港珠澳大桥是跨越伶仃洋、东接香港特别行政区、西接广东珠海和澳门特别行政区,在“一国两制”框架下由粤港澳三地首次合作建设的超大型跨海交通工程,大桥于20xx年12月正式开工,总长约55公里,其岛隧工程中的沉管隧道是当今世界综合难度最大的沉管隧道之一,建成后是世界上最长的跨海大桥。 港珠澳大桥截至20xx年4月底,已累计完成投资约229.51亿元,占项目总投资的60.21%,预计通车时间:20xx年建成通车。
据介绍,港珠澳大桥项目起自粤港分界线,止于珠海/澳门口岸人工岛,全长29.6
公里,其中桥梁22.9公里、隧道6公里,以及2处海中人工岛,按双向六车道高速公路标准建设,设计时速为每小时100公里,总概算为381.18亿元。该项目于20xx年9月开工建设。
起于珠澳口岸人工岛,将接港珠澳大桥主体工程的港珠澳大桥珠海连接线工程,于20xx年7月底开工建设,截至20xx年4月底,已累计完成投资56.45亿元,占项目总投资的61.67%,预计20xx年底建成通车。该项目经拱北口岸、湾仔(设隧道穿越将军山)、珠海保税区(沿南琴路高架),终于南屏镇洪湾村(拟设洪湾互通连接西部沿海高速公路月环至南屏支线延长线),项目全长13.432公里(其中主线长12.672公里)。全线按照双向六车道高速公路标准建设,设计时速为每小时80公里,批复概算91.53亿元。
另悉,港珠澳大桥珠海口岸工程作为港珠澳大桥的重要组成部分,与澳门口岸同岛设置。建设内容包括旅检区、货检区、口岸办公区、市政配套区,总建筑面积为32.7万平方米,建筑顶棚面积为15.23万平方米。总概算为53.44亿元。项目自20xx年12月开工建设以来至今已累计完成投资12.41亿元,占总概算的23.23%,计划20xx年建成。
第二篇:港珠澳大桥主体工程人工岛的降水方案设计
港珠澳大桥主体工程人工岛的降水方案设计
摘要 地下水是影响基坑施工的重要因素,基坑降水的设计是关
系到工程安全与建筑施工是否能正常进行的重要技术措施。本文阐
述了海上抽水试验抽水井及观测井的布置及施工方案,根椐水文地
质条件选用计算模型,并采用多种方法对水文地质参数进行了计算
与对比分析,最终确定基坑降水方案,以期对今后类似工程的设计
施工具有一定的指导意义。
关键词 深基坑;降水;涌水量;方案设计;江苏淮安
随着我国经济建设的迅猛发展,基坑深度也由-(8~10)m发展到
-32.5 m(首都国家大剧院)(王曙光,2005)。在基坑开挖过程中
地下水对工程支护设计与施工起着致关重要的作用,怎样降低地下
水,降水方案设计能否达到基坑降水目的,关系到基础的安全与建
筑施工的正常进行。查明建筑场地的水文地质条件,试验井的布置
及施工方法,计算模型的选用,试验参数的计算,水文地质参数的
分析,对评价地下水对隧道与人工岛基础施工的可能造成的影响是
一项基础性工作。
港珠澳大桥主体工程人工岛位于香港大屿山石散石湾附近,其抽
水井、观测井的施工受风浪、水流、过往船只等多种因素的影响,
技术难度大、方法手段先进,取得的设计参数准确、可靠。
1 试验区概况
本次试验位于珠江三角洲香港大屿山石散石湾附近海底平原区,
主要含水屋为第四系松散层沉积物,下伏燕山早期花岗岩侵入体
(γ52(3)c)和震旦系(z)片麻状混合花岗岩。人工岛处附近
地下水可划分为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水两类。松散岩类孔隙
含水层是本次抽水目的层。
2 试验井的布置及施工
2.1 试验井布置
抽水试验孔位于北侧岛壁外225.96 m。观测井的方向近南北向,
垂直于人工岛轴线方向,与地下水水流方向近一致。试验井为非完
整井。
2.2 成井过程
抽水主井先用船上大型吊机将φ377 mm和φ325 mm的保护套管垂
直下入土中,保证井管在孔中居中,由震动机压入土中,接着用φ
168 mm三翼合金钻头扫孔,再用φ270 mm三翼合金钻头扩孔,孔
深到设计深度后按地层分别下入沉淀管、滤水管和实管。
2.3 成井结构
在施工时先对一口观测井采用φ89mm岩芯管配用合金钻头,全断
面取芯。通过对地层的分析,查明含水层的分布特征,确定过滤器
和实管的长度及填砾方量及止水位置。
抽水井外护管为φ377无缝钢管,下至泥面。护管为φ325纲管,
井管为168钢管,采用桥式过滤器。该过滤器的优点是:①特殊结
构使得砾石不易阻塞孔眼,有较高的过水能力;②特殊孔形结构起
到了增强滤水管机械强度的效果,具有较高的机械强度;③连接方
式多样化,下管操作方便,适于野外生产。
观测井选用φ139 mm钢管作为隔水保护套管,φ73钢管作为井管。
抽水井和观测井结构大致相同。抽水井底部为3 m左右的沉淀管,
含水层部分采用桥式过滤器,其余采用实管;观测井含水层部分采
用圆孔式过滤器,其他部分采用实管。
2.4 水位观测
1)静止水位观测。静止水位和海水位采用全自动水位控制仪进行
观测,仪器的读取为每分钟一次。采用测绳进行校正。
2)动水位、流量及水温的观测。本次试验主要采用稳定流方法进
行试验,同时结合非稳定流法计算要求进行观测。
抽水井动水位的的观测在正式抽水试验开始后第1、2、3、4、5、
6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120 min各观
测一次,以后每隔30 min观测一次,直到水位稳定。抽水井出水
量和观测井水位,在正式抽水试验开始后第5、10、15、20、30、
40、50、60 min各观测一次,以后每隔30 min观测一次。
在试验过程中测量地下水、海水水温以及空气温度。
出水量采用水表测量,水表读数精确到0.01m3。用三角堰对流量
进行校核,经校核所采取的数据是准确的。
对试验井进行三个降深抽水试验。降深由大到小,先进行大降深,
后进行小降深。
抽水试验稳定标准和稳定延续时间:
本次试验地下水位和海水联系密切。通过观测,地下水的升降与
潮水的涨、落稍有滞后。因此采用相对静止水位,即当潮水位与地
下水位变化趋势一致且差值保持在一常量时,即视为地下水位相对
稳定。涌水量波动值(最大与最小涌水量之差)不超过平均流量的
5%。水位和水量只在上述范围内波动,没有持续上升或下降的趋势,
视为稳定。
稳定延续时间:第一降深12小时,第二降深9.5小时,第三降深
8.5小时。
3)恢复水位观测。抽水试验结束,立即进行了恢复水位观测。抽
水井在抽水停止后第1、2、3、4、5、6、8、10、15、20、25、30、
40、50、60、80、100、120 min各测一次,以后每30分钟测量一
次,直到水位稳定。观测井观测时间为停抽后第1、3、5、10、15、
20、25、30、40、50、60、80、100、120 min各测一次,以后每隔
30分钟观测一次,直至完全恢复。恢复水位稳定标准与静止水位观
测要求相同,并与抽水前静水水位进行比较。
2.5 抽水试验情况
抽水试验共进行三个降深,降深分别为14.98、6.98和2.18 m,
出水量分别为49.43、39.00和15.91 m3/h,三次降深稳定时间分
别为12-9.5-8.5时。
3 水文地质参数计算
3.1 计算模型的选用
1)计算模型。根据地质资料,试验所在位置目的含水层分布连续,
试验含水层厚度20.00 m,由细砂、中砂、粗砂组成。试验所在位
置含水层分布较均匀,边界距抽水井较远。
抽水井上部均覆盖有较厚的粘性土层,含水层具有承压性。试验
所采用的是非完整井试验。
2)地下水静止水位的采用。根据本次试验地下水静止水位及海水
位的观测,地下水与海水受潮汐变化现象明显。地下水的变化与海
水的变化有滞后现象,滞后时间约15 min。地下水水位高程与海水
面高程相差较大,约0.53 m,在高潮和低潮期也不相同。
地下水静止水位的采用是:根据静止水位观测时,取得在潮汐周
期内不同时间地下水与海水的差值,对抽水稳定时间内处于潮汐周
期的不同时间进行平差,算出静止水位和水位降深。
3.2 试验参数的计算
1)渗透系数的计算。考虑到现场实际情况本文采用稳定流方法进
行计算。
据(《水文地质手册》编写组-1978之8-1-22)单孔抽水,抽水孔
为非完整孔,远离补给或隔水边界,过滤器紧连隔水顶板计算渗透
系数。
式中:k—利用主井求得的含水层渗透系数(cm/s);r—影响半径
(m);q—管井稳定涌水量(m3/h);m—含水层厚度(m);rw—抽
水井半径(m);sw—抽水井稳定动水位下降值(m);ξ0—稳定流
非完整井补充水流阻力值(查表)。
根据(《水文地质手册》编写组-1978之8-1-24)有二个观测孔,
抽水孔和观测孔为非完整孔,远离补给或隔水边界,过滤器紧连隔
水顶板计算渗透系数。
式中:k—利用主井和2个观测井求得的含水层渗透系数(cm/s);
q—管井稳定涌水量(m3/h);m—含水层厚度(m);s1、s2—观测
孔1、观测孔2稳定动水位下降值(m);r1、r2—观测孔1、观测
孔2至抽水井中心的距离(m)。(表5)
根据(sl 320-2005)附录b稳定流承压水非完整井过滤器紧接含
水层顶板,l>0.3 m,计算承压水渗透系数计算公式:
式中:k—利用主井和2个观测井求得的含水层渗透系数(cm/s);
q—管井稳定涌水量(m3/h);m—含水层厚度(m);l—过滤器长度
(m);s1、s2—观测孔1、观测孔2稳定动水位下降值(m);r1、
r2—观测孔1、观测孔2至抽水井中心的距离(m)。(表6)
2)抽水井影响半径计算公式。根据(sl 320-2005)附录f中公
式:
(式4.2.2)
式中:r—影响半径(m);s1、s2—观测孔内水位降深(m);r1、
r2—抽水孔至观测孔之间的距离(m)。
3.3 水文地质参数的分析与选用
通过不同方法对渗透系的综上所得,人工岛渗透系数k为0.694~
2.44×10-2 cm/s,降深14.98 m~2.18 m时,影响半径r为110.18
m~79.40 m。
由于采用两个观察孔时所计算结果精度较高,人工岛渗透系数
k=2.04×10-2 cm/s,降深在14.98 m时影响半径r=110.18 m。
根据人工岛区水文地质条件,结合场区勘察地层参数分析、比较,
取以上平均值为本次抽水试验水文地质参数。
4 基坑降水方案建议
根据人工岛及隧道的设计方案,主要有两个方面的施工涉及地下
水:一是隧道岛上段小岛施工时的降水;二是在围堰施工后,人工
岛大面积排水后的基坑抗渗流稳定性。
人工岛降水的有关参数分别计算如下。
4.1 人工岛基坑降水参数计算
1)基坑涌水量的计算。按设计方案要求,拟建人工岛承压水头降
至-11.40 m,据资料显示,测得最高海水位2.51 m,而承压水头比
海水位高0.02 m,即基坑水位降深为14.44 m。
根据(jtj120-99之f.0.3-1)中承压水完整井基坑涌水量计算公
式:
式中:q—基坑涌水量(m3/d);k—渗透系数(2.04×10-2 cm/s);
m—承压水含水层厚度(20.00 m);s—基坑水位降深(14.44 m);
r—降水影响半径(设计降深23.04 m时影响半径125 m);r0—基
坑等效半径()。
代入数值计算得:q=40009 m3/d。
2)设计单井涌水量的计算。根据(jtj120-99之8.3.4)管井的
出水量经验公式:
其中:rs—过滤器半径(取0.20 m);l—过滤器进水部分长度(l
取15);k—渗透系数(2.04×10-2 cm/s)。
代入数据,计算得:q=2940 m3/d。
3)降水井数量的计算。根据(jtj120-99之8.3.3)降水井的计
算公式:
式中:q—基坑总涌水量(40009 m3/d);q—设计单井出水量
(2000 m3/d)。
分别代入数值计算得:n≈22。
即拟建人工岛岛隧结合处小岛基坑降水需布置22口井降水井(井
深60 m、井径400 mm)。
4.2 人工岛降水井的布设
拟建人工岛岛隧结合处小岛基坑,长90 m,宽37.3 m。该场区含
水层分布均匀,渗透性好,地下水补给条件好。建议降水井布置在
岛壁外围1 m~2 m处,分三排均匀布置,两侧每排7个,中间一
排8个,详见图1:人工岛降水井平面布置图。
图1 人工岛降水井平面布置图
根据(jtj120-99之8.3.7-2)块状基坑降水深度计算公式:
式中:s—在基坑中心处或各井点中心处地下水位降深(m);q—
基坑总涌水量(40009 m3/d);m—含水层厚度(20 m);k-渗透系
数(2.04×10-2 cm/s);r0—基坑等效半径与降水井影响半径之和
(32.7+125 m);n—降水井个数(22口);ri—n井至基坑中心点
的距离(m)。
代入数值计算得:s=30.28 m。
可见,降水井运行后水位降深为30.28 m,超过设计降深14.4 m,
可满足降水设计要求。
4.3 基坑抗渗流稳定性分析
根据设计要求,在人工岛基础进行施工时,人工岛基坑底部开挖
高程为-11.00 m。按(gb 50007-2002之w.0.1)进行基坑底抗
渗流稳定性验算。
式中:γm—透水层以上土的饱和重度(kn/m3);t+δt—透水层
顶面距基坑底面的深度(m);pw—含水层水压力(kpa)。
透水层以上土层为淤泥、淤泥质粉质粘土,饱和重度取17.0 kn/m3。
透水层顶面距基坑底面的深度最小为43.90 m。含水层水压力取年
最大潮位时地下水水头值3.04 m到透水层顶面的距离。
满足条件,坑底稳定。
5 结束语
通过多种方法计算出人工岛渗透系数k=2.04×10-2 cm/s,降深
在14.98 m时影响半径r=110.18 m。按设计方案要求,拟建人工
岛承压水头降至-11.40 m,据资料显示,测得最高海水位2.51 m,
而承压水头比海水位高0.53 m,即基坑水位降深为14.44 m。
承压水完整井基坑涌水量计算q=40009 m3/d。q=2940 m3/d。拟
建人工岛岛隧结合处小岛基坑降水需布置22口井降水井(井深60.0
m、井径400 mm)。当布设24口降水井时,可见,降水井运行后水
位降深为30.28 m,超过设计降深14.4 m,可满足降水设计要求。
参考文献
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