杭州地铁越江最小埋深和工程措施探讨

( 4) 衬砌上的长期效应荷载较大, 对位于深水底下 的隧道来说水压荷载不能用任何成拱作用来降低。
( 5) 很长的连续口掘进长度导致工期长, 财政投资 高, 必须采用能快速掘进的设备施工。
水底隧道的以上特点决定了它在设计、施工和运营 过程中考虑因素的多样性与复杂性。 2. 1 工程实例
上海已经建成的 3 条水下隧道和日本 1 条盾构法 修建的水下隧道的最小覆盖厚度可以为杭州地铁一号 线水下隧道最小埋深的定提供参考。
以此为据, 杭州地铁穿越京杭运河的最小覆土厚度 需要 3. 72m( 减去河底淤泥厚度) , 现线路最小覆土厚度 为 5. 8m( K15+ 673 断面) , 约 0. 94D, 满足施工需求。 3 浅覆土施工措施
最小覆盖厚度并没有技术上的限制, 也就是说, 不会 因为最小覆盖厚度的问题, 在技术上使水底隧道无法修 建。无非是采用较高的开挖支护技术和投人较高的费
区间隧道主要穿越软土地层 ∀ 、#和 ∃, 其力学性 质较差, 为高压缩性的软弱地层。
( 2) 水文地质: 工程范围内的地下水位一般埋深在 地表下 0. 65~ 1. 48m 左右, 属于潜水型, 补给受大气降 水的影响。根据附近钻孔资料, 地下水对钢筋混凝土无 腐蚀性。
2. 2. 2 最小厚度 从世界各国的工程实例看, 不管是软土还是硬岩, 盾
2. 2. 1 区间隧道的工程概况
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( 1) 工程地质: 工程范围内从上到下地层有: 杂填 土; ! 粉土或淤泥质粉质粘土; ∀ 粉土; #淤泥质粉质粘 土; ∃淤泥质粉质粘土; % 粉质粘土; &粘土; ∋ 粉土和 砾砂; (全风化、强风化和中等风化安山玢岩。
构掘进机施工的水底隧道最小( 除开水底松散沉积物厚 度) 覆盖层厚度一般控制在 1D~ 2D 之间。从同为以淤泥 质软土为主的上海地区的施工实例可以看出, 将盾构江底 覆土厚度控制在 0. 6D 以上时, 可以保证盾构穿越时的安 全和隧道运营时的稳定性。注意要充分考虑江底淤泥的 厚度, 确保在江底淤泥之下至少还有 3m 的原位地层。
当冒顶现象严重时, 不能推进时: ( 1) 将开挖面土压力降低到和( 土压+ 水压) 平衡为止。 ( 2) 为能使盾构向前推进, 检查掘削干沙量, 确认有 无超挖。 ( 3) 掘进一段距离以后, 进行充分的壁后注浆。 ( 4) 将开挖面土压力返回到正常状态, 进行正常掘进。 当发现江水由盾尾处流入隧道时, 应首先分析当前 情况, 组织力量进行抢险。抢险过程中, 可在漏水部位 相应压注聚胺脂, 同时, 安排好排水工作, 保证进入盾构 的江水顺利排出隧道。 3. 2. 3 防止河底土层沉降( 防塌) ( 1) 按设计值设定土压力: 推进过程中应按设计值 设定土压力, 并根据推进时刻的水位变化情况对其进行 相应调整。由于设备原因使土压力低于设计值时, 应停 止正常掘进, 待土压力恢复至设计值后, 方能继续进行 正常掘进。 ( 2) 注浆量控制: 当发现江底沉降量大于 5cm 时应 适当增加同步注浆量, 必要时进行衬砌壁后补压浆。 3. 2. 4 防止隧道上浮( 防浮) 措施 ( 1) 提高同步注浆质量, 要求浆液有较短的初凝时 间, 使其遇泥水后不产生裂化, 并要求浆液具有一定的流 动性, 使通过同步注浆后的浆液能均匀地布满隧道一周。 ( 2) 提高注浆与盾构推进的同步性, 使浆液能及时 充填建筑空隙。 ( 3) 做好隧道补压浆准备, 当发现隧道上浮量较大, 且波及范围较远时应立即采取对已建隧道进行补压浆
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部位一般为后 5~ 10 环, 并适当调低土压力, 但土压力 调整量不得大于 0. 5kg/ cm2。当实施以上措施后漏浆 情况仍得不到有效控制时, 可在后 6~ 8 环处压注聚胺 脂, 进行堵漏。 3. 2. 2 防止河底冒顶措施
( 1) 控制土压力波动范围: 严格控制土压力波动范 围。在推进过程中, 要求中央控制室有关操作人员将土 压力波动值控制在- 0. 2~ + 0. 2kg/ cm2 之间, 保证正 面稳定。在盾构穿越浅覆土区域时, 要求手动控制切口 水压, 人工调整施工参数, 精心施工, 强化管理。
表 1 工程实例覆盖厚度和半径比统计
名称
最小覆盖 层厚度( m)
上海延安东路南线越江隧道 上海延安东路北线越江隧道
上海外滩观光隧道工程 日本东京湾公路 隧道
7 5. 8 5. 67 11
隧道 直径( m)
11. 22 11. 3 7. 48 14. 14
埋深和 直径比
0. 64 0. 51 0. 76 0. 79
( 2) 控制同步注浆压力: 根据土力学理论, 要保证盾构 上方土体稳定, 则盾构顶部垂直压力 Pv 需大于土压力 Ps 和压浆引起的泥水压力 )Pg 之和。由此可见注浆压力的 大小也对防止江底冒浆起着重要作用, 因此必需控制同步 注浆压力, 并在注浆管路中安装安全阀, 以免注浆压力过 高而顶破覆土。当发现江底轻微的冒顶时, 在不降低开挖 面土压力下能进行推进, 则向前推进, 应适当加快推进速 度, 提高拼装效率, 使盾构尽早穿过冒顶区。
( 1) 在最小覆土处, 提前 2 个月用水面抛土的办法, 抛填粘土 2. 0m, 增加覆土厚度, 达到 7. 8m, 0. 62D。
( 2) 在盾构正面加设测定土压探头, 随时掌握正面 土压的变化情况。
( 3) 在施工过程中, 同时进行江底土表高程的测量, 及时了解江底因施工引起的隆起或沉降情况, 从而调节 施工方法。
措施, 以割断泥水继续流失路径。补压浆要求均匀, 压 浆后浆液成环状。一般补压浆可采用双液浆与聚胺脂 相结合的注浆方法, 注浆范围 5~ 10 环。
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杭州地铁越江最小埋深和工程措施探讨
李连习1, 林 志2
( 1. 重庆交通大学, 重庆 400074; 2. 重庆公路科研设计研究所, 重庆 400074)
摘 要: 以杭州地工程实例, 确定了杭州地铁在穿越运河时候的最小埋深。在最小埋深下对杭州地铁 穿越京杭大运河段施工提出铁一号线武林广场 文化广场区间 4 条隧道穿越京杭大运河工程为背 景, 通过参考已有的防漏、防冒、防沉、防堵、防浮和防磕技术要求, 通过地对同步注浆、土压力变化和 盾构推进的合理控制, 确保盾构安全通过浅覆土区域。 关键词: 最小覆土厚度; 冒顶涌水; 同步注浆; 土压力稳定 中图分类号: U455 46 文献标识码: B 文章编号: 1004 5716( 2007) 09 0161 03
( 2) 上海延安东路北线越江隧道: 该隧道采用超大 型网格挤压盾构过江, 穿越的土层是淤泥质粉质粘土, 隧道顶部覆土厚度最小处为 5. 8m。现有覆土仅相当于 5. 8/ 11. 3= 0. 51 倍直径。
( 3) 上海外滩观光隧道工程: 采用土压平衡式铰接 盾构掘进施工, 江底最浅覆土仅为 5. 67m, 为隧道外径 的 5. 67/ 7. 48= 0. 76 倍。
在盾构穿越江中段浅覆土施工中, 利用超声波对江
中段进行高精度的水深测量, 监测盾构施工时江底土层 的沉降情况, 以便及 时掌握盾构推进施工对河床的 影 响。同时提出了防漏、防冒、防塌、防堵、防浮、防磕等防 范措施。经过一段时间的精心施工, 盾构顺利地穿越了 江中段浅覆土区。
上海延安东路北线越江隧道在黄浦江中推进时, 在 施工过程中采用的主要措施有:
用。采用盾构法修建水下隧道时, 根据可能出现的不同 的工程风险调整施工方案, 避免工程可能出现的险情。 3. 1 工程实例施工措施
上海延安东路南线越江隧道盾构推进过程中, 如切 口水压或同步注浆压力控制不当, 将导致江底冒浆或盾 尾漏浆, 从而引起江水由盾尾窜入隧道, 造成隧道被淹 等严重后果。为了保证盾构安全穿越江中浅覆土区, 在 348~ 388 环近 40 环的掘进过程中将进行浅滩沉降监 测施工, 再次调整各类施工参数。
水下隧道同陆地隧道相比, 在设计和施工时有许多 不同之处:
( 1) 地质勘测更困难、造价更高、且准确性低, 探测 结果具有更大的不确定性, 遇 到未预测到的地质情况 ( 如断层或扰动区) 的风险更大。
( 2) 水下隧道较高的孔隙水压力会降低隧道围岩的 有效应力, 成拱作用较低, 稳定性较差。
( 3) 水下隧道具有较大的渗水压力, 可能导致在高 渗透性、扰动区或与开阔水面有渠道相连的地层中, 有 大量水渗入。
( 1) 上海延安东路南线越江隧道: 上海延安东路隧 道复线位于已建成的延安东路隧道南侧约 60~ 100m, 其中圆隧道部分自浦东 3 号井经 2 号井后, 穿越黄浦江 直至浦西 1 号井, 全长约 1300m ( 江中段约 500m ) 。圆 形隧道采用 11220mm 泥水平衡式盾构掘进施工, 隧 道内径 9. 9m, 外径 11m。江底最小覆土厚度为 7m, 约 0. 64D, 这在隧道施工史上是极为罕见的。
( 4) 日本东京湾公路隧道: 日本东京湾横断公路隧 道是目前世界上最长的海底公路隧道, 长 9. 5km, 由 2 条外径 13. 9m 的单向公路隧道组成, 最大埋深 50m, 采 用 8 台直径 14. 14m 的泥水平衡盾构掘进机施工。隧 道位于海底平坦地层中, 最小覆土厚度 11m, 平均覆盖 厚度 15m 左右, 约 1D( D 表示盾构机直径) 左右。隧道 区段主要是软弱的冲积、洪积粘性土层( N 值仅有 0~ 12) 。 2. 2 最小厚度的确定
1 概述 杭州地铁一号线的武林广场 文化广场区间需要
穿越京杭大运河, 为了降低工程风险, 将采用比较成熟 的盾构法施工。在水底隧道区段的设计中, 当路线方案 选定以后, 合理确 定隧道的覆盖厚度十分 重要。一方 面, 如果覆盖厚度太薄, 水底隧道工作面就面临严重的 失稳问题和涌水的危险。即使不发生, 也会使辅助工法 的投入加大; 另一方面, 覆盖厚度太大, 不仅使得作用于 衬砌结构上水压力增大, 而且 也决定了海底隧道的长 度。因此, 盾构法修建水底隧道时覆盖层厚度是决定隧 道造价及施工安全的关键因素。在满足各种 使用、施 工、河床、地质等条件下, 应尽量减小隧道的埋置深度。 在最小埋深确定以后, 通过对盾构的合理操纵, 针对不 同工程风险提出不同的施工措施, 以保证在最小埋深 下, 盾构安全通过运河。 2 最小覆盖厚度研究