降水施工關鍵技術在盾構進出洞風險控制中的應用

1、 河床相富水承壓含水層地下水控制實踐及理論探討坑外降水及盾構機進出洞降水2022-2-24安徽水文地質工程地質公司南京分公司2安徽水文地質工程地質公司3一、前言二、南京緯七路過江隧道梅子洲出口坑外降水三、杭州慶春路過江隧道江南出口降水四、南京地鐵號線向興路站（奧體東站）坑外降水坑外降水坑外降水安徽水文地質工程地質公司4q在城市的深基坑工程，特別在建筑密集區(qū)的深基坑工程，應采用坑內降水。若在郊區(qū)，在周邊環(huán)境允許的地方，應優(yōu)先選用坑外降水。允許坑外降水的首要條件就是基坑周邊的環(huán)境，即基坑周邊無重要建筑物及重要管線，降水對非重要建筑物也不會造成大的影響。q根據我公司的成功實踐，在下列工程成功進行坑外

2、降水：已建成并通車的南京緯七路長江過江隧道江北及江心洲出口，杭州錢塘江慶春路過江隧道南北出口，廣深港城際鐵路獅子洋隧道兩岸出口，以及在建的南京緯三路長江過江隧道江北出口。一、前 言安徽水文地質工程地質公司5 坑外降水的優(yōu)點坑外降水的優(yōu)點一、前 言qa a、施工方便、施工方便：坑外降水給坑內土方開挖帶來很大的便利，給坑內的結構施工提供了很大的方便；同時對降水井的保護和運行管理也更安全和方便了，從而更好地保證了基坑降水的安全性。qb b、大大減小基坑外圍護結構的側壓力：、大大減小基坑外圍護結構的側壓力：坑外降水使基坑水土合算的側壓力變?yōu)闆]有水壓的單一土體的側壓力，當坑外降水水位降到底板以下時，其坑

3、外的水壓力將為零，將圍護結構的坑外壓力減小一半；從而可以減少基坑支撐的使用量，減少換撐次數。qc c、放坡開挖更節(jié)省：、放坡開挖更節(jié)?。涸趫龅貤l件及地質條件允許的情況下，采取基坑大放坡，結合坑外降水，將可以大大節(jié)省費用和工期。安徽水文地質工程地質公司6 一、前 言 坑外降水的缺點坑外降水的缺點q對周邊環(huán)境的影響大，造成較大的地面沉降安徽水文地質工程地質公司7一、前言二、南京緯七路過江隧道梅子洲出口坑外降水三、杭州慶春路過江隧道江南出口降水四、南京地鐵號線向興路站（奧體東站）坑外降水坑外降水坑外降水安徽水文地質工程地質公司8二、緯七路過江隧道梅子洲出口降水 南京過江隧道梅子洲明挖段基坑降水是典型

4、的坑外降水，在沒有采取任何防范措施的情況下，對周邊民房也沒有造成危害。安徽水文地質工程地質公司9n 梅子洲明挖段全長340m，開挖深度約018.5m；工作豎井為長26m寬49.4m深26.5m。圍護方式為：JN01JN03為放坡開挖；JN04JN11為鉆孔灌注樁；JN12JN15及工作豎井為地下連續(xù)墻。場地整平地面標高為+7.5m。n 基坑周邊為大片農田及葡萄園，周邊分布民房，最近處約50m。大部分在150m左右。二、緯七路過江隧道梅子洲出口降水 工程概況工程概況10n 上部06m為粘性土，下部為粉細砂，底板深度55m，粉細砂層厚度約49m。二、緯七路過江隧道梅子洲出口降水 地層資料地層資料J

5、N14工作井段地層剖面圖安徽水文地質工程地質公司11n 梅子洲場地自上而下以粉細砂地層為主，厚度55m左右，地下水水位埋深0.5m左右，含水層厚度H取54.5m，據據抽水試驗資料，含水層滲透系數K取18m/d，影響半徑在450500m，本次取450m。二、緯七路過江隧道梅子洲出口降水水文地質條件水文地質條件安徽水文地質工程地質公司12n 考慮到周邊環(huán)境較為簡單，本次采取坑外降水。方案設計時采取承壓潛水井公式計算基坑涌水量：二、緯七路過江隧道梅子洲出口降水降水井的布置降水井的布置降水井數量230001.336(2)53065/lgwKH MMhQmdRr涌水量（m/d）單井出水能力（m/d）井數

6、（口）井深設計值530651100 68 40m實際值5100020002400（18.5kw泵抽水）先期68口抽水后期37口抽水40m降水設計值及實際值部分參數對照表安徽水文地質工程地質公司13n 降水井主要布置在工作豎井和暗埋段周圍，實際降水時，先期開啟了全部井68口井，后期只開啟了37口降水井，滿足基坑開挖要求。二、緯七路過江隧道梅子洲出口降水降水井的布置降水井的布置降水井平面布置圖安徽水文地質工程地質公司14 降水井采用多孔混凝土花管，井管內徑400mm，外徑500mm，泥孔徑800mm，井深40m；二、緯七路過江隧道梅子洲出口降水降水井結構降水井結構安徽水文地質工程地質公司15n 根

7、據上述降水井布置方式，豎井內降深達到30m（設計水位降深為28m），暗埋段水位降深也能達到2028m（設計水位降深1826m），水位降深滿足基坑安全要求。二、緯七路過江隧道梅子洲出口降水降水效果降水效果水位實際降深等值線圖（單位：m）安徽水文地質工程地質公司16n 在降水期間，降水面以下的土層通常不產生明顯的固結沉降，而降水面至原始地面的土層因排水條件好，會在所增加的自重應力下很快產生沉降。因此，可以用公式進行估算降水引起的最大沉降值：二、緯七路過江隧道梅子洲出口降水地面沉降分析地面沉降分析對于粘性土類： 對于砂土類： 02011eHeHPSwEHEHPSw2式中 ：S-降水所引起的沉降值；

8、-計算土層的壓縮系數； -降水產生的自重附加應力； -降水深度； -水重度； -降水深度范圍內土層的壓縮模量。PHWE土層固結土層固結安徽水文地質工程地質公司17n 地層的最大沉降量計算以工作井附近的J2-III05-19孔資料為依據，計算結果如下：二、緯七路過江隧道梅子洲出口降水地面沉降分析地面沉降分析層位層厚孔隙比壓縮系數壓縮模量最大沉降量（mm）2-3層0.21.1330.580.0534層2.51.140.7210.3044-2層3.80.9030.337.299.7067-1層10.10.7420.1512.6339.5768層9.40.6860.1413.1432.950總計26.

9、092.589安徽水文地質工程地質公司18n 距離豎井越遠地下水水位降深越小，在圍繞豎井周圍地下水水位降深呈漏斗狀。其中，距離豎井35m以內，漏斗坡度較陡，35m之外降位漏斗坡度變緩，35m為拐點。如50m到60m之間10m距離，水位下降差1.267m，引起的差異沉降僅為4.494mm。距離豎井越遠漏斗坡度越緩，其差異沉降也越小，這種沉降量將不會對民房造成破壞性的影響。二、緯七路過江隧道梅子洲出口降水地面沉降分析地面沉降分析安徽水文地質工程地質公司地面沉降量S=f(S水位）關系曲線0.00020.00040.00060.00080.000100.000051015202530S水位(m)S(m

10、m)19n 根據實際監(jiān)測資料，基坑外附近地面沉降量在10cm左右，與預測值接近；n 民房的差異沉降量小，沒有對周邊民房造成不良影響。二、緯七路過江隧道梅子洲出口降水地面沉降分析地面沉降分析安徽水文地質工程地質公司20二、緯七路過江隧道梅子洲出口降水現(xiàn)場施工效果圖現(xiàn)場施工效果圖安徽水文地質工程地質公司21n 本次坑外降水是成功的：本次坑外降水是成功的：n 保證了基坑的順利開挖，降水維護簡單；n 降水對周邊的地面不均勻沉降可以控制，沒有對周邊民房造成破壞；n 為重點工程的施工搶出工期，節(jié)省開支，保障了工程施工安全。二、緯七路過江隧道梅子洲出口降水小小 結結 安徽水文地質工程地質公司22一、前言二、

11、南京緯七路過江隧道梅子洲出口坑外降水三、杭州慶春路過江隧道江南出口降水四、南京地鐵號線向興路站（奧體東站）坑外降水坑外降水坑外降水安徽水文地質工程地質公司23n 杭州慶春路過江隧道江南出口位于錢塘江的南岸，距離錢塘江約200m左右，周邊場地空曠，是一些農田和魚塘，沒有建筑物及地下管線。因此，選擇了坑外大放坡降水。上部降粉土含水層潛水，下部降卵礫石含水層承壓水。三、杭州慶春路過江隧道江南出口降水安徽水文地質工程地質公司24n 該工程開挖面積約62000m2，明挖段主道開挖深度1722m，長約310m；匝道段開挖深度017m， 長度兩邊分別為310m和280m。三、杭州慶春路過江隧道江南出口降水工

12、程概況工程概況安徽水文地質工程地質公司25三、杭州慶春路過江隧道江南出口降水工程概況工程概況A-A放坡開挖橫剖面圖安徽水文地質工程地質公司26三、杭州慶春路過江隧道江南出口降水工程概況工程概況B-B放坡開挖橫剖面圖安徽水文地質工程地質公司27三、杭州慶春路過江隧道江南出口降水地層情況地層情況BZ01BZ04段地層剖面圖上部18m為粉土，1832m為淤泥質粉質粘土，3242m為粉細砂，4262m為卵礫石層。安徽水文地質工程地質公司28n 根據地下水的埋藏條件及水力特征，地下水分為潛水和承壓水兩種類型。n 1、上層潛水主要為-2層粉質粘土以上的粉砂夾粉土層、砂質粉土層以及素填土，以-2層粉質粘土為

13、潛水含水層底板，總厚度為18m。地下水位接近地表，按埋深1.00m來計算。滲透系數1.5m/d；n 2、承壓水主要賦存于下部、層砂礫層中，上覆、層粘性土是隔水頂板，水位埋深8m。滲透系數75m/d。n 該工程降水須對上部潛水進行疏干和對下部承壓水進行降壓。三、杭州慶春路過江隧道江南出口降水水文地質條件水文地質條件安徽水文地質工程地質公司29三、杭州慶春路過江隧道江南出口降水降水井的布置降水井的布置疏干井數量降水設計值及實際值部分參數對照表位置總涌水量Q單井出水量q 井數井深排數井間距第一階段 6784.6m/d106 m/d64口22m3排外圍12m內部15m第二階段 12474.4 m/d7

14、6.1 m/d164口 22m4排外圍12m內部15mA匝道3981.9 m/d86.6 m/d46口22m3排12m（開挖較淺位置20m）B匝道3615.8 m/d92.7 m/d39口22m3排12m（開挖較淺位置20m）安徽水文地質工程地質公司30三、杭州慶春路過江隧道江南出口降水降水井的布置降水井的布置疏干井布置降水設計值及實際值部分參數對照表安徽水文地質工程地質公司31三、杭州慶春路過江隧道江南出口降水降水井的布置降水井的布置疏干井布置安徽水文地質工程地質公司第一段疏干井橫剖面位置圖32三、杭州慶春路過江隧道江南出口降水降水井的布置降水井的布置疏干井布置安徽水文地質工程地質公司第二段

15、疏干井橫剖面位置圖33n 慶春路隧道周邊環(huán)境簡單，沒有建筑物，本次降水采取坑外降水，方案設計時所有相關參數均取自抽水試驗所得結果，采用大井法計算其涌水量：三、杭州慶春路過江隧道江南出口降水降水井的布置降水井的布置降壓井數量drRrKMSQ/m35.647910log73. 2涌水量單井出水能力井數井深設計值47910.65m/d2400m/d22口48m實際值52000m/d24004000m/d22口48m降水設計值及實際值部分參數對照表安徽水文地質工程地質公司34n 基坑局部采用鋼支撐，降壓井布置在鋼支撐外側，為典型的坑外降水：三、杭州慶春路過江隧道江南出口降水降水井的布置降水井的布置降壓

16、井平面布置圖降壓井平面布置圖安徽水文地質工程地質公司35三、杭州慶春路過江隧道江南出口降水降水井的布置降水井的布置n 基坑局部采用鋼支撐，降壓井布置在鋼支撐外側，為典型的坑外降水： 降壓井在基坑橫剖面上的位置示意圖安徽水文地質工程地質公司36n疏干井深均為22m，外圍井上部12m以上為鋼管，下部為無砂混凝土管；內部井和靠近圍護樁附近的井15m以上為鋼管，下部為無砂混凝土管。采用鋼管就是可以在適當的時候采取真空抽水。泥孔徑600mm，無砂管的內徑為300mm，外徑360mm，外包兩層80目的尼龍濾網，底部封死，鋼管直徑273mm。n降壓井井深為48m，泥孔徑700mm，井管為外徑360mm、內徑

17、300mm的鋼筋混凝土管，3236m濾料為中粗砂濾料，3648m濾料為卵礫石濾料（地層分別為粉細砂層和圓礫層，所選擇濾料不一樣）3228m為粘土球止水，其上為粘土止水；三、杭州慶春路過江隧道江南出口降水降水井結構降水井結構安徽水文地質工程地質公司37n承壓水：根據上述降水井布置方式，坑內最大降深達到12m（設計水位降深為11m），水位降深滿足基坑安全要求。承壓水水位降深等值線圖詳見圖：n疏干井：降水滿足基坑開挖；三、杭州慶春路過江隧道江南出口降水降水效果降水效果承壓水水位實際降深等值線圖安徽水文地質工程地質公司38三、杭州慶春路過江隧道江南出口降水現(xiàn)場施工效果圖現(xiàn)場施工效果圖39n 本工程項目

18、采用坑外降水是成功的：n 場地周邊無建筑物及重要地下管線，采用坑外降水的方式無環(huán)境影響，使坑內作業(yè)更加簡便； n 節(jié)省了原設計方案中的圍護結構止水帷幕的費用3千萬元以上，工期縮短2個月以上，經濟效益和社會效益十分明顯。三、杭州慶春路過江隧道江南出口降水小小 結結安徽水文地質工程地質公司40一、前言二、南京緯七路過江隧道梅子洲出口坑外降水三、杭州慶春路過江隧道江南出口降水四、南京地鐵二號線向興路站（奧體東站）坑外降水坑外降水坑外降水安徽水文地質工程地質公司41n 工程所處位置環(huán)境較為單一，周圍樓房均在在建中。車站西側為奧林匹克體育中心建筑群，東北側為規(guī)劃廣場，毗鄰商業(yè)區(qū)東南側為在建的38層聯(lián)強國

19、際大廈。是一個車站和地下商場相連并組合的市政重點工程。四、向心路站坑外降水周邊環(huán)境周邊環(huán)境安徽水文地質工程地質公司42n 向興路站車站A區(qū)基坑標準段深約16.5m，兩端盾構井基坑深約17.2m，車站基坑長約192.1m，寬約21.3m（盾構井25.1m）；商業(yè)區(qū)基坑深約9.5m，寬約48.9m。地面標高取+8m?；铀闹苡肧MW工法圍護，車站A區(qū)圍護結構29.8m，商場圍護結構17m 。四、向心路站坑外降水工程概況工程概況安徽水文地質工程地質公司43n （1）地下水類型：場地地下水為潛水和微承壓水；n （2）地下水位：水位高程約在+7.50m，埋深0.5m；n （3）地基土的滲透性：-2b4層

20、淤泥質粉質粘土層為微透水不透水層，為相對隔水層；-3d3、-3d2、-4d1、-5d1、-6d1層為弱透水透水層，綜合厚度達54.20m。n （4）地下水的腐蝕性評價：地下水對砼結構和鋼筋砼結構中鋼筋不具腐蝕性。n （5）地下水不良作用：主要表現(xiàn)為潛蝕、流砂等現(xiàn)象。四、向心路站坑外降水水文地質條件水文地質條件安徽水文地質工程地質公司44四、向心路站坑外降水降水井的布置降水井的布置位置位置Q(m/d)q(m/d)n（口）（口）車站A區(qū)55126.18160038商場C區(qū)22000100020安徽水文地質工程地質公司45n 降水井內徑400mm，外徑500mm，泥孔徑800mm，井深車站30m，商

21、業(yè)區(qū)20m；井管為混凝土管，其中花管為混凝土無砂管；濾料為直徑0.152.5mm的沙礫混合濾料，見降水井結構圖。四、向心路站坑外降水降水井的結構降水井的結構安徽水文地質工程地質公司46n 施工時先施工商業(yè)C區(qū)再施工車站A區(qū)，降水設計將A、C基坑分別獨立考慮。四、向心路站坑外降水降水井的布置降水井的布置安徽水文地質工程地質公司47n 降水15天后，基坑水位降低至基底面以下1.0m，車站基坑內最大水位降深達到18m（設計水位降深為18m），商業(yè)區(qū)水位降深11m（設計水位降深10m），水位降深滿足基坑安全要求。四、向心路站坑外降水降水效果降水效果車站A區(qū)地下水位實際降深等值線圖安徽水文地質工程地質公

22、司48n 降水15天后，基坑水位降低至基底面以下1.0m，車站基坑內最大水位降深達到18m（設計水位降深為18m），商業(yè)區(qū)水位降深11m（設計水位降深10m），水位降深滿足基坑安全要求。四、向心路站坑外降水降水效果降水效果商業(yè)C區(qū)地下水位實際降深等值線圖安徽水文地質工程地質公司49n 基坑降水有可能引起基坑周邊地面沉降，為充分認識其影響程度，對降水引起的最大沉降量進行了計算：n 上部粘性地面沉降量n 下部砂性土地面沉降n 地面總沉降量：四、向心路站坑外降水沉降分析沉降分析土層固結土層固結cmeHPSiiii7 . 8)184. 11 (201. 039732. 0)913. 01 (201.

23、066447. 0101cmmEHPS6 . 3036. 0408.222901. 0182cmSSS3 .126 . 37 . 821總安徽水文地質工程地質公司50四、向心路站坑外降水沉降分析沉降分析沉降監(jiān)測結果沉降監(jiān)測結果n 根據監(jiān)測資料顯示，基坑四周最大相對沉降量為3cm15cm，本次降水對周圍環(huán)境沒有造成不良影響，并保證了基坑周邊交通安全。安徽水文地質工程地質公司51四、向心路站坑外降水現(xiàn)場施工圖片現(xiàn)場施工圖片52n 1、由于當時周邊樓房都處于在建中，周圍沒有重要建筑物，考慮到沉降比較均勻，設計這種基坑采用坑內外結合的降水方式。n 2、從現(xiàn)場監(jiān)測資料來看，降水引起的地面沉降還是明顯的，

24、但沒有對周邊路面管線等造成不良影響，向興路車站坑外降水是成功。n 3、由于降低了基坑外的地下水位，減少了圍護結構的側壓力，施工中減少了一道支撐，減少了一次換撐，工期提前了一個月。四、向心路站坑外降水小小 結結安徽水文地質工程地質公司53n 1、以上成功案例都是在城市郊區(qū)，降水設計前對周邊環(huán)境都經過充分論證，計算其不均勻沉降可能對建筑物造成的影響程度，確信不會對建筑物造成不良影響時才實施的。所以，設計基坑外降水要充分論證降水對基坑外環(huán)境的影響。n 2、沉降對建筑物的影響要結合建筑物進行分析，降水引起的不均勻沉降要小于建筑物的承受能力。n 3、設計坑外降水可以大大節(jié)省費用、縮短工期、方便降水維護，

25、只要條件允許，坑外降水應該首選。 五、總 結安徽水文地質工程地質公司54一、前言二、南京緯七路過江隧道梅子洲盾構機進洞降水三、南京地鐵集慶門站盾構機進洞降水四、南京中和村站盾構機出洞漏砂搶險工程降水盾構機進出洞輔助降水盾構機進出洞輔助降水安徽水文地質工程地質公司55n 根據GB20446-2008（盾構機進出洞規(guī)范）標準，在巨厚砂層地區(qū)，盾構機進出洞應采取降水作為輔助備用措施。為了使盾構進出洞時下部承壓水不產生突涌，潛水不產生管涌、流砂等現(xiàn)象，需要在接收或始發(fā)井外側布置降水井，以輔助確保盾構機進出洞安全。n 盾構機進出洞段降水為典型的坑外降水，大多數情況下環(huán)境是不允許降水的，所以盾構機進出洞降

26、水應該作為重要的備用輔助措施。 盾構機進出洞輔助降水分析安徽水文地質工程地質公司56一、前言二、南京緯七路過江隧道梅子洲盾構機進洞降水三、南京地鐵集慶門站盾構機進洞降水四、南京中和村站盾構機出洞漏砂搶險工程降水盾構機進出洞輔助降水盾構機進出洞輔助降水安徽水文地質工程地質公司57n 南京緯七路過江隧道梅子洲工作井端頭加固段周邊場地開闊，加固段面積約776.9，接收井深度為26.5m。 盾構機進出洞輔助降水分析緯七路隧道梅子洲盾構機進洞安徽水文地質工程地質公司58上部06m為粘性土，下部為粉細砂，底板深度55m，粉細砂層厚度約49m。 盾構機進出洞輔助降水分析緯七路隧道梅子洲盾構進洞安徽水文地質工

27、程地質公司59n 降水范圍內總涌水量為26130.9m/d，單井出水能力為1400m/d，總共沿著盾構方向布置降水井23口。 盾構機進出洞輔助降水分析緯七路隧道梅子洲盾構進洞安徽水文地質工程地質公司60n 降水井結構：降水井為全孔濾管，采用多孔混凝土花管，井管內徑400mm，外徑500mm，泥孔徑800mm，井深40m。詳見圖： 盾構機進出洞輔助降水分析緯七路隧道梅子洲盾構進洞安徽水文地質工程地質公司61 盾構機進出洞輔助降水分析 南京緯七路長江隧道梅子洲接受井盾構機進洞降水是盾構機進洞的主要的安全措施之一，降水設計要求降到盾構環(huán)下2m，并在盾構機進洞前就進行預降水，到盾構機完全出來，并完成盾

28、構環(huán)止水后停止，前后歷時2個多月。安徽水文地質工程地質公司緯七路隧道梅子洲盾構進洞62一、前言二、南京緯七路過江隧道梅子洲盾構機進洞降水三、南京地鐵集慶門站盾構機進洞降水四、南京中和村站盾構機出洞漏砂搶險工程降水盾構機進出洞輔助降水盾構機進出洞輔助降水安徽水文地質工程地質公司63n 集慶門車站盾構機進洞采取了洞門地基三軸攪拌加固止水、冷凍止水和降水等綜合措施，兩臺盾構機先后在巨厚的粉細砂地層中順利進洞。n 集慶門站地層為上部20.00m以淺淤泥質粉質粘土，下部20.0060.70m為粉細砂，承壓水位埋深3m左右。n 盾構環(huán)底端埋深17m左右，位于淤泥質粉質粘土地層中。距離下部承壓含水層頂板埋深

29、僅3m。若加固或冷凍出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，將會造成承壓水突涌。n 在洞口附近施工了7口降壓井，在盾構機進洞時開啟了降壓井，把地下承壓水水位降到盾構機底端以下，有效地保證了盾構機進洞安全。 盾構機進出洞輔助降水分析南京集慶門站盾構進洞降水安徽水文地質工程地質公司64一、前言二、南京緯七路過江隧道梅子洲盾構機進洞降水三、南京地鐵集慶門站盾構機進洞降水四、南京中和村站盾構機出洞漏砂搶險工程降水盾構機進出洞輔助降水盾構機進出洞輔助降水安徽水文地質工程地質公司65n 事故發(fā)生過程：2007年9月7日，在南京地鐵2號線中和村站油坊橋站盾構施工中，右線盾構機先出發(fā)，左線盾構機出發(fā)20環(huán)（約24m米）后，在隧道洞門處的鋼環(huán)密封板連接螺栓部分斷裂，造成洞口密封板張口，承壓水攜帶泥砂從張開處涌出，涌出泥砂量1100m3以上，形成地面裂縫和塌陷，左線盾構隧道下沉變形量最大值約9cm，危及旁邊小區(qū)及已經施工的右線隧道的安全。盾構機進出洞輔助降水分析南京地鐵二號線中和村站盾構機出洞漏砂搶險工程降水安徽水文地質工程地質公司66 盾構機進出洞輔助降水分