西安地铁施工方法技术.ppt

西安地铁二号线一期地下工程施工方法浅析二二二二0 0一一年七月一一年七月一一年七月一一年七月.洛阳洛阳洛阳洛阳 中铁隧道集团有限公司西安指挥部中铁隧道集团有限公司西安指挥部中铁隧道集团有限公司西安指挥部中铁隧道集团有限公司西安指挥部 1内内 容容 提提 要要l 西安地铁背景情况介绍l 西安地铁二号线沿线工程地质及水文地质l 车站施工方法比选及适应性简析l 区间隧道施工方法比选及适应性简析l 施工经验教训及需进一步研究解决的问题23一、一、西安地铁背景情况介绍 西安是世界著名的历史文化名城，是欧亚大陆桥中国段和中西部的重要城市。是我国重要的科研、教育、装备制造业及高新技术产业基地。是全国中西部地区交通枢纽中心。西安有3100多年的建城史和1100多年的建都史，历史上有13个王朝在此建都，与雅典、罗马、开罗同被誉为世界四大著名古都。4 按照国务院批准的西安市城市快速轨道交通建设规划，西安市总共建设6条地铁线路，总长251.8公里。共设16座换乘站，150座车站（不含一号线东、西延伸段），10座车辆段，4座停车场，2处控制中心。轨道交通线网形成“棋盘+放射式”网状结构布局，线网中一、二、三号线为骨干线，既满足了城市东西向、南北向主轴线上的客运交通需求，又向外拓展了城市发展空间；四、五、六号线是轨道交通网的辅助线，主要满足城市功能组团之间的交通需求，对线网进行加密完善。5 西安地铁规划设计图6 二、西安地铁二号线工程地质及水文地质 西安市位于渭河冲积平原关中平原的中部，二号线呈南北向展布，贯穿城区，沿线地势平坦开阔，东高西低，中间高南北两侧低，平均坡降约25，局部黄土梁洼区，坡降较大。自北而南依次通过渭河冲洪积平原、黄土梁洼、潏河冲积平原三个次级地貌单元。二号线线路通过不同的地貌单元，岩性及岩土组合也有较大差异。7 二号线各车站、区间隧道主要修筑于第四系全新统、上中更新统风积及冲积土层中，属中硬场地土和中软场地土两类，前者主要分布渭河、潏河河床及阶地区、后者主要分布于黄土梁洼区。沿线地层以人工填土、黄土、黄土状土、砂层、粉质黏土为主。对二号线影响较大的地质问题有地裂缝、饱和软黄土、湿陷性黄土、液化砂层。此外西安市的人工填土不仅分布广、厚度大，土层的产状和厚度在平面上变化迅速，而且性质十分复杂，人工填土在二号线广泛分布最厚处大于10m。8 水文地质方面：二号线主要行径于潜水含水层系统中，渭河河漫滩及一、二级阶地一带水文地质条件差，含水层厚，渗透系数大，其它地段均较好。环城墙护城河因渠道挖深大，也可能对其下通过的区间隧道产生渗漏。水质对混凝土建筑材料不具腐蚀性，仅局部地段对混凝土中的钢筋有一定腐蚀性。2.4地震条件及评价 西安市位于高地震烈度区，抗震设防烈度为八度。二号线期工程地震动峰值加速度值为0.20g，地震动反应谱特征周期为0.35s。人工填土人工填土人工填土人工填土饱和黄土饱和黄土饱和黄土饱和黄土老黄土老黄土老黄土老黄土粉质黏土粉质黏土粉质黏土粉质黏土粗砂粗砂粗砂粗砂新黄土新黄土新黄土新黄土古土壤古土壤古土壤古土壤古土壤古土壤古土壤古土壤4.74.710.7m10.7m地下水位线地下水位线西安地铁二号线区间地质剖面图西安地铁二号线区间地质剖面图老黄土老黄土老黄土老黄土6.86.87.2m7.2m老黄土老黄土老黄土老黄土粉质粘土粉质粘土粉质粘土粉质粘土杂填土杂填土杂填土杂填土新黄土新黄土新黄土新黄土古土壤古土壤古土壤古土壤古土壤古土壤古土壤古土壤中砂中砂中砂中砂地下水位线地下水位线西安地铁二号线站地质纵剖面西安地铁二号线站地质纵剖面新黄土新黄土新黄土新黄土中砂中砂中砂中砂老黄土老黄土老黄土老黄土古土壤古土壤古土壤古土壤粉质粘土粉质粘土粉质粘土粉质粘土杂填土杂填土杂填土杂填土素填土素填土素填土素填土古土壤古土壤古土壤古土壤地下水位线地下水位线7.57.510.8m10.8mF6地裂缝地裂缝F6地裂缝地裂缝F7地裂缝地裂缝西安地铁二号线区间地质纵剖面图西安地铁二号线区间地质纵剖面图12三、车站施工方法比选及适应性简析 地下车站施工方法的选择，不仅受沿线工程地质和水文地质条件、周边环境条件、埋置深度和城市规划等因素的制约，而且对线路的平纵断面、工程的实施难度、工期、造价及施工期间的城市居民生活、经济活动和周围环境等都会产生直接影响。因此必须通过对技术、环境影响和使用效果等综合评价，依据下述几方面的综合比选确定：133.1施工难度 选择施工方法时应考虑工程本身施工难度、施工前期准备工作实施的难易程度、施工安全等方面。具体应从施工技术的成熟性、地面沉降控制、工期、工程造价、房屋拆迁、管线改移及处理措施等方面考虑。3.2施工对环境的影响 施工对环境的影响着重体现在对城市交通的影响、城市居民生活的影响、商业经济活动的影响以及环境污染等方面。特别是在交通繁忙地段的地铁车站，如采用明挖法施工，其地面交通组织的成败是关系到施工方案能否成立的关键。143.3投资的影响 结构型式与施工方法对土建投资起着决定性的作用。主要内容有土建工程费、房屋拆迁费及安置费、管线迁改费等。3.4施工工期的影响 车站的土建施工工期不仅受全线总工期的制约，同时也直接影响到机电设备安装及装修的工期。对于有盾构始发、过站及终到要求的车站，车站土建工期还将影响区间的贯通工期。因此，根据相关工期要求，合理选择车站结构型式和施工方法十分重要。15 根据国内外在土层中修建地铁的经验，地下车站应优先采用常规的明挖法施工；当不允许长期占用既有道路施工时，可采用盖挖顺筑法、盖挖逆筑法；仅当不具备明挖条件或当车站埋置过深，采用明挖法施工很不经济时，方可考虑采用暗挖法施工。此外，对于枢纽车站或具有综合功能要求的车站，一般也不宜采用暗挖法施工。根据上述原则结合西安地铁二号线一期工程沿线工程地质及水文地质条件、周围环境等情况，经综合分析比较在地下车站埋置较浅，场地相对开阔且具备明挖施工条件的车站采用明挖法或盖挖法施工。对位于明城墙内中心城区核心地段的钟楼站，由于站位地面商业繁华、交通饱和、人流密集，不具备明挖条件，考虑采用暗挖法施工。16 另外，基坑工程是个风险相对较大的系统工程，具有工程量大，技术难度高，不可遇见因素多等特点。二号线是西安市修建的首条地铁线，西安市具备类似地铁的深基坑基本没有先例，因此在调查西安市大量深基坑现状的基础上，结合地铁工程的基坑特点，二号线地下车站围护结构采用混凝土钻孔灌注桩、SMW工法、土钉墙、锚杆等支护型式。SMW工法在西安地区尚无使用的先例，需使用专用设备三轴型钻掘搅拌机，掌握型钢回收技术，对施工质量要求较高，基坑较深时风险较大，因此在出入口风道等较浅基坑无土钉墙施做条件时考虑采用。在车站基坑较浅，地面环境开阔，地面和地下建(构)筑物少的地段，基坑围护结构采用土钉墙或放坡喷锚支护型式。草场坡车站草场坡车站 全长全长180.8m180.8m，双层三跨明挖框架结构，岛式站台，明挖法施工；，双层三跨明挖框架结构，岛式站台，明挖法施工；附属结构包括附属结构包括2 2座风井及风道、座风井及风道、4 4个通道及对应出入口（其中一个个通道及对应出入口（其中一个为预留与待建的国际会展中心结合），明挖顺筑法施工。为预留与待建的国际会展中心结合），明挖顺筑法施工。车站结构型式：双层双柱三跨钢筋混凝土箱形框架，底板埋深车站结构型式：双层双柱三跨钢筋混凝土箱形框架，底板埋深为为16.57m16.57m。车站围护结构：采用钻孔灌注间隔桩（桩径车站围护结构：采用钻孔灌注间隔桩（桩径1.0m1.0m，间距，间距1.25m1.25m，嵌固深度，嵌固深度7.0m7.0m），桩间采用），桩间采用100mm100mm厚厚C20C20网喷砼；桩顶设砼冠梁网喷砼；桩顶设砼冠梁1.0*0.8m1.0*0.8m）。）。内支撑：内支撑：600 600 钢管支撑。钢管支撑。防水：底板及侧墙防水层采用自粘防水卷材；顶板采用单组份防水：底板及侧墙防水层采用自粘防水卷材；顶板采用单组份聚氨酯涂料。聚氨酯涂料。六、施工方案六、施工方案 明挖车站施工流程明挖车站施工流程降水井降水井钢支撑钢支撑围护桩围护桩围护结构施工围护结构施工围护结构施工围护结构施工围护桩隔孔施作，旋挖钻机钻孔，人工制作钢筋笼，吊车围护桩隔孔施作，旋挖钻机钻孔，人工制作钢筋笼，吊车起吊，水下灌注砼成桩；基坑开挖自两端向中间进行，采起吊，水下灌注砼成桩；基坑开挖自两端向中间进行，采用挖掘机接力开挖；人工配合吊车及时安装钢管支撑及钢用挖掘机接力开挖；人工配合吊车及时安装钢管支撑及钢围囹。围囹。主体结构施工主体结构施工主体结构施工主体结构施工结构按结构按“水平分段，竖向分层，自下而上，顺筑施工水平分段，竖向分层，自下而上，顺筑施工”原原则施工，墙板采用碗扣式满堂红脚手架则施工，墙板采用碗扣式满堂红脚手架+大块拼装酚醛模板，大块拼装酚醛模板，汽车砼输送泵浇筑砼，相应边墙与板一次施工，顶板浇筑汽车砼输送泵浇筑砼，相应边墙与板一次施工，顶板浇筑砼前不得拆除中板脚手架，柱采用砼前不得拆除中板脚手架，柱采用“井井”字架支撑模板，字架支撑模板，斜管支撑定位，材料运输采用龙门吊。斜管支撑定位，材料运输采用龙门吊。附属结构明挖顺作施工，地基采用搅拌桩加固。附属结构明挖顺作施工，地基采用搅拌桩加固。草场坡站施工方法草场坡站施工方法草场坡站施工方法草场坡站施工方法20四、区间隧道施工方法比选及适应性简析 目前国内地铁区间隧道的施工方法一般有明挖法及暗挖法，暗挖法又可分为浅埋暗挖法（矿山法）及盾构法。4.1明挖法 明挖法施工工艺简单、技术成熟、进度快、质量可靠、防水效果好、风险小，适用各种不同的地质条件。但明挖法对周边环境、市政管线和道路交通有较大影响，适用于隧道埋深较浅，且地面有足够施工场地地段。21 明挖法施工，根据基坑开挖深度及场地条件可采用放坡开挖、土钉墙、排桩等围护结构型式。依据西安地铁二号线沿线地面交通、配线布置、地裂缝分布、沿线建筑物分布等情况，在线路平纵断面设计中进行统筹规划。一期工程在线路北端出地面的过渡段及张家堡城运村区间，采用明挖法施工。因西安地区采用土钉墙作为基坑开挖的围护结构在技术上已比较成熟，所以推荐采用造价低、施工进度快、用料省的土钉墙作为主要的围护结构。由于此段区间已接近城市郊区，场地开阔，周边建筑物较少，降水方案可采用在基坑开挖前先进行管井井点降水。224.2 矿山法 矿山法目前在我国轨道交通区间隧道建设中已广泛采用。矿山法施工近年来在西安地区主要用于过街通道的施工，如钟楼盘道、大雁塔地下通道等。二号线区间隧道穿过的地层属于典型的第四系黄土地层，隧道埋深位于地下水位以下，钻孔资料显示，隧道埋深范围内的土层饱和度大多为85%以上，液性指数基本大于0.30，隧道结构范围内的地层多处于可塑到软塑状态，加上地下水位附近有软塑带，而且地层的渗透系数较大，区间施工降水困难。23 由于围岩自身承载能力很差，为避免隧道施工过程中对地面和周围建筑物造成破坏，需要严格控制地面沉降量。因此，要求初期支护刚度要大，支护要及时。针对西安地层特点，在二号线部分区间有条件设置工作井，浅埋暗挖法是可以应用的。对普通的单线隧道从施工的简便性方面可以采用双排小导管注浆，并采用初期承载力强的钢支撑支护，并应加厚喷混凝土的厚度。对双线隧道应采用长管棚压注双液浆，并加强初期支护刚度，支护要及时。对策：技术措施：根据不同断面，采用数值模拟分析，研究施工顺序、步距，确定合理分块顺序，适宜步距，全过程进行信息化管理，加强过程监测，实施动态化施工。分部分块：标准断面采用台阶法、大跨隧道采用CRD法、双侧臂导坑法施工、联拱隧道采用中洞法开挖，分部分块开挖施工、快速封闭完成。加强隧道超前支护及初期支护。施工二衬时，严格控制一次拆除临时支撑的长度，采取换撑措施，以策安全。西安地铁二号线区间设置断面多（达到16种断面）、跨度大（跨度最大19.9m）、形式多（单线单洞、双线单洞、双联拱、三联拱）、间距小（最小净距2.17m）。如何合理安排工序转换、快速施工、确保施工安全是工程的施工重点和难点。超前支护：大跨断面采用双层小导管或者大管棚小导管进行支护，根据地层特点选择不同的注浆材料，严格控制浆液配合比，检查注浆效果；采取超前探测地层，根据地层特点动态设置超前小导管和选用合适的浆液。资源保证：施工中配备充足劳动力、施工物资材料，经常检修设备，确保施工连续，同时成立以副经理为组长的施工攻坚小组，在管理、技术、物资设备上给予充分保证。应急响应：为了保证施工安全，成立以项目经理、总工为首的坍塌应急处理小组，做好应急准备，进行合理有序组织施工，确保人员、管线、结构等安全，路面交通畅通。采用复合式衬砌。标准段断面支护参数为：初支采用250mmC25S6网喷砼（格栅钢架）；二次模筑为50mmC30、S8钢筋砼。拱顶150范围采用小导管注浆超前支护，环向0.3m，纵向1.5m布置。停车线段断面支护参数为：初支采用300mm C25、S6网喷砼（格栅钢架）；二次模筑为600mm C30S8钢筋砼。拱顶180范围采用小导管注浆+89管棚超前支护，小导管环向0.3m、纵向1.5m布置。单线单洞断面图单线单洞断面图单洞双线断面图单洞双线断面图西安地铁二号线区间典型断面图西安地铁二号线区间典型断面图不对称双联拱断面图不对称双联拱断面图西安地铁二号线区间典型断面图西安地铁二号线区间典型断面图区间双联拱断面图区间双联拱断面图西安地铁二号线区间典型横断面西安地铁二号线区间典型横断面区间三联拱断面图区间三联拱断面图西安地铁二号线区间典型横断面西安地铁二号线区间典型横断面 标准断面台阶法施工。先拱部超前小导管注浆加固，再开标准断面台阶法施工。先拱部超前小导管注浆加固，再开挖上半断面土体，预留核心土，挂钢筋网、立上半断面格栅钢架、挖上半断面土体，预留核心土，挂钢筋网、立上半断面格栅钢架、喷混，后开挖下半断面土体，施工剩余初期支护，围岩变形基本喷混，后开挖下半断面土体，施工剩余初期支护，围岩变形基本稳定后，施工二次衬砌。稳定后，施工二次衬砌。停停车车线线段段双双线线单单洞洞隧隧道道采采用用CRDCRD法法施施工工；停停车车线线双双联联拱拱隧隧道道采用中导洞侧壁导坑法施工。采用中导洞侧壁导坑法施工。停车线段小间距隧道的施工步骤：先施工上行线单线隧道，停车线段小间距隧道的施工步骤：先施工上行线单线隧道，后施工停车线段隧道；停车线隧道采用后施工停车线段隧道；停车线隧道采用CRDCRD法施工，上行线隧道法施工，上行线隧道采用台阶法施工，由于上行线施工较快，当上行线隧道开挖时，采用台阶法施工，由于上行线施工较快，当上行线隧道开挖时，可同时开挖停车线远离上行线侧，完成后，在上行线隧道已衬砌可同时开挖停车线远离上行线侧，完成后，在上行线隧道已衬砌段开挖近上行线侧。段开挖近上行线侧。标准暗挖区间台阶法施工流程标准暗挖区间台阶法施工流程超前小导管超前小导管上半台阶开挖上半台阶开挖上半台阶初支上半台阶初支二衬底板二衬底板暗挖大断面区间暗挖大断面区间CRDCRD法施工流程法施工流程暗挖区间双联拱隧道中洞法施工流程暗挖区间双联拱隧道中洞法施工流程暗挖区间双侧壁导坑法施工流程暗挖区间双侧壁导坑法施工流程暗挖区间三联拱隧道中洞法施工流程暗挖区间三联拱隧道中洞法施工流程374.3盾构法 盾构法是暗挖隧道施工中一种先进的工法，近年来在轨道交通建设中也被广泛采用。盾构法施工具有良好的隐蔽性，控制地层变形能力强、能够应用于含水地层、结构防水质量好、施工引起的噪声、振动的危害小，机械化程度高等优点，对城市居民的生活影响小。盾构法可适用于埋深较大，不宜采用明挖或暗挖法施工的地段。随着盾构技术近年来的大量应用，从广州地区的微风化岩层到上海地区的淤泥质地层均能够适用，且近年来盾构技术发展迅速，各种先进的盾构机的出现，如盾构电子自动控制技术，各种辅助施工措施(如各种添加材料)、38盾尾同步注浆技术及地面监测信息反馈技术的应用，使盾构隧道的施工已经能够非常有效的控制地面沉降或隆起，从量值上来讲，已经大大小于采用矿山法施工所引起的地面沉降值。二号线区间要通过国家级文物保护单位西安古城墙及钟楼，施工中地面沉降和隆起的控制比一般地段更要严格，此因素也是采用盾构法的重要原因之一，在盾构机的选型中必须考虑到这样的特殊要求。依据二号线沿线地质和交通现状，在线路平纵断面设计和配线布置时对全线工法进行统筹，由于部分区间结构基本位于地下水位以下的软塑层中，若采用浅埋暗挖施工，39第一施工安全方面存在一定的风险，第二存在地面沉降不易控制，地面建筑和地下管线会受影响的问题，第三存在浅埋暗挖法的通病，防水效果差的问题。由于浅埋暗挖法在西安的地层状况中存在以上的缺点以及二号线工期非常之紧张，所以在区间工法的选择上在有条件时首选盾构法施工。二号线区间隧道主要穿过黄土及黄土状土、上更新统饱和软黄土（局部含有砂层），地层中地下水位较高，地铁穿行于潜水含水层中，根据盾构掘进穿越的地层土质特点，特别是土质饱和性、流塑性、可塑状，兼顾到经济和安全两大方面的考虑，选用封闭式盾构较为合适。404.4沿线不良地质情况及工程措施 二号线沿线的不良地址主要有饱和砂土液化、湿陷性黄土、饱和软黄土。4.4.1饱和砂土液化 二号线饱和砂土液化层的分布，呈星点状分布特征，主要分布在渭河漫滩、一级阶地及潏河一级阶地，地震液化层厚17m，埋深35m，等级属轻微中等液化。从其沿 区 间 隧 道 的 分 布 可 以 发 现，受 其 影 响 的 段 落 为YAK3+343以前的区间隧道，该段区间埋深较浅，采用明挖法施工对该段进行地基处理。414.4.2湿陷性黄土 二号线经过段落地表广泛分布有湿陷性黄土，以级、级非自重湿陷性为主，少部分段落分布有级自重湿陷性黄土。湿陷性黄土主要分布于地表段，对占全线绝大多数段落的暗挖法施工段在施工阶段影响不大。湿陷性地层影响的另一个方面是对明挖基坑的影响。由于施工过程中雨水及工程用水的渗入，会引起基坑壁及周围地面变形，具有潜在的安全隐患，施工过程中必须注意基坑一定范围内疏排水工作，做好场地硬化。基坑降水要考虑对周围环境的不利影响。424.4.3 饱和软黄土 二号线部分段落由于地下水位浅，部分黄土受地下水的浸润及软化，土体处于饱和状态、湿陷性消失、承载力降低，位于特殊的工程地质层，对工程修建影响较大。从饱和软黄土的分布范围可以看到，沿线几乎所有的区间都会受到影响，从饱和软黄土的纵向分布可以看出，沿线暗挖区间隧道的拱部和部分边墙部位均位于饱和软黄土层中，采取的工程措施是，在有条件的情况下尽量采用盾构法施工，在采用浅埋暗挖法施工的地段对拱部初期支护进行加强，采用小导管压注水泥水玻璃浆液。在施工措施上尽量减少对地层的扰动，初期支护尽早封闭，二次衬砌紧跟。43五、施工经验教训及尚需进一步研究解决的问题 西安地铁二号线2006年9月29日开始动工，将于2011年9月通车，其5年来的经验及教训值得认真总结。其曾在7个月内连续发生4次事故。2009年08月04日，西安地铁1号线洒金桥站施工现场发生坍塌事故，2名正作业工人被埋身亡。2008年12月30日，二号线长延堡站引发防水材料着火，所幸经紧张施救，井下64名施工人员全部安全撤离，没有造成人员伤亡。44 2009年1月2日，二号线钟楼站右线隧道内起火。2009年5月26日,西安地铁一号线再次发生市政施工引发着火，一人轻伤。其在下一步施工中尚需进一步研究解决的问题主要有：地裂缝地裂缝 西安市自50年代以来，发现地裂缝13条，大的地面沉降凹槽7个。二号线通过其中12条地裂缝，1个地面沉降凹槽（小寨沉降槽）。西安地裂缝是在西安正断层组的基础上发育起来的，由南而北，在黄土梁洼之间有规律排列，呈带状分布，走向为NE6080度，局部近EW，倾向SE，倾角7080度。45它们一般都由主裂缝及其下降一侧的次级裂缝组成地裂缝带，带宽38m，局部可达2030m。地裂缝带基本具有统一的三维空间运动变形特征，即南倾南降的垂直位移、水平引张和水平扭动。其中以垂直位移量为最大，南北拉张量次之，而水平错动量则很小。各条地裂缝带大体呈等间距近似平行排列，间距为0.42.1km，平均约1km。地裂缝和地面沉降调查结果表明，西安地面沉降区与承压水位下降区的分布位置相吻合，而地裂缝则出现在地面沉降槽边缘的陡变地带上，组成地裂带的次级裂缝均靠近地面沉降槽中心的一侧。西安地裂缝在剖面上的形态一般为上宽下窄的楔形，向下逐渐消失，最深达百余米。对策：动态设计：施工前进一步调查地裂缝的现状，同设计单位及时沟通，加强相互的配合，对地裂缝段施工采取动态设计，快速施工。技术保障：项目部专门成立地裂缝段施工专家小组，聘请地铁设计、施工、科研方面的专家和地质工程的专家、西安市从事地裂缝研究和处理的专家共同组成科研攻关小组，并对施工过程进行现场指导。地裂缝是西安地质的一个突出特点，在二号线区间存在2条地裂缝，分别是F6/F6和F7，由于裂缝破碎带不能形成自然拱，开挖时容易发生拱部坍塌；初支完成后由于地基承载力不足，可能造成初期支护的开裂，二衬防水层被破坏，砼结构由于垂直位移、水平张拉及扭动，使成型的衬砌结构破坏。如何保证隧道开挖初支顺利通过地裂缝，确保二衬结构的稳定和防水效果是工程的难点。地裂缝施工地裂缝施工超前探测：在施工到地裂缝前，对前方地层进行探测，根据探测到的地形情况对施工方案进行调整。超前支护：根据设计要求采用159的管棚进行超前加固，同时配合小导管超前注浆加固地层；拱墙配合设置砂浆锚杆。加强监测：应成立专项施工监测小组，施工过程中对于地裂缝段的地表、地面建筑物和隧道洞内加密布设监测点，且施工中增加频率。将监测信息反馈给设计和监理单位，及时对监测信息进行分析反馈。F7地裂缝段位于区间联络线段，结构断面变化多，施工中按照先区间正洞再联络通道，施工完成一段及时进行二次衬砌，必须埋设预留结构补偿注浆管。重视地裂缝地段防水板及沉降缝防水质量。单线单洞断面图单线单洞过地裂缝处断面图西安地铁二号线区间典型横断面西安地铁二号线区间典型横断面49 西安地铁二号线区间下穿既有建（构）筑物结构多，西安古城墙、钟楼均属全国重点文物保护单位，为了减少施工及运营期间对文物的影响，必须采取可靠的工程措施。在地面、区间隧道和文物的关键部位安装监测设施，对施工及运营过程中地面变形，隧道结构变形、文物基础变形、文物本身变形进行严密监测，确保施工安全及既有结构的正常使用是重点之一。下穿既有建（构）筑物施工下穿既有建（构）筑物施工对策：施工前调查：对区间经过线路影响范围内的建（构）筑物进一步详细调查，了解建设时期、地基基础情况和结构的现状等，并辅助影像资料。针对地面建筑物现状，制定具有针对性的施工技术措施。加强监测及地面观查，在洞内及洞外布设足够的观测点，即时进行数据分析，调整施工工法和支护参数；根据量测及现场观察结果调整区间的施工工艺和支护参数，对地面建筑物或桥桩四周进行跟踪注浆、地下降水回灌等措施。如草小区间在长安中路地下穿行，隧道穿越的既有结构主要有南二环立交桥、环河盖板河、人行天桥和路边商铺等，要保证这些建（构）筑物的安全。引起地表下沉的原因主要有地下水土的流失、隧道施工时围岩应力释放地层变形。如何减小沉降，保证既有建（构）筑物安全是关键。超前支护：预先控制开挖面前方土体的变形，必要时采用长距离、大刚度的大管棚+小导管注浆作为超前支护的主要手段。控制拱顶土体下沉：为防止砼喷的过厚因自重回落，在钢格栅架立完施喷前，用同标号砼垫块将拱部格栅拱架与土体之间及大管棚之间的空隙垫实，然后施喷，并紧跟回填注浆。控制拱脚下沉：施工时，在拱脚处打锁脚锚管，并注浆固结，同时为减小拱脚处的压力，在下半断面封闭前，安设临时仰拱，增加受力面积，待下半断面封闭后拆除。必要时采取其它应急辅助措施，诸如喷射早强砼、动态跟踪注浆、架设型钢钢架、埋设临时仰拱及改用CRD工法等。对策：坚持管井降水的优化与动态监控，管理方案优化致力于适宜管径、较小井距、多排布设等方面进行探索。考虑地铁为带状物而地层渗透系数较小，降水坚持分段管理，超前于开挖，并较一般情况超前进行。要求洞内排水沟底设隔水层并加大洞内供水管线的巡查，避免扩大洞内排水弱化影响基底承载力的范围。初支成型基面圆顺，保证外包防水接头质量、保证二缝防水处理质量，分区分片形成外包防水体系。区间二衬及车站主体结构砼采用双掺技术，严格按交底进行工序作业，确保砼自防水能力。黄土的湿陷性不得带水施工受制于地下水为孔隙水地层渗透黄土的湿陷性不得带水施工受制于地下水为孔隙水地层渗透系数较小管井降水保证功效难度较大，防、排水尤为重要。系数较小管井降水保证功效难度较大，防、排水尤为重要。湿陷性黄土施工湿陷性黄土施工53降水井施工 1）成孔 一般采用反循环钻机或旋挖钻机施工；对于施工场地狭小或者在交通主干线上成孔的，可以采用锅钻施工（人工加工半机械化，其工作原理基本同旋挖钻机）。机械成孔时，如水位较低，可采用灌水法将护壁水位保持在地面下2m 内，以保证不出现塌孔等不良现象；并在机械施工时，钻锤要缓慢下落，防止碰撞井壁造成塌孔；施工时注意机械自身安全，要求施工前对各个部位的钢丝绳、杆系、易磨损部位等进行详细的检查，发现如钢丝绳断丝等现象需及时更换，发现磨损部位没有黄油了，及时增加。施工作业人员每天做好相应的成孔记录。2）成井 待成孔后，及时下无砂管，以防止塌孔。下完后要高出地面2030cm，为了使井管不出现断开或错位等情况，在井管外附着5根小竹竿，用12号铁丝捆绑，用专业升降机缓慢下沉。54待井管下沉完毕，及时回填滤料，滤料采用26mm粗粒豆石，地面下5m反滤段填入黄土封井；回填滤料时，采用人工回填，4人均匀站在井边四周，采用铲子一铲一铲均匀下料，下料不宜过快，也不能出现四周下料不均等情况，特别注意不能倾倒下料，造成空洞后泥土堵塞无砂管，影响降水效果。注意在穿越砂层时，无砂管上下1m范围内需要包裹滤网，以防止无砂管堵塞而影响降水效果，滤网采用眼孔1mm大小的钢丝网，对于穿越细砂或特细砂层时，包裹两层滤网。3）洗井 回填滤料完成后，要及时进行洗井，防止井底沉渣厚度过大或无砂管孔隙堵死；洗井时间不少于3个台班，要求基本达到水清。洗井结束后应进行单井试抽水试验，当出水量小于预计水量时，应采取其他处理措施以增大出水量，必要时应重新施工降水井。554）注意事项 施工注意事项：井径误差应20mm，垂直度误差应1%；所用滤料应具有一定磨圆度，滤料含泥量应3%，要避免填料速度过快或不均造成无砂管偏移及滤料在孔内架桥现象，洗井后滤料下沉应及时补充滤料，要求实际填料量达到95%的理论计算量；下管填料完成后应立即进行洗井，即使特殊情况间隔时间应4h，采用隔离塞分段洗井，如果泥浆中含泥砂量较大，可先捞渣或采用清水冲散稀释，再洗井；结构开挖施工前1520d开始封闭抽水，前期采用大口径、大功率水泵进行抽水，待降水深度趋于设计降深后，可以换用小功率水泵抽水，但是要随时观察降深的变化，并严格控制含砂量：粗砂含量1/50000，中砂含量1/20000，细砂含量1/10000。56 降水井的封堵 对于暗挖隧道，待二衬施工完成方可停止降水；对于明挖车站施工，结构混凝土浇注高度大于地下常水位以上，混凝土达到一定强度后方可停止抽水，并封堵降水井。降水井封堵措施及步骤如下：（1）将封堵降水井中水位降落。（2）切断电源，提出水泵及水管电缆等，向井内回填砂砾石，回填原地下水位面以上1.0m左右。（3）往井内浇筑速凝混凝土至井口，恢复原始地面。降水保证措施 1）水位下降导致的地面沉降 由于区间开挖长度大，降水深度大，降水时间长，有可能引起周围建筑物及地面不均匀沉降，原因来自两个方面：水位下降引起地面附加应力增加导致土体压缩变形，特别是水位附近的饱和黄土；降水井反滤层失效导致地层颗粒流失过大，出现地面沉降。57 降水过程中处于地下水位之下的土体，当地下水被疏干时，浮力消失，所消失的浮力转化为自重应力，其自重应力增加值相当于浮力消失值，并可视等同于原始状态下土体附加应力增加值。土体在附加应力作用下产生压缩变形与附加应力成正比，附加应力与水位下降深度有关。因此，应分阶段进行抽水，控制水位降落曲线，使之平缓下降，减小不均匀沉降。降水分一般分三阶段进行控制：第一阶段降至自然地面下11.0m，第二阶段降至自然地面下15.0m，第三阶段降至隧道底部1.0m；降至阶段控制水位时应对周邻建筑进行沉降观测，待沉降基本稳定后再进行下阶段降水。2）降水井反滤失效导致的地层土颗粒的流失 采用管井法的井点降水，如果降水井反滤层效果不理想时或砂层部位没有处理好，将会使地层土颗粒随降水水流流动而流失，随着降水的时间延长，有可能导致地面沉降，进而破坏邻近建筑物的基础，导致建筑物产生不均匀沉降。58 采取以下措施对此类影响加以有效控制：控制降水井施工时的滤料质量，提高滤料的过滤作用；在抽水时，严格控制其含砂率，超标时及时查找原因。为防止涌砂，对穿越砂层的透水管段，井管接缝处竖向3m 范围内采用60 目网包封，井底用预制混凝土底座封闭，并填入1m 后砾石，所用砾料及滤网应满足相应规范规定。变形监测 应在降水井周围30m 范围内的建筑及构筑物，在建筑及构筑物角点设置沉降观测点。沉降监测基准点距降水井不小于150m。监测频次：监测项目在抽水前应测得初始值，且不应少于两次。水位下降至设计深度期间每周观测一次，此后至停止降水前每月观测一次。监测预警值：沉降变形最大值25mm，预警值20mm。变形监测应由有监测资质的监测单位独立进行，每次监测完毕应提交中间资料。有异常情况（沉降加速）或监测达到预警值时应立即上报，停止降水，立即启动降水应急预案，待沉降稳定后方可继续降水。监测完毕提供完整的变形监测报告。59 地下结构渗漏封堵措施：一般情况下，施工质量控制得当、降水效果良好能有效的起到止水作用。但在土方开挖过程中，如出现局部渗漏或涌水现象。出现这种情况，一般堵漏方法的选择取决于漏水的速度、水压力的大小、渗漏的部位以及漏水点所处的地层等，并且在补救过程中应加强水位和变形监控。对于漏水点比较小，渗水速度慢，渗水为清水的情况，在坑（洞）内部进行处理，采用速凝型浆体材料压力注入，封堵渗漏点，能起到快速止水作用。对于漏水量大，漏水速度快，渗水携带地层颗粒流出的情况，采取如下措施：先用砂砾石回填反压渗漏部位，确保地层土颗粒不流失；在坑内采用速凝型浆体材料压力注入，封堵渗漏点；当坑外水压力较大，难以从坑内有效封堵时，可利用渗水点外侧已有的降水井抽水，进行短期减压，然后在坑内注浆封堵。速凝型注浆材料选用水泥浆和水泥-水玻璃双液浆，配比0.6:11:1。60 具体的封堵措施根据地层环境和外界条件的变化而调整。在开工前，编制好相应的应急预案和详细的施工方案。一旦出现漏水，立即组织实施，把渗漏水对进度造成的不良影响降至最低。局部水位不满足施工要求时采取的补救措施：在降水井工作抽水的情况下，基坑设计降深最大的局部区域可能出现水位无法降低的情况。出现这种情况时可采取降低水泵安装深度、提高水泵的功率，使局部降水井在单位时间里出水量增加的措施或专门设计降水井,抽水结束后对降水井必须进行封堵处理。竖井采用喷锚构筑法施工，横通道及隧道单线单洞断面采竖井采用喷锚构筑法施工，横通道及隧道单线单洞断面采用台阶法施工，单洞大断面采用用台阶法施工，单洞大断面采用CRDCRD法或双侧壁导坑法，联法或双侧壁导坑法，联拱隧道采用中洞法施工。先正洞后附属的施工顺序。拱隧道采用中洞法施工。先正洞后附属的施工顺序。超前加固超前加固采用风钻引孔并顶入小导管，大管棚施工采用导向钻机采用风钻引孔并顶入小导管，大管棚施工采用导向钻机夯管施工。夯管施工。开挖支护开挖支护单线单洞断面采用台阶法施工，上部开挖采用人工开挖，单线单洞断面采用台阶法施工，上部开挖采用人工开挖，下部用小型反铲挖掘机挖土并装碴，人工修整，初喷砼封下部用小型反铲挖掘机挖土并装碴，人工修整，初喷砼封闭开挖面及掌子面，及时架设格栅钢架，复喷砼；大断面闭开挖面及掌子面，及时架设格栅钢架，复喷砼；大断面和联拱隧道按照和联拱隧道按照“小分块、短台阶、早成环、环套环小分块、短台阶、早成环、环套环”的的原则及时支护、快封闭。原则及时支护、快封闭。其它注意事项其它注意事项防水施工防水施工采用全包自粘性防水卷材；加强两缝防水处理，特别是地采用全包自粘性防水卷材；加强两缝防水处理，特别是地裂缝段变形缝的防水处理。裂缝段变形缝的防水处理。混凝土混凝土模筑砼采用拖泵送商品砼，单线单洞拱墙衬砌采用模板台模筑砼采用拖泵送商品砼，单线单洞拱墙衬砌采用模板台车。人防段、横通道、大断面、双联拱段衬砌采用可调圆车。人防段、横通道、大断面、双联拱段衬砌采用可调圆弧钢模板型钢支撑台架系统。弧钢模板型钢支撑台架系统。通风及排水通风及排水采用隧道专用通风机，压入式通风；在区间设置集水坑，采用隧道专用通风机，压入式通风；在区间设置集水坑，洞内污水集中抽排到地面。洞内污水集中抽排到地面。特殊段施工特殊段施工下穿立交桥、盖板河先洞内、洞外加固，后掘进施工，及下穿立交桥、盖板河先洞内、洞外加固，后掘进施工，及时进行支护，适时进行地面补偿注浆；人行天桥桩基先托时进行支护，适时进行地面补偿注浆；人行天桥桩基先托换，再补偿加固地层，后开挖通过；加强构筑物监测。换，再补偿加固地层，后开挖通过；加强构筑物监测。通风及排水通风及排水采用隧道专用通风机，压入式通风；在区间设置集水坑，采用隧道专用通风机，压入式通风；在区间设置集水坑，洞内污水集中抽排到地面。洞内污水集中抽排到地面。特殊段施工特殊段施工下穿立交桥、盖板河先洞内、洞外加固，后掘进施工，及下穿立交桥、盖板河先洞内、洞外加固，后掘进施工，及时进行支护，适时进行地面补偿注浆；人行天桥桩基先托时进行支护，适时进行地面补偿注浆；人行天桥桩基先托换，再补偿加固地层，后开挖通过；加强构筑物监测。换，再补偿加固地层，后开挖通过；加强构筑物监测。结结 束束 语语64 由于水平有限，难免出现不足甚至错误之外，请各位同行批评指正。谢 谢 大 家！