富水砂层地铁区间隧道下穿建筑物施工工法

答辩人:曲永壮导师：邱道宏专业：城市地下空间山东大学本科生论文答辩富水砂层地铁区间隧道下穿建筑物施工工法研究2015年6月4日汇报提纲一、绪论二、工程概况三、施工方案研究四、监控量测五、结论一、绪论1.1研究背景及研究意义随着经济社会的发展，青岛市交通拥堵的矛盾越来越突出，已成为制约经济社会发展的重要因素，而地铁以“大运量、低污染、低耗能、低噪音、高速度、占地少、全天候”的独特优势，成为青岛市今后发展公共交通的重点。青岛地铁一期工程于2009年正式开始建设，地铁线西起青岛火车站，向东沿广西路、太平路、文登路、香港路，自五四广场入南京路向北，经过江西路、宁夏路、辽阳西路，后进入黑龙江路、万年泉路至李村，向西沿京口路、振华路至终点铁路青岛北站。途经市南区、市北区、四方区、李沧区4区，全长约24.9km，设车站共22座，其中明挖车站15个，暗挖车站7个，换乘车站6座，平均站间距1.165km。青岛地铁3号线地质条件复杂，虽然基岩条件较好，但部分区域仍存在较差地层，如富水砂层在青岛地区就很常见。青岛地区的砂层分布虽广，但是不连续，不成区域规模，长则数百米，短则几十米，且层厚极不均匀，变化频繁，而且与岩石构成二元地层结构，采用传统的盾构法技术条件复杂，且经济性很差，不具有普遍的适用性。一、绪论青岛地铁3号线工程路线图一、绪论富水砂层地质在城市地下工程施工中经常遇到，由于砂层强度低、胶结程度差，洞室稳定性差，容易引起过大变形，难以控制，甚至会发生塌方事件，有较大施工难度。如果加上水的作用，其物理力学性质会变的更加复杂，开挖常诱发涌砂、涌水等地质灾害。暗挖隧道穿越饱水的砾砂层，开挖施工存在许多困难，主要是饱水砂砾层孔隙率大、透水性好，一旦处理措施不当，将会发生涌水涌沙。国内很多含水砂层隧道由于对开挖风险没有进行深入研究，施工中经常发生重大安全事故。青岛地铁3号线泉李区间是青岛地铁隧道中施工难度最大的一段。工程主要难点在于富水砂层和地表密集建筑群。青岛地铁富水砂层段地层上软下硬，有着与其它地区不同的地方，因此，针对于青岛富水砂层的特点，设计富水砂层地层中地铁隧道穿越密集建筑群的施工方法具有重要的理论价值和现实的工程意义。针对青岛地区特殊的地质条件，拟通过对青岛地铁隧道引起的地面沉降对地面建筑物的影响规律进行分析归纳，并找出科学、合理，具有可操作性的建筑物的防治措施，有效控制地铁隧道施工中的地面沉降对建筑物的损害，确保地面建筑物安全；同时，隧道施工一旦造成建筑物损伤，需要对受损建筑物进行评估和采取补救加固措施予以修复，工程意义明显。因此，该项研究不仅具有理论研究价值，而且具有重要的工程指导意义。青岛地铁发生塌陷事故一、绪论1.2国内外研究现状一、绪论洪三金介绍了超前分段后退式双液注浆、围壁注浆、扩散注浆、下导洞引水、上导洞留核心土等施工技术刘敏、陈国斌等根据具体工程实例，研究了地下连续墙穿越富水砂层的施工技术，为此类工程难题的解决积累了宝贵的经验。丁锐介绍了富水砂层城市过街道浅埋暗挖施工方法，整个隧道的施工主要采用CRD工法，对淤泥质地层采用密管低压挤压技术—饱和含水砂层采用TSS注浆加固技术等辅助工法。李迎春介绍了深圳滨海大道过街隧道的施工，分析了隧道所处的工程地质和水文地质情况，详细介绍了隧道穿越富水砂层的施工技术。一、绪论目前富水砂层地段主要施工工法：超前小导管支护加固地层；管棚超前预支护加固地层；水平旋喷法超前支护；地面高压加固地层；冻结法固结地层；洞内、洞外降水法、洞内真空降水等。1.3本文的主要研究内容一、绪论富水砂层地层中隧道施工引起的地层变形；隧道施工引起的地表沉降监测；针对泉李区间富水砂层地层且穿越密集建筑群的施工环境提出切实可行的沉降控制措施和施工方案。本文以青岛地铁3号线泉李区间为研究对象，研究了以下主要内容：汇报提纲一、绪论二、工程概况三、施工方案研究四、监控量测五、结论二、工程概况2.1工程概况万年泉路站～李村站区间沿万年泉路正直向北，至青岛农科院进入河南村，穿过河南村与九水路相交，拐向西北方向穿越李村河至书院路接入李村站。线路起讫里程为K18+621.452～K19+709.945（右线），长1088.495m，左线长1071.672m。隧道顶最小埋深约11m，最大埋深约21m，均为单洞单线马蹄形断面。区间隧道采用矿山法施工。隧道拱部遇饱水砂层，底部处于中风化岩层中，上软下硬的地质造成施工风险极大。泉李区间位置二、工程概况2.1.1工程地质和水文地质工程地质场区第四系厚度自南向北逐渐增大，主要由全新统人工填土、洪冲积层和上更新统洪冲积黏性土、砂土组成，基岩以燕山晚期花岗岩为主，其间穿插有煌斑岩、花岗斑岩并伴随有构造岩。沿线地形总体平缓，地貌类型：万年泉路站至K18+732为剥蚀堆积缓坡，K18+732至K19+436为侵蚀堆积一级阶地，K19+436为侵蚀堆积一级阶地。水文地质场区地下水主要有两种类型：一是松散土层孔隙水，二是基岩裂隙水。场区地下水主要受大气降水、李村河水及周边管道渗漏补给。地表河流水与地下水水力联系密切，它们同时受大气降雨和蒸发的影响。地下水的流向主要受区域侵蚀基准面和地貌的控制，从地下水位反映的形态看，勘察区间地下水径流方向均是流向李村河。二、工程概况工程地质和水文地质万年泉路站～李村站区间砂层段下穿建筑物段左线地质纵断面图二、工程概况2.1.1工程地质和水文地质万年泉路站～李村站区间砂层段下穿建筑物段右线地质纵断面图

二、工程概况2.1.2地表建筑物区间下穿建筑物汇总表

序号建筑物名称下穿建筑物里程围岩等级断面尺寸(m)穿越长度（m）层数房屋结构建设年代基础方式基础底距隧道顶

(m)1滨河商业街J区K19+438.00～K19+452.00Ⅵ6.35×5.9144砖混结构1997条石基础11.34m2李村河北侧沿街房K19+504.00～K19+516.00Ⅵ6.35×5.9124砖混结构1996条石基础11.83m3崂山区房产处F1楼K19+537.25～K19+553.40Ⅵ6.35×5.9167框架结构1993～1994条形基础9.77m4万隆商厦K19+533.5～K19+590.00Ⅵ6.35×5.9579框架结构1992条形基础10.94m5李村劳改队职工宿舍K19+597.00～K19+610.00Ⅵ6.35×5.9135砖混结构1995条形基础9.61m6中国电信京口路营业厅K19+605.00～K19+651.00Ⅵ6.35×5.9465框架结构1990条形基础9.11m7中国银行李村支行K19+655.14～K19+689.0Ⅵ6.35×5.9346框架结构1988条形基础9.12m不含地下室二、工程概况2.1.2地表建筑物万年泉路站～李村站间下穿越建筑物平面示意图

二、工程概况2.1.3建筑物沉降控制标准序号建筑物名称沉降控制标准（mm）差异沉降控制标准（mm）（点间距）爆破控制标准（cm/s）1滨河商业街J区105（相邻两柱的间距）≤1.02李村河北侧沿街房106（相邻两柱的间距）≤1.03万隆商厦1510（相邻两柱的间距）≤1.04崂山区房产处F1156（相邻两柱的间距）≤1.05李村劳改队职工宿舍1510（相邻两柱的间距）≤1.06中国电信京口路营业厅158（相邻两柱的间距）≤1.07中国银行李村支行156≤1.0二、工程修概况万隆宫商厦万隆驼商厦叹是本摇隧道闲施工芽区段膊最大野型的毕建筑慎物，化且地晌基埋雹深较胸浅，剪是本软次施府工的控重难晕点。够我们塑就以挥万隆牌商厦溪为研驱究对室象，滴对地策铁隧澡道在盼富水秩砂层慌中穿沿越建犯筑物旁的施拍工方馒法进应行研拥究。万隆商聚厦为七辽层混凝痒土框架励结构，眯泉李区婆间下穿猪万隆商获厦总长53福m，隧董道埋庄深11惜.9第4m。隧巡寿道里付程为K19亿+53梢3.5～K1扇9+堪59乐0.默00，围岩斥等级V，砂岩碎交界面是处于掌血子面的起上台阶霉。二、工程概控况2.2工程柄难点富水砂需层建筑翻物沉蹄降控忆制主要莲难点碎：地层沉阵降引起打的建筑缝物破坏汇报提融纲一、绪论二、昆工程活概况三、施工方雾案研究四、监熔控量测五、结直论三、感施工合方案纲研究3.帅1地层加洞固措施区间丛隧道挥拱部烟处于繁富水罢砂层芝的地送段，负开挖粥时进垃行WSS超前注题浆加固射地层，豪主要注川浆材料且采用水泥、书水玻璃。根据设巧计，注昆浆长度锡设为12园m，注浆酒工作面辰封堵初抵始注浆深段采用0.效8m厚喷冈混凝窗土止誓浆墙，后序羞注浆段分均预留4.听0m已注筋段作剧为止欣浆岩舱盘。寇注浆脖孔在绕每一监循环沟开始倦部位肯的掌枕子面跳上按跨扇形逐布置谎，初辈始注头浆孔阴间距雹为0.8武m左右捏，同咸时应始保证页孔的熊末端塑间距浪控制鞠在1m的间距晋范围内流，并保勿证每一颈断面拱皆部、侧世墙2.该5m范围内肢砂层被求加固，志砂层与叶岩层交翅界面向暮下0.惰5m处为加昂固范围兼的底部堪。单孔催浆液扩亦散半径明为80添0m缸m。施工埋过程中材根据注我浆情况拌进行调竭整，避肠免注浆草出现死鼓角。初始注脂浆段刨拿面图三、施黑工方案它研究断面汇注浆哗加固张示意既图：区间泼正线悔放射快型注理浆加烛固纵客断面刷示意才图：三、施阅工方案凡研究注浆涨流程三、施腾工方案增研究3.2建筑物桌加固措俊施为预防严施工中关房屋出脑现沉降储，提前托在建筑撒物打设凶并预埋冷双排PV奥C袖阀矿管，注浆孔虾沿建筑测物边沿2m设置所，间乖距2m，梅花寇布置。根据宵监控酬量测声反馈夸信息箱，当捕建筑牙物沉鼠降超短限，虑且不锤大于40辽mm时，进歪行注浆杜。注浆茄材料采炮用水泥器砂浆，灯后退式究分段注紫浆。注失浆前应羊先进行膛注浆试钢验，注则浆压力狭最终现葬场试验扩确定，加不宜过捉大。注随浆过程亚中对房赶屋进行音严密监钢测，以塞防注浆覆压力过音大造成际地面隆遭起等问事题影响尿建筑物偏安全。三、税施工峰方案厨研究3.3隧道漆开挖骑和初饶期支丘护措迎施该区哄段隧荡道采盟用台妈阶法声开挖构，分棕上下津两台愁阶进仍行开箩挖，勉经勘荷测，守砂岩懒交界集面位匀于上斥台阶聋掌子弄面。嘴开挖欢时，怒上台葛阶采垄用松华动爆杀破，住每次串进尺0.5栽m，并谋随时卸做好喝初期撤支护做工作挎。上艇台阶蒸长度8-毅10啦m后，漫进行鸡下台偶阶的裹开挖用。隧凶道断帽面如迟下：三、惑施工葵方案都研究三、纸施工先方案袋研究由于所拱顶利上部副存在如砂层劲，虽近然上杆方砂裹层已狭超前WSS注浆磨加固剂，但愉为了鞠防止垃爆破厘震动冠对上尼方加结固体硬的扰籍动影哄响和叮爆破坑松动扶圈过扇大，耗上台印阶爆聪破施拳工采筐用松故动爆剪破技提术，赞以“短进类尺，浴弱爆可破，川强支为护，李快封万闭”为作托业原则煤，爆破归进尺控摘制在0.斯5m。①爆洋破材折料钻孔机鸟具选用YT惰28型凿夏岩机桥，钻超头选龟用一鸟字形芬合金副钻头侍，直好径为40捉mm。炸药能选用2号岩石翼乳化炸惑药，非逗电毫秒热导爆管云雷管起鸦爆网路蓝。②爆班破参痒数(1戴)炮孔直窝径：d=睛42扯mm(2)孔深：斩根据地蛇质条件找和爆破喊施工规疮程，开希挖进尺薯为0.惨5m，孔夜深L=匹0.秤6m。上台废阶爆包破设愉计3.柳3.杜1爆破施娘工三、施吨工方案土研究炮眼名称段别孔深炮孔个数炸药类型药卷规格单孔药量

(㎏)单段药量(㎏)装药结构掘进眼10.68乳化Φ320.21.4连续50.67乳化Φ320.21.6连续内圈眼70.66乳化Φ320.21.2连续底板眼90.69乳化Φ320.21.8连续周边眼110.610乳化Φ320.11.0连续综合参数开挖断面(m2)预计进尺(m)爆破石方（m3）炮眼总数炸药总量(kg)炸药单耗

(kg/m3)周边眼间距E(mm)周边眼抵抗线W(mm)18.230.59.1154070.77350600说明1、装药量结合围岩状况可酌情调整，炮眼堵塞长度不少于25cm；2、炮眼总数为40，总药量为7kg；3、周边眼布置要根据前方砂层的位置而布设，拱部有砂层的地方打减震空孔，此处周边眼布置只是示意，现场根据具体砂层位置而布设。4、具体爆破施工参数在现场试爆后进行调整。三、施喉工方案叫研究③炮尤孔布西置三、印施工愈方案累研究下台阶影爆破设腿计当砂岩老交界面辽掌子面脆拱顶时追，下台效阶为中堵风化岩救层，在核上台阶肠开挖8～10米以上慎时，爆夺破开挖矛下台阶搞，采用培光面爆巧破技术祝施工，蛮施工进触尺为1.0舅m，炮扣孔直陆径为40麻mm，孔傍深1.2白m，具体赤爆破参杀数设计烫如下：炮眼名称段别孔深单段孔数炸药类型药卷规格单孔药量

(㎏)单段药量(㎏)装药结构掘进眼11.25乳化Φ320.31.5连续31.24乳化Φ320.31.2连续51.23乳化Φ320.30.9连续71.26乳化Φ320.31.8连续91.25乳化Φ320.31.5连续周边眼111.212乳化Φ320.151.8连续底板眼131.28乳化Φ320.151.2连续综合参数开挖断面(m2)预计进尺(m)爆破石方（m3）炮眼总数炸药总量(kg)炸药单耗(kg/m3)周边眼间距E(mm)周边眼抵抗线W(mm)18.231.018.23439.70.532350700说明1、装药量结合围岩状况可酌情调整，炮眼堵塞长度不少于35cm；2、炮眼总数为43，总药量为9.7kg；3、具体爆破施工参数在现场试爆后进行调整，必要时可增加起爆段数。三、施互工方案察研究炮孔酿布置行：三、施姻工方案牧研究初期强支护钢格涨栅安钳装喷射混爆凝土喷射混原凝土流碧程：汇报提昆纲一、绪论二、舍工程灾概况三、施工聪方案驼研究四、亿监控削量测五、软结论四、监链控量测4.1测点布巡寿置四、监刘控量测4.阶2监测数软据四、监置控量测测点编号累计值（mm）测点编号累计值（mm）JC04-016.74JC04-1010.69JC04-021.09JC04-118.15JC04-034.69JC04-12-0.05JC04-0411.41JC04-130.96JC04-0511.51JC04-142.08JC04-0610.82JC04-152.52JC04-076.42JC04-163.20JC04-089.91JC04-17-2.01万隆思商厦云建筑枣物沉概降监僚测点薄累计晃值四、监袄控量测测点编号累计值（mm）测点编号累计值（mm）DC05-017.12DC05-0117.73DC05-0115.14DC05-0121.93DC05-0118.33DC05-0123.15DC05-0122.12DC05-0121.11DC05-0122.79DC05-0125.96地表沉串降监测架点累计曲值四、计监控五量测4.臂3监测跃数据误分析因采用乘超前注汽浆进行圾地层加腥固，在镰注浆压绕力的作胸用下，背地表会哪有略微非的隆起涌，之后着随着开资挖的进浮行，地腥表再次叙发生沉遵降。从房诚下图可樱以看出谁，地表花沉降随赢时间承胖阶梯型驾变化，享上升阶雄段即进漏行超前纲注浆，什开挖时裕地表会芦有所下响沉。建筑于物沉跑降分堤析图：四、监知控量测地面允沉降竹分析陆图四、监斤控量测工程后粘期地表产沉降趋更于稳定四、威监控细量测4.单4小结泉李区含间万隆康商厦建柔筑物测围点和地符表测点践，