天津蓟州新城建设投资政府债定融

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天津蓟州新城建设投资政府债定融

无关内容：

并对特殊部位进行施工优化

     　　【关键词】优化，新三管法，壁挂式复合，土钉墙 　　1概述 　　1.1概况 　　珠海市南湾立交工程下穿隧道工程位于珠海市香洲区南屏镇省道S366线与南湾大道相接的立交口,承担着市区内东西快速交通及转换功能，是省道S366线(高速公路)改建工程中先期第一个实施的重要工程

    本工程中下穿隧道是控制整个工程进度的关键工程，主要难点如下： 　　①隧道基坑开挖深度变幅大，由2.5m变化到8.7m，局部泵房开挖深度达11.7m；基坑支护线长达1.13公里，地质条件多变；基坑两侧15m距离内的临时道路承担着整个珠海大道与南湾大道的交通，20m以外有16层的高层建筑和10层以下的建筑群，为达到安全经济目标的基坑止水支护方案优化难度大

     　　②管线复杂：本工程所处地理位置地下管线密布，种类繁多

    有电力（其中含有高压供电）、电信光纤、污水管、煤气管道等；特别是2条军用光缆和2条2万伏电压电缆横穿隧道，不能移动或中断，给隧道基坑止水支护及开挖带来极大的困难

     　　1.2岩土条件 　　地质条件差且复杂多变，水位高（混合地下水静止水位埋深为2m左右）：第四系海陆交互相淤积层分布广，淤泥为饱和流塑状，局部厚度超过7m，强度低，自稳性差；局部下伏粘土层硬度大，人工杂填土中含块石、建筑垃圾多，局部地段存在人工填石层，填石层空隙大，渗漏严重；表层软弱残积土中夹杂大块坚硬的未风化花岗岩，以上不良地质给基坑止水帷幕、边坡支护带来诸多难题

     　　2设计方案的优化及实施效果 　　原图纸设计方案主要使用桩锚式支护技术：深度小于5m时，采用水泥搅拌桩格构式挡墙挡土，竖向水泥搅拌桩起隔水作用；基坑深度大于5m时，采用顶部1.5m高度局部放坡+钻孔灌注桩+预应力锚索+水泥搅拌桩止水帷幕的支护结构

     　　该方案存在以下不足：①实施安全风险大

    原方案必须使用大型桩机在管线周边施工活动、冲击钻进，对管线的安全隐患大；且水泥搅拌桩桩机施工遇到块石或孤石则不能钻进或发生偏钻，存在止水帷幕中断或不能连续的隐患，容量引起边坡涌水、流土、坍塌及地面塌陷、危及周边建筑物安全等问题

    ②局部位置方案无法实施

    在管线部位钻孔水下混凝土灌注支护桩和止水帷幕水泥搅拌桩均不能施工

    ③方案实施造价高

    经测算，原方案的预算造价高达2623万，预算结果表明仅土方开挖和支护工程的亏损将超过1000万以上

     　　鉴于上述原因，我司提出了复合土钉墙支护结构方案：采用顶部2.5m高度局部放坡+竖向加筋水泥搅拌桩（或高压旋喷桩）+斜向预应力锚索或普通锚杆支护结构，竖向水泥搅拌桩或高压旋喷桩起隔水作用

    由于本工程存在岩土力学参数较好的下卧层，该支护较易通过基坑安全验算

     　　该方案优点如下：①止水帷幕采用高压旋喷桩代替水泥搅拌桩，解决了多石地段和管线部位不能施工水泥搅拌桩和钻孔灌注桩的难题，避免了使用水泥搅拌桩和钻孔灌注桩大型机械的安全隐患；②预应力锚索均伸入稳定的粘性土或花岗岩层中，解决了原设计安全性差的问题；③因复合土钉墙各组合构件设计可根据地质条件和开挖深度灵活增减，积极利用水泥拌合土对土体的加固和支挡功能，就地使用原状土和便宜的水泥作为材料，减少昂贵的钢材用量，加之其施工机械普遍便宜，工价便宜，工程预算价约780万，比原方案降低了1643万，达到了大幅度降低工程成本的目的

     　　3特殊部位的施工优化及实施效果 　　3.1跨管线部位基坑 　　线左ZK9+964.58~ZK10+028.58开挖深度6~8.7m,该段在两个位置上分别有2条驻澳部队的军用光缆和2条2万伏的高压电力线横穿隧道基坑，与止水帷幕方向垂直

    由于客观条件和工期限制，要求在管线迁改之前闭合整个基坑的止水帷幕

    因此止水帷幕过管线是本工程又一施工难点

     　　根据现场电缆沟尺寸，管线两侧高喷钻孔中心最大间距为100cm，高喷桩设计咬合25cm以上,桩直径要求达到150cm才能满足要求

    但是在标准贯入击数20＜N＜27.5的硬塑状粘性土中，一般的高压旋喷技术成桩直径很难达到φ150cm，管线部位基坑开挖深度8m，止水帷幕设计深度要求进入基底以下亚粘土2.5m，在硬质亚粘土中成桩长度达4.2m，为了获得大桩径的高压旋喷桩我司决定采用新三管法高喷技术施工

     　　新三管法是先用高压水和气冲击切割地层土体，然后再用较高压力的水泥浆对土体进行二次切割和喷入

    水、气喷嘴和浆、气喷嘴铅直间距约0.5～0.6m

    由于水的粘滞性小，易于进入较小空隙中产生水楔劈裂效应，对于冲切置换细颗粒有较好的作用

    高压浆液射流对地层二次喷射不仅增大了喷射半径，使浆液均匀注入被破坏的地层，而且由于浆、气喷嘴和水、气喷嘴间距较大，水对浆液的稀释作用减小，使实际灌入的浆量增多，提高了凝结体的结石率和强度，该法高喷质量优于三管法，成桩直径也较大

     　　3.2泵房段基坑 　　基坑开挖深度11.7m，在该段止水帷幕水泥搅拌桩试桩过程中发现，搅拌桩施工至地面以下8.5～9.5米处时，钻头遇到坚硬的土层无法下钻达到设计深度，墙趾距离基坑底面垂直高差3米左右

    若基坑按原设计方案垂直下挖至基底标高，水泥搅拌桩呈“悬空”状态，整个复合土钉墙支护结构呈壁挂状，原设计复合土钉墙各种组合结构相互支持共同作用的机理发生破坏，发生基脚失稳或渗流破坏的可能性大，危及基坑安全

     　　考虑到硬质土层的坚硬程度，不宜采用高压旋喷桩替代水泥搅拌桩，也不宜采用钢板桩支护，却可以充分利用硬塑性粘土具有较高抗剪强度的特性，放坡开挖水泥搅拌桩桩底以下基坑土方，提出了壁挂式复合土钉墙施工方案

     　　①坡脚悬空部分放坡开挖

    水泥搅拌桩平面位置外移5.5m，基坑底部3.5～4m高度内的土方放坡开挖，坡度1:1，坡顶设1.5m宽度平台，顶面高出水泥搅拌桩底约1m

     　　②设置抗滑加固桩

    坡脚抗滑加固桩采用两排微型钢管桩，钢管桩采用φ114mm、壁厚3.5mm，单根长度12m，与原设计搅拌桩长度相等，伸入基底以下土层2.8m，浆体强度不低于20MPa

    外排钢管桩设在外排水泥搅拌中心，内排设在内排水泥搅拌桩中心，桩排距0.9m，桩间距0.6m

    钢管桩采用先钻孔安装钢管，后压密注浆的施工工艺

     　　③排水降水及渗流稳定性验算,防止流砂现象

    在基坑边坡顶部及坡脚平台顶设截水沟，在泵房基底四周设排水沟，并在泵房远离基坑边坡的一侧的墙体外侧设置口径1.2m的降水井3个，距离垂直边坡面水平距离18m，深度3m，井内放钢筋笼，笼外填碎石

    泵房基底设20cm砂滤层，砂层及基底排水沟与降水井连通

    根据渗流破坏研究成果，设计渗流逸出处的水力梯度ί＜【ί】，土粒不会处于悬浮状态而失去稳定，不会发生流砂现象

     　　④坡面防护及基底硬化

    坡面挂网喷射C20混凝土，厚度10cm，钢筋网为ø6@200×200

    基底砂垫层上设C20混凝土垫层，厚度10cm

     　　⑤壁挂式复合土钉墙锚索及土钉优化设计 　　根据修改后的基坑工况，部分考虑抗滑加固桩的作用，使用土钉墙设计程序，采用圆弧滑动面条分法对各工况下基坑稳定性进行验算，对锚索及土钉进行调整

    调整后基坑支护结构为：顶部2.5m高度放坡开挖+4排水泥搅拌桩+2排钢管桩+1排锚索+4排钢花管土钉+底部4m高度放坡开挖+坡面网喷

    预应力锚索较原设计减少１排，采用4øs15.2、标准强度fpk=1860Mpa的高强度低松驰钢绞线土锚，向下倾角25°，水平间距由原设计2.4m加密成1.2m，单根长度25m，自由长度5m，设计抗拔力加大到400KN，锁定力320KN

    土钉采用ø48钢花管，向下倾角25°，最上一层与锚索参花布置，水平间距2.4m，长度12m，以下3层水平间距1.2m，长度12～8m 　　4结语 　　“壁挂式”复合土钉墙支护施工技术解决施工难题，为一种新型的基坑支护方式，值得进一步深入研究

     遥感影像记录的大量地表信息是更新GIS最主要、最有效的数据来源

    道路网数据的更新是GIS空间数据更新的重要组成部分，其快速提取、更新技术的研究成为当前的重要课题

    20世纪70年代中期，国内外就开展了大量关于直接从遥感影像中提取道路信息的研究工作，但是到目前为止，该技术在完整性和正确性方面尚未取得令人满意的成果

    QuickBird等高分辨率影像的商业化使用，为利用遥感影像快速更新地图，实现变化检测提供了可能

    为更方便准确地从遥感影像中识别道路，本文拟研究基于旧有的栅格化DLG和最新精确配准的遥感影像图，提取遥感影像中发生延伸及拓宽道路的新算法，实现DLG的快速更新

     1道路提取前的准备工作 1.1数据格式转换与配准 整个道路提取算法是在MATLAB环境下运行的，需将DLG与遥感影像转化为MATLAB可以读取的格式

    遥感影像为金字塔格式，利用ArcGIS软件对其做适当处理，并将DLG中的道路边缘线图层栅格化，以文本文档的格式输出

    在栅格化DLG的过程中，设置边缘线的颜色属性为黑白渐变色，使得每条线都具有唯一的灰度值，以便利用DLG中的道路信息作为先验数据

    由于格式的转化，两者失去了地理坐标信息，需要将其重新配准，可以选择线性正投影、仿射变换、投影变换等几种方法

     1.2道路边缘线提取并截断 如图1(a)(b)所示，矩形框所包围的道路边缘线上各点具有统一的编号12121

    由之前的操作可知，该线属于同一道路的边缘，显而易见，无法将其视为一条直线

    本文所提出的方法适用于处理近似直线的道路线边缘，因此，利用唯一灰度值信息自动提取出边缘线段后，需使用曲线离散化的方法将其截断为短直线，直至打断后的每段边缘线都接近于直线为止，图1(c)为截断边缘线的示意图

    截断后，斜率小于1的直线段定义为近水平道路边缘线，并存放在近水平道路边缘线数组中，其他道路线存放在近竖直道路边缘线数组中

     1.3线对的匹配 两条源于同一条道路双边缘的短直线包围着一段平直的道路，寻找这样一对短直线的过程称为线对匹配［5，6］

    设两条短直线为l1，l2，线段长度l1＞l2，l1与l2匹配需满足以下条件:①基本平行;②距离在最小道路宽度和最大道路宽度之间;③平移l2至l1处，重叠度不小于阈值70%;④满足前三个条件的情况下，l1与l2距离最近

    线对的匹配在近水平及近竖直道路边缘线数组中分别进行，流程基本相同

    匹配前，将所有线段按长度排序，依次选择现有最短的道路边缘线作为当前匹配线段，若匹配成功则置空当前线段，防止重复匹配

    细化匹配成功的双边缘线对的类别为水平道路上边缘、水平道路下边缘，竖直道路左边缘、竖直道路右边缘，线对明确的相对位置关系能够有效地提高后续实验的运算效率

     2改扩建道路的提取及更新 道路为典型的线状地物，其特征可归纳为辐射、几何、拓扑、功能以及关联和上下文约束等

    由于利用DLG数据作为先验信息，道路提取成果的可靠性得到显著提高，在道路的提取过程中，主要依据道路均匀带状分布的几何特性及灰度辐射特性，采用了一种易实现但非常有效的判断方法，即是边缘线灰度梯度均值最大法［8］

    将道路边缘线两侧像素灰度差值的平均值作为该线的灰度梯度均值，沿竖直方向移动近水平的道路边缘线，沿水平方向移动近竖直的道路边缘线，以平移到每个位置的灰度梯度均值作为判定该位置是否为边缘线的指标

    在提取出拓宽及延伸的道路边缘线后，即将更新后的栅格地图转化为文本文件输出

    随后，使用ArcGIS软件进行栅格地图的矢量化操作，重新生成CAD图像，以替换原有图层

    DLG的更新为分层处理，处理了主要道路边缘线图层后，其他道路边缘线图层的处理可以此作为参照

     2.1判断道路边缘是否拓宽 对于水平道路段而言，上边缘线以上和下边缘线以下是道路的外部;类似地，左边缘线的左侧和右边缘线的右侧是竖直道路的外部

    将边缘线向道路外侧平移距离d1，接着向道路内部平移距离d2，其中，d1＞2d2，在此范围内寻找平均灰度梯度t(k)的最大值tmax(k)，记录tmax(k)对应边缘线距原有边缘线的格网单位值k

    设平均灰度梯度的阈值为tmax，道路拓宽阈值为kmax，判断道路是否拓宽的准则包括:①tmax(k)≥tmax＆k≤kmax，产生最大平均灰度梯度的直线距原有道路边缘线很近，认定道路没有发生变化;②tmax(k)≥tmax＆k＞kmax，判断道路拓宽;③tmax(k)＜tmax，在整个平移过程中，无明显边缘特征存在，认为道路很有可能消失

     2.2提取延伸道路 延伸道路的提取是在道路拓宽判断后进行的，以防道路存在拓宽并延伸的现象

    通常情况下，拓宽判断的前提是要保证相邻两条平行道路的间隔超过各自路面的宽度

    另外，道路双边缘线沿同一方向延伸时，道路才判定为延伸

    近水平与近竖直道路边缘线的延伸过程类似，以竖直道路的延伸为例，提取步骤如下

     (1)利用道路边缘线截断前栅格化的DLG，寻找不靠近图像边界的悬挂点，其所在线段即为可能延伸的道路边缘线

     (2)根据每条边缘线唯一的灰度值信息，寻找经拓宽判断后对应的可能延伸的边缘线对及悬挂点

    通过悬挂点与所在线段的相对位置关系，确定该线对可能延伸的方向

     (3)依次取出一对悬挂点，沿(2)中方向延伸n个格网单位，即悬挂节点的线段端点行号逐次加1或减1，通过拟合该悬挂点所在边缘线得到的直线方程求出列号

    长度为n的延伸边缘线对与原有的道路连接，形成新的道路边缘线对

     (4)将新的道路边缘线对向道路的内部、外部各平移d2

    在该范围内，若平均灰度梯度最大值tmax(k)≥tmax，判断延伸的道路存在，将原道路边缘线的灰度值赋给延伸的道路边缘线，重复步骤(3)，直至新延伸的道路不存在或超出图幅为止;若tmax(k)＜tmax，判断道路并未延伸，运算停止

     3实验 本文的研究重点为城市的主要干道

    旧有的DLG中，实验所需的干道边缘线图层标识为R;所需的遥感影像为两幅QuickBird影像，目视观察道路清晰连续，遮挡相对较少

    实验区内，道路分布均匀，宽度变化在60个格网单位内，若直接使用经典的道路提取方法对其处理，将受到某些不可预见的干扰，如人行道与绿化带形成一条具有较大平均灰度梯度的边缘线，很难得到精确的边缘位置

    本节将通过实验，论证一种可靠性更强、效率更高的新算法，以解决现有提取方法的不足

    根据影像上道路的特点，通过大量的实验调节参数，最终选取d1=9，d2=4，tmax=25，kmax=4，n=5

     3.1提取拓宽道路 图2为第一幅实验影像，用以展示新方法检测拓宽道路的效果，图3是对图2中两窗口进行局部放大的效果

    两图中，黄色线代表原竖直线对，红色线为原水平线对，蓝色线代表拓宽后道路边缘线，绿色线代表未处理的道路边缘线

    实验结果显示，新算法准确地找到拓宽道路，达到了预期效果

    图2拓宽道路全局图图3(b)所示的绿色线段是道路转弯处的连接图3拓宽道路实验局部图线，由于连接线不存在对应的匹配线对，本文的算法还无法对其进行处理，需要进一步改进

     3.2提取延伸道路 第二幅实验影像见图4，用于展示新方法检测延伸道路的效果，图5为图4中两窗口局部放大的效果

    绿色线代表道路边缘线端点为图像边缘点或非悬挂节点，在程序运行时未对其进行处理，红色线代表可能延伸的水平线，黄色线代表可能延伸的竖直线，蓝色线代表延伸道路边缘线

    实验结果显示，新算法准确地找到了延伸道路的边缘线

     3.3更新地形图 对道路边缘线拓宽、延伸等情况进行提取研究的最终目的为DLG的更新

    图6(a)(b)为延伸实验更新前后的道路DLG

    经对比，可观察道路明显延伸

     4结论 地形图的更新是一项繁重的系统工程，涉及很多理论和实际问题，其中，对于空间数据的变化检测是一个非常重要但难于解决的问题

    目前，大多数利用遥感影像更新DLG的实际操作，都是利用目视检验的方法，而自动更新DLG的研究，也大多停留在像素级的水平

    本文使用旧有的DLG作为验信息，结合最新的遥感影像，实现了DLG中改扩建道路信息的更新，在保证精度的前提下，提高了道路提取的效率和可靠性