7号线新河街站盾构始发降水设计

1、地铁 7 号线一期工程新河街螃蟹岬区间盾构始发端头 降水设计 武汉丰达地质工程有限公司 1 目目 录录 文字部分文字部分 1、工程概况、工程概况.2 2、方案设计的编制依据、方案设计的编制依据.3 3、场区工程地质及水文地质条件概述、场区工程地质及水文地质条件概述 .4 4、降水设计、降水设计.10 5、降水水位预测及降水动态控制、降水水位预测及降水动态控制.16 6、降水对周边环境影响的预测及评价、降水对周边环境影响的预测及评价 .18 7、施工要求、施工要求.19 8、施工监测与降水维护、施工监测与降水维护.21 图表部分图表部分 附件（一）天汉降水 CAD 输入文本信息 附图（一） 降水

2、井平面布置图 附图（二） 降水井结构示意图 附图（三） 降水水位等值线图 附图（四） 降水降幅等值线图 附图（五） 降水沉降等值线图 附图（六） 工程地质纵断面图 地铁 7 号线一期工程新河街螃蟹岬区间盾构始发端头 降水设计 武汉丰达地质工程有限公司 2 1、工程概况、工程概况 1.1 地理位置地理位置 拟建新河街螃蟹甲站区间位于武汉市武昌区，主要沿友谊 大道敷设，场地现状主要为道路及两侧建筑，总体上地处城市繁 华路段，周边人流车流量大。 1.2 端头加固方式端头加固方式 新河街站大里程端盾构进洞端头采用850600mm 三轴搅拌 桩进行土体加固处理，加固体与围护结构（包括连续墙槽壁加固 搅拌

3、桩）之间的空隙采用一排800500mm 三重管高压旋喷桩进 行填充，加固纵向长度 10.5m。 端头加固及接口设计要求：1）盾构进出洞口期间仍需设置 减压降水井，降水井可结合车站降水一并设置；（2）在破除洞 门之前，应将地下水位降至隧道底板以下 1m；（3）降水须进行 现场降水试验，以调整设计降水井的布置和参数，保证降水效果。 车站主体围护地连墙墙底标高-15.3-17.80m，墙底端置于 20b-1 强风化泥质粉砂岩或 20b-2 中风化泥质粉砂岩层中。 1.3 降水方式降水方式 依据以上设计要求，针对盾构始发（新河街站）端进行降水 设计，拟采用中深管井“开放式”疏干降水，设计降水目标为隧

4、道底板以下 1.0m。 地铁 7 号线一期工程新河街螃蟹岬区间盾构始发端头 降水设计 武汉丰达地质工程有限公司 3 2、方案设计的编制依据、方案设计的编制依据 2.1武汉市轨道交通 7 号线一期工程第 III 标段新河街站螃蟹 甲站区间岩土工程详细勘察报告 （武汉市测绘研究院） （2014 年 5 月） ； 2.2 本区间设计文件； 2.3 国家标准地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范 （GB50307-1999） ； 2.4 国家标准供水水文地质勘察规范 （GB50027-2001） ； 2.5 国家标准供水管井技术规范 （GB50296-99） ； 2.6 国家标准建筑工程施工质量验收规范

5、（GB50300-2001） ； 2.7 行业标准建筑基坑支护技术规程 （JGJ120-2012） ； 2.8 行业标准建筑与市政降水工程技术规范 （JGJ/T111-98） ； 2.9 地方标准基坑工程技术规程 （DB42/T159-2012） ； 2.10 地方标准基坑管井降水工程技术规程 （DB42/T830-2012） ； 2.11 轨道交通 7 号线新河街车站深基坑降水设计、施工经验及有 关技术资料。 地铁 7 号线一期工程新河街螃蟹岬区间盾构始发端头 降水设计 武汉丰达地质工程有限公司 4 3、场区工程地质及水文地质条件概述、场区工程地质及水文地质条件概述 3.1 地形地貌地形地貌

6、 拟建区间盾构始发位于武昌区友谊大道与新河街交汇处附近， 毗邻内沙湖公园。场地地面标高在 20.7622.25m 之间（以孔口 标高计） ，地势较平坦，地貌单元表现为长江冲积级阶地。 3.2 地基土分层地基土分层 根据地勘报告，场地主要岩土层分布如下： （一）填土（Qml）层 杂填土（地层代号(1-1)）： 杂色，湿饱和，高压缩性，由粘性土与砖块、碎石、块石、 片石、炉渣等建筑垃圾及生活垃圾混合而成（局部地表有 1550cm 厚的沥青砼地坪） 。该层土结构不均、土质松散，层厚 0.805.00m，普遍分布于场地表层，堆积年限一般大于 10 年。 素填土（地层代号(1-2)）： 灰褐灰色，以粉质

7、粘土为主，软可塑状态，湿饱和， 高压缩性，局部夹植物根系及小碎石，埋深 0.802.70m，层厚 0.703.30m，场地沿线局部分布，堆积年限一般大于 10 年。 淤泥（Ql） （地层代号(1-3)）： 灰褐灰黑色，饱和，流塑状态，高压缩性，富含有机质及 生活垃圾，具流变性，具腐臭味，无摇振反应，干强度中等，韧 地铁 7 号线一期工程新河街螃蟹岬区间盾构始发端头 降水设计 武汉丰达地质工程有限公司 5 性中等。局部地段零星分布，埋深 2.403.50m，其厚度 0.702.40m。 （二）第四系全新统冲积（Q4al）层 淤泥质黏土（地层代号(3-4)）： 灰褐灰色，饱和，流软塑状态，高压缩性

8、，含少量高岭 土，无摇振反应，干强度高，韧性高。沿线局部分布，埋深 2.505.40m，其厚度 10.3017.20m。 粉质黏土（地层代号(3-4a)）： 灰褐黄褐色，饱和，软可塑状态，压缩性中偏高，含氧 化铁，铁锰质结核及少量高岭土，局部地段夹粉土、粉砂，无摇 振反应，干强度高，韧性高。主要分布于场地（3-4）层淤泥质 黏土下，埋深 14.0020.00m，其厚度 2.606.70m。 粉土、粉砂夹粉质黏土（地层代号(3-5)）： 灰色，饱和，稍密、松散夹流塑状态，压缩性中偏高，矿物 成分以石英、长石为主，局部夹粉质粘土，粉土、粉砂层厚比约 4：6。场地大部分地段分布，埋深18.6025.

9、00m，其厚度 0.907.40m。 粉细砂（地层代号(4-2)）： 灰色，饱和，中密状态，矿物成分主要为石英、长石，含白 云母，主要分布友谊大道新河街螃蟹甲一带。埋深 21.531.3m，其厚度3.7014.80m。 地铁 7 号线一期工程新河街螃蟹岬区间盾构始发端头 降水设计 武汉丰达地质工程有限公司 6 （三）下伏基岩 志留系（S）粉砂质泥岩及泥质粉砂岩： 强风化粉砂质泥岩（地层代号（20a-1） ）： 浅灰色青灰色褐灰色,岩芯大部分风化成土状，泥质胶结， 手捏易散，局部夹未完全风化岩块，粉砂泥质结构，块状构造， 倾角在 45-70左右，采取率为 90-95%，属于极软岩，岩体破碎， 岩

10、体基本质量等级为类，埋深 33.5037.50m。 中风化粉砂质泥岩（地层代号（20a-2） ）： 浅灰褐灰色，主要矿物成份为粘土矿物，泥质结构和粉砂 质结构，泥质胶结，层状构造，裂隙发育，裂隙面光滑，岩芯呈 碎块状和短柱状，锤击声哑，易碎，局部出现砂岩、泥岩互层现 象，具软硬不均特征，倾角在 45-70左右，采取率为 85-90%， 属于极软岩，岩体破碎较破碎，岩体基本质量等级为类，揭 露该层厚度 36.3048.00m。 强风化泥质粉砂岩（地层代号（20b-1） ） 灰色褐灰色，岩芯呈土柱状，偶见未完全风化岩块，泥 质粉砂状结构，块状构造，节理、裂隙较发育，倾角在 45- 70左右，采取率

11、为 65-75%，属于极软岩，岩体破碎，岩体基本 质量等级为类，部分勘探孔揭露该层，埋深 34.6035.00m。 中风化泥质粉砂岩（地层代号（20b-2） ） 灰色褐灰色，岩芯呈块状或柱状，泥质粉砂状结构，块 地铁 7 号线一期工程新河街螃蟹岬区间盾构始发端头 降水设计 武汉丰达地质工程有限公司 7 状构造，节理、裂隙较发育，倾角在 50-70左右，采取率为 65-75%，属于软岩，岩体较破碎，岩体基本质量等级为类，部 分勘探孔揭露该层，埋深 35.5037.80m。 3.3 水文地质概况水文地质概况 3.3.1 地表水 新河街站范围内的地表水系主要为附近沙湖水系，主要接受 大气降水补给，与

12、长江水力联系受人为因素控制。 2012 年 3 月 28 日地勘实测新河街站附近沙湖内水面标高为 18.98m，水深一般 0.22.4m，湖底淤泥厚一般 1.65.0m。据相 关水文资料，沙湖历史最高水位为 19.65m，正常水位为 19.15m。 3.3.2 地下水类型及地下水位 根据场区原始地形条件及地层的水理性质、赋水性能及地下 水的埋藏条件等分析判断，在勘探深度范围内拟建场地地下水类 型主要分为上层滞水、孔隙承压水两种类型。 1、上层滞水 上层滞水主要赋存于（1）层人工填土层中，接受大气降水 及周边居民生活用水渗透垂直下渗补给，无统一自由水面，水位 及水量随大气降水及周边生活排水量的大

13、小而波动，勘察期间测 得场地上层滞水初见水位在地面下 1.202.50m 之间，静止水位 在地面下 1.002.00m。 地铁 7 号线一期工程新河街螃蟹岬区间盾构始发端头 降水设计 武汉丰达地质工程有限公司 8 2、孔隙承压水 孔隙承压水主要赋存于（3-5）层及（4）单元层粉土、砂土 中，其上覆（3-4）层、 （3-4a）层淤泥质黏土及一般粘性土可视 为其隔水顶板，下卧（20）单元层粉砂质泥岩可视为隔水底板。 孔隙承压水水量丰富，与长江有较密切的水力联系，其水位变化 幅度受长江水位涨落影响，据现场抽水试验结果，勘察期间实测 承压水位埋深在 5.80m，相当于标高 15.19m 左右。建议施工

14、前设 置水文地质观测孔进行长期观测，观测承压水位的动态变化。 3.4 含水层组成及特点含水层组成及特点 场地上层滞水含水层薄、水量不大。 场地孔隙承压水主要赋存于（3-5）层粉土、粉砂夹粉质粘土 及（4）单元层粉土、粉砂层中，其含水层厚度不大、压力水头 高、水量丰富，与沙湖水体和长江水系均有水力联系。地下水补 给条件好，且水量丰富，处理难度大，是本次降水中面临的主要 问题。 基岩裂隙水水量很小，流通性差，就本降水区间而言可不考 虑。 地铁 7 号线一期工程新河街螃蟹岬区间盾构始发端头 降水设计 武汉丰达地质工程有限公司 9 4、降水设计、降水设计 4.1 区间特点分析区间特点分析 新螃区间盾构

15、始发（新河街）端左右线纵向错开 57m 施工， 采用850600mm 三轴搅拌桩进行土体加固处理，加固体与车站 主体围护结构（包括连续墙槽壁加固搅拌桩）之间的空隙采用一 排800500mm 三重管高压旋喷桩进行填充，加固宽度 12.2m， 纵向长度 10.5m。端头加固深度约 20m（以隧道右线底板标高 5.324m 测算） ，已深入 3-4a 粉质粘土层中，距离含水层顶板距离 不足 3m。 盾构始发施工安全等级为一级。 4.2 设计设计思路思路 根据地勘报告和设计文件，盾构始发端降水属于开放式疏干 降水，降水目标水位取隧道底板以下 1.0m（绝对标高 3.0m） 。 首先，根据地勘资料及新河

16、街车站主体降水抽水试验结果， 确定水文地质参数，估算降水范围总涌水量。 其次，结合地层结构、降深及端头加固深度因素进行降水井 结构设计；依据岩土体性质和分布、降水范围及其与车站主体的 位置关系等因素综合确定降水井平面布置。 最后，考虑车站主体地连墙落底及其降水井（含观测井）平 面布置因素，适当优化盾构始发范围降水井数量。 现场抽水试验确定单井出水量 ，确定渗透 性，优化调整降水设计。 观测不同时间水位降深情况，通过信息化施工开启合理的降 水井数量。 地铁 7 号线一期工程新河街螃蟹岬区间盾构始发端头 降水设计 武汉丰达地质工程有限公司 10 4.3 水文地质参数选取水文地质参数选取 4.3.1

17、渗透系数渗透系数 K 根据场地水文地质勘察与抽水试验结果，K 值取定为 16.5m/d。 4.3.2影响半径影响半径 R 根据抽水试验结果，影响半径 R 取值 278m。 4.3.3概化半径概化半径（等效半径（等效半径 r0） 采用“大井法”，按矩形基坑考虑，其概化半径参照下式计算： 0 4 ab r -系数，b/a=0.36，取 1.1； a-基坑长度，110m； b-基坑宽度，40m。 概化半径：r0=41m 4.4 深井降水井设计深井降水井设计 4.4.1涌水量估算涌水量估算 依据基坑管井降水工程技术规程 （DB42/T830-2012） ，涌 水量计算按均质含水层承压水完整井井流模型，

18、计算公式为： 0 0 2.73 lg KMS Q Rr r 式中：K含水层平均渗透系数； M承压含水层厚度，含水层埋深-1.3-13.9m； 地铁 7 号线一期工程新河街螃蟹岬区间盾构始发端头 降水设计 武汉丰达地质工程有限公司 11 S水位降深，综合考虑内沙湖常年水位和本站 点地勘实测承压水位，取定降水水头高度为 19.0m；估算时 取隧道底板以下 1.0m，即控制水位为 3.0m，则 S=16.0m； R影响半径； r0等效半径； K=16.5m/d、M=12.6m、S=16.0m、R=278m、r0=41m， 据上式求得 Q =10152m3/d。 4.4.2降水井数量降水井数量 干扰井

19、群单井出水量按每口井 1200m3/d考虑，则需降水井 数量为： n=10152/12009 口 本次降水按一级基坑考虑，安全系数取 1.3，则需设计 降水井总数量为：11 口。 4.4.3深深井井降降水水结结构构设设计计 降水井井身结构系依据降水地段地质岩性构成、水文地质条 件、钻孔工艺、施工要求及有关规范规定设计。 降水井深度应根据降水深度，含水层的埋藏分布、地下水类 型及降水期间地下水位动态等因素确定，可按下式计算： 123456wwwwwww HHHHHHH 式中： w H 降水井深度（m）; 1w H 基坑深度（m）; 2w H 降水水位距离基坑底要求的深度（m）; 3w H i、r

20、0，i为水力梯度， r0为降水井分布的等效半径 地铁 7 号线一期工程新河街螃蟹岬区间盾构始发端头 降水设计 武汉丰达地质工程有限公司 12 （m）; 4w H 降水期间地下水位的变幅（m）; 5w H 降水井过滤器工作长度（m）; 6w H 降水井沉淀管的长度（m）; 其孔径和井管管径则按反滤层厚度、排水含砂量要求及安泵 深度、泵型决定，综合考虑坑底加固区范围、封井及上述因素， 降水井及观测井同等规格，其结构设计参数如下： a、降水井钻探孔径600mm，以井深定长33.0m控制，其中底部2.0m 预留沉淀管 ； b、井管直径 290，井管采用钢质焊缝井管，壁厚 4mm，实管长 度 19.0m

21、； c、滤管采用钢管，直径 290，穿孔垫筋包网（60 目）结构，虑 管长度 12.0m； d、滤料：017m 环填粘土球，1733m 环填 13mm 圆砾； 以钻孔 QQJz06-13-30 为例，降水井结构设计详见附图（二） 。 4.4.4降降水水井井布布置置 降水井平面布置时主要考虑以下几个方面： 井数一定时，降水效果最优化，保证降水范围内任一点 的降深均满足设计要求； 避开各种已有建（构）筑物位置，适当预留施工便道； 考虑降水运行期间井的维护，降水井尽量线性布置； 尽量减少降水对周围环境的不利影响； 确保降水井最小间距，以免影响单井出水量。 地铁 7 号线一期工程新河街螃蟹岬区间盾构始

22、发端头 降水设计 武汉丰达地质工程有限公司 13 综合考虑以上要求进行布井， 降水井总体呈矩形、均匀布置， 左线端头布置5 口，右线端头布置6 口，一般井间距9.010.0m。 盾构始发端头共布置 降水井11 口（不含利用车站主体的2 口） ， 其平面布置详附图（一） 。 4.6 封封井井措措施施 降水结束后，根据“以砂还砂、以土还土”的原则，在井管内 填入相应的止水材料并焊封井口。 4.7 几几点点建建议议 4.7.1单单井井抽抽水水试试验验 按照有关国家标准规范要求，对于降水设计，必须首先进行 抽水试验，以验证设计所需的水文地质参数。具体为在正式降水 施工前先进行 3 口降水井试验，分别设

23、置 1 口抽水井和 2 口观测 井，进行抽水试验。 4.7.2联联网网群群井井抽抽水水试试验验 降水井全部建成后、凿井设备退场前，应进行联动降水试运 行，检验降水效果，同时验证系统的供电、排水能力，确保降水 万无一失。 4.7.3降降水水运运行行信信息息化化 端头始发施工提前 3 到 5 天开启降水井试抽水，视降水季 节、环境因素开启井群的组合应不断调整，必要时开启车站主体 基坑外围的观测井 GC-5 和 GC-6 辅助抽水；在保证施工安全的 同时，兼顾对环境的影响达到最小，同时可节省电能。 4.7.4供供电电 地铁 7 号线一期工程新河街螃蟹岬区间盾构始发端头 降水设计 武汉丰达地质工程有限

24、公司 14 在保证网电连续供电的同时，为防止万一停电不能抽水的影 响，必须备用发电机组，保证停电半小时内，发电机启用，确保 连续供电、降水。 4.7.5排排水水 严禁 100m 以内排水回渗而降低降水效果，同时严格控制降 水井出砂含量，严禁因降水井含砂超标堵塞市政排水系统。 4.7.6观观测测井井 本次降水可利用备用井兼作观测井，其结构设计与降水井一 致，具有高灵敏度、便于土方开挖之利。 地铁 7 号线一期工程新河街螃蟹岬区间盾构始发端头 降水设计 武汉丰达地质工程有限公司 15 5、降水水位预测及降水动态控制、降水水位预测及降水动态控制 5.1 降水水位预测降水水位预测 降水期间，降水范围内

25、任意点处的水位降可视为群井在 该点水位降叠加，并以此预测降水水位。 水位降预测采用公式为： 1 0.366 lglg n riR ri i SQ MK 式中：Sr降水范围内、外任意距离处水位降（m） ； K渗透系数（m/d） ； M含水层概化厚度（m） Qi抽水井单井排水量 )/( 3 dm ； R降水期间影响半径（m） ； ri任意点距抽水井的距离（m） 。 其计算结果详见水位等值线图、降幅等值线图（附图三、 四） ，计算表明，各处降深均满足设计水位降要求。 5.2 降水动态控制降水动态控制 为降低降水对周边环境的影响，需根据施工工况对降水井运 行动态控制，务必做到按需降水。 盾构始发端头在

26、破除洞门之前，应将地下水位降至隧道底板 以下 1m，待盾构进、出洞完成后，在车站后浇环梁浇注完成并 达到设计强度之后，方能停止降水。降水停止后降水井不能废除， 同时应根据车站端头渗漏水情况确定是否需再次启动降水。 地铁 7 号线一期工程新河街螃蟹岬区间盾构始发端头 降水设计 武汉丰达地质工程有限公司 16 6、降水对周边环境影响的预测及评价、降水对周边环境影响的预测及评价 地层固结沉降可以根据水位变幅范围内各地层厚度、压 缩模量及距离降水范围不同距离点水位降深引起的土体应力 变化等参数进行估算。 本工程降水属于疏干降水，承压水位下降引起的地面沉 降可由以下公式计算预测。 si i wi n i

27、 sw E h MS 1 式中： Sw 水位下降引起的地面沉降（mm） ； S M 经验系数（M1M2，素填土、粘性土 M1取 0.5，粉细砂 M1取 0.7；M2取 0.9）; wi 水位下降引起的各计算分层有效应力增量 （kPa）; i h 受降水影响地层的分层厚度（cm）; n计算分层数； Si E 各分层的压缩模量（kPa） 。 地层沉降计算参数(参考地勘 QQJz06-13-30 孔) 地层计算厚度（m） Esi（MPa ） 备注 杂填土（1-1）3.0 淤泥（1-3）0.3* 粘土（3-1）1.1* 粘土夹粉土（3-2）1.6 地铁 7 号线一期工程新河街螃蟹岬区间盾构始发端头 降

28、水设计 武汉丰达地质工程有限公司 17 地层计算厚度（m） Esi（MPa ） 备注 淤泥质黏土（3-4）11.33.0 沉降预测时， *层未予考虑 粉质粘土（3-4a）5.24.7 粉土、粉砂夹粉质 黏土（3-5） 3.27.5 粉细砂（4-2）5.117 任意两点由于承压水水位下降引起的地面不均匀沉降的 斜率为： IuS 21 式中： u为承压水水位比降值， S S u w I为承压水位流网的水力坡度 经天汉软件对地面沉降模拟计算，其地面沉降预测值详 见地面沉降等值线图（附图五） 。计算表明，降水引起的最 大沉降约 46.0mm，其不均匀沉降率小于 1。 为安全起见，在降水运行前，应在地面

29、和建（构）筑物布置 沉降观测点，在降水运行期间加强沉降监测，及时反馈沉降信息， 采取预防应急措施，以确保建（构）筑物的安全。 地铁 7 号线一期工程新河街螃蟹岬区间盾构始发端头 降水设计 武汉丰达地质工程有限公司 18 7、施工要求、施工要求 7.1 降水井施工要求降水井施工要求 按供水管井技术规范 （GB50296-99）规定及设计要求进行 施工。 7.1.1 钻钻 探探 钻机安装平稳，确保钻孔圆正、垂直、孔斜不得超过 1。 为提高钻探进尺和成孔质量，钻探采用清水冲击钻成孔工 艺，保证孔壁的稳定；减少孔底沉渣厚度。 7.1.2 井管安装井管安装 井管安装前，应根

30、据井管的结构设计，进行配管；检查井管 质量，并应符合设计要求；下管前，测量孔深，使井管安装符合 设计要求。 为减少井管安装时间，应先在附近地面将每节井过滤器包扎 好，在孔口再次焊接入孔时，应采取防护烧伤措施。 为确保井管在入孔后位于钻孔中心，使井管与孔壁间的环形 间距厚度均匀，井管每间隔 12m 设置导中器。 7.1.3 填砾与管外封闭填砾与管外封闭 井管安装后，及时进行填砾，填砾前选用砾料粒径规格应符 合设计要求，备好填料运输工具，尽可能缩短填筑时间，填砾时， 砾料应沿井管四周均匀连续填入，随填随测。 7.2 洗井与试验性抽水要求洗井与试验性抽水要求 7.2.1当井管安装与填筑砾料完成后，应

31、及时进行洗井。洗井的 目的是清除井内泥浆，破坏井壁附着的泥皮、钻探渗入含 地铁 7 号线一期工程新河街螃蟹岬区间盾构始发端头 降水设计 武汉丰达地质工程有限公司 19 水层中的泥浆和细小颗粒，使过滤器周围形成一个良好的 透水人工过滤层，以增加井的出水量和透水性。 7.2.2 洗井可视孔内泥浆稠度，含水层特性与成井时间，先采用化 学方法洗井，后可采用机械方法（如活塞、空压机等）洗 井，最后可采用水泵抽水洗井，洗井至水清砂净，出水量 满足设计要求为止，洗井时应同步进行降水井与水位观测 井的水位观测。 7.2.3 洗井结束后，应测量管内沉淀物厚度，当沉淀物过多时，应 采用小抽筒或泵吸法捞取。 7.2.4 单井洗井结束后，进行单井试验性抽水，以初步确定单井出 水量及动水位深度，为施工降水的运行提供监