特大型沉井开挖下沉施工工法.pdf

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程如下图所示。-2挠度控制流程图该控制方法应用在五峰山北锚定沉井和瓯江北口大桥南锚碇沉井施工中,引入静力水准仪等监测手段还可以实现实时动态监测,通过对比各监测点相对位移,获得沉井当前姿态。-,即需要沉井开挖过程中不断调整沉井开挖顺序,使沉井姿态处于可控范围;因此沉井施工是动态调整的过程。沉井传统姿态调整以单个隔舱为调整单元,对于大型、特大型沉井多达数十个隔舱,控制单元数量众多;吸泥设备布置调整将变得异常复杂、且吸泥设备周转过程耗时长,大大影响躯体下沉作业。故而传统隔舱单元调整方法存在下沉调整指令难以下达,耗时时间长的缺点,在具体实施过程中控制难度大、效率低;严重影响沉井开挖下沉效率。5:..-1五峰山沉井传统48个隔舱控制单元隔舱分区集成开挖调节方法这一创新成果其技术原理为将大型、特大型沉井多个相邻隔舱划分为一个分区,将多达数十个隔舱沉井划分为几个大的分区,在沉井姿态调整时,以大的分区作为控制单元,单个分区吸泥设备集中控制;使得沉井施工过程中仅调节最少单元即可达到调整沉井姿态、应力的目的;消除了以单个隔舱作为控制单元可控性差、难以操作、效率低下的难题,实现了沉井指令快速下达、沉井姿态快速调整。采用隔舱分区集成开挖调节方法,五峰山北锚定沉井隔舱分区划分如图所示。-2沉井隔舱分区集成开挖调节分区示意图五峰山北锚定沉井划分为9个大分区,与沉井挠度监测点相对应,根据监测点挠度变化下达开挖调节指令。研发的隔舱分区集成开挖调节方法具有如下特点:1、相邻隔舱分区划分;2、大分区统一调整施工;3、可重点考虑姿态应力调整。隔舱分区集成开挖调节举例:当0#点横桥向挠度、应力异常,则调节F、E、G区开挖;当0#点横桥向挠度、应力异常,调节E、H、I区开挖;1#点挠度、应力异常,调节B、C、I区开挖;沉井高差异常,加快高侧分区开挖下沉速度或减缓低侧开挖下沉速度。(a)传统沉井姿态调整6:..(b)-3沉井开挖调节法监测点挠度与时间关系图采用研发的隔舱分区集成开挖调节方法,使得沉井施工过程中数十个控制单元减小为9个控制单元,实现了单个分区吸泥设备集中调节控制,大大提高了沉井姿态调整效率,。、,,高56m,该沉井体积庞大,需要对沉井各施工状态重要参数进行监测,及时掌握沉井结构内部应力应变及整体稳定性,及对邻近建筑物影响的监测,从而为安全施工提供预警信息,以确保基础施工顺利进行,达到指导施工和反馈设计的目的。远程实时监测系统的总体方案为:先由自动采集箱采集各传感器初始信号,然后通过无线网络将信号发送到服务器,由服务器对传感器信号进行转换和处理,再通过网络将信号发送到终端采集站(笔记本电脑)。自动化无线监测系统设计遵循实用、实时、同步、可靠、统一的原则进行设计。-1沉井实时监测组网示意图7:..-1沉井监控项目仪器及监测手段序号监测项目监测仪器监测手段1刃脚土压力/侧壁土压力土压力盒+自动采集箱实时监测2钢板应力振弦式应变计+自动采集箱实时监测3钢筋应力振弦式应变计+自动采集箱实时监测4混凝土应力振弦式应变计+自动采集箱实时监测5沉井中心偏位、下沉深度、倾斜度和扭转北斗+GPS实时监测6挠度静力水准仪实时监测7沉井内外水位监测激光液位计+渗压计实时监测8井内泥面标高测绳+三维声呐实时+人工9电塔倾斜及不均匀沉降自动倾斜仪实时监测10长江大堤基础沉降全站仪、精密水准仪实时监测2、系统功能实时监测系统拟实现以下功能:(1)实时监测系统设计开发和实施采用整体三维模型与局部全景展示相结合的方式,系统在本地服务器部署运行。(2)传感器安装及测点位置全景和三维模拟展现相关传感器及数据采集装置的安装和调试:a)三维模型及井口全景的制作;b)全景切换的方式展现各节段井口测点;c)展示传感器安装详情及照片;d)展示传感器当前数值。(3)沉井下沉监测数据的采集与数据呈现a)实现各监测数据图、表、趋势呈现以及历史查询;b)实现监测系统主界面和相关实时监测数据在项目部监控室拼接大屏的友好展示;c)实现人工监测数据的单个或批量导入。(4)监测结果预警与预警发布a)预警阀值的设定;b)预警信息分级发布(平台和短信报警);c)历史预警信息查询。(5)相关报表的自动生成a)生成相关统计分析图表;b)过系统自动生成相关报表并能导出为EXCEL文件。3、系统界面系统界面包含沉井几何姿态、沉井应力状态、沉井内外水位、电塔沉降、大堤沉降、沉井挠度等实时监测。8:..(a)系统登录界面(b)沉井几何姿态实时监测(c)沉井应力实时监测(d)沉井内外水位实时监测(e)电塔倾斜率实时监测(f)-2沉井实时监控系统4、预警流程监测数据管理与反馈按黄色预警值、橙色报警值和红色极限值三级控制。取理论计算值80%或极限值的60%作为第一级预警指标;第二级报警值为理论计算值或极限值的80%。对于沉井挠度、钢壳应力、混凝土应力等敏感性控制指标,橙色报警值按照该施工阶段理论计算值来取值。当监测值达到各级报警值时,系统将出现悬浮窗提示报警,同时通过短信通知相关管理人员,监控方将根据现场情况提交监测数据报警报告及建议措施。,沉井刃脚支撑脱空易于引发涌砂、倾斜风险,但沉井水下施工,支撑条件难易观测。三维图像声呐系统又称水下三维全景成像声呐系统,引入BlueViewBV5000水下三维全景成像声呐系统,该设备可生成水下地形、结构和目标物的高分辨图像,可生成类似于光学全息效果的水下目标三维点云立体图像。硬件系统包括声呐头、云台、接线盒、支架、数据传输线缆;软件包括团队自主开发的Proscan、Meshlab和第三方软件Cyclone、Recap等9:..及若干驱动程序。采用BlueViewBV5000水下三维全景成像声呐系统,可实时掌握沉井刃脚埋深情况。--2三维声呐泥面扫测效果图BV5000整体性能稳定,经试验测试在30米范围内,其长度误差在4cm以内,角度误差在1°以内。该设备有单角度扫描和球形扫描,在本项目中采用球形扫描模式,通过终端软件设置扫描速度,°/s或1°/s,水平方向可扫描360°,竖直方向可设置四个角度分别为+45°、+15°、-15°、-45°。每次扫测固定竖直方向角度,水平方向旋转360°,扫测一圈所用时间为6min。(a)三维图像声呐现场扫测(b)-3沉井三维泥面扫测10:..6、-1:-1主要材料明细表材料名称规格单位数量备注塑料管φ2cmm300静力水准管道钢板12mmm2100设备固定钢丝绳φ24mm根8设备吊装吊篮2m×-1:-1主要机械设备表序号工序设备名称型号单位数量备注1履带吊130t台4材料设备吊运2塔吊250T·m台4材料设备吊运3拖泵HBT60台4混凝土浇筑沉井接4泵车54m台4混凝土浇筑高524m台3混凝土浇筑液压布料机628m台1混凝土浇筑7汽车吊25t台2设备吊运8挖机ZX60台4道路整修排水下9水泥吸泥机NL150-16台30泥浆外排沉10高压水泵台60土体破除11龙门吊16t台18取垫块,取土12空压机20m3/min台30吸泥作业空气吸泥机13ф275mm×10mm台30吸泥作业不排水(含管)14下沉水泵3HP-130台60射水补水15水泵125D25台101400m3/h16三维声呐BV5000台1水下扫描11:..7、《铁路桥涵工程施工质量验收标准》(TB10415-2003)、《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准》(TB10752-2010)、《公路桥涵施工技术规范》(JTG/TF50-2011)、《公路工程质量检验评定标准》(JTGF80/1-2017)、《铁路桥涵地基和基础设计规范》(-2005)。(1)沉井钢筋施工。钢筋接头符合建设部行业标准《钢筋机械连接技术规程》的要求,等级为一级,同一断面钢筋接头率不超过50%。(2)钢壳沉井制造。钢壳加工时,各构件的焊接按等强度原则进行;钢壳沉井外壁均采用坡口熔透焊,内支撑及加劲肋板采用角焊缝形式。(3)在沉井下沉过程应做到,刃脚标高每2小时测量一次。排水下沉时下沉速度较快,应1小时测量一次,轴线位移每4h测一次。(4)沉井初沉阶段每小时至少测量一次,必要时连续观测,及时纠偏,终沉阶段每小时至少测量一次,当沉井下沉接近设计标高时增加观测密度。(5)下沉初始阶段是沉井易发生偏差的时候,同时也是较易纠正,这时应以纠偏为主,次数可增多,以使沉井形成一个良好的下沉轨道。(6)下沉过程中,应做到均匀,对称出土,严格控制泥面高差,当出现平面位置和四角差出现偏差时应及时纠正,纠偏时不可大起大落,避免沉井偏离轴线,同时应注意纠偏幅度不宜过大,频率不宜过高。(7)沉井在终沉阶段应以纠偏为主。应在沉井下沉至距设计标高1m以上时基本纠正好,纠正后应谨慎下沉,在沉井刃脚接近设计标高30cm以内时,确保不再有超出容许范围的标高和轴线偏差,否则难于纠正。(8)测量人员必须将测量数及时交当班施工负责人和技术主管,以便及时纠偏或掌握下沉情况。(9)施工时要做好沉井下沉施工记录。、-1规定。-°钢壳应力标准值5沉井结构应力钢筋应力标准值12:..%8、安全措施(1)在沉井基础开始施工前,进行安全技术交底,确保交底到每个作业工人,交底要清晰、明确。(2)现场技术管理人员,应当对沉井施工进行指导和检查,确保施工人员按照方案落实施工。(3)工程管理部门、质量部门、架子队队长和架子队技术负责人应当监督检查沉井基础施工,确保施工严格按方案执行。(4)沉井基础施工过程中,电工、焊工、起重工、潜水工等特殊工种必须持证上岗;(5)沉井施工、起重设备搭建拆除施工、沉井下沉施工必须由具备相关资质的单位进行。(6)在沉井环形道路外侧设置隔离墙,设置警示标志,严禁与沉井施工无关的人员进入沉井施工现场。(7)测量部门定期对沉井周边建筑物,如大堤、电塔、塔吊等沉降情况进行测量,并及时将测量信息反馈项目总工和工程部。9、(1)施工中的废油、废料和其它固体废物不得堆放在水体旁,及时清运至专门的仓库或堆放场所,并应设篷盖,防止雨水冲刷进入水体。(2)选择合适的施工方案,最大限度的减轻施工噪声和冲击波、振动对环境的影响。(3)合理安排施工活动,减少施工噪声影响时间,避免高噪声施工机械在同一区域内使用。高噪声施工机械运行内尽量避开居民休息时间。(4)施工场地及时收集生产及生活垃圾,统一处置,生活污水处理按要求进行。(5)弃土(碴)场选址依据设计文件规划或与地方有关部门协商,结合当地土地利用规划。合理布设弃碴场,不在临河或居民点上游设置;弃碴前做好挡碴工程和排水沟建设,防止二次污染。挡碴工程做到满足稳定安全和植被恢复要求,适当放缓边坡。防洪排水措施达到设计的防洪标准;加强弃碴期间施工组织和临时防护,弃碴时做到分层堆放并夯实,放缓边坡,做好弃碴场边坡防护工作,弃碴结束后及时覆土并恢复植被。(6)对施工临时用地,应本着因地制宜、经济合理的原则,尽量少占地或不占良田、耕地,并注意采取相应的水土保持措施。(7)施工作业产生的污水必须经过沉淀池沉淀,并经净化处理,符合要求后排放。(8)施工结束后应及时进行土地整治,考虑表土回填以利复耕或进行绿化恢复。13:..、研发新型开挖工艺,确保沉井结构安全,显著减小钢材用量,大大节约了建设成本。2、根据沉井不同施工阶段,在保证沉井结构安全,姿态良好的条件下,分阶段控制监测控制指标,节约了建设工期,减少了施工过程中用电、有油的投入。10、(1)五峰山大桥北锚碇沉井项目五峰山长江大桥沉井基础若以"大锅底"开挖方式进行验算,沉井在接高前三节时,在自重荷载作用下,(位于隔墙中间底部位置),按混凝土开裂后由钢壳承受进行折算,则钢壳折算应力达到676MPa,远远大于钢壳的抗拉强度设计值,"大锅底"开挖方式会造成沉井开裂。本项目设计方案:沉井钢壳材质Q235,壁板厚lcm,。原施工方案采用大锅底开挖方式,需将沉井钢壳改为材质Q345,,将钢壳应力控制在300MPa以内,,,钢材市场采购价约2500元/t,加工费及运输费2500元/t,×(2500+2500)=18273075元,。(2)瓯江北口大桥南锚碇沉井项目北口大桥采用上层高速公路与下层国道共线过江,上下层均为双向六车道建设标准,系国内外首座三塔四跨双层钢桁梁悬索桥。主桥桥跨为230+2×800+358m,南锚碇为重力式锚碇,基础采用沉井结构形式。沉井长宽高分别为70×63×,首节沉井为钢壳混凝土结构,其余节段为钢筋混凝土结构,共30个舱。为解决超大型沉井施工难题,该项目采用了如下施工技术:1、沉井首次下沉采用排水、多点支撑开挖下沉工艺,沉井第二下沉采用不排水、预留核心土滞后开挖下沉工艺,沉井下沉期间几何姿态及应力情况良好,始终处于可控状态。2、采用挠度、分区开挖控制施工工艺,确保了沉井施工过程中几何姿态、结构应力的快速、高效调节。3、采用了水下三维声呐技术对地形进行扫描,实现了泥面标高的可视化监测。本工法在五峰山大桥北锚碇沉井及瓯江北口大桥南锚碇沉井的成功应用,在人员、原材料、、瓯江北口大桥南锚碇沉井等项目中成功应用,不仅解决了上述项目建设过程中面临的技术难题,技术成果还获得国内外同行的高度认可和赞赏,不仅节约了大量的建设成本,还提高了我国在大型、特大型沉井施工领域的影响力,充分展示了我国在交通基础设施领域里的创新能力,大大提升了我国交建基础设施建设国际核心竞争力,取得了巨大的经济、社会效益。14:..11、工程实例本工法成功应用于五峰山长江大