南京长江隧道盾构始发工作井信息化施工与分析

323 2020-11-27 13:04:37

一、工程简介

1.工程基本情况

长江南京段上游过江通道连接浦口、梅子洲及河西新城区（建邺区），浦口侧与浦珠路相连，河西侧与应天大街相连，工程采用左汊隧道加右汊桥梁的建设方案。整个通道按照城市快速路标准设计，设计速度80km/h,为双向六车道，车道宽度3.5mx2+3.75m,行车道净高4.5m.左汊隧道全长约3970m,其中盾构段长约2950m.

盾构始发工作井长46.9m、宽25.7m、深23.4m,采用1000mm地下连续墙维护结构型式进行支护并加4层钢筋混凝土支撑和1层钢支撑。

2.工程地质概况

开挖范围地层主要有：2~3层粘土层，4层淤泥质粉质粘土（含4~1层粉土夹层），5层松散粉细砂和6层淤泥质粉质粘土夹粉土。5层松散粉细砂赋存地下水该层与7~1粉细砂、7~2稍密粉土等含水层相连通，7~2层稍密粉土赋存地下水，与下部8层粉细砂等含水层相连通，在地下水作用下易产生流砂、管涌现象；工作井底部位于中密、密实状粉细砂层，粉细砂层中的微承压水对施工影响较大。

场地地下水含水岩组主要为第四系松散岩类孔隙水和碎屑岩类孔隙－裂隙水，第四系松散岩类孔隙潜水主要赋存于长江漫滩区上部地层，渗透系数1.75~19.5x10-7cm/s,场地地下水水位埋深0.40~1.40m,平均0.70m.第四系松散岩类孔隙承压水，含水介质为粉细砂及卵砾石层，据水文地质试验，渗透系数40m/d,卵砾石层渗透系数较大，据区域资料，单井涌水量一般100~1000t/d,与江水存在互补关系。

二、监测方案

1.监测目的

地质情况有在地下水作用下易产生流砂和管涌，工作井底部位于中密、密实状粉细砂层，该层微承压水对施工影响也较大。所以，根据上述情况，随施工作业进度对现场的开挖操作及结构支撑的稳定情况进行精确的监测，是确保施工作业可靠进行与结构安全的重要手段，是工程施工中必不可少的组成部分。施工过程中的监测工作具有如下目的：

基坑开挖及降水时，由于土体的应力条件发生变化，导致基坑周围土体发生位移及相应的地面变形，同时基坑支护体系也受到侧向水土压力的作用而产生内力和变形。为保证基坑施工安全以及对邻近建筑物、道路和地下管线等的保护，实现信息化施工，必须在施工过程中对支护体系的内力和变形、基坑周围土体变形、地下水位变化及长江防洪大堤沉降等进行监测，发现问题可及时制定相应对策，确保施工安全。将现场监测数据用于信息化反馈优化设计，以达到安全、合理、施工快捷的目的。

此外，通过对土体、支护结构等的监测，及时判断和掌握上述工程施工后结构与土体的稳定状态，以及时调整支护设计参数和施工工艺方法。通过将前一阶段的监测数据与设计值对比，分析所采取技术措施的可靠性。发现问题时可以及时制定相应对策，启动应急措施，确保施工安全。施工中重视和加强测量监控工作，使基坑的测量监控工作贯穿整个施工过程，为隧道明挖基坑和工作井的设计和施工服务，确保工程安全而高质量地完成。

（3)钢筋内力（连续墙内力）

沿工作井围护结构四周布设3个监测断面，42个钢筋计。在绑扎钢筋笼之前，将连续墙外侧一根主筋截断，然后用对焊机把钢筋计焊在原部位，代替截去的一部分。在焊接过程中注意对钢筋计降温，尽量使钢筋计的导线引出口朝钢笼内侧，记下钢筋计型号，并将钢筋计编号。注意将导线集结成束引出。下钢筋笼时使焊有钢筋计的主筋与基坑壁垂直，并将引出的导线保护好。使用频率计，根据钢筋计的标定曲线可将测量数据换算出相应的轴力值，根据钢筋的直径可换算出钢筋应力，并可根据截面形状算出所测截面的轴力与弯矩。

（4)支撑轴力

在16道混凝土支撑、8道混凝土联系梁和8道钢管支撑上布置测点，混凝土支撑中的每个测点由4个钢筋计组成，对称安装在混凝土支撑的主要受力钢筋上。钢支撑采用轴力计测试。

（5)土压力

在3个断面上布置土压力监测点，每点7个土压力盒，相临土压力盒间隔5m.采用挂布法设置，即在欲观测槽段的钢筋笼上布置一幅土工织布帷幕，帷幕上土压力盒的安装位置事先缝制一些安装袋，土压力盒安装在帷幕上，随钢筋笼放入槽段内。帷幕使现场浇注混凝土后土压力盒在挡土构件和被挡土体之间。土压力值使用频率接收仪测定。

（6)孔隙水压力

在与土压力测设相同的3个断面上布置孔隙水压力监测点，每点7个孔隙水压力计，相临孔隙水压力计间隔5m.在埋设处用钻机成孔，达到埋设深度后，先在孔内填入少许纯净砂，将孔隙水压力计送入埋设位置。再在周围填入部分纯净砂，然后上部用黏土球封孔至孔口。同一钻孔内埋设多个探头，则要封到下一个探头的埋设深度。每个探头之间的间距应不小于1m,且保证封孔质量，避免水压力贯通。

（7)基坑内外地下水位

沿工作井围护结构四周设置地下水位观测孔3个，基坑内设水位观测孔3个。采用插入式水位计测出管内相对水位高度，通过与孔顶标高相减，得出孔内水位高程。

（8)围护墙顶水平竖向位移和立柱竖向位移

沿围护墙在重点部位设5个水平竖向位移监测点，和其他测试断面相配合，选择5个立柱设点观测沉降，采用精密水准仪和电子全站仪进行监测。

（9)桩体水平位移（测斜）

沿工作井围护结构四周布设5根测斜管。在长江大堤布设3根测斜管，兼作水位孔。首先在预定位置设置直径为70mm的PVC测斜管，管内有互成90°的四个导槽，使其中一对互成180°的导槽与土体变形方向一致（与基坑边垂直）；上下用盖子封好。采用伺服加速度仪施测。

（10)裂缝观测

在工程施工过程中，地表或建筑物等产生裂缝时，采用SW-LW-101型表面裂缝宽度观测仪测量，读数精度0.01mm.

三、监测成果分析

根据水土压力数据分析，主动土压力变化较小。而随着开挖深度的加大，开挖面上部的主动土压力有少量增大，开挖面下部的主动土压力有少量减小。被动土压力远小于规范计算值。结合工程实际，下面主要对周边环境、地下连续墙深层水平位移、地下连续墙支护内力和支撑轴力监测结果进行分析。

1.周边环境监测分析

基坑外大面积降水，地面沉降较大，其中CJ 103沉降接近128mm.地下连续墙沉降较小，沉降最大12mm.水厂距离基坑80m,基坑外大面积降水后，水厂水池沉降速率大于1mm/d.沉降最大53.74mm,如图2所示。随后启动了回灌井，回灌后水厂水池沉降速率逐渐减小。长江大堤离基坑约130m,累计沉降41.11mm,如图3所示。

2.地下连续墙深层水平位移监测分析

图4为地下连续墙深层水平位移图，由图4可知工作井连续墙深层水平位移小，最大侧向位移小于0.1%H.主要原因是基坑外降水，降低了水土压力，加上混凝土支撑刚度大，开挖后变形稳定。

3. 支撑轴力监测分析

工作井混凝土支撑设计值与实测值如表1所示，第四道混凝土支撑轴力时程曲线如图5所示。由表1所示，工作井第四道混凝土支撑轴力为13052kN,支撑轴力较大，接近设计值的70%.根据图5时程曲线推测，如果基坑外侧如果没有降水，第四道混凝土支撑轴力可能接近设计值，施工时应加强对四道支撑的监测。

混凝土支撑钢筋计的安装位置如图6所示，四个钢筋计的受力如表2所示。工作井第四道东侧混凝土联系梁出现裂缝，钢筋拉应力105MPa,当时工作井第四道东侧混凝土支撑的钢筋计受力如下表2,由此分析联系梁受拉可能是由于混凝土支撑有向外的变形引起的。

4.地下连续墙内力监测分析

N1-2工作井连续墙钢筋应力如表3所示，应力时程曲线如图8所示，钢筋应力剖面图如图9所示。由表3及图8和图9可知，工作井地下连续墙内力在安全范围内，测试数据显示地下连续墙钢筋应力较小，其中连续墙钢筋拉应力最大43MPa.这与混凝土支撑刚度大设置及时的施工工况有关。

四、结论

南京长江隧道盾构始发基坑在开挖施工过程中是安全的，基坑支护结构设计是成功的。通过监测数据分析，可以得到以下结论：

1.基坑外侧降水改善支护结构受力情况

由于基坑外侧降水和基坑内侧地基处理，所以地下连续墙变形、支撑轴力和地下连续墙内力等数据较小，基坑支护结构安全度较大，这就为施工过程中，采用主体结构支架代替换撑创造了条件。

2.混凝土支撑轴力与施工工况密切相关

混凝土支撑开始受压，随着开挖深度加大，立柱相对连续墙上升，部分后续段混凝土支撑轴力转为受拉，工作井第四道混凝土支撑轴力较大（13052KN),接近设计值的70%.根据测试结果推测如果基坑外没有降水，第四道混凝土支撑轴力可能接近设计值。

3.连续墙钢筋应力与施工工况密切相关

随着开挖深度加大，连续墙钢筋应力增大，但工作井地下连续墙应力在安全范围内。

4.基坑外大面积降水产生沉降较大

基坑外大面积降水，地面沉降较大，最大沉降接近128.16mm.地下连续墙沉降较小，沉降最大12mm.水厂距离基坑80m,基坑外大面积降水后，水厂水池沉降速率大于1mm/d,回灌后水厂水池沉降速率逐渐减小。

作者：王源谭跃虎段建立曾京（解放军理工大学，工程兵工程学院）

本文仅供学术经验分享之用

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