区间降水设计方案10113.docx

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区间降水设计方案10113

西安地铁一号线一期工程TJSG-9标段

朝康区间

降水工程设计方案

机械工业勘察设计研究院

二〇〇九年十月

西安地铁一号线一期工程TJSG-9标段

朝康区间

降水工程设计方案

设计：

杨丽娜

审核：

王勇华

审定：

田树玉

机械工业勘察设计研究院

二〇〇九年十月

目录

第一部分概述1

1.1编制依据1

1.1.1甲方提供的参考资料1

1.1.2相关规范和规程1

1.2编制原则1

1.2.1确保方案实用原则1

1.2.2确保降水的科学原则2

1.2.3确保降水质量的原则2

第二部分朝阳门～康复路区间降水设计2

2.1朝阳门～康复路区间工程概况2

2.1.1工程位置及结构类型2

2.1.2工程地质状况3

2.1.3水文地质状况5

2.1.4不良地质及特殊岩土5

3.1.4.1不良地质现象5

2.1.4.2特殊岩土及特殊地质问题6

2.2朝阳门～康复路区间降水方案6

2.2.1工程地质、水文地质的分析、降水方案的选择7

2.2.1.1环境分析7

2.2.1.2方案选择7

2.2.2降水设计计算7

2.2.2.1计算参数7

2.2.2.1降水计算8

2.2.2.2管井位置确定14

2.2.3降水周期14

第三部分降水保证措施及降水应急预案14

3.1降水保证措施14

3.1.1防止周围建筑物不均匀沉降措施14

3.1.1.1水位下降导致的地面沉降14

3.1.1.2降水井反滤失效导致的地层土颗粒的流失-18-

3.1.2变形监测措施-19-

3.1.3降水对周边建（构）筑物影响的应急措施-19-

3.1.4地下结构渗漏封堵措施-20-

3.1.5局部水位不满足施工要求时采取的补救措施-20-

3.2降水的应急预案-20-

3.2.1应急预案-21-

3.2.1.1应急范围-21-

3.2.1.2事故的预防-21-

3.2.2现场应急措施-22-

3.2.2.1停电、水泵损坏应急措施-22-

3.2.2.2不均匀沉降应急措施-22-

第一部分概述

1.1编制依据

1.1.1甲方提供的参考资料

⑴《西安市地铁一号线一期工程（后围寨～纺织城）朝阳门外地裂缝变形带岩土工程勘察报告》（详勘）

⑵《西安市地铁一号线一期工程（后围寨～纺织城）康复路f4地裂缝变形带岩土工程勘察报告》（详勘）

⑶《西安市地铁一号线一期工程详细勘察阶段朝阳门站-康复路站区间岩土工程勘察报告》

⑷《西安市地铁一号线一期工程（后围寨～纺织城）朝阳门站-康复路站区间喷锚构筑法隧道》

1.1.2相关规范和规程

⑴《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ/T111-98）

⑵《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）

1.2编制原则

根据朝康区间左、右线周边建（构）筑物特征、周边地面交通状况及地下管线情况、工程地质及水位地质状况，确定基坑及隧道降水方案，并通过以下一些原则来保证基坑降水方案的安全、实用及经济可行。

1.2.1确保方案实用原则

⑴确保基坑及隧道内土方的正常开挖，基坑开挖及地下结构施工期，地下水位保持在基坑及隧道底面以下0.5～1.5m；

⑵采取一定的降水措施，尽量确保基坑外水位平稳下降，使降水所引起的沉降和差异沉降量最小，保证降水期间邻近建筑物及地下管线能够正常使用；

⑶在达到降水设计要求的前提下，使抽取的地下水总量最少，工程投资最经济，以减小对周边环境的影响。

1.2.2确保降水的科学原则

⑴因基坑深度大、水位降深大，必须严格按照设计规定的控制水位分阶段降水，每降落到阶段特征水位，及时对周邻建（构）筑物和地下管线等进行监测，待周边环境变形均在规范和设计要求范围内时，再进行下一阶段降水；

⑵编制变形监测的专项方案，密切监视基坑周围建（构）筑物及地面的变形；

⑶设置观测井，密切监视观测井水位，按照设计要求控制水位；

⑷做好降水运行期间突发事件的预警措施，如突然停电、抽水泵损坏等，以便能及时采取合理措施予以解决，避免酿成事故。

1.2.3确保降水质量的原则

⑴根据地层及场地条件选用合适的成井工艺，成井完毕及时洗井；

⑵做好成井过程中的地层记录工作，与勘察报告或设计使用地层进行对比分析，对差异较大之处应及时上报，以便设计能及时调整；

⑶做好井管接头处以及砂层等易产生潜蚀地段的反滤工作；

⑷做好降水期间的维护工作，如定期对抽水设备进行维护检查，及时进行设备的保养工作，以及保护降水井口，防止杂物等掉入井内等；

⑸及时整理降水、变形监测报告，分析基坑降水引起的变形等问题，以便及时纠正降水中的不合理或错误施工。

第二部分朝阳门～康复路区间降水设计

2.1朝阳门～康复路区间工程概况

2.1.1工程位置及结构类型

西安市地铁一号线朝阳门～康复路区间沿长乐西路机动车道和人行道向东行进至沿长乐西路东行至康复路站，穿越f朝阳门外地裂缝及f4地裂缝。

长乐西路为东西向交通干道，地面车流及人流密集，道路两旁建筑物林立，沿线经过长乐居小区，华东品牌服饰加盟广场，金朗男装名品批发商城，澳龙服装批发中心，第四军医大学和金德大厦，并下穿中兴路人行天桥；管线主要沿道路两旁布设。

朝阳门～康复路区间，起于朝阳门车站，至于康复路车站，隧道位于长乐西路的下方，地面高程为400.17～402.61m，区间起迄里程为Z（Y）DK22+519.000～Z（Y）DK23+295.200,左、右线隧道分别长774.597m和776.200m。

隧道左、右线均采用喷锚构筑法施工。

本区间在里程为YDK22+750.950处设联络通道一座。

本区间在里程为ZDK22+651.627～ZDK22+695.851段下穿中兴路人行天桥，天桥为钻孔灌注桩基，桩长30m，桩径1m。

桩基础与隧道的最小净距为0.938m。

本区间在左线：

ZDK22+544.234～ZDK22+726.304（长度182.07m）及ZDK23+166.145～ZDK23+295.200（长度：

129.055m）范围和右线：

YDK22+519.000～YDK22+695.837（长度：

176.837m）和及YDK23+151.355～YDK23+295.200（143.845m）范围内为地裂缝处理段，左右线地裂缝处理段长分别为：

311.125m、320.682m。

2.1.2工程地质状况

2.1.2.1区域特征

1）地形地貌

西安市地铁一号线朝阳门站～康复路站区间起始于朝阳门车站，终止于康复路车站，区间隧道位于长乐西路正下方，区间地面标高404.99～407.91m，全段东高西低，高差2.92m。

地貌属黄土梁洼。

2）地层岩性

朝阳门站～康复路站区间范围内地表一般均分布有厚薄不均的全新统人工填土；其下为上更新统风积新黄土（局部为饱和软黄土）及残积古土壤，再下为中更新统风积老黄土、冲积粉质黏土、粉土、细砂、中砂及粗砂等。

3）地质构造

据长安大学工程设计院一号线地裂缝专门勘察结果，f朝阳门外地裂缝在区间近朝阳门车站段通过，f4地裂缝在区间近康复路车站段通过，此外区间内无其它断裂。

2.1.2.2岩土分层及其特征

主要地层特征自上而下分述如下：

①全新统地层（Q4）

1-1层杂填土（Q4ml）

主要路面及路基组成，较密实，全场地分布。

层厚0.70～1.90m，层底深度0.70～1.90m，层底标高403.43～407.21m。

在CZ4-5钻孔层厚达13.5m,以建筑垃圾为主含黏性土,疏密不均。

1-2层素填土（Q4ml）

主要由黏性土组成，含白灰渣及少量砖瓦碎块，较松散,局部分布，属高压缩性土，具湿陷性。

层厚0.70～5.10m，层底深度1.20～5.80m，层底标高399.69～405.73m。

②上更新统地层（Q3）

3-1-1层新黄土（Q3eol）

褐黄色，大孔、虫孔发育，见蜗牛壳碎片，硬塑—可塑状态，属高压缩性土，具湿陷性。

层厚0.50～5.50m，层底深度3.00～6.50m，层底标高398.89～404.82m。

3-1-2层饱和软黄土（Q3eol）

褐黄色，大孔、虫孔发育，见少量白色钙质条纹及蜗牛壳碎片，属高压缩性土，软塑，局部流塑。

层厚2.50～10.30m，东厚西薄,层底深度8.70～13.70m，层底标高391.59～397.32m。

3-2-2层古土壤（Q3el）

红褐色，具针状孔隙，含多量白色钙质条纹及结核，团粒结构，底部结核富集成30cm左右硬层。

可塑状态，属中压缩性土。

层厚3.20～5.50m，层底深度12.50～18.30m，层底标高386.99～392.92m。

③中更新统地层（Q2）

4-1-2层老黄土（Q2eol）

褐黄色，具针状孔隙，含少量钙质结核，见蜗牛壳碎片，可塑状态。

钻探中缩孔，属中压缩性土。

层厚3.30～9.90m，层底深度20.30～26.20m，层底标高379.39～387.20m。

4-4层粉质黏土（Q2al）

灰黄色，含钙质及铁锰质结核，可塑状态，属中压缩性土。

最大揭露厚度19.40m。

夹中砂薄层。

4-7层中砂（Q2al）

灰黄色，长石—石英质，级配不良，含少量粉土，饱和，密实。

层厚0.70～3.50m。

各层土的埋藏条件及分布规律详见朝阳门朝阳门～康复路区间地质纵剖面图。

2.1.3水文地质状况

2.1.3.1渗透系数的计算及其选用

场地地下水属潜水类型，2008年10月，勘察测量的稳定水位埋深为4.3～7.5m，相应标高397.89～403.41m，高差达5.52m，东高西低，该区段为兴庆湖渗漏抬升地下水位影响区，地下水流向为NW。

水位年变幅1m左右。

潜水赋存于上更新统残积古土壤、中更新统风积黄土及其砂夹层中，主要含水层为中更新统冲积粉质黏土2～3层中砂透镜体夹层，分布不连续，该层透水性好，赋水性强。

地下水补给主要是大气降水及地表水渗入。

潜水西北流向，排泄方式为迳流、人工开采及蒸发消耗。

根据勘察报告建议，结合水文地质试验及地区经验，综合确定各层渗透系数K结果见下表1。

渗透系数确定表一

地层K（m/d）确定方法

新黄土

饱和软黄土

古土壤

老黄土

粉质黏土

中砂

《地下铁路、轻轨交通岩土工程勘察规范》

0.25～0.50

0.25～0.50

0.25～0.50

0.25～0.50

0.25～0.50

5～20

经验值

5～10

5～10

5～10

3～8

3～8

20～30

抽水试验

朝阳门站

6.89～7.09

康复路站

5.26～6.83

建议值

分层

8

8

7

5

5

25

混合含水层（含中砂层）

ZDK22+519.00至ZDK22+750段为12m/d；ZDK22+750至ZDK23+296.7段为10m/d

2.1.4不良地质及特殊岩土

3.1.4.1不良地质现象

A.人为坑洞

本区间位于西安市东西主要干道上，地下管网密布。

根据经验西安市的人为坑洞埋深在5～11m之间，宽度小于3m，施工前应查清人为坑洞的具体位置及坑洞大小。

对存在有人为坑洞的地段，应予以重视，采取一定的预防和处理措施，防止其对地铁工程的危害。

B．地面沉降

本区间引起地面沉降的因素包括地下水的降低，饱和软黄土的压缩固结、暗挖施工等，暗挖施工期间应加强支护结构，控制支护体系的变形，严格控制降水井出泥、出砂，达到控制周边地面沉降、保护周围环境安全。

施工期间通过加强对周围建筑、地面及支护结构沉降及水平位移的监控，时刻掌控降水对周边环境的影响。

C．地裂缝

根据长安大学工程设计研究院完成的西安市地铁一号线地裂缝勘察报告，f朝阳门外及f4地裂缝从本区间通过，特别是主变形带的土体中，存在着很多细小的裂缝，地裂缝两边土体较为破碎，地下水的控制、突然涌水、涌砂、塌方及地裂缝两边严重的不均匀沉降问题比较突出，也使基坑降水难度加大。

2.1.4.2特殊岩土及特殊地质问题

A.填土

本车站勘察场地范围内均有人工填土分布，其厚度不均，其土质结构松散不均，在地下排污管道渗漏处及地下水位附近其具有较高的含水量。

B.饱和软黄土

由于地下水位的变动，地下水位附近的黄土层含水量达到饱和，常呈软塑～流塑状态，其承载力小，抗剪强度低，压缩性高，对工程建设尤其是地铁工程有一定的危害。

本场地有饱和软黄土分布。

其厚度一般在2.5～10.3m，埋深在水位附近。

C.施工中的地面沉降

由于施工周期较长，且施工时须采取降水措施，故可能引起局部范围内的地面变形。

施工期间需加强周围建筑、地面及支护结构沉降及水平位移的监控，时刻掌控周边环境条件的变化和降水对周围环境的影响。

2.2朝阳门～康复路区间降水方案

2.2.1工程地质、水文地质的分析、降水方案的选择

2.2.1.1环境分析

A．建筑物

朝阳门～康复路区间起始里程ZDK22+519.000，终止里程ZDK23+295.200，全长约776.2m，位于长乐西路，沿线地表建筑物较密集，且多层建筑较多。

B．地下管线

本区间地下管线纵横交织，通讯电缆线、自来水管、污水管道密布，人口密集，交通便利。

本区间处于西安市东西方向的交通主干道，一旦发生工程事故，造成的影响和后果将会特别严重。

因此对本降水工程的安全性提出了更高的要求。

在方案设计过程中需要重点考虑降水效果及降水对周围环境的不良影响，如地面沉降及对地埋的市政管网的影响。

根据本工程在降水施工过程中容易出现渗水、涌水等现象，需要有很丰富的施工经验，有针对性的制定应急预案和措施。

2.2.1.2方案选择

拟建工程为地下工程，基坑开挖深度区间隧道最大埋深23.0m左右，勘察期间地下水位4.5～7.5m，区间部分降水深度14.0m左右。

根据工程地质条件、水文地质条件及基坑周边建筑物环境条件，本区间的基坑降水可以采用坑（隧道）外管井降水，主要选择原因如下：

⑴结合多年在黄土地区的降水经验及相邻建筑物降水资料综合分析，本降水区间可以采用管井降水方案。

⑵基坑工程降水涉及到的因素比较多，为了保证基坑降水顺利进行，以及为了解决后期施工降水出现的预料外问题，如局部水位下降太慢或降水不符合设计要求等，需要根据邻近降水井附近区域未启动的降水井水位资料来判断。

2.2.2降水设计计算

2.2.2.1计算参数

根据工程地质勘察报告对各含水层渗透系数的建议值，以及本区间各含水层的厚度，计算中渗透系数取勘察报告建议值。

拟采用降水井的参数为：

井径800mm，井管外径600mm，内径500mm。

相关计算参数见下表二。

朝康区间隧道涌水量计算参数表表二

分段区间里程

轨底埋深

（m）

K

（m/d）

H

（m）

S

（m）

L

（m）

B

（m）

η

ZDK22+519.000～ZDK22+750.000

22.3～23.3

12

38.5

16.75～18.1

231

22

1.06

ZDK22+750.000～ZDK23+125.200

23.3～18.8

10

34.5

17～16

375.2

22

1.04

ZDK23+125.200～ZDK23+295.200

18.8～16.7

10

35

15～13.3

170

22

1.08

2.2.2.1降水计算

（一）确定井深

降水井的深度按《工程地质手册》（第四版）公式（9-5-3）确定

其中：

H/—轨道底埋深；

i—降水漏斗的水力坡降，计算中取0.1；

h—其值=i*r0。

r0取左右线降水井间距的一半15m，降水井暂考虑布置在隧道支护结构外3m；

sw—设计要求降水水位距离基坑底的深度，本设计中取1m；

hw—降水期间地下水位变幅，取2m；

h’—沉砂管长度，取3m；

L—降水井过滤器工作长度，其初步假定长度取《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）公式8.3.4计算所得过滤器进水部分长度的3倍；

（公式8.3.4）

其中：

K—渗透系数；

rw—管井半径（m），本设计中拟采用0.3。

各段井深计算结果如表三所示：

朝康区间各区段降水井深度计算汇总表表三

分段区间里程

q

（m3/d）

K

（m/d）

rs

（m）

L

（m）

轨底埋深

（m）

h

（m）

Hw

（m）

ZDK22+519.000～ZDK22+750.000

600

12

0.3

6.96

22.3～23.3

1.5

37.26

ZDK22+750.000～ZDK23+125.200

480

10

0.3

5.91

23.3～18.8

1.5

34.41

ZDK23+125.200～ZDK23+295.200

480

10

0.3

5.91

18.8～16.7

1.5

31.41

根据隧道降水特点，以往工程经验和计算结果，本设计在区间ZDK22+519.000～ZDK22+750.000拟采用45.0m的降水井，其余地段拟采用40.0m的降水井。

（二）降水计算

根据本区间结构特征、周边建筑物情况、地层地质特点，周围水文地质条件及降深，同时结合地铁隧道施工降水的特点，本区间根据降深分为三部分来考虑。

根据区间开挖深度范围内含水层的分布情况及地下水赋存特征，本区间涌水量计算采用模型为潜水完整井，基坑远离

边界,见右图。

按等代“大口井”以潜水完整井计算，根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）公式计算。

n=1.1Q/q0

r0=0.25η（L+B）

式中：

Q—涌水量（m3/d）；

R—影响半径（m）；。

H—含水层厚度（m）；

η—系数，计算方法参见《工程地质手册》（第三版）第955页表9-5-3，线性插入，具体见表二；

r0—降水等效半径（m）；

B—隧道宽度,本计算中取隧道两线平均宽度20.0m；

S—基坑（降水井壁外侧）水位降深（m）；

L—隧道计算长度（m）；

q0—单井出水量（m3/d）；

n—降水井数量（个）。

A.ZDK22+519.000～ZDK22+750.000降水计算

此区间地下水平均在6.5m，隧道底在22.3～23.3m，水位降深16.75～18.1m。

（1）涌水量计算

根据《规程》F.0.7确定降水影响半径

（m）

根据《工程地质手册》（第三版）公式9-5-11确定基坑等效半径

r0=0.25*1.06*（231+22）=67.045（m）

基坑涌水量

（m3/d）

（2）单井出水量计算

过滤水管进水部分长度按2.5m。

单井最大出水量

（m3/d）

因滤水管工作长度是变化的，故设计单井出水量取600m3/d。

（3）降水井数量计算

按《规程》8.3.3计算得：

需要降水井的数量

n=1.1Q/q0=1.1*15700.66/600=29口

（4）验算每根井管的出水量

（m3/d）〈q/

29口井的总涌水量为：

Q=29*526.59=15271.08（m3/d）<15700.66（m3/d）

根据计算结果和实际施工经验，拟在本段布置降水井32口，井间距约15.0m。

实际操作时，可根据周围建筑适当调整井间距。

施工时可采用适当增加过滤器进水部分长度和调整单井抽水量达到施工降水要求。

（5）验算单井过滤器进水部分长度

满足条件！

采用以上设计参数，应用理正岩土降水计算软件对该区域进行降水验算，验算结果表明此降水设计满足施工要求，降水范围内各点降水幅度均满足基坑底的干作业施工。

B.ZDK22+750.000～ZDK23+125.200降水计算

此区间地下水平均在5.0m，隧道底在20.1～18.8m，水位降深16.0～17.0m。

（1）涌水量计算

根据《规程》F.0.7确定降水影响半径

（m）

根据《工程地质手册》（第三版）公式9-5-11确定基坑等效半径

r0=0.25*1.04*（375.2+22）=103.23（m）

基坑涌水量

（m3/d）

（2）单井出数量计算

过滤水管进水部分长度按2.0m。

单井最大出水量

（m3/d）

因滤水管工作长度是变化的，故设计单井出水量取360m3/d。

（3）降水井数量计算

按《规程》8.3.3计算得：

需要降水井的数量

n=1.1Q/q0=1.1*14069.06/360=43口

（4）验算每根井管的出水量

（m3/d）〈q/

43口井的总涌水量为：

Q=43*319.21=13726.20（m3/d）<14069.06（m3/d）

根据计算结果和实际施工经验，结合施工工序（一次开挖长度小于本区间计算长度），拟在本段布置降水井50口，井间距约15.0m。

实际操作时，可根据周围建筑适当调整井间距。

施工时可采用适当增加过滤器进水部分长度和调整泵型增加单井抽水量（特别是降水初期用水量较大时）达到施工降水要求。

（5）验算单井过滤器进水部分长度

满足条件！

采用此设计参数，应用理正岩土降水计算软件进行验算，验算结果表明此降水设计满足施工要求，降水范围内各点降水幅度均满足基坑底的干作业施工。

C.ZDK23+125.200～ZDK23+295.200降水计算

此区间地下水在平均4.0m，隧道底在18.5～15.0m，水位降深15～13.3m。

（1）涌水量计算

根据《规程》F.0.7确定降水影响半径

（m）

根据《工程地质手册》（第三版）公式9-5-11确定基坑等效半径

r0=0.25*1.08*（170+22）=51.84（m）

基坑涌水量

（m3/d）

（2）单井出数量计算

过滤水管进水部分长度按2.0m。

单井最大出水量

（m3/d）

因滤水管工作长度是变化的，故设计单井出水量取480m3/d。

（3）降水井数量计算

按《规程》8.3.3计算得：

需要降水井的数量

n=1.1Q/q0=1.1*10610.03/480=24口

（4）验算每根井管的出水量

（m3/d）〈q/

24口井的总涌水量为：

Q=24*428=10272（m3/d）<10610.03（m3/d）

根据计算结果和实际施工经验，拟在本段布置降水井26口，井间距约15.0m。

实际操作时，可根据周围建筑适当调整井间距。

施工时可采用适当增加过滤器进水部分长度和调整单井抽水量达到施工降水要求。

（5）验算单井过滤器进水部分长度

满足条件！

采用此设计参数，应用理正岩土降水计算软件进行验算，验算结果表明此降水设计满足施工要求，降水范围内各点降水幅度均满足基坑底的干作业施工。

2.2.2.2管井位置确定

根据暗挖区间和竖井及横通道的结构尺寸等因素综合考虑确定降水井距的位置。

考虑地下结构施工操作空间及尽量避免降水井置于结构中（以免与结构施工发生矛盾）。

因此，初步确定降水井中心距结构外边缘不小于3.5m。

根据暗挖区间的地质情况、地下水位埋深、水位降深要求、区间结构特点和施工特点，结合计算结果和以往工程经验，拟在线路上布置降水井108口，平均井间距约15.0m，实际采用的泵型应根据隧道内水位及出水量确定，