宁波市机场路大型隧道设计与施工关键技术
1 工程概况
1.1 地理位置
宁波永达路隧道工程位于浙江省宁波市海曙区,隧道为机场快速路与铁路宁波站的连接线一部分,隧道满足交通集散功能,道路等级为城市快速路,客运专用通道。
宁波市机场快速干道永达路连接线工程设计Ⅰ标,西起益民街,主线在环城西路西侧进入地下隧道,沿王家桥河向东,下穿文台河,过荣安佳境之后,北侧主线接铁路宁波站落客平台,南侧主线下穿祖关河后沿甬水桥路敷设,并设一专用匝道进入客运南站地下停车库。隧道总长约为1.4km,总建筑面积32 073.2m2,占地面积32 012.38m2。结构形式为地下1层混凝土箱形结构。工程主要包括隧道1座、隧道排水泵房4座,隧道监控中心1处,地面辅道桥4座,箱涵1处。另外配合工程建设一部分附属工程,包含河坎整治工程、绿化景观工程、环境保护工程、交通环卫配套设施等。
该工程在基坑沉降控制、隧道排水防水、通风模式等方面提出了一系列先进技术,保障了施工安全性及运营舒适度。
1.2 工程条件
1.2.1 沿线水文情况
沿线水系发达,河道纵横,沟渠密布,所流经地层主要为淤泥质土,排泄条件差,水位主要受大气降水控制,雨季水位猛涨,旱季水位下降明显,场地地下水可分为表部孔隙潜水和深部砂土承压水两类,地下水位埋深一般在0.8~1.5m。
地表水对混凝土结构具微腐蚀性,对钢筋混凝土结构中的钢筋在长期浸水条件下具微腐蚀性,在干湿交替段一般具微腐蚀性。
1.2.2 地质情况
拟建场地属典型的软土地区,广泛分布厚层状软土,具有“天然含水量高,天然孔隙比>1.0,压缩性高,强度低,透水性低”等典型特征,层底埋深18~20m,厚薄不均,隧道基坑开挖范围内土层主要有:杂填土、(2)1淤泥质黏土、(2)2淤泥质粉质黏土、(3)1粉质黏土夹砂。均呈流塑~软塑,高压缩性,物理力学性质差。隧道封闭段基坑底位于(3)1层,局部呈淤泥质土,土质不均,具高压缩性,物理力学性质差。其下为(4)1粉质黏土,局部流塑为淤泥质土,物理力学性质差,呈高压缩性,(5)1,(5)2粉质黏土,可塑~软塑,呈中等压缩性,物理力学性质较好。地质情况如图1所示。
1.2.3 气象情况
宁波地处浙江东部沿海,属亚热带季风气候区,受海洋性气候影响,温暖湿润,四季分明。
1.2.4 地震效应
依据勘察报告,本段场地类别为Ⅳ类。本场地属典型软土地区,根据GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》
2 重难点分析及应对措施
2.1 基坑施工对周边住宅的影响
由于本工程沿线居民小区较多,隧道在长度约700m范围内,南侧紧靠河流,北侧有住宅小区,尤其部分建筑物年代较旧,住宅最近处距离基坑边缘约9m,并且宁波地区为软土地区,地下工程的基坑施工对周边环境影响较大,尤其住宅建筑对变形敏感性较大,如发生墙体开裂情况,会造成不利的社会影响。因此围护结构设计
通过对各种围护结构形式的适用情况分析,结合隧道各部位的控制因素,基坑不同部位的基坑支护选型如表1所示。
设计单位结合本工程的周边环境、相关的工程经验以及对周边建筑物的结构形式进行大量调研的情况下,确定基坑围护结构设计
1)围护结构设计应遵循合理、安全、经济的原则,根据不同的工程情况选用适宜的支护体系。
2)由于本工程沿线居民小区较多,且与基坑距离较近,围护结构设计方案应考虑对周边建筑物的影响,保证周边建筑物的安全。
3)围护结构设计应保证易于施工的要求,减少施工难度,达到节约工期的目的。
4)方案选取应考虑施工场地及交通导行的要求,为施工提供便利条件。
5)围护结构设计应考虑周边路网社会车辆交通导行的要求,尽量将工程实施过程中对工程范围内通行的影响降到最低。
6)该地区水系发达,应结合基坑施工方案确定合理的河道保通方案。
结合以上要求,最终确定将河道进行回填,另外为保证河道在汛期发挥防涝作用以及环保水质要求,回填范围内采用预埋大直径管道沟通河道;河道回填后消除了基坑两侧的荷载不平衡,有利于控制围护变形和地面沉降,减小对周边建筑物的影响(见图2);同时,河道回填范围可作为施工场地使用,解决了施工场地及运输通道不足的问题,给施工带来极大便利。
图2表明,河道全填方案较半填方案更能有效控制基坑变形,保证邻近居民楼的安全。
除了河道回填之外,为了减小基坑施工对周边建筑物的影响,设计单位还采取了下列措施:(1)围护结构采用刚度较大的地下连续墙,地下连续墙施工工艺适用于软弱地层,施工时振动小、噪声低,能在建(构)筑物密集地区施工,在宁波地铁及其他地下深基坑工程中广泛采用,在进行主体结构设计的过程中,考虑地下连续墙的作用,可实施为复合墙,共同抵抗水土压力的作用,减小主体结构的投资;(2)地下连续墙接缝处采用H型钢结构,可最大限度减小渗漏水的影响;(3)针对长条形基坑从设计之初结合交通导行,采用分段施工的措施,减小狭长效应的影响;(4)对于过近的建筑物采取设置隔离桩措施。
经整个施工过程中的第三方监测数据显示,周边建筑的变形都在安全控制范围内。
2.2 隧道防水处理
地下隧道的防水性能
2.3 隧道消防安全
城市隧道的消防安全也是关系到人民生命财产安全的大事,这就需要在隧道设计过程中考虑各项消防及疏散措施。
1)隧道为双孔4车道,在每孔设置3.0m宽硬路肩作为紧急车道,避免单向双车道由于一车道事故占用而造成拥堵,使得事故处理车无法进入情况发生。
2)隧道全线共设有两处直接出地面的疏散安全口,其中一处与隧道控制中心结合设置,既满足隧道内人员的安全疏散,同时又方便维修人员进入隧道例行检修。
3)隧道在双孔中隔墙设置1个车辆横通道和3个人行横通道,便于火灾情况下车辆和人员及时疏散。
4)隧道内装修材料全部采用不燃材料,隧道顶部采用防火涂料进行喷涂。
5)为了迅速可靠地扑灭各类火灾,减少火灾造成的损失,设置以下3种灭火系统:消火栓系统、灭火器及固定式水成膜泡沫灭火装置。
2.4 隧道排水
近些年来城市隧道在使用过程中由于种种原因均出现过隧道积水,更严重的出现过淹没车辆,造成人员伤亡的情况。本工程在隧道排水设计
1)雨水排水系统隧道洞口雨水系统,在敞开段一侧设置Ⅲ型雨水口,在洞口附近设置第1道横截沟,在洞口内侧的折点附近设第2道横截沟,雨水经横纵(管)沟汇集后接至集水池雨水泵房设于第2道横截沟处。雨水经潜水泵提升后单独设一套系统就近直接排入河道。
2)废水排水系统隧道内废水包括消防废水、冲洗废水、结构渗入水。在隧道内设有纵沟,在最低点处设有横截沟。废水在最低点处汇集,经横纵沟汇集后排至集水池内。隧道内的冲洗废水及消防废水经泵提升后,经泄压井排入市政污水管道。
3)排水泵站根据道路纵坡设计,本工程隧道内共设排水泵站4座(见图4)。隧道泵房与隧道结构一体建造。1号和3号排水泵房排水出路,雨天为正常排水工况,设有自动控制和手动控制两种模式:集水坑内的液位计控制排水泵开启。2号和4号泵房排水出路分为2种工况:消防时为事故工况,废水排入市政污水管网;雨天或平时为正常排水工况,雨水排入河道。2种工况的转换有自动控制和手动控制两种模式。
经过雨季的实际检测,隧道排水设施运转良好,未出现隧道积水的情况。
2.5 降噪路面应用
本项目沿线范围分布着大型居民区。由机动车排气、引擎运转、车轮与路面的摩擦等原因引起噪声,对沿线的环境敏感点如居民区有一定的影响和危害。如何通过“四新”技术的推广应用,提高设计的先进水平和科技含量,降低对沿线居民的影响是问题关键。
降噪路面的应用
2.6 地面铺道地基处理
目前存在的主要问题是地面辅道中间下部为隧道箱体,箱体两侧为地下连续墙,隧道箱体远期沉降少,若不对箱体两侧路基进行地基处理,路面与箱体交界面将出现纵向裂缝。因此,需对箱体两侧的路基进行深层加固处理,处理方式采用水泥搅拌桩,桩间距采用2m,上部大头直径采用1m,下部直径采用0.6m,处理深度根据实际地质状况。并在面层间增设聚酯玻纤布,防止路面产生纵向裂缝。
2.7 隧道通风模式
隧道通风
本工程隧道主线采用纵向射流风机通风系统,同时考虑到北线出口距离居民建筑物较近,在北线隧道结合地面道路及景观条件增设若干自然排风口,降低出口处的有害气体浓度。
3 结语
本工程作为宁波当地第1条快速路城市隧道,从规划、设计到施工各环节均积累一定的经验,本项目中涉及的隧道防水处理、隧道消防安全、隧道排水、降噪路面应用和隧道通风模式的技术措施也为其他工程提供了参考,尤其为软土地区在建筑密集区修建城市隧道积累了相当多的经验,并为今后的该类型工程设计提供了借鉴。
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