富水砂層地鐵區(qū)間隧道下穿建筑物施工工法

答辯人:曲永壯導(dǎo)師：邱道宏專業(yè)：城市地下空間山東大學(xué)本科生論文答辯富水砂層地鐵區(qū)間隧道下穿建筑物施工工法研究2015年6月4日匯報提綱一、緒論二、工程概況三、施工方案研究四、監(jiān)控量測五、結(jié)論一、緒論1.1研究背景及研究意義隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，青島市交通擁堵的矛盾越來越突出，已成為制約經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要因素，而地鐵以“大運(yùn)量、低污染、低耗能、低噪音、高速度、占地少、全天候”的獨(dú)特優(yōu)勢，成為青島市今后發(fā)展公共交通的重點(diǎn)。青島地鐵一期工程于2009年正式開始建設(shè)，地鐵線西起青島火車站，向東沿廣西路、太平路、文登路、香港路，自五四廣場入南京路向北，經(jīng)過江西路、寧夏路、遼陽西路，后進(jìn)入黑龍江路、萬年泉路至李村，向西沿京口路、振華路至終點(diǎn)鐵路青島北站。途經(jīng)市南區(qū)、市北區(qū)、四方區(qū)、李滄區(qū)4區(qū)，全長約24.9km，設(shè)車站共22座，其中明挖車站15個，暗挖車站7個，換乘車站6座，平均站間距1.165km。青島地鐵3號線地質(zhì)條件復(fù)雜，雖然基巖條件較好，但部分區(qū)域仍存在較差地層，如富水砂層在青島地區(qū)就很常見。青島地區(qū)的砂層分布雖廣，但是不連續(xù)，不成區(qū)域規(guī)模，長則數(shù)百米，短則幾十米，且層厚極不均勻，變化頻繁，而且與巖石構(gòu)成二元地層結(jié)構(gòu)，采用傳統(tǒng)的盾構(gòu)法技術(shù)條件復(fù)雜，且經(jīng)濟(jì)性很差，不具有普遍的適用性。一、緒論青島地鐵3號線工程路線圖一、緒論富水砂層地質(zhì)在城市地下工程施工中經(jīng)常遇到，由于砂層強(qiáng)度低、膠結(jié)程度差，洞室穩(wěn)定性差，容易引起過大變形，難以控制，甚至?xí)l(fā)生塌方事件，有較大施工難度。如果加上水的作用，其物理力學(xué)性質(zhì)會變的更加復(fù)雜，開挖常誘發(fā)涌砂、涌水等地質(zhì)災(zāi)害。暗挖隧道穿越飽水的礫砂層，開挖施工存在許多困難，主要是飽水砂礫層孔隙率大、透水性好，一旦處理措施不當(dāng)，將會發(fā)生涌水涌沙。國內(nèi)很多含水砂層隧道由于對開挖風(fēng)險沒有進(jìn)行深入研究，施工中經(jīng)常發(fā)生重大安全事故。青島地鐵3號線泉李區(qū)間是青島地鐵隧道中施工難度最大的一段。工程主要難點(diǎn)在于富水砂層和地表密集建筑群。青島地鐵富水砂層段地層上軟下硬，有著與其它地區(qū)不同的地方，因此，針對于青島富水砂層的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)富水砂層地層中地鐵隧道穿越密集建筑群的施工方法具有重要的理論價值和現(xiàn)實(shí)的工程意義。針對青島地區(qū)特殊的地質(zhì)條件，擬通過對青島地鐵隧道引起的地面沉降對地面建筑物的影響規(guī)律進(jìn)行分析歸納，并找出科學(xué)、合理，具有可操作性的建筑物的防治措施，有效控制地鐵隧道施工中的地面沉降對建筑物的損害，確保地面建筑物安全；同時，隧道施工一旦造成建筑物損傷，需要對受損建筑物進(jìn)行評估和采取補(bǔ)救加固措施予以修復(fù)，工程意義明顯。因此，該項(xiàng)研究不僅具有理論研究價值，而且具有重要的工程指導(dǎo)意義。青島地鐵發(fā)生塌陷事故一、緒論1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀一、緒論洪三金介紹了超前分段后退式雙液注漿、圍壁注漿、擴(kuò)散注漿、下導(dǎo)洞引水、上導(dǎo)洞留核心土等施工技術(shù)劉敏、陳國斌等根據(jù)具體工程實(shí)例，研究了地下連續(xù)墻穿越富水砂層的施工技術(shù)，為此類工程難題的解決積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。丁銳介紹了富水砂層城市過街道淺埋暗挖施工方法，整個隧道的施工主要采用CRD工法，對淤泥質(zhì)地層采用密管低壓擠壓技術(shù)—飽和含水砂層采用TSS注漿加固技術(shù)等輔助工法。李迎春介紹了深圳濱海大道過街隧道的施工，分析了隧道所處的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，詳細(xì)介紹了隧道穿越富水砂層的施工技術(shù)。一、緒論目前富水砂層地段主要施工工法：超前小導(dǎo)管支護(hù)加固地層；管棚超前預(yù)支護(hù)加固地層；水平旋噴法超前支護(hù)；地面高壓加固地層；凍結(jié)法固結(jié)地層；洞內(nèi)、洞外降水法、洞內(nèi)真空降水等。1.3本文的主要研究內(nèi)容一、緒論富水砂層地層中隧道施工引起的地層變形；隧道施工引起的地表沉降監(jiān)測；針對泉李區(qū)間富水砂層地層且穿越密集建筑群的施工環(huán)境提出切實(shí)可行的沉降控制措施和施工方案。本文以青島地鐵3號線泉李區(qū)間為研究對象，研究了以下主要內(nèi)容：匯報提綱一、緒論二、工程概況三、施工方案研究四、監(jiān)控量測五、結(jié)論二、工程概況2.1工程概況萬年泉路站～李村站區(qū)間沿萬年泉路正直向北，至青島農(nóng)科院進(jìn)入河南村，穿過河南村與九水路相交，拐向西北方向穿越李村河至?xí)郝方尤肜畲逭?。線路起訖里程為K18+621.452～K19+709.945（右線），長1088.495m，左線長1071.672m。隧道頂最小埋深約11m，最大埋深約21m，均為單洞單線馬蹄形斷面。區(qū)間隧道采用礦山法施工。隧道拱部遇飽水砂層，底部處于中風(fēng)化巖層中，上軟下硬的地質(zhì)造成施工風(fēng)險極大。泉李區(qū)間位置二、工程概況2.1.1工程地質(zhì)和水文地質(zhì)工程地質(zhì)場區(qū)第四系厚度自南向北逐漸增大，主要由全新統(tǒng)人工填土、洪沖積層和上更新統(tǒng)洪沖積黏性土、砂土組成，基巖以燕山晚期花崗巖為主，其間穿插有煌斑巖、花崗斑巖并伴隨有構(gòu)造巖。沿線地形總體平緩，地貌類型：萬年泉路站至K18+732為剝蝕堆積緩坡，K18+732至K19+436為侵蝕堆積一級階地，K19+436為侵蝕堆積一級階地。水文地質(zhì)場區(qū)地下水主要有兩種類型：一是松散土層孔隙水，二是基巖裂隙水。場區(qū)地下水主要受大氣降水、李村河水及周邊管道滲漏補(bǔ)給。地表河流水與地下水水力聯(lián)系密切，它們同時受大氣降雨和蒸發(fā)的影響。地下水的流向主要受區(qū)域侵蝕基準(zhǔn)面和地貌的控制，從地下水位反映的形態(tài)看，勘察區(qū)間地下水徑流方向均是流向李村河。二、工程概況工程地質(zhì)和水文地質(zhì)萬年泉路站～李村站區(qū)間砂層段下穿建筑物段左線地質(zhì)縱斷面圖二、工程概況2.1.1工程地質(zhì)和水文地質(zhì)萬年泉路站～李村站區(qū)間砂層段下穿建筑物段右線地質(zhì)縱斷面圖

二、工程概況2.1.2地表建筑物區(qū)間下穿建筑物匯總表

序號建筑物名稱下穿建筑物里程圍巖等級斷面尺寸(m)穿越長度（m）層數(shù)房屋結(jié)構(gòu)建設(shè)年代基礎(chǔ)方式基礎(chǔ)底距隧道頂

(m)1濱河商業(yè)街J區(qū)K19+438.00～K19+452.00Ⅵ6.35×5.9144磚混結(jié)構(gòu)1997條石基礎(chǔ)11.34m2李村河北側(cè)沿街房K19+504.00～K19+516.00Ⅵ6.35×5.9124磚混結(jié)構(gòu)1996條石基礎(chǔ)11.83m3嶗山區(qū)房產(chǎn)處F1樓K19+537.25～K19+553.40Ⅵ6.35×5.9167框架結(jié)構(gòu)1993～1994條形基礎(chǔ)9.77m4萬隆商廈K19+533.5～K19+590.00Ⅵ6.35×5.9579框架結(jié)構(gòu)1992條形基礎(chǔ)10.94m5李村勞改隊(duì)職工宿舍K19+597.00～K19+610.00Ⅵ6.35×5.9135磚混結(jié)構(gòu)1995條形基礎(chǔ)9.61m6中國電信京口路營業(yè)廳K19+605.00～K19+651.00Ⅵ6.35×5.9465框架結(jié)構(gòu)1990條形基礎(chǔ)9.11m7中國銀行李村支行K19+655.14～K19+689.0Ⅵ6.35×5.9346框架結(jié)構(gòu)1988條形基礎(chǔ)9.12m不含地下室二、工程概況2.1.2地表建筑物萬年泉路站～李村站間下穿越建筑物平面示意圖

二、工程概況2.1.3建筑物沉降控制標(biāo)準(zhǔn)序號建筑物名稱沉降控制標(biāo)準(zhǔn)（mm）差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)（mm）（點(diǎn)間距）爆破控制標(biāo)準(zhǔn)（cm/s）1濱河商業(yè)街J區(qū)105（相鄰兩柱的間距）≤1.02李村河北側(cè)沿街房106（相鄰兩柱的間距）≤1.03萬隆商廈1510（相鄰兩柱的間距）≤1.04嶗山區(qū)房產(chǎn)處F1156（相鄰兩柱的間距）≤1.05李村勞改隊(duì)職工宿舍1510（相鄰兩柱的間距）≤1.06中國電信京口路營業(yè)廳158（相鄰兩柱的間距）≤1.07中國銀行李村支行156≤1.0二、工程概況萬隆商廈萬隆商廈是本隧道施工區(qū)段最大型的建筑物，且地基埋深較淺，是本次施工的重難點(diǎn)。我們就以萬隆商廈為研究對象，對地鐵隧道在富水砂層中穿越建筑物的施工方法進(jìn)行研究。萬隆商廈為七層混凝土框架結(jié)構(gòu)，泉李區(qū)間下穿萬隆商廈總長53m，隧道埋深11.94m。隧道里程為K19+533.5～K19+590.00，圍巖等級V，砂巖交界面處于掌子面的上臺階。二、工程概況2.2工程難點(diǎn)富水砂層建筑物沉降控制主要難點(diǎn)：地層沉降引起的建筑物破壞匯報提綱一、緒論二、工程概況三、施工方案研究四、監(jiān)控量測五、結(jié)論三、三施工三方案三研究3.三1地層三加固三措施區(qū)間三隧道三拱部三處于三富水三砂層三的地三段，三開挖三時進(jìn)三行WS三S超前三注漿三加固三地層三，主三要注三漿材三料采三用水泥三、水三玻璃。根據(jù)三設(shè)計(jì)三，注三漿長三度設(shè)三為12三m，注三漿工三作面三封堵三初始三注漿三段采三用0.三8m厚噴三混凝三土止三漿墻，后三序注三漿段三均預(yù)三留4.三0m已注三段作三為止三漿巖三盤。三注漿三孔在三每一三循環(huán)三開始三部位三的掌三子面三上按三扇形三布置三，初三始注三漿孔三間距三為0.三8m左右三，同三時應(yīng)三保證三孔的三末端三間距三控制三在1m的間三距范三圍內(nèi)三，并三保證三每一三斷面三拱部三、側(cè)三墻2.三5m范圍三內(nèi)砂三層被三加固三，砂三層與三巖層三交界三面向三下0.三5m處為三加固三范圍三的底三部。三單孔三漿液三擴(kuò)散三半徑三為80三0m三m。施三工過三程中三根據(jù)三注漿三情況三進(jìn)行三調(diào)整三，避三免注三漿出三現(xiàn)死三角。初始三注漿三段刨三面圖三、三施工三方案三研究斷面三注漿三加固三示意三圖：區(qū)間三正線三放射三型注三漿加三固縱三斷面三示意三圖：三、三施工三方案三研究注漿三流程三、三施工三方案三研究3.三2建筑三物加三固措三施為預(yù)三防施三工中三房屋三出現(xiàn)三沉降三，提三前在三建筑三物打三設(shè)并三預(yù)埋三雙排PV三C袖閥三管，注漿三孔沿三建筑三物邊三沿2m設(shè)置三，間三距2m，梅三花布三置。根據(jù)三監(jiān)控三量測三反饋三信息三，當(dāng)三建筑三物沉三降超三限，三且不三大于40三mm時，三進(jìn)行三注漿三。注三漿材三料采三用水三泥砂三漿，三后退三式分三段注三漿。三注漿三前應(yīng)三先進(jìn)三行注三漿試三驗(yàn)，三注漿三壓力三最終三現(xiàn)場三試驗(yàn)三確定三，不三宜過三大。三注漿三過程三中對三房屋三進(jìn)行三嚴(yán)密三監(jiān)測三，以三防注三漿壓三力過三大造三成地三面隆三起等三問題三影響三建筑三物安三全。三、三施工三方案三研究3.三3隧道三開挖三和初三期支三護(hù)措三施該區(qū)三段隧三道采三用臺三階法三開挖三，分三上下三兩臺三階進(jìn)三行開三挖，三經(jīng)勘三測，三砂巖三交界三面位三于上三臺階三掌子三面。三開挖三時，三上臺三階采三用松三動爆三破，三每次三進(jìn)尺0.三5m，并三隨時三做好三初期三支護(hù)三工作三。上三臺階三長度8-三10三m后，三進(jìn)行三下臺三階的三開挖三。隧三道斷三面如三下：三、三施工三方案三研究三、三施工三方案三研究由于三拱頂三上部三存在三砂層三，雖三然上三方砂三層已三超前WS三S注漿三加固三，但三為了三防止三爆破三震動三對上三方加三固體三的擾三動影三響和三爆破三松動三圈過三大，三上臺三階爆三破施三工采三用松三動爆三破技三術(shù)，三以“短進(jìn)三尺，三弱爆三破，三強(qiáng)支三護(hù)，三快封三閉”為三作業(yè)三原則三，爆三破進(jìn)三尺控三制在0.三5m。①爆三破材三料鉆孔三機(jī)具三選用YT三28型鑿三巖機(jī)三，鉆三頭選三用一三字形三合金三鉆頭三，直三徑為40三mm。炸三藥選三用2號巖三石乳三化炸三藥，三非電三毫秒三導(dǎo)爆三管雷三管起三爆網(wǎng)三路。②爆三破參三數(shù)(1三)炮孔三直徑三：d=三42三mm(2三)孔深三：根三據(jù)地三質(zhì)條三件和三爆破三施工三規(guī)程三，開三挖進(jìn)三尺為0.三5m，孔三深L=三0.三6m。上臺三階爆三破設(shè)三計(jì)3.三3.三1爆破三施工三、三施工三方案三研究炮眼名稱段別孔深炮孔個數(shù)炸藥類型藥卷規(guī)格單孔藥量

(㎏)單段藥量(㎏)裝藥結(jié)構(gòu)掘進(jìn)眼10.68乳化Φ320.21.4連續(xù)50.67乳化Φ320.21.6連續(xù)內(nèi)圈眼70.66乳化Φ320.21.2連續(xù)底板眼90.69乳化Φ320.21.8連續(xù)周邊眼110.610乳化Φ320.11.0連續(xù)綜合參數(shù)開挖斷面(m2)預(yù)計(jì)進(jìn)尺(m)爆破石方（m3）炮眼總數(shù)炸藥總量(kg)炸藥單耗

(kg/m3)周邊眼間距E(mm)周邊眼抵抗線W(mm)18.230.59.1154070.77350600說明1、裝藥量結(jié)合圍巖狀況可酌情調(diào)整，炮眼堵塞長度不少于25cm；2、炮眼總數(shù)為40，總藥量為7kg；3、周邊眼布置要根據(jù)前方砂層的位置而布設(shè)，拱部有砂層的地方打減震空孔，此處周邊眼布置只是示意，現(xiàn)場根據(jù)具體砂層位置而布設(shè)。4、具體爆破施工參數(shù)在現(xiàn)場試爆后進(jìn)行調(diào)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臺三階爆三破設(shè)三計(jì)當(dāng)砂三巖交三界面三掌子三面拱三頂時三，下三臺階三為中三風(fēng)化三巖層三，在三上臺三階開三挖8～10米以三上時三，爆三破開三挖下三臺階三，采三用光三面爆三破技三術(shù)施三工，三施工三進(jìn)尺三為1.三0m，炮三孔直三徑為40三mm，孔三深1.三2m，具三體爆三破參三數(shù)設(shè)三計(jì)如三下：炮眼名稱段別孔深單段孔數(shù)炸藥類型藥卷規(guī)格單孔藥量

(㎏)單段藥量(㎏)裝藥結(jié)構(gòu)掘進(jìn)眼11.25乳化Φ320.31.5連續(xù)31.24乳化Φ320.31.2連續(xù)51.23乳化Φ320.30.9連續(xù)71.26乳化Φ320.31.8連續(xù)91.25乳化Φ320.31.5連續(xù)周邊眼111.212乳化Φ320.151.8連續(xù)底板眼131.28乳化Φ320.151.2連續(xù)綜合參數(shù)開挖斷面(m2)預(yù)計(jì)進(jìn)尺(m)爆破石方（m3）炮眼總數(shù)炸藥總量(kg)炸藥單耗(kg/m3)周邊眼間距E(mm)周邊眼抵抗線W(mm)18.231.018.23439.70.532350700說明1、裝藥量結(jié)合圍巖狀況可酌情調(diào)整，炮眼堵塞長度不少于35cm；2、炮眼總數(shù)為43，總藥量為9.7kg；3、具體爆破施工參數(shù)在現(xiàn)場試爆后進(jìn)行調(diào)整，必要時可增加起爆段數(shù)。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護(hù)鋼格三柵安三裝噴射三混凝三土噴射三混凝三土流三程：匯報三提綱一、緒論二、三工程三概況三、施工三方案三研究四、三監(jiān)控三量測五、三結(jié)論四、三監(jiān)控三量測4.三1測點(diǎn)三布置四、三監(jiān)控三量測4.三2監(jiān)測三數(shù)據(jù)四、三監(jiān)控三量測測點(diǎn)編號累計(jì)值（mm）測點(diǎn)編號累計(jì)值（mm）JC04-016.74JC04-1010.69JC04-021.09JC04-118.15JC04-034.69JC04-12-0.05JC04-0411.41JC04-130.96JC04-0511.51JC04-142.08JC04-0610.82JC04-152.52JC04-076.42JC04-163.20JC04-089.91JC04-17-2.01萬隆三商廈三建筑三物沉三降監(jiān)三測點(diǎn)三累計(jì)三值四、三監(jiān)控三量測測點(diǎn)編號累計(jì)值（mm）測點(diǎn)編號累計(jì)值（mm）DC05-017.12DC05-0117.73DC05-0115.14DC05-0121.93DC05-0118.33DC05-0123.15DC05-0122.12DC05-0121.11DC05-0122.79DC05-0125.96地表三沉降三監(jiān)測三點(diǎn)累三計(jì)值四、三監(jiān)控三量測4.三3監(jiān)測三數(shù)據(jù)三分析因采三用超三前注三漿進(jìn)三行地三層加三固，三在注三漿壓三力的三作用三下，三地表三會有三略微三的隆三起，三之后三隨著三開挖三的進(jìn)三行，三地表三再次三發(fā)生三沉降三。從三下圖三可以三看出三，地三表沉三降隨三時間三承階三梯型三變化三，上三升階三段即三進(jìn)行三超前三注漿三，開三挖時三地表三會有三所下三沉。建筑三物沉三降分三析圖：四、三監(jiān)控三量測地面三沉降三分析三圖四、三監(jiān)控三量測工程三后期三地表三沉降三趨于三穩(wěn)定四、三監(jiān)控三量測4.三4小結(jié)泉李三區(qū)間三萬隆三商廈三建筑三物測三點(diǎn)和三地表三測點(diǎn)三，累三計(jì)變?nèi)咳月∪馂槿?，三建筑三物最三大隆三?1三.5三1m三m，地三表最三大隆三起高三度25三.9三6m三m。泉李三區(qū)間三萬隆三商廈三在