五建首个住建部市政公用科技示范工程—本溪威宁综合管廊 | 溶洞地质条件对管廊结构的影响分析

五建集团工程研究院

2019-01-07 17:11:40 ·-

本溪地区属于辽宁东部山区的边缘地带,区域内地质遗迹资源丰富,素有“天然地质博物馆”、“地质摇篮”之称,整个本溪地区被国土资源部确定为国家级地质公园。

本溪地区经历了太古代、元古代的地壳变化,由内外动力地质作用造成的多种险峰、峡谷、飞瀑、岩溶、冰川遗迹及泥石流遗迹等地貌景观和地质景观遍布本溪太子河流域,是我国北方岩溶、洞穴、暗河、新构造运动、温热泉和灾害地质研究的难得宝地。本溪喀斯特地貌以地下溶洞为主,主要分布在本溪的东南部地区。

喀斯特地貌是具有溶蚀力的水对可溶性岩石进行溶蚀等作用所形成的地表和地下的一种特殊地质现象,以溶蚀作用为主,包括流水的冲蚀、潜蚀,以及坍陷等机械侵蚀过程。地下喀斯特地貌主要包括地下溶洞、溶蚀地貌、堆积地貌等。

由五建集团总承包的本溪市威宁大街地下综合管廊EPC工程项目位于辽宁省本溪市,自沈本产业大道至太子河梁家大桥,建设总长度约6.22km。作为喀斯特地貌分布地区,本工程综合管廊主体结构正下方1.25km范围内存在大量溶洞。溶洞埋深较浅、溶洞顶部结构薄弱等易使洞顶发生坍塌。因此,喀斯特地貌下的溶洞稳定性对于本工程的安全性具有十分重要的影响。

工程总体平面布置图

溶洞分布区在风化石灰岩岩层段,该区域钻孔见洞率83.8%,线岩溶率72.2%。岩溶空间形态复杂,溶洞多呈串珠状、葫芦状。

溶洞平面示意图

溶洞剖面图

溶洞地质条件下综合管廊基坑支护体系设计与施工

以BIM为基础通过地上、地下结构三维协同仿真一体化设计方式,完成岩溶区超长基坑围护结构比选方案,确定以钢管桩结合预应力锚索钢围檩为主的刚柔结合基坑支护体系,对钢管桩水平及坡顶竖向位移施工过程进行监控,实现了国内岩溶地区基坑围护结构刚柔结合基坑支护施工长度记录。

工程示意图

施工现场图

钢管桩支护断面图

基坑施工平面布置图

基于管廊结构影响分析的溶洞处理

通过对溶洞地质的物探、勘察,并采用ABAQUS有限元软件对溶洞建立模型,对重载交通下岩石层内三种工况进行研究,采取双液注浆加固的方法对管廊溶洞进行加固,形成喀斯特地貌条件下的地下管廊地基处理综合技术——溶洞双液注浆施工工法,有效解决了特殊地质条件下施工线路长、沉降要求高等难题。

管廊下方溶洞建模图

溶洞在岩石中部无填充Mises应力图、溶洞在岩石全填充Mises应力图

溶洞地基加固处理剖面图

袖阀管注双液浆剖面图、现场随机钻孔取芯

SE2404浅层地震仪、地震仪连接检波器

管廊建设区域内地质条件较为复杂,用传统锚索机在杂填土或碎石回填层成孔易造成钻头卡在岩石层中无法拔出。同时,因土质松散、间隙大不能稳定成孔,塌孔成为普遍现象。通过本工程,我们研发了一系列新型锚索成孔装备,利用内循环双动力钻头锚索机进行锚索成孔施工,解决了杂填土锚索成孔难点,克服了容易塌孔的困难,提高了施工效率。

双动力钻头和套管

钻机操作台、钻机施工

成孔拔钻、内外循环反浆

溶洞地质条件下综合管廊工程变形缝精细化设计

围绕管廊结构断面尺寸大埋设深和节点复杂、地下水及溶洞分布不均对变形缝止水的更高要求、结构差异沉降引起的结构裂缝等难点,对移动车辆荷载下地下管廊开展稳定性分析,通过对变形缝进行精细化的设计和优化,有效降低了重载交通下岩溶地区地下管廊的沉降敏感性。

地应力平衡云图

管廊顶板竖向变形值分析图

底板变形缝节点优化图、侧壁预埋钢筋套管图

变形缝背贴式橡胶止水带、预埋钢筋套管

作为上海市第一批工程总承包试点企业,上海建工五建集团与上海市政总院强强联手,在本项目上采用EPC总承包模式展开合作。秉承“重载交通-岩溶地基-地下管廊”一体化设计施工理念,建立基于信息化的多工序协同施工控制体系,有效推动了五建集团外埠市场首个综合管廊EPC总承包工程项目的顺利实施,在东北区域市场为上海建工集团的全国化战略树立了一面鲜明的旗帜。

特别感谢上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司、沈阳建筑大学等单位在本溪市威宁大街地下综合管廊EPC工程项目建设过程中给予的大力支持。

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