城市深埋隧洞超大超深竖井支护选型及结构设计.pdf
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1、设计施工水利规划与设计 年第 期:/城市深埋隧洞超大超深竖井支护选型及结构设计闫福根 邹德兵 闵征辉 李子康 钟 坤(长江勘测规划设计研究有限责任公司 湖北 武汉)摘要:针对城市深埋隧洞超深超大竖井支护型式选型、结构尺寸合理拟定、控制竖井变形等设计重难点问题 以深圳 输水隧洞工程 工作井为例 详细阐述了超深超大竖井支护选型、稳定计算和结构设计全过程 个深基坑工程案例表明 对于深度大于 的基坑 支护型式普遍采用地下连续墙 墙体厚度普遍取为 理论计算结果揭示:工作井支护采用 厚的地下连续墙 种工况墙体倾覆稳定系数为 墙内侧水平位移最大值为 稳定和变形满足规范要求 厚地下连续墙支护设计方案可行 调研
2、的大量工程案例及采用的理论计算方法将为其他城市深埋隧洞竖井设计提供可靠的借鉴经验关键词:地下连续墙 城市深埋隧洞 支护选型 结构设计中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:基金项目:长江设计集团自主创新项目()作者简介:闫福根(年)男 高级工程师:引言随着构建国家水网战略实施 城市深埋隧洞工程建设将进入快车道发展阶段 竖井作为城市深埋隧洞主要附属建筑物 正向超大超深的方向发展 出现了越来越多的 甚至以上量级的竖井 相比于传统水利水电工程竖井 其具有地质条件复杂、临近构筑物密集、地下管线众多、地下水位高、变形控制要求高、环保要求高等显著特点 城市深埋隧洞工程竖井深度几十米甚至超百米 远超
3、深基坑工程定义的 如何选择合适的支护型式 合理确定支护结构尺寸 保证支护结构变形可控、受力满足规范要求 极大限度减少工程建设对人类活动的干扰是城市深埋隧洞工程超大超深竖井设计的重难点问题众多学者对竖井的结构变形计算、支护结构分析及施工技术等方面进行了广泛研究 曹程明等考虑土拱效应对深竖井受力的影响 对深竖井倒挂壁支护结构的内力进行计算分析 得到其受力沿深度的分布规律 骆晓锋等针对厦门抽水蓄能电站排风竖井覆盖层井段 构建了基于其前期施工中多点位移监测资料的围岩综合力学参数优化反演模型 对竖井覆盖层段土质围岩的综合力学参数进行了优化反演 赵东平等对竖井井型、竖井衬砌井壁压力、竖井支护结构、施工技术
4、等方面进行了系列阐述 指出对于大面积超深竖井尚需综合考虑结构受力及空间利用问题 其结构型式及支护方法有待进一步研究 宗露丹等以某深 、直径 的超深圆基坑为例 分析了其开挖变形过程及受力性状 验证了由原逆作内衬墙方案优化为顺作环梁方案的可行性 周雄华等通过分析巴陕高速公路米仓山特长隧道通风竖井开挖过程中的围岩应力、衬砌位移和结构内力 验证了支护结构效果及支护参数的合理性 冯艳等通过数值模拟的方式对以某隧洞附属超深大直径竖井采用地下连续墙和灌注桩两种竖井基坑支护结构进行比选研究 结果表明地下连续墙支护结构因具备更好地变形和受力特性 作为推荐方案 目前对于基坑的研究众多 但更多聚焦在特定支护型式的结
5、构计算 对于深基坑尤其是水利工程超深大直径竖井支护结构的选择及合理性分析还有待进一步研究 缺少从支护结构选型到稳定分析计算全过程超大竖井链条式设计的相关研究 对此 本文以深圳 超大超深工作井为例 在分析 个深基坑工程及 个地下连续墙工程的基础上 采用工程类比、数值计算理论计算等方法 详细阐述了 工作井支护结构选型、稳定计算和结构设计全过程 计算结果表明本 年第 期水利规划与设计设计施工文提出的竖井支护方案可行 可为其他超大城市深埋隧洞竖井设计提供借鉴经验 工程概况深圳 输水隧洞工程是珠江三角洲水资源配置工程在深圳境内配套项目之一 工作井地处新玉路与五指耙公园连接线北侧 兼做五指耙水厂分水井 场
6、区地貌单元为低台地 地面高程 地势平缓 地表为人工填土 厚约 其下为残积含砾粘性土 厚约 下部岩层为奥陶纪花岗岩 其中全风化花岗岩厚约 、强风化花岗岩厚约 、弱风化花岗岩厚约 地下水埋深约 为基岩裂隙承压水 赋存于强风化层、岩体破碎带和岩体裂隙中 工作井位置及影像示意如图 所示 支护型式选择深圳 输水隧洞工程 工作井基坑开挖深度为 入微风化花岗岩深度达到 基坑地质剖面简图如图 所示根据 建筑基坑设计技术规范结合以往工程经验 目前常用于深基坑支护类型主要有自动化沉井、钻孔咬合桩、气压沉箱、(新型水泥土搅拌桩墙)、土钉墙、地下连续及墙桩锚支护等支护方式 吴群慧在上海市轨道交通 号线常熟路车站提出模
7、拟连续自控化气压沉箱方案 沉箱承载层为软土地基 工程实践表明自动化沉井一般只适用抗压强度 的软岩本工程微风化花岗岩强度达到 自控化气压沉箱不合适 杨公正提出了无套筒普通混凝土咬合桩施工方法 并在昆明地铁基坑得到广泛应用 张江雄提出软弱地层全套管咬合桩拔锚施工技术 应用于十字门隧洞深基坑 由于套筒咬合桩在中风化岩层及以下地层施工存在成桩困难的缺点 本工程支护结构需深入微风化花岗岩套筒咬合桩不可行 另外 考虑到本工程为特大城市深埋隧洞工程 施工要求高 工期紧张 而气压沉箱支护措施存在施工工期较长的缺陷 因此亦不考虑气压沉箱围护型式 综上分析 上述 种支护型式均不可行 具体原因见表 本文将重点对、土
8、钉墙、地下连续墙及桩锚结构进行比选 国内工程调研笔者通过文献查阅、资料收集等多种方式收集了国内 座深基坑支护型式()工程案例:襄垣某高层住宅基坑开挖深度约 上海某大型工程基坑 开挖深度约 广东中山某城市综合开发项目二层地下室基坑 开挖深度 南昌某地铁基坑 开挖深度 漳州市龙文区某办公楼基图 工作井位置及影像示意图设计施工水利规划与设计 年第 期图 工作井地质剖面简图表 套筒咬合桩等支护型式不可行原因分析表围护型式不可行原因自动化沉井 只适用抗压强度 的软岩 工艺相对较为复杂 在水利工程应用较少套筒咬合桩 施工机具要求较高 施工工艺较复杂 对混凝土配合比要求较高 对中风化岩层及以下的地层施工成桩
9、困难气压沉箱 施工设备较复杂 操作相对复杂 操作员的操作时间受限 由于在工作室内部出土 沉箱出土效率受到一定限制 下沉到位后封底困难 工艺相对复杂 施工工期较长 成本高坑 开挖深度 主要应用于深度不大于 的基坑()土钉墙工程案例:南宁中关村信息谷产业园项目基坑开挖深度 采用土钉墙支护 央视 基坑基坑开挖深度 采用土钉墙 灌注桩 中国国家博物馆改扩建基坑支护工程基坑开挖深度 采用挡土墙 灌注桩 从工程案例来看 土工墙一般适用于深度在 之间的基坑 且需要与桩锚支护组合使用()地下连续墙工程案例:徐中华收集了上海地区截止 年采用地下连续墙工程实例 基坑开挖深度为 随着技术发展 越来越多深基坑采用地下
10、连续墙 比如:上海北横通道基坑开挖深度 武汉阳逻长江公路大桥南锚碇工程开挖深度 清云高速西江特大桥项目基坑开挖深度 江苏润扬(镇江扬州)长江公路大桥的南汊悬索桥北锚碇基坑开挖深度 南水北调穿黄工程南岸和北岸基坑开挖深度分别为 和 滇中引水昆明段龙泉倒虹吸出口接收井基坑深 上海环球金融中心主楼基坑直径、挖深 珠江三角洲水资源配置工程沿线 余座竖井基坑深度 超 座采用了地下连续墙支护型式 从工程案例来看 地下连续应用最为广泛 且最大基坑深度达到近()桩锚支护工程案例:西安市地下综合管廊基坑开挖深度 采用混凝土灌注桩 锚杆 钢支撑进行支护 北京财源国际中心基坑开挖深度约 采用灌注桩 层锚杆支护体系
11、重庆市某医院防治中心项目基坑开挖深度 北京工人体育场复建项目中的地铁接驳区域的基坑开挖深度 采用双排桩 锚杆进行支护桩锚支护普遍应用在深度为 的基坑基坑支护型式与基坑深度分布如图 所示图 基坑支护型式与基坑深度关系(个基坑工程)根据图 可知:主要应用于深度小于 或在 左右的基坑 当基坑深度范围为 时 可选用土钉墙、地下连续墙、桩锚支护等支护型式 当基坑深度范围为 时 可选用地下连续墙和桩锚支护 其中地下连续墙应用的较多 当基坑深度大于 时 基坑主要采用地连墙支护 另外 类比同类水利工程可知 珠江三角洲水资源配置工程沿线 余座工作井中绝大部分采用了地下连续墙 滇中引水昆明段龙泉倒虹吸出口接收井、
12、南水北调穿黄工程南岸和北岸竖井等基坑亦采用地下连续墙支护 工作井位于深圳市区内 竖井基坑安全等级为一级 竖井开挖具有直径大、深度深 对支护结构止水效果要求高等特点 随着地下连续墙技术的发展 其施工工艺已经十分成熟 已有工程实践表明 地下连续墙具有刚 年第 期水利规划与设计设计施工度大、整体性好、止水效果佳以及对周边环境影响小等优点 其普遍应用于井深大于 的一级基坑 综上 笔者认为 工作井基坑支护型式采用地下连续墙是合适的 地下连续墙厚度初拟笔者进一步统计了 座深基坑地下连续墙厚度 详见表 分析了基坑深度与地下连续墙厚度关系 如图 所示从图、表 可知 当基坑深度小于 地连墙厚度以 和 为主 极少
13、数工程采用当基坑深度大于 地下连续墙厚度普遍采用 部分工程采用 极少数工程采用 工作井基坑深度为 远超 参考上述工程经验 地下连续墙厚度初拟为 是合适的表 地下连续墙墙厚与基坑深度统计表单位:序号基坑名称基坑深度墙厚序号基坑名称基坑深度墙厚珠三角水资源配置工程 出发井 上海世博 全地下变电站工程基坑 珠三角水资源配置工程 出发井 上海中心基坑工程 珠三角水资源配置工程 出发井 上海精品酒店基坑 珠三角水资源配置工程 出发井 上海淮海中路某商办楼基坑 珠三角水资源配置工程 出发井 上海香港广场 珠三角水资源配置工程 出发井 上海复兴东路隧道浦东岸工作井 珠三角水资源配置工程 出发井 上海金茂大厦
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