有结果,不过在回来的路上,阿花说我不会放弃,我一定要拿下中汕厂的订单。我说江锋这人不错哈,咱们可以争取。阿花自信地说,这就是我们的希望所在。从明天开始,我来中汕厂软磨硬泡,你去凤岗和长安拉订单,我就不信他林强信能把抛光市场垄断了。

4 结语

针对合肥市轨道交通3号线下穿一危大拱桥工程,着重分析了该工程的风险源,并结合工程的地质条件、水文条件以及气象条件评估风险;对于不同的施工步骤提出了一系列应对措施,并进行了详细说明;提出了对于该类型工程施工的建议。文中所述的工程案例是在地铁施工中普遍存在的,因此所述的施工建议对于类似的工程有普遍的适用性。

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[13] 中华人民共和国住房和城乡建设部.岩土工程勘察规范:GB 50021—2001[S].北京:中国建筑工业出版社,2001.

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