北京地铁过含水砂层施工对策摘要:结合北京地铁五号线磁器口至崇文门区间隧道及崇文门东站的工程实际,比较详细地论述了该区间隧道临时施工竖井和施工横通道、崇文门车站东南风井及风道过含水砂层时所采用的施工方案,介绍了防止涌水涌砂、避免产生过大降沉的方法,以及结合具体地质情况所采取的降水措施。关键词:含水砂层;施工对策;降水盲区1工程概况 北京地铁五号线05标段即磁器口至崇文门区间及崇文门车站,在五号线的南端,线路南北走向,基本垂直于北京冲洪积扇,属于永定河冲洪积扇的中下部,地处于北京城区较富水区(浅层水井单口出水量为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,局部地段起伏较大。地面标高为44m左右,地层主要以圆砾、砂砾卵石为主,一般有厚层粘性土分布其间。含水层厚度8～12m,地下水基本流向为由西北向东南,水位埋深17～19m,含水层渗透系数50～80m/d。 本标段采用管井结合辐射井进行深层降水。因各方面原因降水井施工滞后,且不能在短时间内形成无水施工的作业条件(根据后期降水效果,本地区降水工作应超前土建施工3～4个月),并且该标段地下管线众多,场地狭小造成降水井布设断点,形成降水盲区,降水的缺憾造成地层中滞留大量残留水给竖井及隧道开挖带来很大困难。2 施工对策与方案2.1 区间临时施工竖井过含水层施工 磁-崇区间临时施工竖井断面为长6.0m,宽4.6m的矩形,竖井场地由民房拆迁形成,地下6～7m为杂填物,废旧管线较多。在结构周边内共布置15眼管井,竖井施工至标高28.69m时,发现潜水层层面为粉细砂层。为保证正常施工,在等待降水的同时,采取了竖井内大口井降水施工(直径1.6m)、增加钢格栅锁脚管和加强回填注浆的方案,挖至标高25.50m为粉质砂层,并出现大量涌砂、垮塌现象,无法继续施工。通过大口井降水的施工对地质情况进行了超前探测。发现在标高23.5m处为地质分界线,其下为5m厚的粘土不透水层,为潜水层的隔水层。提出分侧开挖的施工方案,施工步骤如下,并见图1。
①对竖井采用中间排管分割,减小每步开挖面面积。先行开挖水量较小的南侧半个竖井。排管伸入粘土层1m。 ②对北半侧竖井进行临时封底,防止涌砂,并设置滤水层及集水井排水减小水压。 ③对标高25.50～23.5m之间井壁的5榀钢格栅,每榀均沿拱架周边打设间距0.2m、长2.5m的外插导管。用超前注双液浆隔离流砂,并在未完全隔离部位填塞木板堵塞流砂。 ④竖井封底后及时在竖井四边含水层到井口范围内开设观察孔,对井壁后土体进行探测。如发现空洞应及时喷入混凝土干料并注浆回填。 ⑤同时,对含水层(厚2m)及其以上松散土层的井壁周边4m的范围内的土体进行回填补偿注浆,以保证竖井周边土体密实。2.2磁崇区间横通道含水层施工 磁崇区间施工通道位于区间里程K6+624.531处,与区间隧道正交连接。施工通道全长56.241m,埋深约18m。地面为竖井施工场地及交通干道崇文门外大街,其中有39.19m位于道路下方。在横通道标准段拱部施工时,由于残留潜水水位上升导致拱部受地下水流影响的范围加大,每榀开挖均有垮塌现象,坍塌范围一般为拱顶1.5m,向隧道前进方向1m,两侧各1m。在第三榀格栅架立尚未调整就被流砂淤死。立即停止开挖,进行封闭掌子面、注浆。针对竖井、区间横通道马头门段、标准段施工中的共同难点,考虑到如果潜水层底部残留水无法有效排除,施工安全将得不到保障。提出采用超前下导洞引排水,上断面后跟进的施工方案。 ①为保证开挖超前小导洞的上层覆土的隔水性和稳定性,在横通道下部粘土层内距含水层1.5m以下施工超前导洞,在导洞拱顶排设内径为?32的引水钢管,将含水层中的大部分残留水引下来通过PVC汇水 ②施做下导洞时预留了两侧墙上部的连接板,为保证结构的完整性在施工横通道上断面时,在上下节板处增加纵向钢格栅,长与边墙格栅用L型钢筋连接。 ③在拱部开挖时,每循环打设1.5m长,环向间距10cm的φ32导管,超前注浆支护。 ④当导洞施工超前10～15m时,施工横通道的上断面。在上断面施工时,对不能完全解决的隧道两侧少量流水引起拱腰至拱脚(约1.5m范围两侧径向平均0.6m)的土层损失,在格栅架立后用同标号的喷射混凝土回填。并及时对横通道砂层周边2.5m范围内的土体进行补偿注浆,预防因含水层砂体流失造成上层土体逐层塌陷。2.3崇文门站东南风井过含水层施工 东南风井场地内完成25眼降水管井,因施做哈德门饭店基础围护桩(反循环成孔)造成串孔、淤死,实有降水井11眼。竖井开挖至标高26.4m时,地层为粉细砂层,发现地层含水量加大。参照区间竖井施工情况,挖大口井进行地质和潜水水位探测。探测发现标高25.70m为残留潜水层顶面,地层为粉细砂层和含砂粉土层;在标高24.2m处地层分界,下部为不透水的粘土层。大口井挖设同时,发现标高24.2～25.7m的含水地层情况基本与区间竖井一致,都有大量涌砂现象。于是提出扩挖井身、施做密排钢管隔离墙的施工方案,见图3。 ①在风井内施做3眼大口井进行坑内降水配合开挖。 ②为了防止施工中流砂引起坍塌,风井采取竖井井身外扩开挖,以便在流砂层顶部向下周边密排钢管形成钢管隔离墙。竖井施工结束后将扩挖部分恢复至限界面。 ③在含水层过后,及时封闭开挖面,对残留水层进行回填注浆是防止残留水沿井壁下渗造成结构壁后土体流失、危及结构及周边建构物安全的重要措施。 ④竖井封底后及时在竖井四边含水层到井口范围内,开设观察孔对井壁后土体进行探测。如发现空洞应及时喷入混凝土干料并注浆回填。同时,对含水层2.0m及其以上松散土层的井壁周边4m范围内的土体进行回填补偿注浆,以保证竖井周边土体密实。 ⑤在考虑施工顺序时,应先做钻孔灌注桩后做降水井,以防混凝土浆液堵死降水井。2.4崇文门车站东南风道含水层施工 东南风道三层标高为20.905～25.765m,处于粉质粘土、粉砂及粘土层,在标高24.2～25.7m为含水砂层。并且东南风道两侧管线及建构物较多(φ1000mm的上水管、?φ1000的下水管、?φ300mm的煤气、哈德门饭店、盖板河、热力方沟等)。结合风井的施工情况,过含水砂层极其困难,并且残留水对后续施工的影响很大。为了避免在开挖边墙时造成严重坍塌,导致拱脚悬空、结构沉降加大,从而影响地下管线及地表建筑物的安全,对风道含水层的施工采用砂渗井进行渗排水降低水位。在含水层上方20cm处设临时仰拱,临时封闭控制结构沉降,及时对侧壁土体进行补偿和回填注浆等技术措施,见图4。
①以风道二层临时仰拱为施工平台,采用小型螺旋钻机超前施做孔径为240mm、纵向间距1000mm、深8.5m的砂渗井,将含水层中的水渗排至降水效果显著的承压水层; ②根据前阶段的施工经验,在含水层上方仍会有10～15cm的残留水无法完全疏干,为了减小该层水对土层的影响范围及尽快使结构临时封闭,在含水层上方20cm处设置临时仰拱; ③风道三层分上下台阶施工后,上台阶处于砂质粉土层,开挖时易造成侧壁土体坍落,为了保证周边建构物的安全,要求对侧壁土体采用水泥水玻璃双液浆进行补偿加固处理; ④对因潜水残留水造成的坍塌部分在格栅架立前,对侧墙一侧先挂钢筋网再采用同标号的混凝土进行回填以防止坍塌的进一步扩大; ⑤及时埋设回填注浆管,回填注浆采用水泥浆。3结束语 区间竖井选择水量较小的南侧先行施工,以减小开挖断面,达到快速封闭、顺利通过含水层的目的;区间横通道施工充分利用地层的特性与结构之间的关系,采用下导洞先行,将上层残留水引排至下导洞达到减小残留水对拱部砂层影响的目的;东南风井结合区间竖井地质条件,以大口井作超前地质探测,在进入含水层前扩挖井身、施做注浆隔水墙,防止施工时涌水涌砂;对于东南风道,则是利用地质分布与结构的关系,采用施做垂直密集的渗水砂井将上层的残留水导入下面的承压水层来减小残留水对施工的影响。在含水层段结构封闭后及时进行侧壁补偿注浆,防止壁后土层位移的发展,这一系列方案的制定及完善,都是基于对工程、水文地质的认识,并在工程实践的基础上完成的。
