北京地鐵過含水砂層施工對策摘要:結合北京地鐵五號線磁器口至崇文門區間隧道及崇文門東站的工程實際,比較詳細地論述了該區間隧道臨時施工豎井和施工橫通道、崇文門車站東南風井及風道過含水砂層時所采用的施工方案,介紹了防止涌水涌砂、避免產生過大降沉的方法,以及結合具體地質情況所采取的降水措施。關鍵詞:含水砂層;施工對策;降水盲區1工程概況 北京地鐵五號線05標段即磁器口至崇文門區間及崇文門車站,在五號線的南端,線路南北走向,基本垂直于北京沖洪積扇,屬于永定河沖洪積扇的中下部,地處于北京城區較富水區(淺層水井單口出水量為20～30m3/h)。地下水位北高南低,北部地下水埋深一般3～6m,南部地下水位埋深5～14m,局部地段起伏較大。地面標高為44m左右,地層主要以圓礫、砂礫卵石為主,一般有厚層粘性土分布其間。含水層厚度8～12m,地下水基本流向為由西北向東南,水位埋深17～19m,含水層滲透系數50～80m/d。 本標段采用管井結合輻射井進行深層降水。因各方面原因降水井施工滯后,且不能在短時間內形成無水施工的作業條件(根據后期降水效果,本地區降水工作應超前土建施工3～4個月),并且該標段地下管線眾多,場地狹小造成降水井布設斷點,形成降水盲區,降水的缺憾造成地層中滯留大量殘留水給豎井及隧道開挖帶來很大困難。2 施工對策與方案2.1 區間臨時施工豎井過含水層施工 磁-崇區間臨時施工豎井斷面為長6.0m,寬4.6m的矩形,豎井場地由民房拆遷形成,地下6～7m為雜填物,廢舊管線較多。在結構周邊內共布置15眼管井,豎井施工至標高28.69m時,發現潛水層層面為粉細砂層。為保證正常施工,在等待降水的同時,采取了豎井內大口井降水施工(直徑1.6m)、增加鋼格柵鎖腳管和加強回填注漿的方案,挖至標高25.50m為粉質砂層,并出現大量涌砂、垮塌現象,無法繼續施工。通過大口井降水的施工對地質情況進行了超前探測。發現在標高23.5m處為地質分界線,其下為5m厚的粘土不透水層,為潛水層的隔水層。提出分側開挖的施工方案,施工步驟如下,并見圖1。
①對豎井采用中間排管分割,減小每步開挖面面積。先行開挖水量較小的南側半個豎井。排管伸入粘土層1m。 ②對北半側豎井進行臨時封底,防止涌砂,并設置濾水層及集水井排水減小水壓。 ③對標高25.50～23.5m之間井壁的5榀鋼格柵,每榀均沿拱架周邊打設間距0.2m、長2.5m的外插導管。用超前注雙液漿隔離流砂,并在未完全隔離部位填塞木板堵塞流砂。 ④豎井封底后及時在豎井四邊含水層到井口范圍內開設觀察孔,對井壁后土體進行探測。如發現空洞應及時噴入混凝土干料并注漿回填。 ⑤同時,對含水層(厚2m)及其以上松散土層的井壁周邊4m的范圍內的土體進行回填補償注漿,以保證豎井周邊土體密實。2.2磁崇區間橫通道含水層施工 磁崇區間施工通道位于區間里程K6+624.531處,與區間隧道正交連接。施工通道全長56.241m,埋深約18m。地面為豎井施工場地及交通干道崇文門外大街,其中有39.19m位于道路下方。在橫通道標準段拱部施工時,由于殘留潛水水位上升導致拱部受地下水流影響的范圍加大,每榀開挖均有垮塌現象,坍塌范圍一般為拱頂1.5m,向隧道前進方向1m,兩側各1m。在第三榀格柵架立尚未調整就被流砂淤死。立即停止開挖,進行封閉掌子面、注漿。針對豎井、區間橫通道馬頭門段、標準段施工中的共同難點,考慮到如果潛水層底部殘留水無法有效排除,施工安全將得不到保障。提出采用超前下導洞引排水,上斷面后跟進的施工方案。 ①為保證開挖超前小導洞的上層覆土的隔水性和穩定性,在橫通道下部粘土層內距含水層1.5m以下施工超前導洞,在導洞拱頂排設內徑為?32的引水鋼管,將含水層中的大部分殘留水引下來通過PVC匯水 ②施做下導洞時預留了兩側墻上部的連接板,為保證結構的完整性在施工橫通道上斷面時,在上下節板處增加縱向鋼格柵,長與邊墻格柵用L型鋼筋連接。 ③在拱部開挖時,每循環打設1.5m長,環向間距10cm的φ32導管,超前注漿支護。 ④當導洞施工超前10～15m時,施工橫通道的上斷面。在上斷面施工時,對不能完全解決的隧道兩側少量流水引起拱腰至拱腳(約1.5m范圍兩側徑向平均0.6m)的土層損失,在格柵架立后用同標號的噴射混凝土回填。并及時對橫通道砂層周邊2.5m范圍內的土體進行補償注漿,預防因含水層砂體流失造成上層土體逐層塌陷。2.3崇文門站東南風井過含水層施工 東南風井場地內完成25眼降水管井,因施做哈德門飯店基礎圍護樁(反循環成孔)造成串孔、淤死,實有降水井11眼。豎井開挖至標高26.4m時,地層為粉細砂層,發現地層含水量加大。參照區間豎井施工情況,挖大口井進行地質和潛水水位探測。探測發現標高25.70m為殘留潛水層頂面,地層為粉細砂層和含砂粉土層;在標高24.2m處地層分界,下部為不透水的粘土層。大口井挖設同時,發現標高24.2～25.7m的含水地層情況基本與區間豎井一致,都有大量涌砂現象。于是提出擴挖井身、施做密排鋼管隔離墻的施工方案,見圖3。 ①在風井內施做3眼大口井進行坑內降水配合開挖。 ②為了防止施工中流砂引起坍塌,風井采取豎井井身外擴開挖,以便在流砂層頂部向下周邊密排鋼管形成鋼管隔離墻。豎井施工結束后將擴挖部分恢復至限界面。 ③在含水層過后,及時封閉開挖面,對殘留水層進行回填注漿是防止殘留水沿井壁下滲造成結構壁后土體流失、危及結構及周邊建構物安全的重要措施。 ④豎井封底后及時在豎井四邊含水層到井口范圍內,開設觀察孔對井壁后土體進行探測。如發現空洞應及時噴入混凝土干料并注漿回填。同時,對含水層2.0m及其以上松散土層的井壁周邊4m范圍內的土體進行回填補償注漿,以保證豎井周邊土體密實。 ⑤在考慮施工順序時,應先做鉆孔灌注樁后做降水井,以防混凝土漿液堵死降水井。2.4崇文門車站東南風道含水層施工 東南風道三層標高為20.905～25.765m,處于粉質粘土、粉砂及粘土層,在標高24.2～25.7m為含水砂層。并且東南風道兩側管線及建構物較多(φ1000mm的上水管、?φ1000的下水管、?φ300mm的煤氣、哈德門飯店、蓋板河、熱力方溝等)。結合風井的施工情況,過含水砂層極其困難,并且殘留水對后續施工的影響很大。為了避免在開挖邊墻時造成嚴重坍塌,導致拱腳懸空、結構沉降加大,從而影響地下管線及地表建筑物的安全,對風道含水層的施工采用砂滲井進行滲排水降低水位。在含水層上方20cm處設臨時仰拱,臨時封閉控制結構沉降,及時對側壁土體進行補償和回填注漿等技術措施,見圖4。 ①以風道二層臨時仰拱為施工平臺,采用小型螺旋鉆機超前施做孔徑為240mm、縱向間距1000mm、深8.5m的砂滲井,將含水層中的水滲排至降水效果顯著的承壓水層; ②根據前階段的施工經驗,在含水層上方仍會有10～15cm的殘留水無法完全疏干,為了減小該層水對土層的影響范圍及盡快使結構臨時封閉,在含水層上方20cm處設置臨時仰拱; ③風道三層分上下臺階施工后,上臺階處于砂質粉土層,開挖時易造成側壁土體坍落,為了保證周邊建構物的安全,要求對側壁土體采用水泥水玻璃雙液漿進行補償加固處理; ④對因潛水殘留水造成的坍塌部分在格柵架立前,對側墻一側先掛鋼筋網再采用同標號的混凝土進行回填以防止坍塌的進一步擴大; ⑤及時埋設回填注漿管,回填注漿采用水泥漿。3結束語 區間豎井選擇水量較小的南側先行施工,以減小開挖斷面,達到快速封閉、順利通過含水層的目的;區間橫通道施工充分利用地層的特性與結構之間的關系,采用下導洞先行,將上層殘留水引排至下導洞達到減小殘留水對拱部砂層影響的目的;東南風井結合區間豎井地質條件,以大口井作超前地質探測,在進入含水層前擴挖井身、施做注漿隔水墻,防止施工時涌水涌砂;對于東南風道,則是利用地質分布與結構的關系,采用施做垂直密集的滲水砂井將上層的殘留水導入下面的承壓水層來減小殘留水對施工的影響。在含水層段結構封閉后及時進行側壁補償注漿,防止壁后土層位移的發展,這一系列方案的制定及完善,都是基于對工程、水文地質的認識,并在工程實踐的基礎上完成的。
①對豎井采用中間排管分割,減小每步開挖面面積。先行開挖水量較小的南側半個豎井。排管伸入粘土層1m。 ②對北半側豎井進行臨時封底,防止涌砂,并設置濾水層及集水井排水減小水壓。 ③對標高25.50～23.5m之間井壁的5榀鋼格柵,每榀均沿拱架周邊打設間距0.2m、長2.5m的外插導管。用超前注雙液漿隔離流砂,并在未完全隔離部位填塞木板堵塞流砂。 ④豎井封底后及時在豎井四邊含水層到井口范圍內開設觀察孔,對井壁后土體進行探測。如發現空洞應及時噴入混凝土干料并注漿回填。 ⑤同時,對含水層(厚2m)及其以上松散土層的井壁周邊4m的范圍內的土體進行回填補償注漿,以保證豎井周邊土體密實。2.2磁崇區間橫通道含水層施工 磁崇區間施工通道位于區間里程K6+624.531處,與區間隧道正交連接。施工通道全長56.241m,埋深約18m。地面為豎井施工場地及交通干道崇文門外大街,其中有39.19m位于道路下方。在橫通道標準段拱部施工時,由于殘留潛水水位上升導致拱部受地下水流影響的范圍加大,每榀開挖均有垮塌現象,坍塌范圍一般為拱頂1.5m,向隧道前進方向1m,兩側各1m。在第三榀格柵架立尚未調整就被流砂淤死。立即停止開挖,進行封閉掌子面、注漿。針對豎井、區間橫通道馬頭門段、標準段施工中的共同難點,考慮到如果潛水層底部殘留水無法有效排除,施工安全將得不到保障。提出采用超前下導洞引排水,上斷面后跟進的施工方案。 ①為保證開挖超前小導洞的上層覆土的隔水性和穩定性,在橫通道下部粘土層內距含水層1.5m以下施工超前導洞,在導洞拱頂排設內徑為?32的引水鋼管,將含水層中的大部分殘留水引下來通過PVC匯水 ②施做下導洞時預留了兩側墻上部的連接板,為保證結構的完整性在施工橫通道上斷面時,在上下節板處增加縱向鋼格柵,長與邊墻格柵用L型鋼筋連接。 ③在拱部開挖時,每循環打設1.5m長,環向間距10cm的φ32導管,超前注漿支護。 ④當導洞施工超前10～15m時,施工橫通道的上斷面。在上斷面施工時,對不能完全解決的隧道兩側少量流水引起拱腰至拱腳(約1.5m范圍兩側徑向平均0.6m)的土層損失,在格柵架立后用同標號的噴射混凝土回填。并及時對橫通道砂層周邊2.5m范圍內的土體進行補償注漿,預防因含水層砂體流失造成上層土體逐層塌陷。2.3崇文門站東南風井過含水層施工 東南風井場地內完成25眼降水管井,因施做哈德門飯店基礎圍護樁(反循環成孔)造成串孔、淤死,實有降水井11眼。豎井開挖至標高26.4m時,地層為粉細砂層,發現地層含水量加大。參照區間豎井施工情況,挖大口井進行地質和潛水水位探測。探測發現標高25.70m為殘留潛水層頂面,地層為粉細砂層和含砂粉土層;在標高24.2m處地層分界,下部為不透水的粘土層。大口井挖設同時,發現標高24.2～25.7m的含水地層情況基本與區間豎井一致,都有大量涌砂現象。于是提出擴挖井身、施做密排鋼管隔離墻的施工方案,見圖3。 ①在風井內施做3眼大口井進行坑內降水配合開挖。 ②為了防止施工中流砂引起坍塌,風井采取豎井井身外擴開挖,以便在流砂層頂部向下周邊密排鋼管形成鋼管隔離墻。豎井施工結束后將擴挖部分恢復至限界面。 ③在含水層過后,及時封閉開挖面,對殘留水層進行回填注漿是防止殘留水沿井壁下滲造成結構壁后土體流失、危及結構及周邊建構物安全的重要措施。 ④豎井封底后及時在豎井四邊含水層到井口范圍內,開設觀察孔對井壁后土體進行探測。如發現空洞應及時噴入混凝土干料并注漿回填。同時,對含水層2.0m及其以上松散土層的井壁周邊4m范圍內的土體進行回填補償注漿,以保證豎井周邊土體密實。 ⑤在考慮施工順序時,應先做鉆孔灌注樁后做降水井,以防混凝土漿液堵死降水井。2.4崇文門車站東南風道含水層施工 東南風道三層標高為20.905～25.765m,處于粉質粘土、粉砂及粘土層,在標高24.2～25.7m為含水砂層。并且東南風道兩側管線及建構物較多(φ1000mm的上水管、?φ1000的下水管、?φ300mm的煤氣、哈德門飯店、蓋板河、熱力方溝等)。結合風井的施工情況,過含水砂層極其困難,并且殘留水對后續施工的影響很大。為了避免在開挖邊墻時造成嚴重坍塌,導致拱腳懸空、結構沉降加大,從而影響地下管線及地表建筑物的安全,對風道含水層的施工采用砂滲井進行滲排水降低水位。在含水層上方20cm處設臨時仰拱,臨時封閉控制結構沉降,及時對側壁土體進行補償和回填注漿等技術措施,見圖4。 ①以風道二層臨時仰拱為施工平臺,采用小型螺旋鉆機超前施做孔徑為240mm、縱向間距1000mm、深8.5m的砂滲井,將含水層中的水滲排至降水效果顯著的承壓水層; ②根據前階段的施工經驗,在含水層上方仍會有10～15cm的殘留水無法完全疏干,為了減小該層水對土層的影響范圍及盡快使結構臨時封閉,在含水層上方20cm處設置臨時仰拱; ③風道三層分上下臺階施工后,上臺階處于砂質粉土層,開挖時易造成側壁土體坍落,為了保證周邊建構物的安全,要求對側壁土體采用水泥水玻璃雙液漿進行補償加固處理; ④對因潛水殘留水造成的坍塌部分在格柵架立前,對側墻一側先掛鋼筋網再采用同標號的混凝土進行回填以防止坍塌的進一步擴大; ⑤及時埋設回填注漿管,回填注漿采用水泥漿。3結束語 區間豎井選擇水量較小的南側先行施工,以減小開挖斷面,達到快速封閉、順利通過含水層的目的;區間橫通道施工充分利用地層的特性與結構之間的關系,采用下導洞先行,將上層殘留水引排至下導洞達到減小殘留水對拱部砂層影響的目的;東南風井結合區間豎井地質條件,以大口井作超前地質探測,在進入含水層前擴挖井身、施做注漿隔水墻,防止施工時涌水涌砂;對于東南風道,則是利用地質分布與結構的關系,采用施做垂直密集的滲水砂井將上層的殘留水導入下面的承壓水層來減小殘留水對施工的影響。在含水層段結構封閉后及時進行側壁補償注漿,防止壁后土層位移的發展,這一系列方案的制定及完善,都是基于對工程、水文地質的認識,并在工程實踐的基礎上完成的。
