南京地鐵元中區(qū)間隧道降水設(shè)計(jì)與施工

南京地鐵元中區(qū)間隧道降水設(shè)計(jì)與施工 提 要：本文針對(duì)南京地鐵元中區(qū)間隧道基坑所處場(chǎng)地的水文地質(zhì)條件，進(jìn)行了相應(yīng)的基坑穩(wěn)定性檢算，提出了該基坑合理的降水方案和施工方法，達(dá)到了良好的降水效果，確保了工程的順利進(jìn)行。 關(guān)鍵詞：降水設(shè)計(jì) 潛水承壓水 降水效果 1 前言 對(duì)地鐵區(qū)間 隧道進(jìn)行明挖法施工時(shí)，要求基坑保持干燥狀態(tài)，以便于施工，同時(shí)保證基坑的穩(wěn)定性。若地層中有水頭較高的承壓含水層，在開(kāi)挖過(guò)程中如不采取一定措施，可能會(huì)產(chǎn)生突涌，導(dǎo)致基坑失穩(wěn)破壞。為確保施工安全，有必要對(duì)基坑開(kāi)挖采取降排水措施。 2 工程概況 南京地鐵南北線一期工程西延線元通站中勝站區(qū)間隧道，起止里程為 XK2+325.100 XK3+477.100，線路長(zhǎng)度為 1 152.0m。區(qū)間結(jié)構(gòu)采用矩形鋼筋混凝土雙孔隧道，區(qū)間隧道采用明挖法施工，以鉆孔灌注樁加攪拌樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，基坑開(kāi)挖深度 11m 左右。 3 場(chǎng)地水文地質(zhì)條件 場(chǎng)地內(nèi)主要為耕地、空地及道路，無(wú)重要建（構(gòu)）筑物。場(chǎng)地地貌屬長(zhǎng)江漫灘，地勢(shì)較為平坦，所處地層以 I 類(lèi)為主，覆蓋層厚度較大，主要為漫灘沖積成因的飽和軟弱粘土及飽和砂性土，自上而下所穿越的地層為： 1 人工填土，厚度 0.3 4.5m 左右； 1b2-3 粉質(zhì)粘土局部分布，層厚 0.8 1.7m； 2b4 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，局部夾薄層粉土、粉砂，層厚 13.5 17.0m； 3c3 粉土，層厚 0.7 6.5m； 4d3-4 中砂，層厚1.5 7.2m； 5d2-3 粉砂，層厚 1.5 8.5m； 6d1-2 粉細(xì)砂，層厚 20m 左右。區(qū)間結(jié)構(gòu)主體位于 2b4 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層。 場(chǎng)地地下水分為潛水及承壓水。潛水層為人工填土層及全新世漫灘相軟弱粘土層構(gòu)成的孔隙含水層組，其透水性、含水性各不相同，主體為全新世沉積軟弱性土（包括 1b2-3 粉質(zhì)粘土、 2b4 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土），飽含地下水，但透水性弱，潛水水位受季節(jié)性控制，雨季為地面以下 0.61.5m；承壓水為埋深 15.9m 以下的砂層構(gòu)成的孔隙含水層，透水性好，該砂層厚度大，含水量豐富，為場(chǎng)地主要含水層，承壓水水頭為地面以下 5m。 4 開(kāi)挖面及坑底 穩(wěn)定檢算 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和坑底穩(wěn)定是深基坑工程的關(guān)鍵。由于本工程的水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，因此基底的穩(wěn)定是本工程施工中應(yīng)考慮的主要因數(shù)。 4.1 抗基底隆起的穩(wěn)定檢算 采用考慮 c， 的抗隆起法和計(jì)及墻體極限彎矩的抗隆起穩(wěn)定性檢算法分別進(jìn)行檢算。 4.1.1 考慮 c， 的抗隆起法 根據(jù)南京地區(qū)近年來(lái)基坑的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以及南京市地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范建議，基坑抗基底隆起的穩(wěn)定檢算可采用考慮 c， 的抗隆起法，計(jì)算示意圖如圖 1 所示，抗隆起穩(wěn)定性的公式為 式中 Ks 安全系數(shù)； D 墻體入土深度，取 8m； H 開(kāi)挖深度，取 11m； 整個(gè)墻高范圍內(nèi)的土層加權(quán)平均容重，取 17.6kN/m3； 1 基底 下面土層容重，取 17.7kN/m3； 1 基底下面土層內(nèi)摩擦角，取 16.8； c1 基底下面土層的粘聚力，取 35.6kPa； q 地面均布超載，取 30kPa。 由上得 Ks=1.93 4.1.2 計(jì)及墻體極限彎矩的抗隆起檢算法 假定滑動(dòng)面通過(guò)墻底，并以最下道支撐作為轉(zhuǎn)動(dòng)中心，按公式 (2)檢算基坑底部土體的抗隆起穩(wěn)定性，計(jì)算示意圖如圖 2 所示。 式中 r 圍護(hù)墻底以上地基土各土層天然重度的加權(quán)平均值，取 17.68kN/m3； D 墻體插入深度，取 7m； Ka 主動(dòng)土壓力系數(shù)； c， 滑裂面上土得粘聚力和內(nèi)摩擦角的加權(quán)平均值，分別為 28.9kPa 與 10.6； h0 基坑開(kāi)挖深度，取 11m； h0 最下一道支撐距地面的深度，取 9m； a1 最下一道支撐面與基坑開(kāi)挖面間的水平夾角，取 12.8(0.22rad)； a2 以最下一道支撐點(diǎn)為圓心的滑裂面圓心角 154.4(2.69rad)； q 坑外地面超載，取 30kPa； MSL 隆起力矩， 。 由上得 KL=1.75 滿足要求。 以上兩種檢算的抗隆起安全系數(shù)分別為 1.93 和 1.75。本基坑屬于三級(jí)基坑，按規(guī)范 1抗隆起安全值應(yīng)大于 1.5，從上面的檢算來(lái)看，坑底抗隆起滿足要求。為了便于施工，按設(shè)計(jì)要求只須將開(kāi)挖范圍內(nèi)的潛水疏干即可，即在開(kāi)挖前 30d 將潛水降至坑底以下 3m。 4.2 開(kāi)挖面抗承壓 水的穩(wěn)定檢算 式中 水容重； h1 水頭高，取 10.9m； 開(kāi)挖面至承壓水層頂板土體的加權(quán)平均容重，取 17.6kN/m3； h1 承壓水層頂板至坑底的土層厚，取 4.9m。 從上面的分析可見(jiàn)，對(duì)上部承壓水層，在開(kāi)挖至坑底之前需采取降水措施。 開(kāi)挖至坑底后所能承受水頭高度： hh1/Ks=8.0m(取 Ks=1.1)； 開(kāi)挖至坑底之前須降低水頭值： 10.9-8.0=2.9m。 從前面分析可以得出在基坑開(kāi)挖過(guò)程中為了防止坑底失穩(wěn)，必須提前對(duì)承壓水層采取降水措施，最終將水頭降至地面以下 8.9m 深處。 5 區(qū)間隧道基坑降水設(shè)計(jì) 根據(jù)前面的分析，需將潛水降至坑底以下 3m，將承壓水降至地面以下 8.9m。因承壓水層埋藏較淺，如對(duì)潛水和承壓水分別采取措施，在施工潛水井的時(shí)候勢(shì)必將承壓水層打穿。故可采用越流井（即將兩含水層連通）深井點(diǎn)降水，將水位降至坑底以下 3m。為了降低對(duì)周邊環(huán)境的影響，將降水井布置在坑內(nèi)。因含水層厚度較大，管井濾管無(wú)需插入含水層底板，只需插入一定深度，就能滿足降水設(shè)計(jì)要求。區(qū)間段基坑形狀為狹長(zhǎng)條形，按狹長(zhǎng)條形非完整潛水井降水公式進(jìn)行計(jì)算 2。 5.1 管井群出水量計(jì)算 5.4 管井縱向間距確定 縱向間距 5.5 群井布置 管井布置在離基坑壁 2.5m 處，縱向間距為 16.2m，兩邊各布置 72 個(gè)，井深 17.5m。管井布置平面圖見(jiàn)圖 3，管井構(gòu)造圖見(jiàn)圖 4。 6 施工方法 6.1 降水井施工工藝流程 降水井施工工藝流程如圖 5 所示。 圖 5 降水井施工工藝流程圖 6.2 降水井施工步驟 6.2.1 測(cè)量定位 根據(jù)設(shè)計(jì)坐標(biāo)，進(jìn)行精確測(cè)量，每個(gè)孔位測(cè)定后，作好標(biāo)記，作好保護(hù)。 6.2.2 成孔 管井成孔采用鉆孔法，孔徑為 500mm，泥漿護(hù)壁。在鉆孔過(guò)程中控制好孔的垂直度和鉆孔深度。 6.2.3 嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行鋼筋籠制作和濾網(wǎng)綁扎 鋼筋籠采用整體吊裝入孔，為了吊裝時(shí)有足夠的剛度，要求主筋與加強(qiáng)箍筋必須全部焊接。下放鋼筋籠時(shí)不能轉(zhuǎn)動(dòng)或上下串動(dòng)，防止濾網(wǎng)破損，導(dǎo)致泥沙涌入水井。鋼筋籠在下放過(guò)程中要注意保證其垂直度。 6.2.4 回填濾料 鋼筋籠下放到位后，井點(diǎn)管四周及 時(shí)用粗沙回填灌實(shí)，距地面 1.5m 深度內(nèi)用粘土回填密實(shí)，以防止漏氣。 6.2.5 洗井 在回填粗沙后立即進(jìn)行洗井，清除停留在孔內(nèi)和透水層中的泥漿與孔壁的泥漿，采用泥漿泵沖清與小空壓機(jī)相結(jié)合的辦法洗井，洗井前后兩次抽水涌水量相差應(yīng)小于 15%，且洗井后井內(nèi)沉渣不上升或基本不上升。 6.2.6 安裝潛水泵及試抽 在安裝水泵前量測(cè)井深和井底沉淀物厚度，以及洗井等符合要求后用纜繩將潛水泵吊入井管預(yù)定深度。潛水電機(jī)電纜接頭確?？煽拷^緣，并配置保護(hù)開(kāi)關(guān)控制。安裝完畢后進(jìn)行單機(jī)抽水試驗(yàn)，以確 定單井出水量和降深，并檢查降水設(shè)備是否正常，滿足要求后轉(zhuǎn)入正常施工。 7 降水監(jiān)測(cè)及處理措施 本區(qū)間隧道基坑分 5 個(gè)開(kāi)挖段，在每個(gè)開(kāi)挖段的基坑中央設(shè)置 3 個(gè)水位觀測(cè)孔，對(duì)水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在井點(diǎn)施工期間，對(duì)已形成井點(diǎn)的水位，每天觀測(cè) 1次；降水前期對(duì)水位、流量及含沙量每天觀測(cè)次；降水中期每天觀測(cè) 1 次；降水后期每 7 10d 觀測(cè) 1 次，雨天加測(cè)水位。將每天觀測(cè)的水位及流量結(jié)果進(jìn)行整理，繪制 Q-t 和 s-t 關(guān)系曲線，分析水位下降的趨勢(shì)及流量變化，預(yù)測(cè)地下水位降低到設(shè)計(jì)深度的時(shí)間和確定抽水泵的安裝與 數(shù)量調(diào)整。同時(shí)對(duì)周邊建筑物進(jìn)行沉降觀測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，可采用回灌方法，提高建筑物附近的地下水位，減少建筑物的沉降量。 8 降水效果 該區(qū)間于 2003 年 2 月中旬開(kāi)始抽水，開(kāi)始抽水時(shí)，水量較大，水位下降很快，之后水位降落逐漸緩慢，3d 后，水位保持穩(wěn)定。從水位觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，降低后的水位滿足設(shè)計(jì)要求。元中區(qū)間基坑