富水砂层地铁区间隧道下穿建筑物施工工法

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+621.452～K19+709.945（右线），长1088.495m，左线长1071.672m。隧道顶最小埋深约11m，最大埋深约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+438.00～K19+452.00Ⅵ6.35×5.9144砖混结构1997条石基础11.34m2李村河北侧沿街房K19+504.00～K19+516.00Ⅵ6.35×5.9124砖混结构1996条石基础11.83m3崂山区房产处F1楼K19+537.25～K19+553.40Ⅵ6.35×5.9167框架结构1993～1994条形基础9.77m4万隆商厦K19+533.5～K19+590.00Ⅵ6.35×5.9579框架结构1992条形基础10.94m5李村劳改队职工宿舍K19+597.00～K19+610.00Ⅵ6.35×5.9135砖混结构1995条形基础9.61m6中国电信京口路营业厅K19+605.00～K19+651.00Ⅵ6.35×5.9465框架结构1990条形基础9.11m7中国银行李村支行K19+655.14～K19+689.0Ⅵ6.35×5.9346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156≤1.0二、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+533.5～K19+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、三施工三方案三研究3.三1地层三加固三措施区间三隧道三拱部三处于三富水三砂层三的地三段，三开挖三时进三行WS三S超前三注浆三加固三地层三，主三要注三浆材三料采三用水泥三、水三玻璃。根据三设计三，注三浆长三度设三为12三m，注三浆工三作面三封堵三初始三注浆三段采三用0.三8m厚喷三混凝三土止三浆墙，后三序注三浆段三均预三留4.三0m已注三段作三为止三浆岩三盘。三注浆三孔在三每一三循环三开始三部位三的掌三子面三上按三扇形三布置三，初三始注三浆孔三间距三为0.三8m左右三，同三时应三保证三孔的三末端三间距三控制三在1m的间三距范三围内三，并三保证三每一三断面三拱部三、侧三墙2.三5m范围三内砂三层被三加固三，砂三层与三岩层三交界三面向三下0.三5m处为三加固三范围三的底三部。三单孔三浆液三扩散三半径三为80三0m三m。施三工过三程中三根据三注浆三情况三进行三调整三，避三免注三浆出三现死三角。初始三注浆三段刨三面图三、三施工三方案三研究断面三注浆三加固三示意三图：区间三正线三放射三型注三浆加三固纵三断面三示意三图：三、三施工三方案三研究注浆三流程三、三施工三方案三研究3.三2建筑三物加三固措三施为预三防施三工中三房屋三出现三沉降三，提三前在三建筑三物打三设并三预埋三双排PV三C袖阀三管，注浆三孔沿三建筑三物边三沿2m设置三，间三距2m，梅三花布三置。根据三监控三量测三反馈三信息三，当三建筑三物沉三降超三限，三且不三大于40三mm时，三进行三注浆三。注三浆材三料采三用水三泥砂三浆，三后退三式分三段注三浆。三注浆三前应三先进三行注三浆试三验，三注浆三压力三最终三现场三试验三确定三，不三宜过三大。三注浆三过程三中对三房屋三进行三严密三监测三，以三防注三浆压三力过三大造三成地三面隆三起等三问题三影响三建筑三物安三全。三、三施工三方案三研究3.三3隧道三开挖三和初三期支三护措三施该区三段隧三道采三用台三阶法三开挖三，分三上下三两台三阶进三行开三挖，三经勘三测，三砂岩三交界三面位三于上三台阶三掌子三面。三开挖三时，三上台三阶采三用松三动爆三破，三每次三进尺0.三5m，并三随时三做好三初期三支护三工作三。上三台阶三长度8-三10三m后，三进行三下台三阶的三开挖三。隧三道断三面如三下：三、三施工三方案三研究三、三施工三方案三研究由于三拱顶三上部三存在三砂层三，虽三然上三方砂三层已三超前WS三S注浆三加固三，但三为了三防止三爆破三震动三对上三方加三固体三的扰三动影三响和三爆破三松动三圈过三大，三上台三阶爆三破施三工采三用松三动爆三破技三术，三以“短进三尺，三弱爆三破，三强支三护，三快封三闭”为三作业三原则三，爆三破进三尺控三制在0.三5m。①爆三破材三料钻孔三机具三选用YT三28型凿三岩机三，钻三头选三用一三字形三合金三钻头三，直三径为40三mm。炸三药选三用2号岩三石乳三化炸三药，三非电三毫秒三导爆三管雷三管起三爆网三路。②爆三破参三数(1三)炮孔三直径三：d=三42三mm(2三)孔深三：根三据地三质条三件和三爆破三施工三规程三，开三挖进三尺为0.三5m，孔三深L=三0.三6m。上台三阶爆三破设三计3.三3.三1爆破三施工三、三施工三方案三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Φ320.21.4连续50.67乳化Φ320.21.6连续内圈眼70.66乳化Φ320.21.2连续底板眼90.69乳化Φ320.21.8连续周边眼110.610乳化Φ320.11.0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、三施工三方案三研究③炮三孔布三置三、三施工三方案三研究下台三阶爆三破设三计当砂三岩交三界面三掌子三面拱三顶时三，下三台阶三为中三风化三岩层三，在三上台三阶开三挖8～10米以三上时三，爆三破开三挖下三台阶三，采三用光三面爆三破技三术施三工，三施工三进尺三为1.三0m，炮三孔直三径为40三mm，孔三深1.三2m，具三体爆三破参三数设三计如三下：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Φ320.31.5连续31.24乳化Φ320.31.2连续51.23乳化Φ320.30.9连续71.26乳化Φ320.31.8连续91.25乳化Φ320.31.5连续周边眼111.212乳化Φ320.151.8连续底板眼131.28乳化Φ320.151.2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、三施工三方案三研究炮孔三布置三：三、三施工三方案三研究初期三支护钢格三栅安三装喷射三混凝三土喷射三混凝三土流三程：汇报三提纲一、绪论二、三工程三概况三、施工三方案三研究四、三监控三量测五、三结论四、三监控三量测4.三1测点三布置四、三监控三量测4.三2监测三数据四、三监控三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三商厦三建筑三物沉三降监三测点三累计三值四、三监控三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地表三沉降三监测三点累三计值四、三监控三量测4.三3监测三数据三分析因采三用超三前注三浆进三行地三层加三固，三在注三浆压三力的三作用三下，三地表三会有三略微三的隆三起，三之后三随着三开挖三的进三行，三地表三再次三发生三沉降三。从三下图三可以三看出三，地三表沉三降随三时间三承阶三梯型三变化三，上三升阶三段即三进行三超前三注浆三，开三挖时三地表三会有三所下三沉。建筑三物沉三降分三析图：四、三监控三量测地面三沉降三分析三图四、三监控三量测工程三后期三地表三沉降三趋于三稳定四、三监控三量测4.三4小结泉李三区间三万隆三商厦三建筑三物测三点和三地表三测点三，累三计变三化量三以隆三起为三主，三建筑三物最三大隆三起11三.5三1m三m，地三表最三大隆三起高三度25三.9三6m三m。泉李三区间三万隆三商厦三在