地铁车站主体软弱地层处理方案综述

1、长春地铁长春地铁1 1号线一期工程号线一期工程（长春火车站南广场）（长春火车站南广场）北京大街北京大街（人民广场）（人民广场）北京大街站车站主体南侧上北京大街站车站主体南侧上部软弱地层区域加固方案部软弱地层区域加固方案中铁一局集团有限公司长春地铁一号线项目部中铁一局集团有限公司长春地铁一号线项目部20132013年年8 8月月第一部分第一部分 工程概况工程概况 1、现场概况、现场概况 北京大街站为地下岛式车站，站台宽度为13m,车站宽度为21.9m，有效站台长118m，车站全长157m。车站主体覆土6.6m10m，为双层三跨拱顶直墙结构，采用一次扣拱暗挖逆作法施工。车站北端区间采用盾构法施工，

2、北侧1号风道结构需为盾构提供平移吊出条件，盾构机接收前作为车站暗挖主体施工通道。车站南端区间采用矿山法施工。车站附属结构包含2个风道及4个出入口，连接乐府酒店的出入口预留后期施工条件，1个紧急疏散通道，其中1、2、3号出入口、2个风道及紧急疏散通道道路下方部分采用暗挖法施工，其余均采用明挖法施工。外挂厅北侧通道为后期主体施工出土和运输的主要通道。北京大街站平面图2、地质水文、地质水文1）工程地质情况 将本工程场地勘探范围内的土层划分为第四系全新统人工填土层（ Q4ml）、第四系中更新统冲洪积粘性土和砂土（Q2al+ql）、白垩纪泥岩（K）三大类。本基坑结构穿越杂填土层、粉质粘土层、粘土、砂层、

3、全风化泥岩层、强风化泥岩层，基坑底板处于全风化泥岩层中。土壤冻结深度：冬季最大土层冻结深度1.70m。抗震评价：本标段所在地处于抗震设防烈度7度区。 2）水文概况 现场勘查过程中，发现三层地下水，第一层为表层孔隙潜水，第二层为浅层承压水，均属于第四系松散岩类孔隙水。第三层为岩石裂缝水，属碎屑岩类裂隙水，现分述如下：第一层地下水水位埋藏较浅，勘测期间地下水埋深3.3-3.9m（高程208.71-215.4m），主要赋存于第四系粘土地层中，含水层水平、垂直向渗透性差异较小。地面主要含水介质颗粒较细，水力坡度小，地下水径流缓慢。其主要补给来源为大气降水和地表水入渗，排泄方式主要为蒸发和微弱的径流排泄

4、，并向下越流补给承压含水层。地下水流向与地形总体坡度一致，主要流向北，其地下水具有明显的丰、枯水期变化，丰水期水位上升，枯水期水位下降，多年变化平均值1.50m。 第二层地下水以第4层粘土为相对隔水顶板，第1层全风化泥岩为相对底板。含水层主要为6层粗砂，为本区的主要含水层。其主要接受上层潜水的渗透补给，与上层潜水水力联系紧密，排泄方式主要为相对含水层中的径流形式及人工开采。该层地下水水位受季节影响较小，承压水头为2.8-4.2m。第三层岩石裂隙水含水层岩性为全、强、中风化泥质砂岩，无稳定水位，含水层顶部为砂层。主要接受侧向的径流补给，排泄方式主要为相对含水层中的径流形式。 3 ）管线及建筑物情

5、况 车站主体及4号出入口横通道上方及周边范围存在2条燃气管线、2条给水管线、DN800雨污合流管及DN600雨污合流管，DN800雨污合流管已改移，改移后DN800管线从外挂设备厅西侧穿过，DN600雨污合流管为不流通管，管内积水已被抽出干净；周边建筑物乐福大酒店。具体信息见以下图表：管线与建筑物分部情况表 管线与建筑物分部情况表 管线及建筑物情况分布图 第二部分第二部分 现场情况现场情况 1、施工管棚时软弱地层段情况、施工管棚时软弱地层段情况 管棚于2013年5月8日开始施工，在施工过程中，部分管棚反水水样明显发黑，并伴有明显的臭味，为地下污水的明显特征，推断该土层明显变软，属于富水层，由于

6、主体上方DN800污水管长期渗漏对已有土层浸泡所致。其中出水点1范围内管棚钻进到35-38米时管棚口出现污水，该段之后土质偏软；出水点2范围内管棚钻进到25-35米时出现污水，该段之后土质相对最软；出水点3范围内管棚钻进到25-35米时出现污水，该段之后土质偏软。具体情况见下图： 地质状况地质状况4号出入口横通道进南侧主体剖面图地质状况地质状况北京大街站主体纵剖面图（红色为DN800雨污合流管）地质状况地质状况北京大街站软弱地层平面图管棚掘进及反出污水照片2、地质详勘报告、地质详勘报告 2013年6月24日6月25日，由中冶地勘岩土工程有限责任公司对北京大街站车站主体南侧上部软弱区域进行了详勘

7、，本次勘察共布设勘察点36个，孔深7.009.80m，共进尺288.00m，共取土样14件，标准贯入试验27次，水样两件，勘探面积约74.3m*19.2m，其中富水区域面积约794。详勘报告地层为回填土，回填土含水量高，现场水为地下污水，主要为勘察区域南段DN800地下污水管线渗漏所致。场地内回填土成分较复杂，力学性质及自稳性很差，并且透水性好，遇水后强度降低明显，在水的流动作用下发生土内细颗粒流失，产生失稳坍塌造成事故；并且本场地内存在DN800污水管线漏水，管线漏水形成富水区和漏水洞穴，导洞开挖容易造成地面塌陷。目前，车站主体导洞向南侧方向上导洞已开挖5米。管棚掘进及反出污水照片勘探过程中

8、软弱地层取样照片地质状况地质状况北京大街站主体南侧上部含水层分布范围地质状况地质状况工程地质剖面图1-1地质状况地质状况工程地质剖面图2-2地质状况地质状况工程地质剖面图3-3地质状况地质状况工程地质剖面图4-4第三部分第三部分 施工措施施工措施1、调查软弱地层是否有补给水源、调查软弱地层是否有补给水源 经过调查发现无补给源。北京大街站上方的DN800雨污合流管已经改移，改移后DN800雨污河流管线从外挂设备厅西侧穿过且不经过4号出入口横通道及南侧主体上方，并把DN800管线两端的出口已封堵；DN600雨污合流管为不流通管，管内积水已被抽除干净。见图：2、对含水量大的土层采取的措施、对含水量大

9、的土层采取的措施 具体措施为在距离地层软弱区2米范围内打设超前探测管，探测掌子面前方地层情况，探测管采用DN32水煤气管，导管长度5米，小导管管壁上交错钻眼。3、软弱地层采取加固地层措施、软弱地层采取加固地层措施1 ）地面双重管加固注浆 由于注浆区域位于人民大街主干道，注浆施工不具备施工条件。2 ）洞内双重管注浆加固地层 （1）总体施工方案、顺序和流程 施工中在导洞内沿轮廓线布置注浆位置，间距为800mm，注浆长度一循环为15米，两个循环重叠段2米，共分为四个循环。2、洞内采取措施1）背后回填注浆 每层导洞开挖后及时对1、3号导洞拱顶进行回填注浆，保证围岩与结构无缝隙。2）6、9号导洞处于夹泥

10、砂层中，为了保证开挖安全，减小开挖过程中地面沉降值，在边墙格栅增加了节点板，采用台阶法开挖，及时支护封闭。同时在边墙每榀打设小导管注水泥-水玻璃双液浆，导管竖向间距30cm，每组孔位打设2根小导管，角度为25及45，小导管长度2m。保证导洞边墙开挖安全。洞内双重管注浆平面图 （2） 双重管注浆施工流程 （3）双重管施工工艺 1）施工准备 注浆前安排好各种材料堆放区。所有机械设备进场前进行试运转，确定无故障后，运至施工现场，一切准备工作完成后正式开工。2）放线布孔 沿断面的开挖轮廓线划分注浆区域（深孔注浆孔位布置图），断面设置41个注浆区域，每个区域内7个孔位，每个孔的长度及钻进角度如下图所示（

11、拱顶布孔参数图），施工时要严格按照此图进行钻孔，由技术人员根据管棚位置确定放出现场注浆区域的坐标，严格控制方向及钻进。 3）钻机就位 在距隧道下台阶3米处搭设放置钻机平台，平台必须牢固平稳，保证钻机移动灵活。使钻杆水平高度距孔位0.81.2米。对孔位时，应在测量人员控制下进行，钻机按指定位置就位，并须在技术人员指导下，调整钻杆的所需角度。对准孔位后，钻机不得移位，大小臂也不得随意起降。 4）浆液配制 WSS注浆浆液分AB液和AC液，均为双液浆。各自乘放在单独的容器内待用，容器不能混用，以免影响浆液的纯度。严格按设计配合比配制浆液，浆液配制完成后必须先检查凝固时间的可靠性，一般控制在30s60s

12、，A液、B液、C液的组成如下表所示。 A液、B液、C液成份表 5）钻孔、回抽钻杆及注浆 钻孔时必须按布孔图和技术交底施工，严格控制钻杆角度和钻进深度，当钻至设计深度后，开始进行阶梯式回抽钻杆，一般以回抽50cm为一个步距，注浆半径为0.5m。然后进行注浆，一般注浆量为1520L/min，在特殊的注浆场合，可以根据需要，将注浆量调至10 L/min，为加强注浆效果，可间隔注入AB液和AC液。 注浆时需调整注浆压力，一定要控制在0.30.5MPa之间,达到水平渗透效果，压力过大可能使浆液外流，造成不必要的浪费，甚至造成隧道变形，更甚者将波及地表建筑物。 注浆公式：Q=RLn其中：Q-总注浆量，m3

13、；R-浆液扩散半径，m；L=注浆管长，m；n-孔隙率，%；（40%-50%）-浆液填充系数（0.7-0.9）-注浆材料损耗系数（1.1-1.2） 经计算，每个循环单个注浆区域内注浆量为23.5m，总体全部注浆量为3726.7m。待完全抽出后，封堵孔口，注浆结束。 6）施工注意事项1、注浆前应对隧道开挖断面进行封堵。挂好双层钢筋网片，喷射砼封闭，喷射砼强度达到要求后可进行隧道内注浆施工操作。2、注浆前的准备工作相当重要，设备的摆放、积水坑的位置要慎重考虑，否则施工难度很大。3、浆液配制的工人一定要有丰富的经验，否则不仅影响注浆效果，而且造成资源的浪费。4、与注浆导洞相邻导洞内的掌子面不能超过注浆

14、导洞，以免造成巨大的压力将中隔壁挤压变形。 5、注浆时，应严格按照顺序分布进行施工。当压力突然上升或从孔壁、地面溢浆时，应立即停止注浆。每段注浆量应严格设计进行，跑浆时，应采取措施确保注浆量满足设计要求。6、在DN800雨污河流管下注浆时注意控制打设角度，严格控制注浆管高度，严禁触碰DN800管线；安排专人观察DN800管线是否有浆液溢出，若有溢出时及时联系洞内停止注浆。 7、在注浆过程中安排专人巡查降水井，若降水井内抽出水泥浆时，立即停止洞内注浆。若发现地面冒浆或裂缝，立即停止洞内注浆。 第四部分第四部分 安全措施安全措施 1、安全管理体系、安全管理体系1）安全方针我们的安全方针是：“安全第

15、一，预防为主”。2）安全目标本工程安全生产目标为： 1.杜绝一般生产安全事故、机械事故、火灾事故； 2.无职业病、无食物中毒； 3.无地下管线破坏事故；4.总目标：无死亡、火灾、塌方及其它因施工引起的工程事故，杜绝重伤事故，轻负伤率10以下。 3）安全管理组织机构本项目安全管理坚持安全生产项目经理负责制。成立由项目经理、安全总监、项目总工、专职安检工程师组成的安全生产领导小组，建立运转有效的安全组织机构，明确各工作岗位和职能部门的岗位职责，确保施工生产安全进行。详见图。 2、安全保证体系依据CB/T28001-2001标准，参照中华人民共和国安全生产法及其他有关安全生产法律法规的要求建立本工程

16、的安全保证体系，确保安全工作制度化、程序化，从而实现全面的系统控制。 3、安全检查制度（1）项目部对生产中的安全工作，要组织定期和不定期检查，定期检查项目部每月组织一次，工区每旬组织一次。（2）加强安全检查的组织领导，每次定期的安全生产检查，领导干部必须亲自挂帅，并由有关人员组成检查领导小组，针对安全生产中存在的实际问题制定具体计划，提出明确的目标和要求，充分做好宣传动员，有计划、有重点地进行检查。（3）安全生产检查时作到自查与互查结合，上下结合的方法，横向到边、竖向到底，不留死角，做到边检查、边整改。做到条条有着落，件件有交待。 4、 施工现场、消防、机械、用电安全保证措施施工现场、消防、机

17、械、用电安全保证措施1）施工时应在竖井四周设防护栏，并在夜间设警示灯。2）施工现场及作业面必须装有视频监控设备，并保证视频监控设备运转正常。3）由于导洞集中在横通道侧壁开洞，应力转换集中，开挖前马头门部位要严格注浆。在施工中应密切注意井壁情况，发现异常应及时封闭。4）严禁向竖井内抛扔杂物，抓斗下严禁站人，进入施工场地必须正确佩带安全帽。5）建立健全“三工”制度，上班前对本工班施工人员进行安全质量教育，提高施工人员的安全质量意识，工中认真进行监督检查，工后进行安全讲评。 6）施工场地地处交通繁忙地段，进出场地的车辆和施工人员必须注意交通安全。施工车辆出场时有人指挥、监护，并必须遵守交通法规，施工

18、人员过马路时必须“一站、二看、三通过”。7）施工现场按照有关规定配备足够的灭火器等消防设施，保证消防通道随时畅通。8）电焊机使用前检查各部件是否完好，地线是否焊接。接电源时应注意电源电压与本机相符必须装有漏电保护装置。正确使用焊钳，手不得触摸焊钳顶端，焊接时必须使用面罩戴上电焊手套。在露天作业时必须加盖防雨设施以防受潮。作业结束后切断电源，收好电线并防止雨水。安全注意事项9）电气焊等焊接、切割作业时，操作人员必须持有相关特种作业证件，开始作业前要在安质部开具动火证，作业中要有专门的看火人。 10）抓斗提升架班前检查高度和行走限位器、交接班，吊钩、防护设施、电器线路、接地线、制动装置和钢丝绳等全

19、部合格后方可使用。在操作杆行程范围内不得有障碍物。作业中，不得跨越钢丝绳，操作人员不得离开。作业完毕，应断开电源，锁好开关箱。11）夜间施工照明，存土场安装一个照明灯，提升架操作检修平台安装1个照明灯，人行爬梯安装一个照明灯，井下安装一个照明灯。电葫芦上下吊运时，土斗下方严禁站人。12）抓斗及电动葫芦运转时，需要2名信号工，井上井下保通讯联络，当抓斗及电动葫芦起重时，保证井下人员停留在安全防区，保证料斗下无人作业。13）严格控制提升重量，禁止超载。14）人员上下竖井时必须佩戴安全帽下井,也要听从信号工指挥。 第五部分第五部分 应急专项措施应急专项措施 1、 防坍塌应急保证措施防坍塌应急保证措施

20、1）预防措施 本工程中，隧道坍塌的出现主要是以下几种情况：由于支护不稳固，挖掘进尺过大或超挖引起塌方；同时，地面和洞内渗漏水亦可能造成掌子面涌泥坍塌和掌子面涌泥坍塌。针对造成坍塌的几种因素，我项目部制定了以下一系列的预防措施，以期尽可能避免坍塌事故的发生。 1.工程开工前，制定出隧道防坍技术措施，组织相关施工作业队进行技术交底，施工队组织班组操作人员认真学习技术交底、操作工艺要求，进行周密的管线调查，摸清管线走向、结构形式及尺寸、埋深以及与暗挖结构之间的关系。 2.阻止地表渗水。用C20混凝土硬化竖井周边场地；在竖井边设45cm高砖结构挡水坎，同时及时排走地表积水，防止因地面渗水而造成井壁坍塌

21、。开挖时洞内设置专用排水沟，引导洞内渗水或施工漏水至集水井统一抽出。 3.加强监控量测。量测包括地表及建筑物沉降观测、倾斜观测和建筑物外观观测，地面以下主要为洞内观察、隧道拱顶位移、隧道底部隆起监测、水位观测、土体内部变形观测、土体压力观测、钢拱架应力观测等。观测完后，及时整理量测数据，并真实、及时的向总工程师和驻地监理工程师汇报。对沉降速率、沉降量过大的部位，立即进行注浆处理。注浆时切实保证压力和效果，反复注浆，直到沉降稳定为止。 4.严格控制降水过程。降水同时加强监控量测，观测地下水位、流量和各类降水设备的运转情况，控制降水速度和降水量，若观测数据异常或变化曲线异常，应立即停止降水，及时上

22、报采取相应措施后恢复降水。待水位降至结构基底1m以下时，方可进行开挖。 5.加强支护。开挖完成后及早安设格栅钢拱架和钢筋网片喷射混凝土封闭掌子面完成初期支护，格栅钢架打设锁脚锚管，同时拱脚处加设150150mm方木。开挖采用从上到下顺序进行，严禁掏底开挖，拱脚处严禁超挖。 6.开挖时严格控制循环进尺，及时跟进支护措施。每次进尺不得大于格栅钢架间距允许偏差,开挖后及时安设环向和横向钢格栅喷射混凝土支护，同时安设锚杆，防止井壁支护下沉而造成坍塌。同时保证上下台阶的前后距离，以35m为宜，及早封闭成环。开挖应遵循浅埋暗法 “十八字方针”，采用环形开挖，预留好核心土。 7.切实保证各部位初期支护、临时

23、支撑结构质量，每次开挖完成后立即进行喷射混凝土初支，同时封闭掌子面，防止从掌子面处发生坍塌。严格进行初期支护背后注浆，注浆压力控制在0.30.5Mpa，水灰比为1:1，灰砂比为1 21：2.5。一方面确保初支背后无空洞，保证初支与围岩粘结紧密；另一方面防止渗水，避免因渗水带走结构外部土体而形成空洞，导致建筑物下沉和倾斜。若因小型塌方造成空洞，立即用加气砖等轻质填充材料填充密实，并及时喷射混凝土封闭注浆填充，以确保初支背后无空洞，保证初支混凝土与土体粘结紧密。二次衬砌严格按工艺要求工序进行，确保衬砌质量，及时进行压浆回填，压浆分次进行，先进行初次注浆后进行检查注浆，确保衬砌背后无空洞。 2）应急

24、响应程序 一旦发现隧道坍方，项目经理部将严格按照以下程序上报和应急处理： 1.施工队由班组长负责，一旦发生隧道坍方事故，施工队必须立即停止施工，并将所有人员撤离出危险区域，同时班长应立即派人以最快的迅速与地面取得联系，主管工程师应根据事故的情况进行调查，并立即通知现场值班领导进入现场，同时根据事故大小及事态发展情况简单向总工张全利及项目执行经理白云鹏汇报，事态严重时应由项目执行经理立即启动应急预案并组织抢险小组成员火速赶往事故现场。 2.由于本暗挖工程位于人民大街主干道下方，一旦发生险情将危及地面交通及地下管线，要求各值班技术人员必须明白洞内出事位置与地面的对应处，要求在动态风险源警示牌上标注

25、掌子面位置，并有文字描述出地面的相对位置。一旦发生情况，为了避免影响地面交通及地面交通对洞内出事处产生加剧影响，值班技术员应带领抢险人员对影响范围内进行封闭，并有效的指挥交通安全。 3.项目经理部在接到问题或事故报告后，立即向驻地监理工程师如实汇报，同时由总工程师张全利会同监理工程师组织工程技术人员进行分析，如果确定为一般性问题，则向监理工程师提交处理方案，在确定处理方案后立即组织实施，直至处理项目经监理工程师验收合格。如果经过分析，确定为事故，项目经理部立即向处于坍方段涉及的管线、构筑物等相关产权单位报告，并严格填写安全事故报告书，同时向上级领导报告，涉及管线的同时向管线产权单位报告。 4.

26、接到事故报告后，抢险组负责人项目副经理王涛必须在5分钟之内赶到事故现场进行指挥抢险前期准备工作，如认真听取事故发生的一切状况及程度，立即了解现存应急物资是否满足现状需要，如不能满足就应立即请求增援，对洞内操作人员进行统计清点，对伤员进行抢救，并派经验丰富的人员进入事故区进行详细探查，了解事故引起的一切因素，对损坏情况进行详尽的描述，为事故处理提供第一手资料。 5.对涉及有管线损坏的情况，应第一时间内通知管线产权单位，并要求参与事故处理方案的制订。 6.监控量测组应火速增派人员，对要求监测的重点部位进行严密监控，加大监测的频率，了解事态的进一步发展情况，并随时把监测的数据及时反馈给总工及相关部门

27、，以免对处理方案进行修正。 3）应急处理方案 1.一般小型坍方主要为粉土层坍滑，主要发生在超前小导管注浆效果比较差或由于开挖暴露时间太长拱部范围内,粉土层失水较多而脱落下滑,对于易坍方地段采用加密格栅钢架和加强注浆方式通过，一般小坍方处理措施为：架立格栅钢架并挂网 拱背部坍塌范围内填塞加气砖并预埋喷料管及注浆管施做下一榀超前小导管喷射混凝土封闭 喷砂及压浆填充。小坍方一般发生在拱部开挖及架立格栅过程中,为控制坍塌的持续性及上台阶的稳定性,除对掌子面进行加固外,必要时对上台阶设置临时横撑予以加固。 2.出现大的坍塌或掉拱时，首先必须对坍塌区进行封闭，同时对临近坍塌区影响范围内的初衬隧道进行加固，

28、加固的方式采用I20工字钢横向与竖向进行支撑，特别是洞内有渗漏水时必须采取加固措施。一切稳妥后采取地表注浆及洞内注浆两种方式对区域进行加固，根据监控量测数据分析所采取措施是否有效，确定有效后方可恢复施工。 2、防涌水、涌砂应急保证措施、防涌水、涌砂应急保证措施1）预防措施 1.土体开挖前，应检查降水效果，确保地下水达到预计降水指标后方可进行开挖。 2.土体开挖过程中，支护应紧跟开挖进度，严禁开挖面出现裸露时间过长的情况发生。 3.土体开挖过程中，应随时观察基坑侧壁是否存在渗漏水情况，以及基底地下水情况，一旦发现出现渗漏水或基底水量增大情况，应立即采取措施进行处理。 4.土体开挖过程中，加强监控

29、量测工作，做到信息化施工。 5.隧道开挖、支护施工必须严格按照“十八字”方针进行作业。隧道开挖前必须先进行超前注浆；开挖时严格控制循环进尺、严禁超挖；上下台阶距离严；合理安排工序规范进行控制；提高支护速度，缩短土体暴露时间；严格控制喷射混凝土配合比，保证初支混凝土强度。 6.对完成的支护面应随时进行观察是否出现裂纹、变形等现场，每天对测设出的监控量测数据及时进行分析，正确指导施工。 7.定期检查施工降水效果，确保隧道开挖前水位已经降至设计要求值。 2） 应急响应程序 1.涌水（透水）涌砂事故发生以后，施工人员应及时撤离事故现场，并及时通知项目部安全生产领导小组。 2.安全生产领导小组接到报告后，小组成员