前海湾填海区域地铁施工技术总结.docx

前海湾填海区域地铁施工技术总结摘要：本文结合深圳地铁1号线续建工程土建5标段在深圳前海湾填海区域施工过程中遇到的诸多问题及处理措施浅谈下在未经软基处理且仍在填海施工过程下的海积软土地层地铁修建技术。1.工程概况1.1工程概况：深圳地铁1号线续建工程土建5标段位于深圳市南山区南头前海湾畔，主要包括前海站、鲤鱼门站、前海站鲤鱼门站区间、前海湾站新安路站区间、出入段线的土建工程。鲤鱼门站全长215.7m；前海湾站全长237m；前鲤盾构区间右线长701.852m、左线长723.674m；前新区间右线长度为970.655m、左线长度为959.458m，其中包括240m长北明挖段，390m南明挖段，339.9m长盾构隧道；前新区间左入段线长度为1646.838m，前新区间右入段线长度为1799.699m，其中包括盾构区间出左入段线长约534m，右出入段线长约532m，出入段线并行段明挖段861.935m。1.2地质情况：前海湾位于深圳市南山次中心前海片区，前海片区是以填海区为主的7.5平方公里的新兴区域，现正进行施工的填海区，周围空旷，无建筑物、管线、道路等。该区域位于海积平原，上覆第四系填土、海积淤泥，海冲积粘性土、砂层、残积层，下伏风化花岗岩岩体。素填土、杂填土、残积土及全、强风化岩土质不均，呈坚硬流塑状态，有球状风化残留体存在，容易引起不均匀沉陷，施工开挖容易坍塌，属较不稳定土体。场地普遍分布有较厚的（213m）海积的淤泥，具有孔隙比大，压缩性高，抗剪强度低等特点，具触变性、流变性和不均匀性，属不稳定土体，施工中易产生侧向滑动，导致基坑侧壁围护结构的失稳和位移。场地普遍存在海冲积的饱和砂层，富水性大，结构松散，属较不稳定土体，透水性强，施工中易发生坍塌、涌水、涌砂、管涌、基底涌水等现象，前海湾车站范围内的砂层局部为地震液化土。饱和状态下花岗岩残积土、全风化岩土质不均，属较不稳定土体，受施工扰动，强度骤降，渗透性增大，围护桩施工易发生桩底涌泥、涌砂等危害，也极易造成基坑侧壁失稳，基坑底板隆起变形，翻浆冒泥，涌水等危害。1.3工程水文：前海湾填海区，地下水埋深较浅，水源丰富，潮汐水对底下水位有较大影响。前海湾站进场时仍为一鱼塘地表面尚未回填到位，涨潮时潮水很可能灌入施工场地，标段范围内的含水层主要是砂层，与双界河河水及海水有水力联系，结构松散，自稳性差，施工中易发生坍塌、涌水、涌砂等现象。地下水的浸泡会使岩土抗剪强度降低，变形加大，易造成基坑变形、失稳、坍塌。在施工过程中，随着地下水向基坑的涌出，砂土中细颗粒也随水流失，造成砂层结构更加松散，渗透性加强，地下水和细颗粒土流失加剧，作为透水性差的花岗岩残积土和全风化岩的透水性加强。基坑开挖后，具承压性的强风化岩中地下水会通过残积土和全风化岩以越流的形式向基坑内渗透，加大基坑出水量，给施工带来困难。基坑开挖引起基坑内外水头差加大，易引起基坑隆起、管涌等不良现象。受海水入侵影响，砂层、残积层中地下水对混凝土结构具有弱硫酸盐腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋在长期浸水中具有一定的腐蚀性，并具有一定承压性。2.施工重难点及主要技术措施：由于本标段所处的特殊地理环境及周边工况的复杂程度因此就本标段的主要施工重难点以及相应的处理措施进行总结，主要有以下几点：2.1填海区复杂地质状况对围护结构施工造成很大的困难;前海地区特殊的地质条件的影响：该片区淤泥层较厚、含水率较大（经测试最大含水率达98%）、在该地层下地下连续墙成槽极为困难，导墙施工无法保证其位置的准确性、且在成槽过程中由于淤泥的巨大流塑性及周围施工动载的影响极易造成塌孔，同时由于咬和桩超缓凝混凝土凝固时间不足（60h初凝）产生极大的扩孔，造成后期在黏土层与淤泥层结合部产生鼓包现象。造成经济损失并为后期施工带来极大不便，同时素桩混凝土流失严重，无法起到整体连续的效果，带来极大安全隐患并失去止水效果。淤泥地层咬和桩成桩效果-怪石嶙峋淤泥地层与粘土层分界面咬和桩超缓凝混凝土流失超缓凝混凝土流失淤泥地层下咬和桩超缓凝混凝土流失严重前海片区尚在进行的填海施工带来的影响：由于该片区正采用抛石法进行填海施工，导致该区域淤泥中存在着因填海造成的大量孤石并产生漂移，对咬和桩施工带来极大不便，产生套管无法超前预压，一旦遇到孤石则无法正常成孔，同时由于孤石的存在导致钻孔桩在施工时时常发生钻杆偏斜，造成斜孔。应对措施:1、首先与设计单位进行积极沟通协调,在满足设计要求、确保施工安全的情况将地质状况最为复杂、淤泥流塑最大的前海湾站围护结构部分变更为冲孔灌注桩+高压旋喷桩的形式，并在冲孔桩施工阶段对部分桩体采用全套管冲孔桩施工工艺。2、与混凝土供应商针对咬和桩施工时缓凝时间过久造成缩径严重的情况进行协商，调整缓凝混凝土初凝时间由最初的72h调整为60h，缩短了混凝土初凝时间大大减小了咬和桩缩径、鼓包以及素桩混凝土流失的状况。3、控制周遍施工对围护结构的影响，与填海单位协调尽量避免其在本工程范围内暂停填筑，待本工程施工结束后再回填到地面标高。同时在施工期间封锁周遍道路尽量避免周围重车运土减少动载影响4、加强监测，特别是在咬和桩及连续墙导墙施工期间加强对结构导墙的位置控制，以及在围护桩混凝土浇筑完成后对桩体液面的控制，防止导墙偏移及桩体液面突然下降造成后期桩位便移倾斜或断桩情况发生。2.2制围护体系的稳定及基坑降排水、淤泥开挖是本工程施工的一项重点，也是难点填海区域淤泥地层复杂多变，淤泥层较厚（最深处达13m左右）且分布不均（2-13m）加之孔隙比大，压缩性高，抗剪强度低等特点，具触变性、流变性和不均匀性，因此属不稳定土体，在施工中易产生侧向滑动，导致基坑侧壁围护结构的失稳和位移。并且周遍存在大量未处理的淤泥区域，受周围关联施工单位的施工造成淤泥局部隆起在短时间内对围护结构造成挤压冲切破坏，严重着可导致围护结构变形破坏，造成基坑坍塌本标段前海湾站2007年11月4日发生的海水回灌基坑及前新区间南明挖段2008年3月10日发生的地质灾害就是一起因周边淤泥受关联单位施工影响造成淤泥隆起产生围护结构破坏的典型案例。同时由于该区域淤泥质土的特性在施工期间对围护结构侧压力在施工期间随工况的变化而产生不同的挤压或松弛，施工期间很难做到控制自如，因此在该区域施工深大基坑存在一定的安全风险，在施工过程中应严格遵照相关方案进行实施。由于本工程所处片区周遍水位较高，水源丰富因此在基坑开挖阶段对基坑降排水的要求较高难度也较大，基坑降排水的效果对施工工期及基坑围护结构都有着至关重要的影响与约束作用，严重着可造成基坑险情发生，严重影响施工安全及进度。本标段前海湾站盾构井处在基坑开挖后层发生因围护结构分叉，旋喷桩施工未能有效封闭造成基坑管涌，一度出现险情虽经过处理未造成安全事故但对工程进度产生一定的制约。在淤泥层较厚的区段，由于基坑挖泥困难，挖机易下陷，需采取特殊措施，同时基坑开挖使用的机械设备是否合理，降排水措施是否有效、变形控制是否及时等诸多因素是保证明挖结构基坑施工安全的技术核心。2007114前海湾淤泥隆起造成海水回灌 2008.3.10南明挖淤泥隆起造成地质灾害应对措施:1、对基坑周遍场坪根据设计要求降低并尽量对周围能造成淤泥隆起的施工给予制止，加强在施工期间对周围工况的控制措施，并在施工阶段组织人员对周遍地貌标高进行监测，做到早发现早解决，保障基坑周遍无超载。2、确保围护结构施工质量认真做好围护结构施工，特别是连续墙、钻孔咬合桩防水混凝土浇捣、围护结构桩间止水帷幕的施工质量，保证围护结构不漏水，对于已存在的质量缺陷应在基坑开挖阶段边开挖边修复，必要时采用逆做法对存在缺陷围护结构进行修补或补桩（混凝土结构桩、钢板桩）。3、及时施加支撑（含封闭基坑底板）：因部分围护结构根部土体结构松散，自稳性差，受力易变形，为防止围护结构下部向坑内移位，及时施加支撑和封闭基坑，必要时与设计院沟通优化围护结构设计方案，第一道支撑调整为钢筋砼支撑，腰梁做成牛腿状，保证围护结构的稳定，并在围护结构根部注浆加固土体。经测试及时施加支撑能有效地调整地层的应力状态，控制基坑施工过程中的地层、围护结构的变形，同时基坑开挖后围护结构受外侧土的侧压力后有向内收缩的趋势，采用钢管支撑时预应力施加的控制难度大，预应大围护结构外扩，不够则围护结构收缩。因此需要划分不同区段，根据不同地层通过设计计算值和现场量测不断调整和确定支撑预应力的大小。同时在施工中采用加快结构速度尽快封闭基坑底板，施工应遵照：“短开挖、强支护、早封闭、快结构”原则。4、认真做好基坑工程施工过程中地下水的处理：在基坑工程施工过程中对地下水的处理以封堵、降排为主，在围护结构外侧采用旋喷桩止水，开挖过程中对围护结构排桩进行网喷混凝土，施工内衬前对基坑内侧渗水点进行封堵。基坑采用管井降水，基坑周边设置排水沟和集水井，管井降水每次降深控制在开挖基面以下1m。保持基坑无水状态作业，根据我们在填海片区的施工经验，前海区域采用管井降水措施对淤泥地层的固结是可以起到一定的作用，（建议降水井施工时采用密闭网对钢筋笼进行包裹，而不建议采用通常的细铁丝网，因淤泥地层含有较多的腐蚀性物质，造成铁丝网过早锈蚀，造成降水井失效）降水应在围护结构封闭完成后，基坑开挖前1520天进行。在基坑开挖阶段若出现管涌现象，立即采取注浆止水措施。降水井在顶板覆土回填后进行封堵，以满足车站施工阶段的抗浮要求，防止基底隆起。5、淤泥地层开挖时应选择合适的机具进行作业，建议采用长臂挖掘机与小型挖掘机相互配合的作业方式，由于淤泥地层进行固结后强度不会达到很高，因此采用自重较轻的小型挖掘机进行坑内作业比大型挖掘机分台阶作业法更为适用。6、加强量测：加强监控量测工作，把基坑工程施工过程中其地层和围护结构的动态变化始终纳入可控的管理系统之中。开挖支撑施工严格按时空理论进行，在施工这些特殊部位时安排专人巡视。2.3测量、监测是本工程的重点、难点施工测量是保证区间线路正确无误、区间与车站的贯通、车站土建工程与站内轨道、工艺设备等相对位置正确的关键。前海片区在地铁施工阶段仍在进行填海施工，地质状况及不稳定根据周围施工情况的变动施工场区地貌随时可能发生变化，因此给施工测量及监测工作带来极大难度，控制桩位经常因地质状况变化而产生偏移，如未及时发现则可能给测量及监测结果带来偏差，造成施工误差严重着可造成地铁隧道产生偏差、侵限影响施工质量，并未后期调线调坡造成影响与制约。本标段开工时业主提供的GPS控制点均位于前海片区外围，施工期间为满足施工要求我方需将外围GPS控制点引至场区范围制订相应的高程桩（点）及定位桩（点），此时前海片区地质状况仍未稳定，随着周边填海工程的施工，导致我方的控制桩经常产生偏移。虽然我方采用了加密控制点并增加复核频率一经发现及时调整的办法，但由于场区范围过大加之变动的频率过快，因此在施工期间仍发生因控制点坐标偏移而导致的结构放线偏差造成侵限事故。例如：出入段线并行段（LYSK0+540-LYSK0+56段）底板侵线严重导致轨道道床无法正常铺设，后变更为短轨枕施工。应对措施:1、建议在施工期间在选择设置控制点位置时应尽量选择基础较为稳定的区域，控制点的制作应尽量埋深、尽量减小偏移量，例如后期我方选择的控制点为前海片区施工的桩基础虽然其仍可产生轻微的偏移但已基本能符合施工需要。2、加密施工控制点并增加对控制点的复核频率，通过加密控制点的数量有效的建立起相互校核的体系，在检测时候可较快的发现控制点偏差情况从而解决早发现的问题，增加对控制点的复核频率可有效的解决对出现偏移的桩位进行调整的问题，一般复核频率建议在施工高峰期间对近距离的控制点每天监测复核一次，对较远处应做到每三天到一周至少一次的要求。3、建立专业的施工测量小组：测量的人员和仪器必须有绝对的保证和相对的稳定。所有参加测量的人员都必须持证上岗，并且建立各测量人员的岗位负责制。测量仪器必须定期校核和控制在使用有效期内。同时加强对测量仪器的管理。4、高程桩、定位桩必须认真复核，同时与其他专业间的接口测量也必须认真进行。中线、水平、断面测量达到地下铁道、轻轨交通工程测量规范和深圳地铁建设工程施工测量技术规定和设计文件的要求。隧道实测底板、顶板高程偏差，线路中线两侧实测轮廓尺寸偏差均符合验收标准。各种工程桩位要采取可靠措施加以保护，要有明显的标致，防止人为损坏。5、高度重视、加大投入、健全组织、明确分工、落实责任、严格执行“三检制”制度、严肃施工纪律。测量数据在测前、测中、测后分三次复核检查，内业资料两人独立计算，相互核对。6、结合车站和区间地形地质条件、支护类型、施工方法等特点，确定监测项目和使用的监测仪器。7、结合前海区域实际工况选择有指导意义的监测项目对车站与明挖段进行监测，项目主要包括：土体侧向变形、围护结构变形、围护结构侧土压力、地面沉降、支撑轴力等。8、确保监测的准确性及时性可采用施工方监测与第三方监测相结合的监测控制制度。9、盾构区间监测项目主要包括：地表隆陷、隧道隆陷、土体内部位移、衬砌环内力和变形、土层压应力等。2.4结构防水施工是本工程质量控制的重点地下工程的防水施工是一个复杂的系统工程，牵涉的面广，它的质量是通过围护结构的砼质量、桩间防水，到主体砼自防水，主体结构外防水及施工缝、变形缝等各个环节的防水质量综合体现，任何一个环节做得不好，都有可能对整体防水效果产生很大的影响，因此在整个施工过程中，必须加强全过程控制，确保每一道工序的防水质量。由于本标段地下水压力较大，防水难度大，因此结构防水施工是本工程施工的重点及施工成败的关键之一。应对措施:1、委托有资质的专业施工队伍施工。3、施工中严格按设计要求做好围护钻孔桩、钻孔咬合桩及连续墙防水混凝土浇筑以及钻孔桩间的旋喷桩止水，做好防水第一道防线。3、基坑开挖过程中对围护结构渗水点进行封堵，确保主体内衬施工时围护结构无渗漏水，做好防水第二道防线。4、对结构外防水按设计要求精心组织，认真施工，同时做好主体结构变形缝、施工缝、车站与附属、盾构区间接口处的防水工作，必要时可增加防水附加层确保防水工作质量，做好防水第三道防线。5、在结构砼施工时，必须从砼的配合比（水胶比、水泥品种、骨料品种及粒径、外加剂的选用等）、运输、入模振捣、综合控温和湿养护方面，加强混凝土的密实性，提高混凝土的抗渗性和抗腐蚀性，防止砼开裂，即确保混凝土自防水，做好防水第四道防线。2.5盾构机穿越富水地段的掘进控制是本工程的重点和难点。本工程区间地下水位较高，区间主体结构大部位于地下水位以下，盾构大部分穿越丰水地段，特别是临近圆砾、中粗砂地段，大量的、不可预测的地下水很可能造成喷涌。在富水围岩掘进时，管片很容易产生上浮。因此如何确保盾构机在穿越富水地段时能够顺利掘进成为本工程的一项重难点。应对措施:1、施工前我方通过地质勘察报告及我方的补充勘察，掌握前方地质及地下水实际情况，在盾构掘进到该地段之前，对盾构机进行全面、系统地检查与维修，保证盾构机的性能良好。2、在盾构掘进过程中向盾构机土仓中加入膨润土，改善土仓内土质的流动性，使其形成塑性流动体，通过螺旋输送机排出，避免喷涌。3、合理调整同步注浆浆液的配合比，缩短浆液凝固时间，使其在较短时间内稳定住管片。必要时，进行二次注浆。4、合理设定盾构掘进参数，严格控制出土量。在盾构停机时，关闭螺旋输送机出土闸门，保持土仓压力。5、随时加注盾尾油脂，确保良好的盾尾密封效果。2.6盾构在淤泥层下砂质粘性土中的掘进控制是本工程的重点和难点。7、本标段淤泥层较厚，盾构主要在淤泥层下砂质粘性土层中掘进。盾构机掘进时容易在刀盘上形成泥饼，降低掘进速度，增加切削扭矩，造成刀盘转动负荷加大，排土不畅，甚至停止转动，同时造成土仓内温度升高，影响主轴承密封的寿命，严重时会造成主轴承密封老化破坏。螺旋机由于排土不畅而无法形成土塞，排土口易产生喷涌，由于上层淤泥土易下陷，开挖面就会失稳，发生地层坍塌。应对措施:1、在刀盘面板上设置了4个添加剂注入孔，配置了自动泡沫和添加剂注入系统，可根据需要向开挖面喷射水、泡沫和膨润土，改善碴土的流动性，减小开挖面泥饼生成的机会，也可在螺旋输送机内加入泡沫，以增加碴土的流动性，利于碴土排出。2、在砂土中掘进，大刀盘所受扭矩及推力大大增加，所以盾构掘进速度控制在 20mm/min。在粉砂土中施工时，由于粉砂土中空隙较大，同步注浆压注量比一般土层要多，初步拟定按建筑空隙的250压注。 3、加泡沫压力与加泡沫效果有密切关系，并且与土压力值相关。在穿越全断面粉砂土时，为使泡沫达到理想效果，将泡沫压力比设定土压力值适当大些。4、对于盾构水下推进过程中的防涌水、涌砂控制，我们主要采取压注膨润土浆液、及时同步注浆以及加强预测预报等方法，快速均匀地穿过富水砂层。（1）膨润土浆液压注。本次施工采用的是加泥式土压平衡盾构机，施工中，我们通过盾构机的加泥系统，在工作面前方压注适量膨润土浆液，以减小刀盘切削阻力和盾构与周围地层的摩擦阻力，从而减小盾构施工对周围地层的扰动。（2）同步注浆技术的应用。通过盾构的注浆系统，在盾构行进中，及时注入水泥浆液，填充盾尾脱离后，衬砌与周围地层的空隙，封堵水力通路。（3）加强预测预报。借助盾构推进的仿真系统，通过对行进参数的实时模拟分析，寻求地层变形量、土仓压力变化等参数的规律，预测预报盾构后期可能的姿态变化，结合固化到系统中的人工智能经验，及时调整施工参数。2.7盾构机在半软半硬地层的掘进控制是本工程的一个难点。在半软半硬的地层中掘进时，由于下部（或上部）土体的抗压强度大，上部（或下部）土体的抗压强度小，刀具对不同抗压强度的土层的切削效果和速度均不同，在这种情况推进的话就会使盾构机产生抬头或磕头的现象，破坏原有的盾构姿态。掘进过程中刀盘的转动速度是一样的，因而在掘进中就会对相对软弱地层会产生较大扰动，甚至由于土压的失衡会造成土方的大量亏方，造成地面较大的沉降或塌方。而在发生姿态超标的情况下进行纠偏则会更大的扰动软弱土层，造成严重的地面沉降或塌方。应对措施:1、结合现有地质资料和补充地质勘探资料，同时考虑运用超前钻事先探明半软半硬地层的分层及软硬情况，必要时可征求设计意见进行适当调整例如前鲤区间右线隧道根据设计调整后将隧道抬高避免了对硬岩的掘进调整了断面的土质构成，在减少了施工难度的同时加快了掘进速度。2、在刀具的布置上，合理配备边缘刮刀数量和刀间距，增强边缘的切削能力；同时，利用安装在刀盘上的超挖刀，便于掘进方向发生偏差时能够对围岩进行超挖，及时纠正偏差，确保盾构机前进方向与隧道设计轴线一致。3、在条件允许的情况下，有计划地进入土仓了解工作面，了解工作面软硬不均程度和检查刀具状态，以确定掘进推力的大小，避免刀具超载工作受损。4、在软硬不均地层掘进，为保护盾构及其刀具，不宜追求太高的施工进度。在此地层掘进严格控制掘进参数，推力不宜太大，刀盘转数不宜太快，刀具贯入量不宜太深（一般为5mm/转）。同时掘进期间要经常、有计划地检查刀具、刀盘状况。5、加强盾构机推进线路和姿态控制。6、当盾构机处在上软下硬地层，尽量避免在土仓上部地层差的地段换刀。当必须在这样的地段频繁更换刀具时，根据在当前地层中刀具的磨损情况与线路前方的地质情况，准确定出更换刀具时的位置，提前对该位置地层进行加固处理，加固体达到强度要求后，再采取压气作业进行刀具更换，确保当盾构机到此位置时，安全顺利地更换刀具。7、根据地质资料，提前预测，选择合理的掘进模式。8、通过向土仓和刀盘添加泡沫或膨润土改良碴土，防止形成泥饼。9、控制出土量，尤其是上部为软土时更为关键，防止坍塌。3.效果分析 深圳地铁1号线续建工程土建5标段自2007年3月26日开工至2010年12月22日竣工验收期间经过近4年的施工完成了本标段两站两区间的施工任务。期间在施工技术方面我们有值得总结的经验也有值得反思与借鉴的教训，我们在摸索中前进，在挫折中求索。经历过我们近4年的辛苦努力，终于完成这个全国首例前海片区复杂地质条件下的地铁车站及盾构区间建设的施工任务，并在施工期间积累了前海片区复杂地层下施工的经验，目前深圳地铁1号线续建工程土建5标段已完成全部施工任务，并经过建设单位组织的竣工验收，工程验收结论为合格。在施工过程中我们在施工技术方面针对前海填海区域复杂地质状况和施工工况而采取的应对措施均取得了相应的良好成果，为本标段的顺利完工奠定了坚实的技术基础。4.经验体会经过在深圳地铁1号线续建工程土建5标段的近4年的施工，针对目前前海片区仍在进行的相关施工状况，以及后续再相似状况下施工时可能遇到的类似状况，简要谈几点我们的体会与建议：1、在前海片区复杂海域施工时应在施工前期认真进行施工策划，而后组织实施，包括对整个前海以及类似地质状况的总体策划。2.前海（填海）区域应后期开发时（地铁7、11号线）应先组织相关地质处理施工，对淤泥地层进行先期加固，避免由于淤泥隆起造成不必要的损失。3、前海（填海）区域后续施工时，应做好协调组织工作，避免一方施工引起对