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沉井这种古老的特种基础施工技术,有着辉煌的历史,在地下空间的开发建设中越来越受到关注,沉井技术已在矿山、电厂、水工基础设施、隧道等建设项目中成功应用,解决了各种各样的难题,应用也越来越广泛。
新中国成立以来,特别是改革开放后的20几年,随着我国的基础建设事业的蓬勃发展,沉井这门施工技术越来越被广泛关注。据悉,仅上海某一个建筑公司就曾经施工过各式沉井300多座,应用范围从桥墩基础到取水泵房,从地下厂房(如上海高桥热电厂,直径达60米)到煤矿(如大屯煤矿主井,深80米)。一些大型沉井平面尺寸超过3500m2,下沉深度已超过150m。从20世纪后期直到进入21世纪以来,由于科学技术的发展突飞猛进,人类的建筑活动也是上天、入地、下海,不断向新的领域更加宽广的拓展。城市化的浪潮推动高层建筑数量越来越多,高度越来越大,基础越来越深;开发利用地下空间,如地铁、地下停车场、地下商场等繁多的地下设施的建设;跨海大桥、海底隧道、海上石油平台的建造;深入地下数千米的矿井开凿等等,使沉井这项古老的施工技术一方面面临着更大、更深、更复杂、更高要求的技术难题。另一方面由于建筑材料、建筑机械、施工工艺、土体加固技术等相关技术的进步和发展,特别是由于计算机科学技术的发展、电子技术的应用、检验方式、监测技术和自动化程度的提高,使沉井施工技术在传统工艺和技术的基础上不断有新的发展与突破。
2008年12月至2010年2月,作者先后参与了湖北中南勘察基础工程有限公司承接的西气东输二线长江盾构接收井和钱塘江盾构始发井的施工。沉井这种施工工艺往往都是在恶劣的地质条件下选择的,这两口井也不例外,长江盾构竖井主要穿越粉砂层,地下水位高,离长江近,存在流砂、管涌的可能性大,最后在采取井点降水后顺利完工。钱塘江竖井的地质条件更加恶劣,除了上层3米左右的根植土,整个竖井都在流塑状淤泥质粘土中下沉,施工中曾出现井外地面沉降、井内涌土、井内涌砂、竖井偏斜、突沉、下沉系数过大、刹车困难等一系列问题,为克服这些施工难题,整个施工过程中做过两次补充勘察,召开过三次专家会,耗费了大量的人力财力才得以完工。正是由于设计人员、施工人员没有类似经验,对淤泥质粘土的特性及沉井下沉机理、下沉过程中受力特性缺乏深入认识,使得这次沉井的施工非常被动。
本课题采用数学分析方法对软弱地基中沉井的设计施工方案进行综合分析,并根据工程施工情况提出设计优化,同时根据施工过程中的补充勘察情况分析沉井下沉过程中周围土体受扰动后的变化,结合专家意见提出更加可行的施工方案。对西二线钱塘江盾构始发井工程施工中,淤泥质粘土条件下沉井的受力特点及施工扰动产生的影响进行研究,为沉井设计、施工、辅助措施等过程中的工艺选型和技术参数选取提供理论依据。同时,积累经验,更好地指导今后生产实践。
研究内容:(1)整理参与建设的沉井施工资料,并参考国内外相关文献,详细分析沉井的施工工艺;(2)分析西二线钱塘江盾构始发井工程概况及地质条件;(3)西二线钱塘江盾构始发井结构设计、计算及相关参数的选取;(4)沉井制作、下沉和封底技术;(5)沉井施工中常见的问题与对策。最后对软弱地基中沉井施工经验进行总结,重点解决如何选取沉井的设计施工参数,使沉井设计施工方案的选择更合理、更经济、更安全、更便捷。
研究方法:(1)从分析沉井施工的特点、在不同地层中受力特点、施工中常见的问题等对沉井施工技术形成一个客观的认识,分析当前各施工方法的特点及优缺点,以及不同地质条件下的适应情况,收集类似沉井工程的实例资料,总结成功经验及失败教训;(2)结合本人的沉井施工中遇到的各种难题,从沉井的设计、施工等方面论证施工顺序、下沉方式、技术参数、辅助措施等的选择方法;(3)根据整个施工过程中的技术资料、监测方法及成果、试验方法、专家意见等调整相关设计施工参数,对沉井的设计施工方案进行优化;(4)根据上述研究,总结研究成果。