¿Cuáles son los puntos clave y las dificultades en el estudio de ingeniería geotécnica del Metro de Guangzhou?
1 Descripción general
Para satisfacer las necesidades de un desarrollo económico y social urbano rápido y sostenible, Guangzhou ha planificado proyectos de tránsito ferroviario de acuerdo con el patrón de desarrollo urbano de "este, oeste , sur y norte". En 2010, Guangzhou tendrá nueve líneas de transporte ferroviario urbano con una longitud total de 255 kilómetros y un total de 164 estaciones. La construcción del metro a gran escala conlleva estudios de ingeniería geotécnica a gran escala. De acuerdo con las características del proyecto del metro y las condiciones geológicas específicas de Guangzhou, se discuten las cuestiones clave y difíciles en la investigación de ingeniería geotécnica del metro de Guangzhou.
Los proyectos de metro se pueden dividir en líneas subterráneas, líneas terrestres y líneas aéreas según los métodos de tendido de líneas, según sus funciones, se pueden dividir en estaciones, tramos, depósitos, estacionamientos, subestaciones, centros de control, etc. Según el método de construcción, se puede dividir en método de escudo, método de mina, método de excavación abierta, método de excavación de cubierta y método de tubo sumergido. La diversidad de métodos de tendido de líneas de metro y métodos de construcción conduce a la diversidad de tipos de cimientos de ingeniería del metro y formas estructurales (como pilotes, muros pantalla subterráneos, soportes, anclajes, cimientos compuestos, etc.). características de túneles ferroviarios, características de edificios urbanos de gran altura, fosas profundas y estudios hidrogeológicos. Diferentes métodos de tendido de líneas, métodos de construcción y formas estructurales plantean diferentes requisitos y prioridades para la investigación en ingeniería geotécnica.
2 Ingeniería geológica y condiciones hidrogeológicas en el área de Guangzhou
La estructura geotectónica de Guangzhou está ubicada en la unidad estructural de la Depresión Central de Guangdong del sistema plegado del sur de China. Bajo la influencia de los ciclos tectónicos de Caledonia, Indosinia, Yanshani e Himalaya, se desarrollaron pliegues y fallas de diferentes escalas en la zona, y se desarrollaron rocas sedimentarias, rocas magmáticas y rocas metamórficas. Entre ellas, la falla de Guangcong en el noreste y la falla de Shouguling en dirección este-oeste dividen Guangzhou en tres regiones estructurales y controlan la distribución de sedimentos cuaternarios y depocentros en cada región.
El área estructural de Guangcong al oeste de la falla 2.1.
Situada en el noreste y suroeste de Guanghua Sag, la estructura principal está orientada al noreste y está formada por el Paleozoico Superior y sus pliegues y fallas asociadas, así como por las cuencas sinclinales del Pérmico y Terciario. La parte occidental del distrito de Baiyun se encuentra en esta área estructural. Los estratos cuaternarios en esta área están compuestos principalmente por relleno artificial, arena aluvial, suelo aluvial y sedimentos residuales del Pleistoceno superior y Holoceno. El lecho de roca subyacente está formado principalmente por rocas clásticas y carbonatadas del Carbonífero, Pérmico, Triásico y Terciario, intercaladas con calizas, margas, calizas carbonosas, lutitas o lutitas carbonáceas y areniscas, lutitas, conglomerados y conglomerados grises. Los principales procesos geológicos adversos en esta zona estructural incluyen el karst, las minas de carbón, las fallas y las profundas depresiones de erosión.
2.2 El área estructural al este de la falla de Guangcong y al norte de la falla de Shougouling.
Ubicadas al oeste del levantamiento Zengcheng, las partes orientales del distrito de Baiyun y el distrito de Luogang se encuentran principalmente dentro del alcance de esta estructura. El Sistema Cuaternario en esta área se compone principalmente de relleno artificial, suelo aluvial, arena aluvial, suelo sedimentario fluvial y lacustre, y sedimentos residuales del Plioceno y Holoceno. El lecho rocoso subyacente es principalmente roca intrusiva de Yanshan. La geología desfavorable y el suelo especial en esta área estructural incluyen principalmente suelo residual erosionado por granito, meteorización esférica, canales de meteorización profunda, licuefacción de arena, etc.
2.3 El área estructural al este de la falla de Guangcong y al sur de la falla de Shougouling.
Situada en la parte oriental de la cuenca de la falla Sanshui, es una estructura heredada compuesta por amplios pliegues de este a oeste en el Cretácico de la era Mesozoica y una serie de fallas con tendencia noroeste formadas a finales del Yanshaniense. y los períodos del Himalaya. Yuexiu, Liwan, Tianhe, Fangcun, Haizhu, Huangpu y Panyu se encuentran principalmente en esta área estructural. El Sistema Cuaternario está compuesto principalmente por relleno artificial del Holoceno y Pleistoceno superior, sedimentos alternos marinos y continentales, depósitos aluviales y depósitos residuales. El lecho rocoso subyacente es roca sedimentaria del Cretácico y roca metamórfica del Sinio. Los efectos geológicos adversos típicos que enfrentan los proyectos de metro en esta área estructural incluyen licuefacción de arena, suelo blando, capas eluviales del Cretácico y ablandamiento de zonas erosionadas cuando se exponen al agua.
Guangzhou está situada en el delta del río Perla, con ríos que lo cruzan, ricas aguas subterráneas y poca profundidad. El agua subterránea se puede dividir en agua de poros cuaternarios, agua de fisuras de erosión del lecho rocoso y agua de fisuras kársticas de rocas carbonatadas según su modo de aparición. Los niveles de agua subterránea se ven significativamente afectados por las estaciones y las mareas. El agua de los poros cuaternarios está parcialmente bajo presión, y la mayor parte del agua de las fisuras kársticas en el karst oculto está bajo presión.
Además, Guangzhou tiene muchos pliegues y fallas, se ve afectada por fracturas estructurales y zonas de fractura y tiene condiciones hidrogeológicas complejas.
3 Requisitos para el estudio de ingeniería geotécnica para proyectos de metro
El estudio de ingeniería geotécnica del metro se puede dividir en estudio de viabilidad de ingeniería, estudio preliminar, estudio detallado y estudio de construcción según las etapas. Si es necesario, en una determinada etapa se pueden complementar los estudios hidrológicos especiales, los estudios especiales de fallas, los estudios especiales de suelos blandos y los estudios geofísicos. Las diferentes etapas de investigación tienen diferentes requisitos y precisión de investigación. Tomando un estudio detallado como ejemplo, los principales objetivos y requisitos del estudio de ingeniería geotécnica en la etapa de estudio detallado del Metro de Guangzhou se pueden resumir de la siguiente manera: (1) Con base en el estudio preliminar, identificar en detalle la ingeniería geológica e hidrológica del sitio. Condiciones geológicas, centrándose en zonas complejas o con requisitos especiales.
(2) Identificar detalladamente las características de distribución de condiciones geológicas adversas y especiales de rocas y suelos.
4 Puntos clave y dificultades en el estudio de ingeniería geotécnica del Metro de Guangzhou
4.1 Puntos clave
4.1.1 La medición debe satisfacer las necesidades del diseño estructural y los métodos de construcción.
Para los métodos de excavación abierta y excavación de cobertura, los orificios de exploración generalmente se disponen a unos 2 m fuera del borde de la estructura, y se pueden organizar orificios de perforación como zanjas abiertas y conductos de aire a lo largo de la línea central. Los agujeros de perforación deben disponerse dentro de 1 vez la profundidad de excavación fuera de la estructura. La investigación de ingeniería geotécnica debe identificar las capas geotécnicas y el espesor; identificar la aparición, la ondulación y la pendiente del lecho rocoso; identificar el tipo de agua subterránea, el nivel del agua, el volumen de agua, la fuente de suministro, la permeabilidad y el impacto en la corrosividad de las estructuras de concreto y acero; la posibilidad de pérdida por tubería y flotación; determinar las características de licuefacción de la capa de arena; determinar la posibilidad de precipitación en el pozo de cimentación; evaluar la capacidad de excavación del suelo y la roca; tales como gravedad, resistencia al corte, índice de Poisson, resistencia a la compresión libre, coeficiente de presión lateral estática, coeficiente de cimentación, valor característico de la capacidad de carga de la cimentación de pilotes, fuerza de unión entre la roca y el anclaje, etc.). ) Se requiere el diseño de la estructura envolvente (pilones, paredes, clavos para el suelo, varillas de anclaje) y de cimientos de pilotes permanentes, proporcionando secciones transversales y longitudinales geológicas de ingeniería, etc.
Durante la construcción del túnel protector, los pozos de exploración se escalonan de 3 a 5 m fuera de los túneles en ambos lados a lo largo de la línea. Los estudios de ingeniería geotécnica necesitan identificar la estructura estratigráfica, la secuencia y la distribución de cuevas, lentes y obstáculos en el estrato. Se debe centrarse en estudiar suelos blandos, arena suelta, estratos que contienen cantos rodados, estratos con alto contenido de arcilla limosa, estratos con superficies duras y blandas irregulares y estratos que tienen un mayor impacto en la selección y construcción de la máquina de protección. Determinar el desarrollo conjunto de la roca dura y la clasificación de calidad básica del macizo rocoso, determinar el nivel del agua subterránea, el coeficiente de permeabilidad y la corrosividad, y estimar el flujo de agua en la cara del túnel (como índice de referencia para medir las consecuencias del daño después de la inestabilidad del túnel); ); proporcionar protección de túneles. Parámetros geofísicos y mecánicos necesarios para el cálculo mecánico y la selección de máquinas y herramientas de corte, clasificar la excavación de roca y suelo, y proporcionar perfiles verticales y horizontales de ingeniería geológica.
Para los métodos de minería, los pozos de exploración deben disponerse entre 3 y 5 m fuera del rango de excavación tanto como sea posible. La tarea principal de la investigación de ingeniería geotécnica es clasificar con precisión la roca circundante del túnel. Además, el estudio también debe centrarse en identificar las condiciones hidrogeológicas, estimando el flujo de agua por unidad de longitud del túnel (1 mo 10 m), identificando zonas de fractura estructural, roca circundante suelta que contiene agua, roca circundante hinchada, karst, roca circundante; que se ablanda y se desintegra cuando se expone al agua, y la roca circundante que puede provocar estallidos de rocas clasifica la capacidad de excavación de la roca y el suelo y proporciona perfiles verticales y horizontales de geología de ingeniería; La construcción congelada también requiere el contenido de humedad de la formación, el caudal de agua subterránea, la temperatura de la capa de roca y suelo y los indicadores termofísicos dentro del rango de excavación.
4.1.2 El estudio debe centrarse en identificar una geología desfavorable y rocas y suelos especiales.
Las condiciones geológicas en Guangzhou son complejas y hay muchos efectos geológicos adversos que afectan el proyecto del metro, como fracturas, karst (incluidas la disolución y las cavidades del lecho rojo del Cretácico), goafs, eluvium de granito y zonas erosionadas. , Meteorización esférica, surcos profundos erosionados, suelos blandos, rocas duras, etc.
Cuando el macizo rocoso en la zona de falla se rompe, se debe evitar en la medida de lo posible la cimentación de pilotes. Si es imposible evitarlo, se debe cruzar la zona de falla debido a la compleja actividad del agua subterránea; en la zona de la falla, representa una gran amenaza para la construcción de túneles subterráneos. Durante la fase de investigación se debe identificar el alcance, ocurrencia, fragmentación estructural y riqueza hídrica de la zona de falla. La actividad de la falla puede tener cierto impacto en el proyecto del metro. Si es necesario, se deben realizar investigaciones especiales de fallas para proporcionar datos para consideraciones de diseño sobre si la estructura requiere un tratamiento especial.
Las líneas 2, 3, 5 y 6 del metro de Guangzhou pasan por el área de desarrollo kárstico. El estudio geotécnico desde la ciudad nueva de Zhujiang hasta la torre Chigang, Ruyifang y Shuiyin Road se encuentra en el Cretácico. También hay cuevas expuestas en la capa roja. Las cuevas kársticas y de lecho rojo tienen un gran impacto negativo en las líneas subterráneas y aéreas. Para las líneas subterráneas, puede hacer que la máquina de protección se caiga y el agua confinada en el karst puede atravesar el piso impermeable o exponer el acuífero kárstico durante la excavación abierta o la construcción de la mina, provocando una irrupción de agua kárstica en las líneas aéreas, el karst y el karst; las cuevas provocarán dificultades en la selección de las capas de soporte, la construcción de los cimientos del pilote se atascará, fugas de lodo, colapso del suelo, lo que afectará la seguridad de los edificios terrestres y las tuberías subterráneas, si hay karst oculto debajo de los cimientos del pilote y el túnel, la estructura puede hundirse debido a. a la influencia de la carga; el desarrollo del karst (especialmente las cuevas del suelo) también ha tenido un impacto adverso en las operaciones del metro. Por ejemplo, el desarrollo de agujeros en el suelo puede provocar asentamientos estructurales y afectar la ingeniería del metro y la seguridad ambiental. Los estudios de ingeniería geotécnica deberían intentar identificar la distribución y las condiciones hidrogeológicas de las cuevas kársticas y de las cuevas del suelo. Debido a las limitaciones de la perforación y a las irregularidades locales en el desarrollo kárstico, la perforación debe combinarse con la prospección geofísica cuando sea necesario.
El impacto adverso del goaf en el proyecto del metro se manifiesta principalmente en el colapso del suelo y el agrietamiento causado por el colapso del goaf, así como el daño y la deformación del macizo rocoso superior en el goaf. provocando el hundimiento y fractura del túnel del metro. Los estratos pérmicos en los suburbios del norte de Guangzhou (desde Sanyuanli hasta Jiahe) contienen carbón. Desde que comenzó la minería en la dinastía Qing, se han formado grandes áreas de túneles de extracción de carbón complejos. Dado que la posición plana y las condiciones espaciales del goaf tienen un gran impacto en el plan de tendido de la línea y la selección del método de construcción de la línea norte, se deben realizar investigaciones e investigaciones para identificar el alcance y la profundidad del goaf y analizar el impacto del carbón. tonto en el metro El grado de influencia de la línea proporciona la base para el diseño y construcción de la línea norte.
La roca dura tiene una gran influencia en la selección y los métodos de construcción de las tuneladoras de escudo. Generalmente, cuando la resistencia a la compresión uniaxial natural de la roca es superior a 80 MPa, se seleccionan fresas de disco de un solo filo y el espaciado de las fresas se diseña en función de la resistencia de la roca y el desarrollo de juntas y grietas. Cuando el escudo excava túneles en formaciones de roca dura, las herramientas de corte se desgastan severamente, a veces incluso dañando las herramientas de corte y desgastando el cabezal de corte, lo que resulta en una eficiencia de excavación de túneles extremadamente baja. En este momento, se debe seleccionar el método de minería (método de perforación y voladura) para la construcción. Por lo tanto, es necesario conocer la distribución, resistencia, contenido estacional (abrasividad) y desarrollo de grietas de las rocas duras. En el área de Guangzhou hay rocas duras como granito, piedra caliza, cuarcita y diabasa, que deben identificarse durante los estudios de ingeniería geotécnica.
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