复杂环境下地铁隧道穿越地裂缝施工技术研究

复杂环境下地铁隧道穿越地裂缝施工技术研究

中铁十局西安地铁TJSG-5标项目经理部

2014年2月目录9、效果确认8、对策实施10、标准化及巩固措施11、总结及今后打算小组简介2选题理由3活动目标及可行性分析4提出并确定最佳方案5确定突破口6工程概况1目录9、效果确认8、对策实施10、标准化及巩固措施对策实施8效果确认9标准化及巩固措施10总结及今后打算11制定对策7一、

工程概况

西安地铁3号线太白南路～吉祥村区间隧道，东起吉祥路与含光路十字，西至太白南路与科技路交叉口，右线全长为1449.141m，左线全长1441.465米，设计采用矿山法施工。

区间隧道共穿越f6、f6′、f7三条地裂缝，地裂缝也称西安地裂缝，是由于过量开采承压水，导致地面不均匀沉降，在临潼～长安断裂带西北侧（上盘）形成的一组北东走向的隐伏地裂缝，是一种地区性的灾害地质现象。

在f7地裂缝影响区域内，隧道上方分布着西安机械探矿厂3层商铺楼和中交二公局家属区4层住宅楼，两栋建筑物修建于上世纪六、七十年代，均为条形浅埋基础，抵抗不均匀沉降能力很弱。一、工程概况图一f7地裂缝与探矿机械厂商铺和二公局家属楼平面位置关系一

、工程概况在施工设计阶段，原计划将这两栋建筑物拆除，但由于城区拆迁困难，业主要求，施工中必须确保两栋建筑物安全。二、小组简介（一）小组概况制表：张宏波日期：2013.3.8小组名称西安地铁三号线-5标地裂缝研究QC小组成立时间2013年03月1日课题类型创新型活动时间2013-3-1～2013-10-20活动次数六次课题名称复杂环境下地铁隧道穿越地裂缝施工技术研究小组注册号XBQC2013-02注册日期2013.3.1（二）小组成员：二、小组简介制表：张宏波日期：2013.3.10序号姓名年龄文化程度职务接受QC教育时间考试成绩组内分工组内职务1邵红彬34本科总工58h98总体规划组长2牛俊伟33本科副经理60h100制定对策副组长3张宏波26专科助工60h99制定对策组员4马超28专科测量技师58h95制定对策组员5赵泽南26专科助工60h98现场操作组员6高世宏24专科技术员58h96现场操作组员7任天昊27专科试验员59h95对策实施组员平均教育时间：59小时

平均考试成绩：97分三、选题理由

1、原计划需要拆除的两栋建筑物，由于城区内拆迁困难，业主要求施工期间予以保留，且必须保证其安全；2、两栋建筑物位于f7地裂缝影响区域内，地质结构复杂，地表沉降控制困难；3、两栋建筑物修建年代久远，主体结构为浅基础砖混结构，抵御不均匀沉降能力很弱；4、我们对已经完成的区间隧道监控量测的成果分析后确认，采用传统的地铁隧道施工工艺，无法满足两栋建筑物安全要求。三、选题理由

鉴于以上理由，我们小组QC题目决定选定为：复杂环境下地铁隧道穿越地裂缝施工技术研究四、活动目标及可行性分析1、活动目标

通过数据整理，我们对本标段已完区间的监测数据统计如下：沉降监测

点号累计

沉降量（mm）距左线隧道

中线距离（m）断面累计最大沉降量（mm）断面最大不均匀

沉降量（mm）及倾斜度开挖方式地质条件X20-1-22.188-67.16-42.38、0.0035CRD+大管棚地裂缝段X20-2-47.824X20-3-67.160X20-4-64.564X20-5-64.448X20-6-45.3412X20-7-26.1316X21-1-31.288-62.23-30.684、0.0038CRD+大管棚地裂缝段X21-2-54.264X21-3-62.230X21-4-59.014X21-5-61.858X21-6-33.0112X21-7-31.5516X22-1-14.668-29.01-35.64、0.0025台阶法+

小导管非地裂缝段X22-2-22.174X22-3-29.010X22-4-21.224X22-5-27.408X22-6-23.0912X22-7-11.7616四、活动目标及可行性分析区间建筑物要求累计沉降量报警值为20mm，倾斜率为不超过0.002，但是按照上述沉降，如果建筑物位于其上，变形必然会超过报警值。所以，必须采取新的措施降低建筑物沉降，使暗挖区间上方建筑物沉降保持在警戒值（20mm、0.002）以内。现状沉降量大于60mm倾斜率大于0.0035目标变形小于警戒值四、活动目标及可行性分析2、可行性分析

1、暗挖区间穿越建筑物沉降控制问题一直受到业主和设计单位的充分重视，他们也邀请专家深入现场对该问题进行了考察和指导，能够给我们的此次活动提供强有力的技术支持。2、本项目暗挖区间穿越地裂时其上部建筑物沉降方案得到了国内隧道施工研究权威长安大学地下结构与工程研究所胡志平教授和西安建筑科技大学地下工程施工方面专家邵必林教授的技术指导，为我们方案的实施提供更多的数据和理论分析。四、活动目标及可行性分析2、可行性分析

3、我们将区间监测工作委托给具有监测测绘甲级资质的中铁隧道勘察设计院负责，监测队伍人员经验丰富，技术力量强大，监测过程中采用天宝DiNi03电子精密水准进行测量，能够确保在施工过程中及时准确的提供建筑物及区间初支沉降数据。4、本次QC小组2012年针对WSS注浆止水施工工艺进行了QC活动，取得了较好的成绩，QC活动经验丰富，成员学历职称高，年龄结构合理，具有较强的团队协作精神和克服各种困难的勇气，是实现攻关目标的保证。四、活动目标及可行性分析2、可行性分析

五、提出方案并确定最佳方案

为实现“暗挖区间穿越地裂缝段时，其上建筑物沉降控制警戒值以内”这一攻关活动目标，小组成员在业主、设计和监理单位的大力支持下，对西安地铁控制建筑物沉降的现有施工工艺进行调查摸底，同时查阅大量资料，了解国内外地铁施工控制建筑物沉降的方法和措施，发现通过注浆加固隧道周围土体，对沉降控制效果显著。围绕课题，小组成员通过“头脑风暴法”集思广益对控制建筑物沉降的的方案进行讨论，共归纳出以下三种方案：台阶法+小导管注浆；CRD+大管棚注浆；洞内全断面WSS注浆+CRD施工。五、提出方案并确定最佳方案（一）方案的分析方案优点缺点方案一台阶法+小导管注浆施工方法简单，有利于提高施工进度；能够有效的控制地面沉降。1.当暗挖区间上部存在建筑物时，对沉降要求较高，无法确保建筑物安全方案二CRD+大管棚注浆能够很好的控制沉降；大管棚一次施工可达，有利于提高施工进度。当暗挖区间上部存在建筑物时，同时地质条件恶劣时，无法确保建筑物安全；CRD开挖施工工序较多，对施工水平要求较高，对施工工期也有一定影响；方案三洞内全断面WSS注浆+CRD施工洞内注浆对掌子面附近的土体加固范围较大，对建筑沉降控制效果尤为显著；WSS注浆完成后，会在隧道外围形成一个闭合圈，对隧道止水和沉降都非常有利；CRD开挖施工工序较多，对施工水平要求较高，对施工工期也有一定影响；因注浆范围较大，成本花费较高五、提出方案并确定最佳方案（二）方案的评估及选定方案的评估及选定表

上表中，◎为5分、○为3分、★为2分、△为1分序号建筑物沉降控制方案评估综合得分方案选择可实施性经济性有效性对其他工作的影响1台阶法+小导管注浆◎◎△★13不采用2CRD+大管棚○○★★10不采用3洞内全断面WSS注浆+CRD施工◎★◎◎17可采用五、提出方案并确定最佳方案（三）确定最佳方案通过对比分析，第3种方案：“洞内全断面WSS注浆+CRD”为最佳方案，可进行现场实施。六、确定突破口（一）确定突破口

QC小组通过资料搜索，参考1、2号地铁施工建筑物沉降控制经验，通过认真分析和整理，将“洞内全断面WSS注浆+CRD”施工工艺可能影响建筑物沉降的关键因素归纳如下：序号关键因素1施工人员的教育培训2WSS注浆压力控制3CRD施工初期支护闭合时间4CRD施工竖向支撑安装顺直度七、制定对策QC攻关小组人员通过对影响WSS全断面注浆和CRD施工的关键因素进行分析，结合施工工艺，小组成员通过仔细分析，并制定不同的实施对策，通过比较最终确定最有效、最合理的实施对策。七、制定对策对策评估表关键因素对策经济性可实施性有效性可靠性综合得分方案选择施工人员的教育培训对策一下发技术资料，作业人员自学◎◎△△12否对策二项目总工就“WSS注浆+CRD”技术对作业人员进行培训，考试合格后上岗作业○◎◎◎18是注浆压力控制对策一机械、仪表按规范合理配套◎○○◎16是对策二加强现场控制△★○○9否CRD施工初期支护闭合时间对策一先提前将初支钢架拼接，待开挖完成后整体安装。○◎★△11否对策二通过增加作业人员，提高作业效率。★★△○8否对策三在规范允许范围内减少台阶长度◎○◎◎19是CRD施工时竖向支撑安装顺直度对策一加强现场控制◎○○★13否对策二安装激光指向仪◎◎◎◎20是上表中，◎为5分、○为3分、★为2分、△为1分。七、制定对策根据上述最佳方案，我们制定对策表，见下表。

对策表序号关键因素对策目标措施负责人完成时间地点1施工人员的教育培训对人员进行培训，考试合格后上岗作业考试合格率100%1、总工对作业人员进行培训2、人员考核邵红彬赵泽南2013.4.10项目部2注浆压力控制机械、仪表按规范合理配套注浆压力在标准范围之内1、使用正确的注浆压力表牛俊伟张宏波2013.4.20-4.23施工现场3CRD施工初期支护闭合时间在规范要求内减少台阶长度将台阶长度控制在3～3.5m以内1、现场控制台阶长度2、加强对施工人员的管理张宏波马超2013.6.1-6.5施工现场4CRD施工时竖向支撑安装顺直度安装激光指向仪提高对拱顶的支撑作用，将开挖引起的拱顶土体沉降降到最低.1、在开挖掌子面前上下安装两组与隧道同向的激光指向仪，通过确定高世宏任天昊2013.6.1-6.10施工现场制表人：张宏波制表时间：2013年6月15日八、对策实施根据小组成员讨论制定的对策，项目部进行了严格的执行和实施，具体措施有：实施一：施工人员的教育培训由邵红彬、赵泽南负责组织培训，培训地点：项目部会议室1、2013年4月1日，由项目总工程师邵红彬在项目会议室对现场施工人员进行为期6小时的施工工艺培训。2、由赵泽南组织培训人员进行考核，并对考核结果进行统计。

八、对策实施培训效果确认：

通过上图可以看出，培训人员考试成绩全部合格，100%通过考核。八、对策实施

实施二：注浆压力控制由张宏波、赵泽南负责联系、组织，地点：施工现场更换合格仪表后，现场负责人通过监督、控制，使注浆压力始终控制在0.8-1.0Mpa之内。效果确认：更换注浆仪表后，注浆压力始终在规范要求内。八、对策实施

实施三：CRD施工初期支护闭合时间由张宏波、马超负责联系、组织。隧道施工中，上台阶一次施工长度越长，隧道初支闭合的时间越长，本标段地质条件十分恶劣，所以我们将台阶长短在规范允许范围内缩小到3.2～3.5m，以保证初支能够及时封闭成环。下表为首先安装的5榀格栅的闭合时间统计表：格栅编号①②③④台阶长度（m）3.43.23.53.3闭合时间（小时）35343633效果确认：通过现场检查，同一榀格栅能够保证在36小时之内闭合。八、对策实施实施四：CRD施工时竖向支撑安装顺直度由张宏波、马超负责联系、组织。地点：施工现场CRD施工初支竖向支撑安装顺直度是控制隧道沉降的重要因素，初支安装顺直度差，会大大加强拱顶沉降量，从而会大大加强建筑物的沉降。为保证竖向支撑的精确安装，我们采用在开挖掌子面后方安装两台与隧道竖向支撑前进方向相同激光指向仪，进行实时检测。具体方法如下图所示：八、对策实施效果确认：

通过检测，安装顺直度能够一次性满足规范要求。控制方法示意图现场安装完成后的竖向支撑九、效果确认小组成员在现场施工过程中对实施效果进行了检查，对暗挖隧道穿越的探矿机械厂三层商铺，中交二公局家属楼进行了建筑物沉降监测，结果如下：探矿机械厂三层商铺，中交二公局家属楼f7地裂缝区间结构建筑物监测点位示意图九、效果确认1、探矿机械厂沉降历时曲线图前期降水开挖阶段初支完成九、效果确认2、中交二公局家属楼沉降历时曲线图(mm)前期降水开挖阶段初支完成九、效果确认

沉降分析：沉降分析：从曲线图中可以得知，前期降水产生的沉降大约在10mm，开挖阶段产生的沉降为接近10mm，两者累加不超过20mm,探矿机械厂最大不均匀沉降为h=19.8-11.3=8.5mm，两监测点间距离为20m，楼体为刚性结构，所以最大倾斜率a=8.5/20000=0.0004,同理得中交二公局最大倾斜率a=7.1/8000=0.0009,累计沉降量和倾斜率都小于警戒值，本次活动目标实现。综上所述：十、标准化及巩固措施1、将既有施工方法进行完善后整理成作业指导书，发给所有施工人员。2、每个月进行一次总结，对质量问题的反弹或新出现的问题运行QC法分析解决。3、制定有