北京地鐵過(guò)含水砂層施工對(duì)策摘要:結(jié)合北京地鐵五號(hào)線磁器口至崇文門區(qū)間隧道及崇文門東站的工程實(shí)際,比較詳細(xì)地論述了該區(qū)間隧道臨時(shí)施工豎井和施工橫通道、崇文門車站東南風(fēng)井及風(fēng)道過(guò)含水砂層時(shí)所采用的施工方案,介紹了防止涌水涌砂、避免產(chǎn)生過(guò)大降沉的方法,以及結(jié)合具體地質(zhì)情況所采取的降水措施。關(guān)鍵詞:含水砂層;施工對(duì)策;降水盲區(qū)1工程概況 北京地鐵五號(hào)線05標(biāo)段即磁器口至崇文門區(qū)間及崇文門車站,在五號(hào)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(qū)較富水區(qū)(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(biāo)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?yàn)橛晌鞅毕驏|南,水位埋深17～19m,含水層滲透系數(shù)50～80m/d。 本標(biāo)段采用管井結(jié)合輻射井進(jìn)行深層降水。因各方面原因降水井施工滯后,且不能在短時(shí)間內(nèi)形成無(wú)水施工的作業(yè)條件(根據(jù)后期降水效果,本地區(qū)降水工作應(yīng)超前土建施工3～4個(gè)月),并且該標(biāo)段地下管線眾多,場(chǎng)地狹小造成降水井布設(shè)斷點(diǎn),形成降水盲區(qū),降水的缺憾造成地層中滯留大量殘留水給豎井及隧道開(kāi)挖帶來(lái)很大困難。2 施工對(duì)策與方案2.1 區(qū)間臨時(shí)施工豎井過(guò)含水層施工 磁-崇區(qū)間臨時(shí)施工豎井?dāng)嗝鏋殚L(zhǎng)6.0m,寬4.6m的矩形,豎井場(chǎng)地由民房拆遷形成,地下6～7m為雜填物,廢舊管線較多。在結(jié)構(gòu)周邊內(nèi)共布置15眼管井,豎井施工至標(biāo)高28.69m時(shí),發(fā)現(xiàn)潛水層層面為粉細(xì)砂層。為保證正常施工,在等待降水的同時(shí),采取了豎井內(nèi)大口井降水施工(直徑1.6m)、增加鋼格柵鎖腳管和加強(qiáng)回填注漿的方案,挖至標(biāo)高25.50m為粉質(zhì)砂層,并出現(xiàn)大量涌砂、垮塌現(xiàn)象,無(wú)法繼續(xù)施工。通過(guò)大口井降水的施工對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行了超前探測(cè)。發(fā)現(xiàn)在標(biāo)高23.5m處為地質(zhì)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(cè)開(kāi)挖的施工方案,施工步驟如下,并見(jiàn)圖1。 ①對(duì)豎井采用中間排管分割,減小每步開(kāi)挖面面積。先行開(kāi)挖水量較小的南側(cè)半個(gè)豎井。排管伸入粘土層1m。 ②對(duì)北半側(cè)豎井進(jìn)行臨時(shí)封底,防止涌砂,并設(shè)置濾水層及集水井排水減小水壓。 ③對(duì)標(biāo)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(shè)間距0.2m、長(zhǎng)2.5m的外插導(dǎo)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(shí)在豎井四邊含水層到井口范圍內(nèi)開(kāi)設(shè)觀察孔,對(duì)井壁后土體進(jìn)行探測(cè)。如發(fā)現(xiàn)空洞應(yīng)及時(shí)噴入混凝土干料并注漿回填。 ⑤同時(shí),對(duì)含水層(厚2m)及其以上松散土層的井壁周邊4m的范圍內(nèi)的土體進(jìn)行回填補(bǔ)償注漿,以保證豎井周邊土體密實(shí)。2.2磁崇區(qū)間橫通道含水層施工 磁崇區(qū)間施工通道位于區(qū)間里程K6+624.531處,與區(qū)間隧道正交連接。施工通道全長(zhǎng)56.241m,埋深約18m。地面為豎井施工場(chǎng)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(biāo)準(zhǔn)段拱部施工時(shí),由于殘留潛水水位上升導(dǎo)致拱部受地下水流影響的范圍加大,每榀開(kāi)挖均有垮塌現(xiàn)象,坍塌范圍一般為拱頂1.5m,向隧道前進(jìn)方向1m,兩側(cè)各1m。在第三榀格柵架立尚未調(diào)整就被流砂淤死。立即停止開(kāi)挖,進(jìn)行封閉掌子面、注漿。針對(duì)豎井、區(qū)間橫通道馬頭門段、標(biāo)準(zhǔn)段施工中的共同難點(diǎn),考慮到如果潛水層底部殘留水無(wú)法有效排除,施工安全將得不到保障。提出采用超前下導(dǎo)洞引排水,上斷面后跟進(jìn)的施工方案。 ①為保證開(kāi)挖超前小導(dǎo)洞的上層覆土的隔水性和穩(wěn)定性,在橫通道下部粘土層內(nèi)距含水層1.5m以下施工超前導(dǎo)洞,在導(dǎo)洞拱頂排設(shè)內(nèi)徑為?32的引水鋼管,將含水層中的大部分殘留水引下來(lái)通過(guò)PVC匯水 ②施做下導(dǎo)洞時(shí)預(yù)留了兩側(cè)墻上部的連接板,為保證結(jié)構(gòu)的完整性在施工橫通道上斷面時(shí),在上下節(jié)板處增加縱向鋼格柵,長(zhǎng)與邊墻格柵用L型鋼筋連接。 ③在拱部開(kāi)挖時(shí),每循環(huán)打設(shè)1.5m長(zhǎng),環(huán)向間距10cm的φ32導(dǎo)管,超前注漿支護(hù)。 ④當(dāng)導(dǎo)洞施工超前10～15m時(shí),施工橫通道的上斷面。在上斷面施工時(shí),對(duì)不能完全解決的隧道兩側(cè)少量流水引起拱腰至拱腳(約1.5m范圍兩側(cè)徑向平均0.6m)的土層損失,在格柵架立后用同標(biāo)號(hào)的噴射混凝土回填。并及時(shí)對(duì)橫通道砂層周邊2.5m范圍內(nèi)的土體進(jìn)行補(bǔ)償注漿,預(yù)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(fēng)井過(guò)含水層施工 東南風(fēng)井場(chǎng)地內(nèi)完成25眼降水管井,因施做哈德門飯店基礎(chǔ)圍護(hù)樁(反循環(huán)成孔)造成串孔、淤死,實(shí)有降水井11眼。豎井開(kāi)挖至標(biāo)高26.4m時(shí),地層為粉細(xì)砂層,發(fā)現(xiàn)地層含水量加大。參照區(qū)間豎井施工情況,挖大口井進(jìn)行地質(zhì)和潛水水位探測(cè)。探測(cè)發(fā)現(xiàn)標(biāo)高25.70m為殘留潛水層頂面,地層為粉細(xì)砂層和含砂粉土層;在標(biāo)高24.2m處地層分界,下部為不透水的粘土層。大口井挖設(shè)同時(shí),發(fā)現(xiàn)標(biāo)高24.2～25.7m的含水地層情況基本與區(qū)間豎井一致,都有大量涌砂現(xiàn)象。于是提出擴(kuò)挖井身、施做密排鋼管隔離墻的施工方案,見(jiàn)圖3。 ①在風(fēng)井內(nèi)施做3眼大口井進(jìn)行坑內(nèi)降水配合開(kāi)挖。 ②為了防止施工中流砂引起坍塌,風(fēng)井采取豎井井身外擴(kuò)開(kāi)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(jié)束后將擴(kuò)挖部分恢復(fù)至限界面。 ③在含水層過(guò)后,及時(shí)封閉開(kāi)挖面,對(duì)殘留水層進(jìn)行回填注漿是防止殘留水沿井壁下滲造成結(jié)構(gòu)壁后土體流失、危及結(jié)構(gòu)及周邊建構(gòu)物安全的重要措施。 ④豎井封底后及時(shí)在豎井四邊含水層到井口范圍內(nèi),開(kāi)設(shè)觀察孔對(duì)井壁后土體進(jìn)行探測(cè)。如發(fā)現(xiàn)空洞應(yīng)及時(shí)噴入混凝土干料并注漿回填。同時(shí),對(duì)含水層2.0m及其以上松散土層的井壁周邊4m范圍內(nèi)的土體進(jìn)行回填補(bǔ)償注漿,以保證豎井周邊土體密實(shí)。 ⑤在考慮施工順序時(shí),應(yīng)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(fēng)道含水層施工 東南風(fēng)道三層標(biāo)高為20.905～25.765m,處于粉質(zhì)粘土、粉砂及粘土層,在標(biāo)高24.2～25.7m為含水砂層。并且東南風(fēng)道兩側(cè)管線及建構(gòu)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(jié)合風(fēng)井的施工情況,過(guò)含水砂層極其困難,并且殘留水對(duì)后續(xù)施工的影響很大。為了避免在開(kāi)挖邊墻時(shí)造成嚴(yán)重坍塌,導(dǎo)致拱腳懸空、結(jié)構(gòu)沉降加大,從而影響地下管線及地表建筑物的安全,對(duì)風(fēng)道含水層的施工采用砂滲井進(jìn)行滲排水降低水位。在含水層上方20cm處設(shè)臨時(shí)仰拱,臨時(shí)封閉控制結(jié)構(gòu)沉降,及時(shí)對(duì)側(cè)壁土體進(jìn)行補(bǔ)償和回填注漿等技術(shù)措施,見(jiàn)圖4。 ①以風(fēng)道二層臨時(shí)仰拱為施工平臺(tái),采用小型螺旋鉆機(jī)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(jù)前階段的施工經(jīng)驗(yàn),在含水層上方仍會(huì)有10～15cm的殘留水無(wú)法完全疏干,為了減小該層水對(duì)土層的影響范圍及盡快使結(jié)構(gòu)臨時(shí)封閉,在含水層上方20cm處設(shè)置臨時(shí)仰拱; ③風(fēng)道三層分上下臺(tái)階施工后,上臺(tái)階處于砂質(zhì)粉土層,開(kāi)挖時(shí)易造成側(cè)壁土體坍落,為了保證周邊建構(gòu)物的安全,要求對(duì)側(cè)壁土體采用水泥水玻璃雙液漿進(jìn)行補(bǔ)償加固處理; ④對(duì)因潛水殘留水造成的坍塌部分在格柵架立前,對(duì)側(cè)墻一側(cè)先掛鋼筋網(wǎng)再采用同標(biāo)號(hào)的混凝土進(jìn)行回填以防止坍塌的進(jìn)一步擴(kuò)大; ⑤及時(shí)埋設(shè)回填注漿管,回填注漿采用水泥漿。3結(jié)束語(yǔ) 區(qū)間豎井選擇水量較小的南側(cè)先行施工,以減小開(kāi)挖斷面,達(dá)到快速封閉、順利通過(guò)含水層的目的;區(qū)間橫通道施工充分利用地層的特性與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系,采用下導(dǎo)洞先行,將上層殘留水引排至下導(dǎo)洞達(dá)到減小殘留水對(duì)拱部砂層影響的目的;東南風(fēng)井結(jié)合區(qū)間豎井地質(zhì)條件,以大口井作超前地質(zhì)探測(cè),在進(jìn)入含水層前擴(kuò)挖井身、施做注漿隔水墻,防止施工時(shí)涌水涌砂;對(duì)于東南風(fēng)道,則是利用地質(zhì)分布與結(jié)構(gòu)的關(guān)系,采用施做垂直密集的滲水砂井將上層的殘留水導(dǎo)入下面的承壓水層來(lái)減小殘留水對(duì)施工的影響。在含水層段結(jié)構(gòu)封閉后及時(shí)進(jìn)行側(cè)壁補(bǔ)償注漿,防止壁后土層位移的發(fā)展,這一系列方案的制定及完善,都是基于對(duì)工程、水文地質(zhì)的認(rèn)識(shí),并在工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上完成的。