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济南黄河隧道工程

作者:杜昌言 王超  来源:隧道与地下工程灾害防治  发布:2019/12/31  浏览: + 放大字体 | - 减小字体

摘 要:济南黄河隧道工程是“三桥一隧”跨黄设施的重要组成部分,也是黄河上第一条公路地铁合建的隧道,全长4760m。主要包括穿黄隧道3890m、接线道路870m及相关的附属工程,为超大断面盾构法施工隧道。盾构管片外径为15.2m,管片内径13.9m,隧道建成后,汽车、地铁将实现同步穿黄。

济南黄河隧道断面结构布置图

根据《济南跨黄河通道规划研究》,近期规划新增“三桥一隧”4个通道,分别为:齐鲁大桥、济南黄河隧道工程、凤凰大桥、改造扩建现黄河大桥。济南黄河隧道工程是“三桥一隧”跨黄设施的重要组成部分,也是黄河上第一条公路地铁合建的隧道。该通道的规划建设有利于加强济南黄河段南北两岸的联系,增加跨黄通道的密度,同时能有效分流既有过河设施的交通流量。对带动济北新城、济阳、商河的发展具有战略性意义。

工程概况

济南黄河隧道工程全长4760m,主要包括穿黄隧道3890m、接线道路870m及相关的附属工程。隧道盾构段长约2519.2m,为超大断面盾构法施工隧道,盾构管片外径为15.2m,管片内径13.9m。南、北端暗埋段长约474m和418.3m,南、北端敞开段长约2508.5m和220m。隧道建成后,汽车、地铁将实现同步穿黄。

在建济南黄河隧道平面位置图

工程平面图及纵断面图

工程难点及解决方案

(1)工作井主体埋深较深,围护结构深度大,地连墙施工质量控制难度高

1)选用具有地层适应能力强、施工精度高、性能优良可靠且具有测斜纠偏等系统的先进机械设备。

2)根据地层条件及时调整护壁泥浆成分及密度,平衡侧壁压力,确保护壁质量及其作用效果。

3)施工过程中减少对墙壁的扰动,成槽后及时浇注混凝土,缩短槽壁暴露时间,安放钢筋笼应做到稳、准、平。

(2)盾构下穿黄河段河底时,施工风险大,施工难以控制

1)配置盾构机主轴承外密封采用1道迷宫密封+4道唇型密封的形式,盾尾密封采用3道钢板刷+1道钢板束的形式,最大动态流体压力0.75MPa,满足下穿黄河盾构密封要求。

2)严格按照计算值设定掌子面泥水压力,过程中加强对黄河的施工监测,并根据监测数据对泥水压力等参数进行调整,确保掌子面稳定。

3)采用成熟的“重浆”工艺,采用高质量的泥浆。

4)施工过程中严格遵循“快速、连续施工”的原则,提高各个流程的施工效率,加强各流程间的衔接,确保尽快通过黄河段。

(3)盾构进出洞端地层渗透系数较大及承载能力差,风险系数大,施工控制难度高

1)进出洞过程中可能会引起突水、涌砂等事故,严格控制始发及接收端头加固质量。

2)设置性能良好的密封止水装置,包括压板、橡胶帘布、固定钢板等,确保密封效果满足要求。

3)在出洞段掘进前,要对隧道基线进行测量,确认盾构机的位置,把握好洞口段的线形,及时纠正偏差,确保盾构机顺利进洞。

(4)盾构施工期间如何减小黄河大堤、二环北路高架桥等建构筑物的沉降、保证建构筑物的安全是本工程的重难点

1)在穿越施工前,详细调查黄河大堤及以上建构筑物的结构形态,与隧道位置关系及现状,同时进行监测点的布设和初始化。

2)科学计算盾构机穿越大堤及建构筑物时的掘进参数,并根据试掘进情况修正盾构机开挖的切口压力及其他掘进施工参数。

3)在大堤及建构筑物上布设监测点,通过监测数据及时调整和控制盾构过程中的施工参数,使盾构施工对地面的影响降到最低。

4)严格控制盾构姿态及推进速度,减小纠偏量,保证盾构机平稳、快速的通过,尽量减少对隧道周围土体的扰动。

5)及时足量地进行同步注浆,及时填充建筑空隙,减小后期沉降,严格控制注浆压力,防止注浆击穿盾尾处覆土。

工程主要技术创新

(1)高黏粒地层超大直径泥水盾构防结泥饼技术

1)引入了机械化力学理论对实际施工中盾构刀盘泥饼硬化机理进行分析,并从土壤学的角度分析刀盘掘土时为什么会出现盾构刀盘结泥饼问题。

2)研究分析了泡沫改良黏性土以防止刀盘结泥饼的作用机理,提出了在黏性土样中添加泡沫配制泡沫土处置刀盘结泥饼的方法,揭示了该种方法相比泡沫渣土改良对结泥饼问题处置更具有一定的适用性。

(2)大数据技术在穿黄盾构隧道施工中的利用

1)基于自动化监测技术,研发了一整套的盾构施工监测数据采集装置,配合盾构机装备的数字化系统,构建数据库,实现盾构数据的自动化收集、储存。

2)利用盾构施工参数及其施工监测数据,分析出盾构施工对地面及周边构筑物的影响,建立了基于盾构施工监测数据的环境影响效应预测模型。

(3)临近地上悬河超深基坑安全施工技术

提出富水粉质黏土地层条件下地铁深基坑的降水治理和支护结构安全施工方法。

(4)超大直径泥水盾构废弃泥浆绿色处理及循环再利用技术

提出在粉质黏土地层中采用带式压滤、絮凝固化、絮凝抽滤等盾构施工泥浆高效处理技术,达到了废弃泥浆处理再利用目的。

(5)基于BIM技术的超大直径盾构隧道信息化(智能)施工技术

1)BIM+GIS的集成应用,施工过程协同管理,以BIM模型为载体的施工大数据记录,进一步协助项目实现精细化施工管理。

2)通过BIM技术模拟在盾构过程中施工难点、重要控制点,对专项施工方案形成可视化交底文件。

工程工期及进展情况

(1)工程工期

项目于2017年12月1日开工,计划竣工日期为2021年3月28日,合同工期40个月。

(2)工程进展(至2019年6月)

1)北岸工作进展

北岸工作井:基坑土方开挖全部完成;围护结构全部施工完成;主体结构完成96%。

北岸明挖暗埋段及敞开段:明挖暗埋段:基坑土方开挖88.9%;围护结构完成99%;主体结构完成75%。

明挖敞开段:承载桩全部完成;土方开挖累计完成65.7%;主体结构完成28.6%。

2)南岸工作进展

汽修厂站:接缝止水累计完成86%;围护桩累计完成95%;格构柱累计完成36%;降水井累计完成44%;地连墙累计完成99%;桩间高压旋喷累计完成42%。

合建段:连墙累计完成43%;槽壁加固累计完成57%。

接收井:地连墙累计完成85%;接缝止水桩累计完成43%;端头加固累计完成13%;土方开挖累计完成33%。

3)预制厂工作进展

管片累计生产21.7%;箱涵累计生产6.2%。  

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