氣壓沉箱環(huán)境工程

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【摘要】現(xiàn)代氣壓沉箱施工多應(yīng)用于大城市繁華地段,為把其對周邊環(huán)境的影響降到最小,試點(diǎn)工程對氣壓沉箱施工進(jìn)行了環(huán)境監(jiān)測方案,并對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行了分析。監(jiān)測結(jié)果表明:現(xiàn)代氣壓沉箱施工對周邊環(huán)境的影響較小,周邊土體、鄰近建筑物以及地管線的變位能夠控制在允許范圍之內(nèi)。

【關(guān)鍵詞】地鐵隧道風(fēng)井氣壓沉箱地下水監(jiān)測地表沉降

0前言

隨著我國城市化進(jìn)程的加速,大量的城市地下建筑物在沿海軟土地區(qū)興建,城市地下空間的開發(fā)和利用將越來越成為城市發(fā)展的趨勢;同時(shí)高層建筑、地鐵、港口、橋涵、重型地下構(gòu)筑物的建設(shè)對地下建構(gòu)筑物和基礎(chǔ)埋置深度要求也越來越高,地下空間開發(fā)利用隨之也進(jìn)入了向大深度發(fā)展的態(tài)勢[1-4]。

在城市中心建筑物密集區(qū)開挖建設(shè)大深度地下空間,往往面臨施工場地狹小、周圍重要設(shè)施眾多的情況;同時(shí),地下施工在開挖時(shí)往往會引起地下水位的降低,進(jìn)而導(dǎo)致周圍地基的沉陷,嚴(yán)重時(shí)可能會引起周圍地基的塌陷,給鄰近建(構(gòu))筑物和地下市政設(shè)施帶來嚴(yán)重的影響;另外,市區(qū)地鐵隧道、地下高速道路、共同溝以及豎井風(fēng)井系統(tǒng)工程的施工往往受到各方面的限制。相比之下,氣壓沉箱工法在許多情況下能適應(yīng)上述方面的特殊需求,因而在工程應(yīng)用中具有不可替代的競爭力及廣泛的應(yīng)用前景[5]。

本文結(jié)合上海市軌道交通7號線12A標(biāo)段浦江南浦站～浦江耀華站區(qū)間中間風(fēng)井氣壓沉箱工程進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測分析,重點(diǎn)研究了氣壓沉箱施工對周邊環(huán)境的影響,以期為今后大型地下工程的設(shè)計(jì)和施工提供一定的參考。

1施工及監(jiān)測方案

1.1施工方案

該工程根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用了六次制作、四次下沉的施工工藝進(jìn)行沉箱施工。施工中采用了在沉箱外圍設(shè)置支撐及壓沉系統(tǒng)。根據(jù)沉箱不同下沉階段通過在外圍采取支撐形式或壓沉形式來控制沉箱下沉速率及下沉姿態(tài)。在施工過程中,嚴(yán)格氣壓控制,同時(shí)針對沉箱下沉不同階段還采取了泥漿減阻,灌水壓重等手段進(jìn)行施工過程控制。主要施工工況如表1所示。

1.2監(jiān)測方案

在施工期間對沉箱周圍土體的水平與垂直、地下水位、孔隙水壓力等進(jìn)行了測量,并對相鄰的煤氣管、建筑物進(jìn)行了沉降監(jiān)測。施工場地及監(jiān)測點(diǎn)平面布置如圖1所示。

2監(jiān)測結(jié)果分析

2.1土體側(cè)移

在沉箱周圍共布置8個(gè)土體側(cè)移測孔,北側(cè)3孔(T5、T6和T7),西側(cè)4孔(T1～T4),東南側(cè)1孔(T8)。8個(gè)測孔在不同工況下的變形曲線如圖2所示。

總體而言,開始3個(gè)工況下所有測孔土體的側(cè)移均較小,量值一般在±5mm以內(nèi);各測孔均在工況4下側(cè)向位移最大。所有8個(gè)測孔中,T1測孔土體的水平位移最大,工況4下的位移達(dá)到-27.24mm。從圖中可以看出,測孔距沉箱越遠(yuǎn),土體側(cè)移相對越小。

2.2地表沉降

不同施工工況下各斷面地表沉降如圖3所示。從4個(gè)斷面的地表沉降曲線可以看出,各個(gè)斷面的最大地表沉降點(diǎn)均在最靠近沉箱的測點(diǎn),隨著距沉箱邊距離的增加,各測點(diǎn)的地表沉降逐漸減小。最大沉降點(diǎn)位于4號斷面的D4-2測點(diǎn),其最大沉降達(dá)-28mm。

2.3土體分層沉降

在沉箱兩側(cè)共布置6個(gè)土體分層沉降測孔,各測孔土體分層沉降如圖4所示。不同深度處各測孔的沉降規(guī)律基本一致,沉降量同時(shí)增加或減小。圖3和圖4監(jiān)測結(jié)果均表明沉箱施工周圍土體沉降的影響很小。

2.5管線沉降

鄰近管線各測點(diǎn)在沉箱施工期間的沉降曲線如圖6所示。就沉降曲線的整體形狀而言,沉箱施工對各管線變形的影響并不大,且各管線測點(diǎn)的垂直變形并無明顯的變化規(guī)律。管線各測點(diǎn)中最大沉降點(diǎn)為M3測點(diǎn),其最大沉降為-5.4mm,發(fā)生在工況4;各測點(diǎn)中最大上抬位置在M5測點(diǎn),其最大上抬位移為4.0mm,發(fā)生在工況3。

2.6地下水位

沉箱周圍水位測點(diǎn)水位的相對變化如圖7所示。工況1和工況2,沉箱下沉深度較淺,沉箱底部施工施加的氣壓也較小,氣壓平衡作用效應(yīng)不明顯,因此地下水位變化幅度不大,其中SW2測點(diǎn)的最大水位下降幅度僅為-37.8mm;隨著箱體的第三次下沉,所有測點(diǎn)的水位迅速上升,且各測點(diǎn)水位的上升幅度相近,工況3下最高水位點(diǎn)為SW3測點(diǎn),其水位相對于初始水位上升了91.7mm;箱體第四次下沉后期,各測點(diǎn)水位相對于工況3有稍許的下降,但水位仍高于初始水位。

2.7孔隙水壓力

沉箱周圍測點(diǎn)孔隙水壓力變化如圖8所示。距地表越近,孔壓的變化量越大。距沉箱最近的兩個(gè)測點(diǎn)SY01測孔最大孔壓變化量為10.67kPa,深度-6m;SY02測孔最大孔壓變化量為24.38kPa,深度-6m。整體而言,從工況2開始孔隙水壓力的變化值較大,與地下水位的變化原因一致。

3結(jié)語

整體沉箱施工期間,沉箱周邊土體側(cè)移、地表收分層沉降、地下水位及孔隙水壓力變化均較小,施工場地周圍建(構(gòu))筑物和地下管線并未發(fā)生過大的變形和位移,說明氣壓沉箱工況能夠有效地減小施工對周邊環(huán)境的影響,從而進(jìn)一步證明氣壓沉箱式法在工程應(yīng)用中具有不可替代的競爭力及廣泛的應(yīng)用前景。