富水砂层地铁区间隧道下穿建筑物施工工法研究PPT

1、答辩人: 曲永壮导 师：邱道宏专 业：城市地下空间山东大学本科生论文答辩富水砂层地铁区间隧道下穿建筑物施工工法研究2015年6月4日汇报提纲 一、绪论二、工程概况三、施工方案研究四、监控量测五、结论一、绪论1.1 研究背景及研究意义随着经济社会的发展，青岛市交通拥堵的矛盾越来越突出，已成为制约经济社会发展的重要因素，而地铁以“大运量、低污染、低耗能、低噪音、高速度、占地少、全天候”的独特优势，成为青岛市今后发展公共交通的重点。 青岛地铁一期工程于 2009 年正式开始建设，地铁线西起青岛火车站，向东沿广西路、太平路、文登路、香港路，自五四广场入南京路向北，经过江西路、宁夏路、辽阳西路，后进入黑

2、龙江路、万年泉路至李村，向西沿京口路、振华路至终点铁路青岛北站。途经市南区、市北区、四方区、李沧区 4 区，全长约24.9km，设车站共 22 座，其中明挖车站 15 个，暗挖车站 7 个，换乘车站 6 座，平均站间距 1.165km。青岛地铁 3 号线地质条件复杂，虽然基岩条件较好，但部分区域仍存在较差地层，如富水砂层在青岛地区就很常见。青岛地区的砂层分布虽广，但是不连续，不成区域规模，长则数百米，短则几十米，且层厚极不均匀，变化频繁，而且与岩石构成二元地层结构，采用传统的盾构法技术条件复杂，且经济性很差，不具有普遍的适用性。 一、绪论青岛地铁3号线工程路线图一、绪论富水砂层地质在城市地下工

3、程施工中经常遇到，由于砂层强度低、胶结程度差，洞室稳定性差，容易引起过大变形，难以控制，甚至会发生塌方事件，有较大施工难度。如果加上水的作用，其物理力学性质会变的更加复杂，开挖常诱发涌砂、涌水等地质灾害。暗挖隧道穿越饱水的砾砂层，开挖施工存在许多困难，主要是饱水砂砾层孔隙率大、透水性好，一旦处理措施不当，将会发生涌水涌沙。国内很多含水砂层隧道由于对开挖风险没有进行深入研究，施工中经常发生重大安全事故。青岛地铁3号线泉李区间是青岛地铁隧道中施工难度最大的一段。工程主要难点在于富水砂层和地表密集建筑群。青岛地铁富水砂层段地层上软下硬，有着与其它地区不同的地方，因此，针对于青岛富水砂层的特点，设计富

4、水砂层地层中地铁隧道穿越密集建筑群的施工方法具有重要的理论价值和现实的工程意义。针对青岛地区特殊的地质条件，拟通过对青岛地铁隧道引起的地面沉降对地面建筑物的影响规律进行分析归纳，并找出科学、合理，具有可操作性的建筑物的防治措施，有效控制地铁隧道施工中的地面沉降对建筑物的损害，确保地面建筑物安全；同时，隧道施工一旦造成建筑物损伤，需要对受损建筑物进行评估和采取补救加固措施予以修复，工程意义明显。因此，该项研究不仅具有理论研究价值，而且具有重要的工程指导意义。青岛地铁发生塌陷事故一、绪论1.2 国内外研究现状一、绪论洪三金介绍了超前分段后退式双液注浆、围壁注浆、扩散注浆、下导洞引水、上导洞留核心土

5、等施工技术刘敏、陈国斌等根据具体工程实例，研究了地下连续墙穿越富水砂层的施工技术，为此类工程难题的解决积累了宝贵的经验。丁锐介绍了富水砂层城市过街道浅埋暗挖施工方法，整个隧道的施工主要采用CRD工法，对淤泥质地层采用密管低压挤压技术饱和含水砂层采用TSS注浆加固技术等辅助工法。李迎春介绍了深圳滨海大道过街隧道的施工，分析了隧道所处的工程地质和水文地质情况，详细介绍了隧道穿越富水砂层的施工技术。一、绪论目前富水砂层地段主要施工工法：超前小导管支护加固地层；管棚超前预支护加固地层； 水平旋喷法超前支护； 地面高压加固地层 ；冻结法固结地层； 洞内、洞外降水法、洞内真空降水等。1.3 本文的主要研究

6、内容一、绪论 富水砂层地层中隧道施工引起的地层变形；隧道施工引起的地表沉降监测；针对泉李区间富水砂层地层且穿越密集建筑群的施工环境提出切实可行的沉降控制措施和施工方案。本文以青岛地铁3号线泉李区间为研究对象，研究了以下主要内容：汇报提纲 一、绪论二、工程概况三、施工方案研究四、监控量测五、结论二、工程概况2.1工程概况万年泉路站李村站区间沿万年泉路正直向北，至青岛农科院进入河南村，穿过河南村与九水路相交，拐向西北方向穿越李村河至书院路接入李村站。线路起讫里程为K18+621.452K19+709.945（右线），长1088.495m，左线长1071.672 m。隧道顶最小埋深约11m，最大埋深

7、约21m，均为单洞单线马蹄形断面。区间隧道采用矿山法施工。隧道拱部遇饱水砂层，底部处于中风化岩层中，上软下硬的地质造成施工风险极大。泉李区间位置二、工程概况2.1.1 工程地质和水文地质工程地质场区第四系厚度自南向北逐渐增大，主要由全新统人工填土、洪冲积层和上更新统洪冲积黏性土、砂土组成，基岩以燕山晚期花岗岩为主，其间穿插有煌斑岩、花岗斑岩并伴随有构造岩。沿线地形总体平缓，地貌类型：万年泉路站至K18+732为剥蚀堆积缓坡，K18+732至K19+436为侵蚀堆积一级阶地，K19+436为侵蚀堆积一级阶地。水文地质场区地下水主要有两种类型：一是松散土层孔隙水，二是基岩裂隙水。场区地下水主要受大

8、气降水、李村河水及周边管道渗漏补给。地表河流水与地下水水力联系密切，它们同时受大气降雨和蒸发的影响。地下水的流向主要受区域侵蚀基准面和地貌的控制，从地下水位反映的形态看，勘察区间地下水径流方向均是流向李村河。二、工程概况2.1.1工程地质和水文地质万年泉路站李村站区间砂层段下穿建筑物段左线地质纵断面图二、工程概况2.1.1 工程地质和水文地质万年泉路站李村站区间砂层段下穿建筑物段右线地质纵断面图二、工程概况2.1.2 地表建筑物区间下穿建筑物汇总表序号建筑物名称下穿建筑物里程围岩等级断面尺寸(m)穿越长度（m）层数房屋结构建设年代基础方式基础底距隧道顶 (m)1滨河商业街J区K19+438.0

9、0K19+452.006.355.9144砖混结构1997条石基础11.34m2李村河北侧沿街房K19+504.00K19+516.006.355.9124砖混结构1996条石基础11.83m3崂山区房产处F1楼K19+537.25K19+553.406.355.9167框架结构19931994条形基础9.77m4万隆商厦K19+533.5K19+590.006.355.9579框架结构1992条形基础10.94m5李村劳改队职工宿舍K19+597.00K19+610.006.355.9135砖混结构1995条形基础9.61m6中国电信京口路营业厅K19+605.00K19+651.006.3

10、55.9465框架结构1990条形基础9.11m7中国银行李村支行K19+655.14K19+689.06.355.9346框架结构1988条形基础9.12m不含地下室二、工程概况2.1.2 地表建筑物万年泉路站李村站间下穿越建筑物平面示意图二、工程概况2.1.3 建筑物沉降控制标准序号建筑物名称沉降控制标准（mm）差异沉降控制标准（mm）（点间距）爆破控制标准（cm/s）1滨河商业街J区105（相邻两柱的间距）1.02李村河北侧沿街房106（相邻两柱的间距）1.03万隆商厦1510（相邻两柱的间距）1.04崂山区房产处F1156（相邻两柱的间距）1.05李村劳改队职工宿舍1510（相邻两柱的

11、间距）1.06中国电信京口路营业厅158（相邻两柱的间距）1.07中国银行李村支行1561.0二、工程概况万隆商厦万隆商厦是本隧道施工区段最大型的建筑物，且地基埋深较浅，是本次施工的重难点。我们就以万隆商厦为研究对象，对地铁隧道在富水砂层中穿越建筑物的施工方法进行研究。万隆商厦为七层混凝土框架结构，泉李区间下穿万隆商厦总长53m，隧道埋深11.94m。隧道里程为K19+533.5K19+590.00，围岩等级V，砂岩交界面处于掌子面的上台阶。 二、工程概况2.2 工程难点富水砂层建筑物沉降控制主要难点：地层沉降引起的建筑物破坏汇报提纲 一、绪论二、工程概况三、施工方案研究四、监控量测五、结论三

12、、施工方案研究3.1 地层加固措施区间隧道拱部处于富水砂层的地段，开挖时进行WSS超前注浆加固地层，主要注浆材料采用水泥、水玻璃。根据设计，注浆长度设为 12m，注浆工作面封堵初始注浆段采用 0.8m 厚喷混凝土止浆墙，后序注浆段均预留 4.0m 已注段作为止浆岩盘。注浆孔在每一循环开始部位的掌子面上按扇形布置，初始注浆孔间距为 0.8m 左右，同时应保证孔的末端间距控制在 1m 的间距范围内，并保证每一断面拱部、侧墙 2.5m 范围内砂层被加固，砂层与岩层交界面向下 0.5m 处为加固范围的底部。单孔浆液扩散半径为 800mm。施工过程中根据注浆情况进行调整，避免注浆出现死角。 初始注浆段刨

13、面图三、施工方案研究断面注浆加固示意图：区间正线放射型注浆加固纵断面示意图：三、施工方案研究注浆流程三、施工方案研究3.2 建筑物加固措施为预防施工中房屋出现沉降，提前在建筑物打设并预埋双排PVC袖阀管，注浆孔沿建筑物边沿2m设置，间距2m，梅花布置。根据监控量测反馈信息，当建筑物沉降超限，且不大于40mm时，进行注浆。注浆材料采用水泥砂浆，后退式分段注浆。注浆前应先进行注浆试验，注浆压力最终现场试验确定，不宜过大。注浆过程中对房屋进行严密监测，以防注浆压力过大造成地面隆起等问题影响建筑物安全。三、施工方案研究3.3隧道开挖和初期支护措施该区段隧道采用台阶法开挖，分上下两台阶进行开挖，经勘测，

14、砂岩交界面位于上台阶掌子面。开挖时，上台阶采用松动爆破，每次进尺0.5m，并随时做好初期支护工作。上台阶长度8-10m后，进行下台阶的开挖。隧道断面如下：三、施工方案研究三、施工方案研究由于拱顶上部存在砂层，虽然上方砂层已超前WSS注浆加固，但为了防止爆破震动对上方加固体的扰动影响和爆破松动圈过大，上台阶爆破施工采用松动爆破技术，以“短进尺，弱爆破，强支护，快封闭”为作业原则，爆破进尺控制在0.5m。爆破材料钻孔机具选用YT28型凿岩机，钻头选用一字形合金钻头，直径为40mm。炸药选用2号岩石乳化炸药，非电毫秒导爆管雷管起爆网路。爆破参数(1)炮孔直径：d=42mm(2)孔深：根据地质条件和爆

15、破施工规程，开挖进尺为0.5m，孔深L=0.6m。上台阶爆破设计3.3.1 爆破施工三、施工方案研究炮眼名称段别孔深炮孔个数炸药类型药卷规格单孔药量 ()单段药量()装药结构掘进眼10.68乳化320.21.4连续50.67乳化320.21.6连续内圈眼70.66乳化320.21.2连续底板眼90.69乳化320.21.8连续周边眼110.610乳化320.11.0连续综合参数开挖断面(m2)预计进尺(m)爆破石方（m3）炮眼总数炸药总量(kg)炸药单耗 (kg/m3)周边眼间距E(mm)周边眼抵抗线W(mm)18.230.59.1154070.77350600说明1、装药量结合围岩状况可酌情

16、调整，炮眼堵塞长度不少于25cm；2、炮眼总数为40，总药量为7kg；3、周边眼布置要根据前方砂层的位置而布设，拱部有砂层的地方打减震空孔，此处周边眼布置只是示意，现场根据具体砂层位置而布设。4、具体爆破施工参数在现场试爆后进行调整。三、施工方案研究炮孔布置三、施工方案研究下台阶爆破设计当砂岩交界面掌子面拱顶时，下台阶为中风化岩层，在上台阶开挖810米以上时，爆破开挖下台阶，采用光面爆破技术施工，施工进尺为1.0m，炮孔直径为40mm，孔深1.2m，具体爆破参数设计如下：炮眼名称段别孔深单段孔数炸药类型药卷规格单孔药量 ()单段药量()装药结构掘进眼11.25乳化320.31.5连续31.24

17、乳化320.31.2连续51.23乳化320.30.9连续71.26乳化320.31.8连续91.25乳化320.31.5连续周边眼111.212乳化320.151.8连续底板眼131.28乳化320.151.2连续综合参数开挖断面(m2)预计进尺(m)爆破石方（m3）炮眼总数炸药总量(kg)炸药单耗 (kg/m3)周边眼间距E(mm)周边眼抵抗线W(mm)18.231.018.23439.70.532350700说明1、装药量结合围岩状况可酌情调整，炮眼堵塞长度不少于35cm；2、炮眼总数为43，总药量为9.7kg；3、具体爆破施工参数在现场试爆后进行调整，必要时可增加起爆段数。三、施工方案

18、研究炮孔布置：三、施工方案研究3.3.2初期支护钢格栅安装喷射混凝土喷射混凝土流程：汇报提纲 一、绪论二、工程概况三、施工方案研究四、监控量测五、结论四、监控量测4.1 测点布置四、监控量测4.2 监测数据四、监控量测测点编号累计值（mm）测点编号累计值（mm）JC04-016.74JC04-1010.69JC04-021.09JC04-118.15JC04-034.69JC04-12-0.05JC04-0411.41JC04-130.96JC04-0511.51JC04-142.08JC04-0610.82JC04-152.52JC04-076.42JC04-163.20JC04-089.91JC04-17-2.01 万隆商厦建筑物沉降监测点累计值四、监控量测测点编号累计值（mm）测点编号累计值（mm）DC05-017.12DC05-0117.73DC05-0115.14DC05-0121.93DC05-0118.33DC05-0123.15DC05-0122.12DC05-0121.11DC05-0122.79DC05-0125.96地表沉降监测点累计值