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岩土工程界第12卷第12期工程勘察广州洲头咀沉管隧道工程岩土工程问题分析与对策安关峰(广州市市政集团有限公司,广州510060)摘要广州市洲头咀沉管隧道工程穿越珠江约400m。沉管埋深标高在-5.00~-12.50m,水下开挖深度达到7.00~11.00m。依据有关资料,隧道施工将遇到较多岩土工程问题,针对相关问题,文章提出相应措施,以指导隧道施工,并供类似工程应用。关键词沉管隧道岩土工程问题中图分类号:TU19文献标识码:A文章编号:1009-5098(2009)12-0023-05芳村大道采用双向四车道,在海珠下穿工业大道接1工程概况T13号路采用双向3车道。在海珠端敞开段位置由广州洲头咀沉管隧道工程西起广州芳村花蕾于相接匝道车道数局部为双向8车道(图1)。管段路,穿越珠江后往东,继续穿越工业大道,上地后与宽度为31.40~39.36m,目前是亚洲最大异型变截宝岗路连接,在工业大道附近隧道分支与洪德路内面沉管隧道。沉管埋深标高在-5.00~-12.50m,环路出口相接。该隧道工程跨越珠江水面宽约400水下开挖深度达到7.00~11.00m。m,主线过江沉管及暗埋段双向六车道,在芳村下穿图1工程平面位置示意图1收稿日期22009-07-0723 工程勘察GEOTECHNICALENGINEERINGWORLDVo.l12No.12于场地,呈连续层状分布。白垩系上统大塱山组三2工程地质与水文地质条件1元里段(K2d)陆相碎屑沉积岩主要揭露于芳村区,2.1工程地质条件岩石呈暗紫红色、紫红色。岩性组合为泥质粉砂岩、细砂岩-粗砂岩、砂砾岩、砾岩夹粉砂质泥岩或泥根据钻探揭露,隧道沉管段分布的地层主要有:ml岩。按岩石风化程度可划分为以下四带:〓1全风化第四系全新统人工填土层(Q4):→1杂填土:广泛分带:连续揭露于场区。〓2强风化带:广泛分布于场布于场区。呈灰色、褐色、砖红色、杂色等,松散。区,呈连续层状分布。〓3弱风化带:普遍分布于场→2素填土:较广泛分布于场区,呈褐灰色,褐黄色,区。〓4微风化带:微风化岩石裂隙一般不甚发育-主要由亚粘土、淤泥质土或细、中砂组成,含少量碎2b稍发育。白垩系上统三水组西濠段沉积岩(K2S)石,结构疏松。第四系全新统海陆交互相沉积层(Qmc):←淤泥、淤泥质亚粘土,一般呈似层状或透主要揭露于海珠区,岩石呈紫红色。岩性组合为泥41质粉砂岩及粉砂岩,夹粗砂岩、砂砾岩及泥岩。按岩镜状断续分布。深灰色,饱和,流塑。←2淤泥质细砂,局部相变为细砂。第四系上更新统冲积层石风化程度可划分为以下四带:⒈1全风化带,连续(Qal):↑亚粘土:褐红色夹灰黄色或灰白色,软塑分布于场区。⒈2强风化带:广泛分布于场区,呈连31续层状分布。⒈3弱风化带:普遍分布于场区。偏可塑。↑2细砂:以细砂为主,局部相变为粉砂、中⒈4微风化带:微风化岩石裂隙一般不甚发育-发砂或粗砂。↑3亚粘土:揭露于钻孔zk182、zk187、育。zk190、zk196、zk199~zk203及zk205,呈透镜状或断根据取样物理力学试验结果统计分析,推荐各续似层状分布。褐红色、灰黄色或灰白色,可塑为主,具砂感。第四系残积层(Qel):↓可塑亚粘土:岩土层物理力学参数见表1。标准地质剖面见图2。1呈透镜状或似层状分布;↓2硬塑亚粘土:广泛分布表1岩土物理力学参数建议值重度抗剪强度压缩模量水平基床反垂直基床反土层岩土名称C内摩擦角U粘聚力cEs0.1-0.2力系数Ks力系数Kc编号kN#m-3/b/kPa/MPaMPa#m-1/MPa#m-1→杂填土18.015.05.0←素填土18.010.010.0←1淤泥、淤泥质亚粘土16.77.06.02.776.03.0←淤泥质细砂、细砂19.020.02.017.28.62↑亚粘土19.013.015.04.1618.49.21↑2细砂19.523.00.018.89.4↑3亚粘土19.013.015.020.010.0↓1亚粘土19.015.018.04.1833.216.6↓2亚粘土19.519.025.05.4662.831.4〓20.020.028.05.66109.654.81粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉~粗〓砂岩、砂砾岩、砾岩20.025.030.0208.4104.22粉砂质泥岩、泥质粉砂岩25.028.0200.0〓3粉砂岩、细砂岩、粗砂岩26.030.0400.0砂砾岩、砾岩26.035.0750.0泥质粉砂岩25.030.0500.0〓粉砂岩、细砂岩、粗砂岩26.035.0750.04砂砾岩、砾岩26.040.01250.0⒈20.020.028.0.0103.251.61泥质粉砂岩、粉砂岩⒈220.025.030.0.0172.886.4粉砂质泥岩、泥质粉砂岩25.028.0200.0⒈粉砂岩、细砂岩25.030.0400.03砂砾岩、砾岩26.035.0750.0泥质粉砂岩、粉砂岩25.030.0500.0⒈4粗砂岩、砂砾岩26.040.01000.024 岩土工程界第12卷第12期工程勘察图2标准地质纵剖面2.2水文地质条件接受大气降水的垂直渗透补给及珠江水的侧向补给。场区地下水类型主要有上层滞水、孔隙潜水、孔(4)基岩裂隙水:赋存及运移于强、弱风化岩石隙承压水、基岩裂隙水。裂隙中,具承压性,由于场区砂岩以泥钙质胶结为(1)上层滞水:场区大部分地段素填土主要由主,故含水量一般不大,其主要接受砂层孔隙水的越细砂组成,呈疏松状,含上层滞水,部分地段含孔隙流补给和上游地下水迳流的侧向补给。潜水,主要接受大气降水及生活用水的补给,但含水工程场区临近珠江,地下水补给来源充足。根量有限,其动态变化受季节性降水影响显著。据钻孔终孔24小时后观测,场地地下水混合稳定水(2)孔隙潜水:主要赋存及运移于第四系全新位埋深一般为0.80~2.50m。统海陆交互相淤泥质细砂层和细砂层以及部分地段为查明含水砂层的渗透性,为隧道或干坞基坑的素填土层中,含较丰富地下水,接受大气降水的垂开挖预测基坑涌水量提供计算参数,本次勘察选取直渗透补给及珠江水的侧向补给。海珠段钻孔zk184、zk72(进行单孔抽水试验,试验(3)孔隙承压水:揭露于第四系上更新统冲积结果见表2。砂层中,主要为承压水,局部为潜水,含丰富地下水,表2水文地质参数计算表含水层抽水孔半径水位降深涌水量渗透系数影响半径抽水孔地下水类型rw/mSw/mQ/m3#d-1k/m#d-1R/m岩性厚度/mzk184潜水中砂4.900.0545.9310.750.4539.78上层滞水(潜水)素填土(中粗砂)2.800.0541.4324.2647.0712.72zk72孔隙承压水细砂、中砂3.900.0541.214.500.8010.80区海珠区钻孔zk23及zk24,即里程k1+890处,揭3岩土工程问题与对策露基岩面陡降,而且残积层及风化层厚度突变增厚,3.1断裂断裂两侧岩石风化程度有明显的分带现象,推测广三断裂通过该段。广三断裂直接通过场区海珠区段,勘察发现场25 工程勘察GEOTECHNICALENGINEERINGWORLDVo.l12No.12对策:进行专门地震安全评价。地震灾害评价3.3地基沉降表明,根据近场区断裂构造分析以及前人所作研究隧道拟采用天然地基基础,要求持力层容许承可推断,广三断裂在中更新世中期至晚更新世中期载力为200-300kPa。隧道沉管段基础一般位于硬曾有过多次强烈活动,但是晚更新世晚期以来并无塑残积土、全-弱风化K2⒈1,K2⒈2基岩之上,以明显活动,属于非全新世活动断裂。上地层均能满足设计承载力要求,可直接采用天然3.2地震效应地基作为基础持力层。但是,由于隧道底部位于不根据5广东省地震烈度区划图6,场区的地震基同物理力学性质的岩土层上,导致沉管水下开挖易本烈度为VII度,据5建筑抗震设计规范6(GB形成不平整的界面及/坑坑洼洼0的现象,极易造成50011-2001)场区的抗震设防烈度为VII度,设计基隧道运营期间沉管段的不均匀沉降。本地震加速度值为0.10g,设计地震分组为第一组。对策:因此,应对隧道基底进行处理,可考虑采(1)场区软土层不发育,为可进行建设的一般用碎石找平并结合/压砂法0以消除基底不平整现场地。但广三断裂从场区经过,该断裂具活动特性,象,减少不均匀沉降对沉管段的影响。通过对沉管故在断裂带附近(位于海珠区段)应属建筑抗震不隧道结构纵向按弹性地基梁计算(图3),用连接弹利地段。簧来模拟管节下土体的地基反力。计算考虑管节底(2)场地土的类型为中软土-中硬土,浅部土层部基础和地基土的压缩变形,以及地基的不均匀性。-1主要为中软土,等效剪切波速介于140~250m#s得到承载能力极限状态下地基最大沉降为19mm,之间,覆盖层厚度一般在3~50m之间,据5建筑抗震正常使用极限状态下地基最大沉降为12.4mm。设计规范6(GB50011-2001),场地类型为II类。3.4基岩软化与崩解(3)当在地面以下20m范围内有饱和砂土时,按照岩石软化程度分类,以上岩石的软化系数根据5公路工程抗震设计规范6(JTJ004-89)初步判小于0.75,故基本为软化岩石(表5)。按照其饱和定←2砂层可能液化;而↑2砂层地质年代属第四纪单轴抗压强度大部分在5~15MPa之间,应为软岩。晚更新世,可判为不液化。对初步判定有可能液化的对策:由于硬塑残积土及全-强风化基岩遇水←2砂层根据5公路工程抗震设计规范6(JTJ004-易软化崩解,基坑或基槽施工开挖至设计标高时,应89)计算液化抵抗系数与5建筑抗震设计规范6计算及时封闭并进行基础工程施工,防止地基土被水浸液化指数,得到ZK82,ZK113,ZK160,ZK72中砂层为泡导致承载力降低。中等液化,ZK96砂层为严重液化。综合判断,地基液化等级以中等为主,局部为轻微或严重。表5沉管隧道基岩物理力学指标对策:进行专门地震安全评价,结构设计中予以饱和单轴极岩土软化系数名称限抗压强度[2]编号Kd考虑。根据地震评价结果得到如下主要结果:/MPa〓弱风化、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩9.50.51(1)工程场地地面脉动卓越周期西岸为0.27秒,东3岸为0.29秒。(2)场地地面设计地震参数K按表弱风化、粉砂岩、细砂岩、粗砂岩10.30.523取用。(3)场址3个设防水准的最大地震影响系弱风化、砂砾岩、砾岩12.800.67数amax与特征周期Tg按照表4取值。〓4微风化、粉砂岩、细砂岩、粗砂岩18.00.59微风化、砂砾岩、砾岩15.40.7表3场地地面设计地震参数表⒈弱风化、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩5.50.383P50年,10%100年,10%100年,2%弱风化、粉砂岩、细砂岩8.10.60K0.11730.14400.2351⒈4微风化、泥质粉砂岩、粉砂岩8.50.60表43个设防水准的最大地震影响系数与特征周期Tg设计地震动参数50年,10%100年,10%100年,2%3.5基槽开挖Tg0.420.500.70沉管隧道水下基槽长340m,宽37.4~45.36a0.26970.33120.5407maxm,基床的平均最大水深7.68m,深基槽在水下开挖T23.243.855.373ac0.03520.04320.0705的深度达15m,预计挖土方20万m。土方涉及到Y1.01.01.0岩层与土层(图4)。26 岩土工程界第12卷第12期工程勘察对策:基槽开挖施工方案可选爆破、铲斗挖泥船虑珠江水退潮或其他原因导致水位骤降这一不利条3(4m)或轻型抓斗挖泥船。主要依据开挖土层的标件下堤岸的稳定问题,施工单位在开挖过程中应进贯击数N确定开挖方式。一般标贯击数N>30,采行系统的监测。监测范围应至开挖周边3倍开挖深用爆破施工;标贯击数N<30,则采用铲斗挖泥船或度范围。而且应作好必要的防范措施,动态设计施轻型抓斗挖泥船。工,以策安全。3.6既有地下建(构)筑物对隧道施工影响4结语由于场地大部分地段位于房屋区,房屋区下的本文针对广州洲头咀沉管隧道工程工程地质与地下构筑物(如地下室边界等)及珠江两岸的堤岸水文地质条件,提出了工程遇到的岩土工程问题,并防护设施将来可能对隧道设计及施工造成不便甚至给出相应分析与对策,可供类似工程借鉴。阻碍工程的顺利进行,在设计及施工时收集相关的建构筑物资料,以利于设计及施工工作的开展。参考文献对策:(1)对珠江堤岸采用地下连续墙加固保[1]广州市洲头咀隧道工程岩土工程详细勘察报告[R].广州市政工程设计研究院.护(图5);(2)隧道沉管段水下开挖深度达到7100[2]广州市洲头咀隧道工程场地地震安全性评价报告[R].~11100m。为了保证河堤两岸的安全,设计时应考27