降水施工关键技术在盾构进出洞风险控制中的应用

1、 河床相富水承压含水层地下水控制实践及理论探讨坑外降水及盾构机进出洞降水2022-3-4安徽水文地质工程地质公司南京分公司2安徽水文地质工程地质公司3一、前言二、南京纬七路过江隧道梅子洲出口坑外降水三、杭州庆春路过江隧道江南出口降水四、南京地铁号线向兴路站（奥体东站）坑外降水坑外降水坑外降水安徽水文地质工程地质公司4q在城市的深基坑工程，特别在建筑密集区的深基坑工程，应采用坑内降水。若在郊区，在周边环境允许的地方，应优先选用坑外降水。允许坑外降水的首要条件就是基坑周边的环境，即基坑周边无重要建筑物及重要管线，降水对非重要建筑物也不会造成大的影响。q根据我公司的成功实践，在下列工程成功进行坑外降

2、水：已建成并通车的南京纬七路长江过江隧道江北及江心洲出口，杭州钱塘江庆春路过江隧道南北出口，广深港城际铁路狮子洋隧道两岸出口，以及在建的南京纬三路长江过江隧道江北出口。一、前 言安徽水文地质工程地质公司5 坑外降水的优点坑外降水的优点一、前 言qa a、施工方便、施工方便：坑外降水给坑内土方开挖带来很大的便利，给坑内的结构施工提供了很大的方便；同时对降水井的保护和运行管理也更安全和方便了，从而更好地保证了基坑降水的安全性。qb b、大大减小基坑外围护结构的侧压力：、大大减小基坑外围护结构的侧压力：坑外降水使基坑水土合算的侧压力变为没有水压的单一土体的侧压力，当坑外降水水位降到底板以下时，其坑外

3、的水压力将为零，将围护结构的坑外压力减小一半；从而可以减少基坑支撑的使用量，减少换撑次数。qc c、放坡开挖更节省：、放坡开挖更节省：在场地条件及地质条件允许的情况下，采取基坑大放坡，结合坑外降水，将可以大大节省费用和工期。安徽水文地质工程地质公司6 一、前 言 坑外降水的缺点坑外降水的缺点q对周边环境的影响大，造成较大的地面沉降安徽水文地质工程地质公司7一、前言二、南京纬七路过江隧道梅子洲出口坑外降水三、杭州庆春路过江隧道江南出口降水四、南京地铁号线向兴路站（奥体东站）坑外降水坑外降水坑外降水安徽水文地质工程地质公司8二、纬七路过江隧道梅子洲出口降水 南京过江隧道梅子洲明挖段基坑降水是典型的

4、坑外降水，在没有采取任何防范措施的情况下，对周边民房也没有造成危害。安徽水文地质工程地质公司9n 梅子洲明挖段全长340m，开挖深度约018.5m；工作竖井为长26m宽49.4m深26.5m。围护方式为：JN01JN03为放坡开挖；JN04JN11为钻孔灌注桩；JN12JN15及工作竖井为地下连续墙。场地整平地面标高为+7.5m。n 基坑周边为大片农田及葡萄园，周边分布民房，最近处约50m。大部分在150m左右。二、纬七路过江隧道梅子洲出口降水 工程概况工程概况10n 上部06m为粘性土，下部为粉细砂，底板深度55m，粉细砂层厚度约49m。二、纬七路过江隧道梅子洲出口降水 地层资料地层资料JN

5、14工作井段地层剖面图安徽水文地质工程地质公司11n 梅子洲场地自上而下以粉细砂地层为主，厚度55m左右，地下水水位埋深0.5m左右，含水层厚度H取54.5m，据据抽水试验资料，含水层渗透系数K取18m/d，影响半径在450500m，本次取450m。二、纬七路过江隧道梅子洲出口降水水文地质条件水文地质条件安徽水文地质工程地质公司12n 考虑到周边环境较为简单，本次采取坑外降水。方案设计时采取承压潜水井公式计算基坑涌水量：二、纬七路过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数量230001.336(2)53065/lgwKH MMhQmdRr涌水量（m/d）单井出水能力（m/d）井数（

6、口）井深设计值530651100 68 40m实际值5100020002400（18.5kw泵抽水）先期68口抽水后期37口抽水40m降水设计值及实际值部分参数对照表安徽水文地质工程地质公司13n 降水井主要布置在工作竖井和暗埋段周围，实际降水时，先期开启了全部井68口井，后期只开启了37口降水井，满足基坑开挖要求。二、纬七路过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图安徽水文地质工程地质公司14 降水井采用多孔混凝土花管，井管内径400mm，外径500mm，泥孔径800mm，井深40m；二、纬七路过江隧道梅子洲出口降水降水井结构降水井结构安徽水文地质工程地质公司15n 根据

7、上述降水井布置方式，竖井内降深达到30m（设计水位降深为28m），暗埋段水位降深也能达到2028m（设计水位降深1826m），水位降深满足基坑安全要求。二、纬七路过江隧道梅子洲出口降水降水效果降水效果水位实际降深等值线图（单位：m）安徽水文地质工程地质公司16n 在降水期间，降水面以下的土层通常不产生明显的固结沉降，而降水面至原始地面的土层因排水条件好，会在所增加的自重应力下很快产生沉降。因此，可以用公式进行估算降水引起的最大沉降值：二、纬七路过江隧道梅子洲出口降水地面沉降分析地面沉降分析对于粘性土类： 对于砂土类： 02011eHeHPSwEHEHPSw2式中 ：S-降水所引起的沉降值； -

8、计算土层的压缩系数； -降水产生的自重附加应力； -降水深度； -水重度； -降水深度范围内土层的压缩模量。PHWE土层固结土层固结安徽水文地质工程地质公司17n 地层的最大沉降量计算以工作井附近的J2-III05-19孔资料为依据，计算结果如下：二、纬七路过江隧道梅子洲出口降水地面沉降分析地面沉降分析层位层厚孔隙比压缩系数压缩模量最大沉降量（mm）2-3层0.21.1330.580.0534层2.51.140.7210.3044-2层3.80.9030.337.299.7067-1层10.10.7420.1512.6339.5768层9.40.6860.1413.1432.950总计26.0

9、92.589安徽水文地质工程地质公司18n 距离竖井越远地下水水位降深越小，在围绕竖井周围地下水水位降深呈漏斗状。其中，距离竖井35m以内，漏斗坡度较陡，35m之外降位漏斗坡度变缓，35m为拐点。如50m到60m之间10m距离，水位下降差1.267m，引起的差异沉降仅为4.494mm。距离竖井越远漏斗坡度越缓，其差异沉降也越小，这种沉降量将不会对民房造成破坏性的影响。二、纬七路过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质工程地质公司地面沉降量S=f(S水位）关系曲线0.00020.00040.00060.00080.000100.000051015202530S水位(m)S(mm

10、)19n 根据实际监测资料，基坑外附近地面沉降量在10cm左右，与预测值接近；n 民房的差异沉降量小，没有对周边民房造成不良影响。二、纬七路过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质工程地质公司20二、纬七路过江隧道梅子洲出口降水现场施工效果图现场施工效果图安徽水文地质工程地质公司21n 本次坑外降水是成功的：本次坑外降水是成功的：n 保证了基坑的顺利开挖，降水维护简单；n 降水对周边的地面不均匀沉降可以控制，没有对周边民房造成破坏；n 为重点工程的施工抢出工期，节省开支，保障了工程施工安全。二、纬七路过江隧道梅子洲出口降水小小 结结 安徽水文地质工程地质公司22一、前言二、南

11、京纬七路过江隧道梅子洲出口坑外降水三、杭州庆春路过江隧道江南出口降水四、南京地铁号线向兴路站（奥体东站）坑外降水坑外降水坑外降水安徽水文地质工程地质公司23n 杭州庆春路过江隧道江南出口位于钱塘江的南岸，距离钱塘江约200m左右，周边场地空旷，是一些农田和鱼塘，没有建筑物及地下管线。因此，选择了坑外大放坡降水。上部降粉土含水层潜水，下部降卵砾石含水层承压水。三、杭州庆春路过江隧道江南出口降水安徽水文地质工程地质公司24n 该工程开挖面积约62000m2，明挖段主道开挖深度1722m，长约310m；匝道段开挖深度017m， 长度两边分别为310m和280m。三、杭州庆春路过江隧道江南出口降水工程

12、概况工程概况安徽水文地质工程地质公司25三、杭州庆春路过江隧道江南出口降水工程概况工程概况A-A放坡开挖横剖面图安徽水文地质工程地质公司26三、杭州庆春路过江隧道江南出口降水工程概况工程概况B-B放坡开挖横剖面图安徽水文地质工程地质公司27三、杭州庆春路过江隧道江南出口降水地层情况地层情况BZ01BZ04段地层剖面图上部18m为粉土，1832m为淤泥质粉质粘土，3242m为粉细砂，4262m为卵砾石层。安徽水文地质工程地质公司28n 根据地下水的埋藏条件及水力特征，地下水分为潜水和承压水两种类型。n 1、上层潜水主要为-2层粉质粘土以上的粉砂夹粉土层、砂质粉土层以及素填土，以-2层粉质粘土为潜

13、水含水层底板，总厚度为18m。地下水位接近地表，按埋深1.00m来计算。渗透系数1.5m/d；n 2、承压水主要赋存于下部、层砂砾层中，上覆、层粘性土是隔水顶板，水位埋深8m。渗透系数75m/d。n 该工程降水须对上部潜水进行疏干和对下部承压水进行降压。三、杭州庆春路过江隧道江南出口降水水文地质条件水文地质条件安徽水文地质工程地质公司29三、杭州庆春路过江隧道江南出口降水降水井的布置降水井的布置疏干井数量降水设计值及实际值部分参数对照表位置总涌水量Q单井出水量q 井数井深排数井间距第一阶段 6784.6m/d106 m/d64口22m3排外围12m内部15m第二阶段 12474.4 m/d76

14、.1 m/d164口 22m4排外围12m内部15mA匝道3981.9 m/d86.6 m/d46口22m3排12m（开挖较浅位置20m）B匝道3615.8 m/d92.7 m/d39口22m3排12m（开挖较浅位置20m）安徽水文地质工程地质公司30三、杭州庆春路过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设计值及实际值部分参数对照表安徽水文地质工程地质公司31三、杭州庆春路过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质工程地质公司第一段疏干井横剖面位置图32三、杭州庆春路过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质工程地质公司第二段疏

15、干井横剖面位置图33n 庆春路隧道周边环境简单，没有建筑物，本次降水采取坑外降水，方案设计时所有相关参数均取自抽水试验所得结果，采用大井法计算其涌水量：三、杭州庆春路过江隧道江南出口降水降水井的布置降水井的布置降压井数量drRrKMSQ/m35.647910log73. 2涌水量单井出水能力井数井深设计值47910.65m/d2400m/d22口48m实际值52000m/d24004000m/d22口48m降水设计值及实际值部分参数对照表安徽水文地质工程地质公司34n 基坑局部采用钢支撑，降压井布置在钢支撑外侧，为典型的坑外降水：三、杭州庆春路过江隧道江南出口降水降水井的布置降水井的布置降压井

16、平面布置图降压井平面布置图安徽水文地质工程地质公司35三、杭州庆春路过江隧道江南出口降水降水井的布置降水井的布置n 基坑局部采用钢支撑，降压井布置在钢支撑外侧，为典型的坑外降水： 降压井在基坑横剖面上的位置示意图安徽水文地质工程地质公司36n疏干井深均为22m，外围井上部12m以上为钢管，下部为无砂混凝土管；内部井和靠近围护桩附近的井15m以上为钢管，下部为无砂混凝土管。采用钢管就是可以在适当的时候采取真空抽水。泥孔径600mm，无砂管的内径为300mm，外径360mm，外包两层80目的尼龙滤网，底部封死，钢管直径273mm。n降压井井深为48m，泥孔径700mm，井管为外径360mm、内径3

17、00mm的钢筋混凝土管，3236m滤料为中粗砂滤料，3648m滤料为卵砾石滤料（地层分别为粉细砂层和圆砾层，所选择滤料不一样）3228m为粘土球止水，其上为粘土止水；三、杭州庆春路过江隧道江南出口降水降水井结构降水井结构安徽水文地质工程地质公司37n承压水：根据上述降水井布置方式，坑内最大降深达到12m（设计水位降深为11m），水位降深满足基坑安全要求。承压水水位降深等值线图详见图：n疏干井：降水满足基坑开挖；三、杭州庆春路过江隧道江南出口降水降水效果降水效果承压水水位实际降深等值线图安徽水文地质工程地质公司38三、杭州庆春路过江隧道江南出口降水现场施工效果图现场施工效果图39n 本工程项目采

18、用坑外降水是成功的：n 场地周边无建筑物及重要地下管线，采用坑外降水的方式无环境影响，使坑内作业更加简便； n 节省了原设计方案中的围护结构止水帷幕的费用3千万元以上，工期缩短2个月以上，经济效益和社会效益十分明显。三、杭州庆春路过江隧道江南出口降水小小 结结安徽水文地质工程地质公司40一、前言二、南京纬七路过江隧道梅子洲出口坑外降水三、杭州庆春路过江隧道江南出口降水四、南京地铁二号线向兴路站（奥体东站）坑外降水坑外降水坑外降水安徽水文地质工程地质公司41n 工程所处位置环境较为单一，周围楼房均在在建中。车站西侧为奥林匹克体育中心建筑群，东北侧为规划广场，毗邻商业区东南侧为在建的38层联强国际

19、大厦。是一个车站和地下商场相连并组合的市政重点工程。四、向心路站坑外降水周边环境周边环境安徽水文地质工程地质公司42n 向兴路站车站A区基坑标准段深约16.5m，两端盾构井基坑深约17.2m，车站基坑长约192.1m，宽约21.3m（盾构井25.1m）；商业区基坑深约9.5m，宽约48.9m。地面标高取+8m。基坑四周用SMW工法围护，车站A区围护结构29.8m，商场围护结构17m 。四、向心路站坑外降水工程概况工程概况安徽水文地质工程地质公司43n （1）地下水类型：场地地下水为潜水和微承压水；n （2）地下水位：水位高程约在+7.50m，埋深0.5m；n （3）地基土的渗透性：-2b4层淤

20、泥质粉质粘土层为微透水不透水层，为相对隔水层；-3d3、-3d2、-4d1、-5d1、-6d1层为弱透水透水层，综合厚度达54.20m。n （4）地下水的腐蚀性评价：地下水对砼结构和钢筋砼结构中钢筋不具腐蚀性。n （5）地下水不良作用：主要表现为潜蚀、流砂等现象。四、向心路站坑外降水水文地质条件水文地质条件安徽水文地质工程地质公司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）车站A区55126.18160038商场C区22000100020安徽水文地质工程地质公司45n 降水井内径400mm，外径500mm，泥孔径800mm，井深车站30m，商业

21、区20m；井管为混凝土管，其中花管为混凝土无砂管；滤料为直径0.152.5mm的沙砾混合滤料，见降水井结构图。四、向心路站坑外降水降水井的结构降水井的结构安徽水文地质工程地质公司46n 施工时先施工商业C区再施工车站A区，降水设计将A、C基坑分别独立考虑。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质工程地质公司47n 降水15天后，基坑水位降低至基底面以下1.0m，车站基坑内最大水位降深达到18m（设计水位降深为18m），商业区水位降深11m（设计水位降深10m），水位降深满足基坑安全要求。四、向心路站坑外降水降水效果降水效果车站A区地下水位实际降深等值线图安徽水文地质工程地质公司

22、48n 降水15天后，基坑水位降低至基底面以下1.0m，车站基坑内最大水位降深达到18m（设计水位降深为18m），商业区水位降深11m（设计水位降深10m），水位降深满足基坑安全要求。四、向心路站坑外降水降水效果降水效果商业C区地下水位实际降深等值线图安徽水文地质工程地质公司49n 基坑降水有可能引起基坑周边地面沉降，为充分认识其影响程度，对降水引起的最大沉降量进行了计算：n 上部粘性地面沉降量n 下部砂性土地面沉降n 地面总沉降量：四、向心路站坑外降水沉降分析沉降分析土层固结土层固结cmeHPSiiii7 . 8)184. 11 (201. 039732. 0)913. 01 (201. 0

23、66447. 0101cmmEHPS6 . 3036. 0408.222901. 0182cmSSS3 .126 . 37 . 821总安徽水文地质工程地质公司50四、向心路站坑外降水沉降分析沉降分析沉降监测结果沉降监测结果n 根据监测资料显示，基坑四周最大相对沉降量为3cm15cm，本次降水对周围环境没有造成不良影响，并保证了基坑周边交通安全。安徽水文地质工程地质公司51四、向心路站坑外降水现场施工图片现场施工图片52n 1、由于当时周边楼房都处于在建中，周围没有重要建筑物，考虑到沉降比较均匀，设计这种基坑采用坑内外结合的降水方式。n 2、从现场监测资料来看，降水引起的地面沉降还是明显的，但

24、没有对周边路面管线等造成不良影响，向兴路车站坑外降水是成功。n 3、由于降低了基坑外的地下水位，减少了围护结构的侧压力，施工中减少了一道支撑，减少了一次换撑，工期提前了一个月。四、向心路站坑外降水小小 结结安徽水文地质工程地质公司53n 1、以上成功案例都是在城市郊区，降水设计前对周边环境都经过充分论证，计算其不均匀沉降可能对建筑物造成的影响程度，确信不会对建筑物造成不良影响时才实施的。所以，设计基坑外降水要充分论证降水对基坑外环境的影响。n 2、沉降对建筑物的影响要结合建筑物进行分析，降水引起的不均匀沉降要小于建筑物的承受能力。n 3、设计坑外降水可以大大节省费用、缩短工期、方便降水维护，只

25、要条件允许，坑外降水应该首选。 五、总 结安徽水文地质工程地质公司54一、前言二、南京纬七路过江隧道梅子洲盾构机进洞降水三、南京地铁集庆门站盾构机进洞降水四、南京中和村站盾构机出洞漏砂抢险工程降水盾构机进出洞辅助降水盾构机进出洞辅助降水安徽水文地质工程地质公司55n 根据GB20446-2008（盾构机进出洞规范）标准，在巨厚砂层地区，盾构机进出洞应采取降水作为辅助备用措施。为了使盾构进出洞时下部承压水不产生突涌，潜水不产生管涌、流砂等现象，需要在接收或始发井外侧布置降水井，以辅助确保盾构机进出洞安全。n 盾构机进出洞段降水为典型的坑外降水，大多数情况下环境是不允许降水的，所以盾构机进出洞降水

26、应该作为重要的备用辅助措施。 盾构机进出洞辅助降水分析安徽水文地质工程地质公司56一、前言二、南京纬七路过江隧道梅子洲盾构机进洞降水三、南京地铁集庆门站盾构机进洞降水四、南京中和村站盾构机出洞漏砂抢险工程降水盾构机进出洞辅助降水盾构机进出洞辅助降水安徽水文地质工程地质公司57n 南京纬七路过江隧道梅子洲工作井端头加固段周边场地开阔，加固段面积约776.9，接收井深度为26.5m。 盾构机进出洞辅助降水分析纬七路隧道梅子洲盾构机进洞安徽水文地质工程地质公司58上部06m为粘性土，下部为粉细砂，底板深度55m，粉细砂层厚度约49m。 盾构机进出洞辅助降水分析纬七路隧道梅子洲盾构进洞安徽水文地质工程

27、地质公司59n 降水范围内总涌水量为26130.9m/d，单井出水能力为1400m/d，总共沿着盾构方向布置降水井23口。 盾构机进出洞辅助降水分析纬七路隧道梅子洲盾构进洞安徽水文地质工程地质公司60n 降水井结构：降水井为全孔滤管，采用多孔混凝土花管，井管内径400mm，外径500mm，泥孔径800mm，井深40m。详见图： 盾构机进出洞辅助降水分析纬七路隧道梅子洲盾构进洞安徽水文地质工程地质公司61 盾构机进出洞辅助降水分析 南京纬七路长江隧道梅子洲接受井盾构机进洞降水是盾构机进洞的主要的安全措施之一，降水设计要求降到盾构环下2m，并在盾构机进洞前就进行预降水，到盾构机完全出来，并完成盾构

28、环止水后停止，前后历时2个多月。安徽水文地质工程地质公司纬七路隧道梅子洲盾构进洞62一、前言二、南京纬七路过江隧道梅子洲盾构机进洞降水三、南京地铁集庆门站盾构机进洞降水四、南京中和村站盾构机出洞漏砂抢险工程降水盾构机进出洞辅助降水盾构机进出洞辅助降水安徽水文地质工程地质公司63n 集庆门车站盾构机进洞采取了洞门地基三轴搅拌加固止水、冷冻止水和降水等综合措施，两台盾构机先后在巨厚的粉细砂地层中顺利进洞。n 集庆门站地层为上部20.00m以浅淤泥质粉质粘土，下部20.0060.70m为粉细砂，承压水位埋深3m左右。n 盾构环底端埋深17m左右，位于淤泥质粉质粘土地层中。距离下部承压含水层顶板埋深仅

29、3m。若加固或冷冻出现薄弱环节，将会造成承压水突涌。n 在洞口附近施工了7口降压井，在盾构机进洞时开启了降压井，把地下承压水水位降到盾构机底端以下，有效地保证了盾构机进洞安全。 盾构机进出洞辅助降水分析南京集庆门站盾构进洞降水安徽水文地质工程地质公司64一、前言二、南京纬七路过江隧道梅子洲盾构机进洞降水三、南京地铁集庆门站盾构机进洞降水四、南京中和村站盾构机出洞漏砂抢险工程降水盾构机进出洞辅助降水盾构机进出洞辅助降水安徽水文地质工程地质公司65n 事故发生过程：2007年9月7日，在南京地铁2号线中和村站油坊桥站盾构施工中，右线盾构机先出发，左线盾构机出发20环（约24m米）后，在隧道洞门处的钢环密封板连接螺栓部分断裂，造成洞口密封板张口，承压水携带泥砂从张开处涌出，涌出泥砂量1100m3以上，形成地面裂缝和塌陷，左线盾构隧道下沉变形量最大值约9cm，危及旁边小区及已经施工的右线隧道的安全。盾构机进出洞辅助降水分析南京地铁二号线中和村站盾构机出洞漏砂抢险工程降水安徽水文地质工程地质公司66 盾构机进出洞辅助降水分