长沙市轨道交通1号线五黄区间暗挖论证方案

长沙市轨道交通1号线5标五黄区间矿山法施工论证方案 中铁十六局集团有限公司长沙市轨道交通1号线一期工程5标项目经理部2014年03月9日一、工程概况1.1区间概述本区间线路出五一广场站南端后，沿黄兴南路南行，穿过解放西路，进入黄兴广场站。沿线为长沙重要商业区，交通繁忙，人流浪大，区间两侧为商业步行街建筑。五一广场站黄兴广场站区间采用盾构法施工。右线里程YDK18+152.00YDK18+544.80右线隧道全长392.80m。左线里程ZDK18+152.00ZDK18+544.80，长链0.613m，左线隧道全长393.413m。单线隧道总长786.213m。区间左、右线隧道平面曲线半径为8001200m，左右线线间距8.2m20.32m。现阶段五黄区间穿越九龙仓结构，区间隧道与九龙仓结构合建。穿越部分区间采用明挖法施做，剩余124.8m采用暗挖法施工，起止里程为D20+420.00DK20+544.8。区间隧道平均埋深约12米。图1-1 区间平面图2.2工程地质区间隧道主要通过第四系粉质粘土和卵石层，局部通过第四系残积粉质粘土和风化岩。在里程YDK18+485.60YDK18+496.80段隧道上半部分穿越淤泥质粉质粘土，下半部分为砂卵石。暗挖穿越卵石层时，需考虑特别加固措施。隧道顶部主要为粉质粘土层，自稳定性比较好。图1-2 五黄区间左线地质纵断面图图1-2 五黄区间右线地质纵断面图2.2水文地质1）水文地质条件线路位于城市中心地段，无地表水系穿越。线路走向几与湘江流向平行，最近距湘江河岸约0.760km。长沙地区地表水均属湘江水系，历史上最高洪水位为黄海高程36.90m（相当于吴淞高程39.18m）。拟建五一广场站至黄兴广场站区间位于湘江级阶地，地势相对较高，高程在43.4545.16m，常年地下水位远高于最高洪水位，且与湘江距离较远，受湘江洪水影响小；该区间场地范围内无常年性地表水系，排水系统完善畅通，不会发生内涝现象。2）地下水类型及特征勘察场地地下水类型分为第四系松散层中的孔隙潜水、强中风化基岩裂隙水及岩溶水，局部分布赋存于人工填土、粘性土中的上层滞水。（1)上层滞水主要赋存于人工填土及第四系粘性土层中，主要接受大气降水及地表水补给，同时也接收人工及周边地下水系补给，一般水量较小，且无稳定的自由水面。（2) 第四系土层上层滞水及孔隙潜水第四系含水地层主要以中更新统砂卵石层、为主，其含水性能与砂的形状、大小、颗粒级配及粘粒含量等有密切关系。其渗透系数为7.4719.46m/d，属中强透水性地层。人工填土透水性一般，全风化岩次之，而淤泥质粉质粘土、冲积粉质粘土及残积土层透水性最弱。一般而言，勘察区砂卵石层中地下水具统一的地下水面，属潜水，局部出现多层水位且上部有相对不透水层时，具有微承压性。（3) 基岩裂隙承压水基岩裂隙水主要赋存于强、中风化带的白垩系神皇山组（Ks）泥质粉砂岩类基岩裂隙中。由于节理裂隙多呈闭合状，因此地下水总体在基岩中的赋存量较小，迳流条件较差。通过对白垩系强、中风化泥质粉砂岩进行了抽水试验及压水试验，强、中风化岩层渗透系数计算结果为0.06130.783m/d，说明基岩的裂隙发育程度及富水性存在较大差异。但属弱透水性地层。根据钻探观测水位结果，承压水头约35m。（4）岩溶承压水岩溶水主要赋存于泥盆系棋子桥（D2q）炭酸盐类岩溶发育地段（即五一广场站附近），其富水性和渗透性受岩溶发育程度、连通性、形态、规模大小以及裂隙充填情况等因素影响，其差异性很大。根据区域水文、邻近地段工程勘察经验，岩溶水量极丰富。本区间勘察仅初勘M1Z2-WRD-1揭露，但其深度分布在隧道结构底板以下20m深度，对区间隧道影响极微。3）地下水位勘察期间，场地所有钻孔均遇见地下水，一个钻孔中往往有2层或更多的地下水位。由于本次勘察周期较短，部分钻孔未能分层测得地下水位。勘察时测得各钻孔中潜水位初见水位埋深0.9012.80m，相当标高为33.3144.06m；潜水稳定水位埋深3.056.77m，相当标高为37.7942.11m；基岩裂隙水稳定水位埋深为11.5527.69m，相当标高16.1233.10m。勘察区内，地下水位变化主要受气候及湘江水域的控制，每年49月份为雨季，大气降水丰沛，是地下水的补给期，其水位会明显上升，而每年10月次年3月为地下水的消耗期，地下水位随之下降，年变化幅度812m。二、区间周边建筑物现状及保护措施2.1建筑物概述 五黄区间原设计为盾构法施工隧道，周边影响的建筑物为司门口大楼、纺织品大楼及步行街西厢B段，根据原设计区间地层已经采取钢管桩隔离桩加固，钢管隔离桩位于隧道与建筑物基础之间，采用隔离的方法减小盾构机掘进时土体扰动对建筑物的影响。区间隧道与建筑物关系详见下图：图3-1 钢管桩平面布置示意图3-2 钢管桩与司门口大楼关系图3-3 钢管桩与纺织品大楼关系图3-4钢管桩与步行街西厢平面关系2.2保护措施 区间右线与司门口大楼，采用3排斜向钢管桩108mm400mm，横向间距350mm，梅花型布置，钢管桩距离隧道边线0.9米，距离建筑物基础约11.9米，钢管桩在司门口大楼处与地面夹角约81，桩长约19米。钢管桩扩散半径0.25米，搭接0.1米。加固深度进入强风化岩1米。 区间右线与纺织品大楼，采用3排斜向钢管桩108mm400mm，横向间距350mm，壁厚5mm，梅花型布置，钢管桩桩位中心距离隧道边线0.9米，距离建筑物基础2.61米，钢管桩在纺织品综合大楼处与地面夹角约81，桩长约19.075米，,钢管桩扩散半径0.25米，搭接0.1米。加固深度进入强风化岩1米。 区间左线与步行街西厢B段，采用双排钢管桩108mm400mm，横向间距350mm，壁厚5mm，梅花型布置，桩位中心距离隧道边线0.5米，距离建筑物基础3米，钢管桩在西厢B段处与地面夹角约90，桩长约18.5米，钢管桩扩散半径0.25米。三、盾构法改矿山法施工措施3.1施工中的止水措施在矿山法暗挖施工中地下水是主要的安全因素，根据本区间的地勘报告，五黄区间地下水类型分为上层滞水、第四系松散层中的孔隙潜水、强中风化基岩裂隙水及岩溶水。根据区间纵断面地质剖面图显示，区间隧道主要穿越地层为圆砾、卵石层，该地层渗透系数为7.4719.46m/d，属中强透水性地层，且富含水。砂卵石层中地下水具统一的地下水面，属潜水，局部出现多层水位且上部有相对不透水层时，具有微承压性。图3-1 隧道地质断面示意图为确保在富水砂卵石地层的暗挖施工安全，建议采用全断面注浆止水帷幕的加固止水措施，确保施工中不用降水，避免了降水对周围建筑物造成的沉降，全断面止水帷幕又可加强土体强度。3.1.1 具体施工 拟定注注浆范围为隧道开挖轮廓线以外3m，施工时，沿隧道掘进方向循环灌注，每个灌注循环段长度为16m，分6个环分步实施，一个注浆段完成后留3m不开挖作为下一循环的止浆岩盘。见下图图3-2 全断面深孔注浆示意图3.1.1.1孔位布置 拟定采用89花钢管作为注浆管，注浆孔位按环成梅花形交错布置，按照隧道轮廓线由外向内次序为16环，拟定第1环孔位间距为1.2m，第2环为0.88m，第3环为0.62m，第4、5环为0.38m。拟定每环孔位深度为，第1环约8m，第2环约12.3m，第3、4环约16.5m，第5、6环约16m。3.1.1.2注浆施工 注浆顺序为由外到内即从第1环开始依次至第6环，注浆方法采用后退式。 第1、2、3环注浆材料为超细水泥浆液，浆液配比为：超细水泥:水:缓凝剂（磷酸氢二钠）=1:1:0.02，注浆压力：1.52MPa. 第4、5、6环注浆材料为水泥-水玻璃双浆液，根据注浆对浆液凝结时间的要求，浆液浓度初拟为C:S=I:(061O)(体积比)；水泥浆水灰比0.8：11:1，水玻璃模数2.62.8，水玻璃浓度3O40。注浆压力0.51MPa。3.2针对淤泥底层的止水措施 在里程YDK18+485.60YDK18+496.80段隧道上半部分穿越淤泥质粉质粘土，根据地质图确定该淤泥层呈倒三角分布与隧道上半部，最大厚度约为2米，见下图3-3、3-4图3-3 淤泥层纵断面图 图3-4 淤泥层平面位置拟定措施如下： 在隧道开挖接近此淤泥底层前10m开始进行超前探测，采用超前钻孔探测的方法，在隧道拱顶结构线下800mm的位置设置间距1.5m的两个超前探孔，探孔外插角设置为10O，根据探孔取芯的情况确定淤泥层的准确位置，然后实施针对淤泥层的处理措施。 拟针对淤泥地层的处理措施为：在拱部120O范围内全断面注浆的第1环注浆孔将原89花钢管变为1O8mm的钢花管，孔位进行加密，间距为0.4m，注浆压力调整为1.52.3MPa。 加强监测量控，对淤泥层位置的地面监测点进行加密，在淤泥层范围内的地面监测点加密到4米1个，在进行淤泥层施工时，地面及建筑物监测频率增加到3次/天。 在开挖到淤泥地层时，在淤泥地层范围内，格栅钢架加密，每榀间距调整为400mm 2.2开挖施工防止坍塌措施2.2.1开挖工法 根据地勘报告本区间隧道围岩属于V级，拟采用台阶加临时仰拱的开挖方法进行隧道施工。2.2.2 具体施工2.2.2.1开挖 先开挖上部导坑成环形，并进行初期支护，再分部开挖剩余部分的施工方法。见图开挖示意图 施工工序：1上弧形导坑开挖2拱部初期支护3、4边墙交错开挖5边墙初期支护6核心土开挖7仰拱施工全断面衬砌1、 施作隧道拱部超前支护，开挖部；留核心土，施作部台阶周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚砼，铺设钢筋网，架立钢架和I22a临时钢架仰拱，并设锁脚锚杆及定位锚杆；钻设径向锚杆后复喷砼至设计厚度。2、 在滞后于部一段距离后，开挖部，留核心土，施做部台阶周边的初期支护和临时支护；接长钢架并设锁脚锚杆及定位锚杆；钻设径向锚杆后复喷砼至设计厚度。即初喷4cm厚砼，铺设钢筋网，架立钢架设锁脚锚杆及定位锚杆；钻设径向锚杆后复喷砼至设计厚度。3、 在滞后于部一段距离后，施工仰拱施做4、根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，拆除I22a临时仰拱。 5、隧道贯通后施做部隧道二衬。2.2.2.2初期支护及施工方法（拟设初支参数）1、型钢钢架 型钢钢架为I22a工字钢，间距：500mm/环，设置连接筋、全环双层钢筋网8150*150mm，C25喷射早强混凝土。2、进出洞前搭设大管棚 暗挖隧道与两侧明挖基坑相接，围岩自稳能力差，在明挖主体结构施工完毕进入暗挖隧道施工前，在隧道拱部120O范围内设1O8mm环向间距04m；注水泥浆，压力0.3MPA，长度10m。3、超前小导管 超前小导管为42无缝钢管（周边开注浆孔，梅花型布置15cm）、L=2.5m、搭接1m，环向间距3根/米，拱部1500设置，外插角为10 30注水泥-水玻璃双液浆，水灰比为0. 811. 51, 水泥浆与水玻璃的体积比一般在10. 3 11,压力：0.60.8Mpa。扩散半径0.50.8m。超前小导管布置示意图4、锁脚锚管 每部拱脚设2根42无缝钢管，L=2.5米，注水泥浆，2根，压力0.2-0.3 Mpa2.3二衬施工 二衬施工隧道二衬施工包括防水施工、钢筋工程、模板工程及混凝土工程等分项，整环分两大部分进行施工，分别是仰拱及拱墙。其施工流程如下：全环铺设防水层仰拱钢筋绑扎立模板仰拱混凝土浇筑及养护拱墙钢筋绑扎立模板拱墙二次衬砌混凝土浇筑及养护。 二衬施工采用脚手架支撑形式，6米一板为一循环。二衬拱架、模板、脚手架支撑示意图四、工期安排拟定于2014年5月1日黄兴广场站南端头提供区间暗挖施工场地，5月1日5月15日进行施工准备(进洞管棚施工8d，洞门破除7d）5月15日正式进行区间，施工中由北往南单头掘进。按全断面注浆的16m/循环为单位，暗挖掘按1.5m/d的速度（共11d），止水帷每循环：钻孔注浆6天，注浆凝固4天（共10d），出洞管棚施工及洞门破除15天，区间单线有8个循环，区间单线开挖及初值共需183天。二衬采用6m一板固定脚手架支撑模板体系，共两套，跳跃施工，按每4d一板结构施做（共42d），左、右线开挖时错开8d。采用矿山法施工将能够满足2014年区间洞通的施工目标，拟施工计划见下表项目开始时间完成时间左线开挖支护2014年5月15日2014年11月14日右线开挖支护2014年5月23日2014年11月22日左线二衬结构2014年11月15日2014年12月26日右线二衬结构2014年11月23日2015年1月3日五、区间改矿山法施工后的施工组织5.1盾构吊出 区间如改为矿山法施工后，盾构机将由黄兴广场站南端头吊出，黄兴广场站南端头场地能够满足盾构吊出的施工，拟定盾构吊出方案见下图盾构吊出施工示意图5.1.1盾构吊出存在问题及解决措施 人民路下穿通道为东西走向，平行于黄兴广场南端头，距离黄兴广场站南端主体结构约11米，在盾构吊出施工中处于吊装机械下方，将承受较大荷载，为保证下穿通道桥涵安全，拟设型钢制作钢环梁在通道内支撑通道顶板，对下穿通道进行加固。钢环梁环向布置于通道相邻立柱之间，见下图：人民路桥涵加固示意图5.2施工组织简述拟方案：从黄兴广场站男端头场地作为暗挖场地，由黄兴广场北端头向北开挖。施工场地平面图施工示意图首先描述盾构施工的方案，及区间风险加固，按照原方案盾区间的吊出位置，调出位置的端头加固1.九龙仓的影响2贺龙物业的影响3盾构自身的风险暗挖可行性分析地质水文是否具有暗挖施工的条件隧道埋深管线的情况原区间建筑物加固工期黄兴站目前的场地及围挡回缩后对暗挖施工是否影响 工程地质描述1.隧道穿越的主要地层 详细描述原区间建筑物加固的效果（是否具有检测报告）暗挖施工方案1全断面帷幕