7号线新河街站盾构始发降水设计Word格式.docx
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1.3降水方式
依据以上设计要求,针对盾构始发(新河街站)端进行降水设计,拟采用中深管井“开放式”疏干降水,设计降水目标为隧道底板以下1.0m。
2、方案设计的编制依据
2.1《武汉市轨道交通7号线一期工程第III标段新河街站~螃蟹甲站区间岩土工程详细勘察报告》(武汉市测绘研究院)(2014年5月);
2.2本区间设计文件;
2.3国家标准《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》(GB50307-1999);
2.4国家标准《供水水文地质勘察规范》(GB50027-2001);
2.5国家标准《供水管井技术规范》(GB50296-99);
2.6国家标准《建筑工程施工质量验收规范》(GB50300-2001);
2.7行业标准《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012);
2.8行业标准《建筑与市政降水工程技术规范》(JGJ/T111-98);
2.9地方标准《基坑工程技术规程》(DB42/T159-2012);
2.10地方标准《基坑管井降水工程技术规程》(DB42/T830-2012);
2.11轨道交通7号线新河街车站深基坑降水设计、施工经验及有关技术资料。
3、场区工程地质及水文地质条件概述
3.1地形地貌
拟建区间盾构始发位于武昌区友谊大道与新河街交汇处附近,毗邻内沙湖公园。
场地地面标高在20.76~22.25m之间(以孔口标高计),地势较平坦,地貌单元表现为长江冲积Ⅰ级阶地。
3.2地基土分层
根据地勘报告,场地主要岩土层分布如下:
(一)填土(Qml)层
①杂填土(地层代号(1-1)):
杂色,湿~饱和,高压缩性,由粘性土与砖块、碎石、块石、片石、炉渣等建筑垃圾及生活垃圾混合而成(局部地表有15~50cm厚的沥青砼地坪)。
该层土结构不均、土质松散,层厚0.80~5.00m,普遍分布于场地表层,堆积年限一般大于10年。
素填土(地层代号(1-2)):
灰褐~灰色,以粉质粘土为主,软~可塑状态,湿~饱和,高压缩性,局部夹植物根系及小碎石,埋深0.80~2.70m,层厚0.70~3.30m,场地沿线局部分布,堆积年限一般大于10年。
③淤泥(Ql)(地层代号(1-3)):
灰褐~灰黑色,饱和,流塑状态,高压缩性,富含有机质及生活垃圾,具流变性,具腐臭味,无摇振反应,干强度中等,韧性中等。
局部地段零星分布,埋深2.40~3.50m,其厚度0.70~2.40m。
(二)第四系全新统冲积(Q4al)层
①淤泥质黏土(地层代号(3-4)):
灰~褐灰色,饱和,流~软塑状态,高压缩性,含少量高岭土,无摇振反应,干强度高,韧性高。
沿线局部分布,埋深2.50~5.40m,其厚度10.30~17.20m。
②粉质黏土(地层代号(3-4a)):
灰褐~黄褐色,饱和,软~可塑状态,压缩性中偏高,含氧化铁,铁锰质结核及少量高岭土,局部地段夹粉土、粉砂,无摇振反应,干强度高,韧性高。
主要分布于场地(3-4)层淤泥质黏土下,埋深14.00~20.00m,其厚度2.60~6.70m。
③粉土、粉砂夹粉质黏土(地层代号(3-5)):
灰色,饱和,稍密、松散夹流塑状态,压缩性中偏高,矿物成分以石英、长石为主,局部夹粉质粘土,粉土、粉砂层厚比约4:
6。
场地大部分地段分布,埋深18.60~25.00m,其厚度0.90~7.40m。
④粉细砂(地层代号(4-2)):
灰色,饱和,中密状态,矿物成分主要为石英、长石,含白云母,主要分布友谊大道新河街~螃蟹甲一带。
埋深21.5~31.3m,其厚度3.70~14.80m。
(三)下伏基岩
志留系(S)粉砂质泥岩及泥质粉砂岩:
①强风化粉砂质泥岩(地层代号(20a-1)):
浅灰色~青灰色~褐灰色,岩芯大部分风化成土状,泥质胶结,手捏易散,局部夹未完全风化岩块,粉砂~泥质结构,块状构造,倾角在45-70°
左右,采取率为90-95%,属于极软岩,岩体破碎,岩体基本质量等级为Ⅴ类,埋深33.50~37.50m。
②中风化粉砂质泥岩(地层代号(20a-2)):
浅灰~褐灰色,主要矿物成份为粘土矿物,泥质结构和粉砂质结构,泥质胶结,层状构造,裂隙发育,裂隙面光滑,岩芯呈碎块状和短柱状,锤击声哑,易碎,局部出现砂岩、泥岩互层现象,具软硬不均特征,倾角在45-70°
左右,采取率为85-90%,属于极软岩,岩体破碎~较破碎,岩体基本质量等级为Ⅴ类,揭露该层厚度36.30~48.00m。
③强风化泥质粉砂岩(地层代号(20b-1))
灰色~褐灰色,岩芯呈土柱状,偶见未完全风化岩块,泥质~粉砂状结构,块状构造,节理、裂隙较发育,倾角在45-70°
左右,采取率为65-75%,属于极软岩,岩体破碎,岩体基本质量等级为Ⅴ类,部分勘探孔揭露该层,埋深34.60~35.00m。
④中风化泥质粉砂岩(地层代号(20b-2))
灰色~褐灰色,岩芯呈块状或柱状,泥质~粉砂状结构,块状构造,节理、裂隙较发育,倾角在50-70°
左右,采取率为65-75%,属于软岩,岩体较破碎,岩体基本质量等级为Ⅴ类,部分勘探孔揭露该层,埋深35.50~37.80m。
3.3水文地质概况
3.3.1地表水
新河街站范围内的地表水系主要为附近沙湖水系,主要接受大气降水补给,与长江水力联系受人为因素控制。
2012年3月28日地勘实测新河街站附近沙湖内水面标高为18.98m,水深一般0.2~2.4m,湖底淤泥厚一般1.6~5.0m。
据相关水文资料,沙湖历史最高水位为19.65m,正常水位为19.15m。
3.3.2地下水类型及地下水位
根据场区原始地形条件及地层的水理性质、赋水性能及地下水的埋藏条件等分析判断,在勘探深度范围内拟建场地地下水类型主要分为上层滞水、孔隙承压水两种类型。
1、上层滞水
上层滞水主要赋存于
(1)层人工填土层中,接受大气降水及周边居民生活用水渗透垂直下渗补给,无统一自由水面,水位及水量随大气降水及周边生活排水量的大小而波动,勘察期间测得场地上层滞水初见水位在地面下1.20~2.50m之间,静止水位在地面下1.00~2.00m。
2、孔隙承压水
孔隙承压水主要赋存于(3-5)层及(4)单元层粉土、砂土中,其上覆(3-4)层、(3-4a)层淤泥质黏土及一般粘性土可视为其隔水顶板,下卧(20)单元层粉砂质泥岩可视为隔水底板。
孔隙承压水水量丰富,与长江有较密切的水力联系,其水位变化幅度受长江水位涨落影响,据现场抽水试验结果,勘察期间实测承压水位埋深在5.80m,相当于标高15.19m左右。
建议施工前设置水文地质观测孔进行长期观测,观测承压水位的动态变化。
3.4含水层组成及特点
场地上层滞水含水层薄、水量不大。
场地孔隙承压水主要赋存于(3-5)层粉土、粉砂夹粉质粘土及(4)单元层粉土、粉砂层中,其含水层厚度不大、压力水头高、水量丰富,与沙湖水体和长江水系均有水力联系。
地下水补给条件好,且水量丰富,处理难度大,是本次降水中面临的主要问题。
基岩裂隙水水量很小,流通性差,就本降水区间而言可不考虑。
4、降水设计
4.1区间特点分析
新螃区间盾构始发(新河街)端左右线纵向错开57m施工,采用∅850@600mm三轴搅拌桩进行土体加固处理,加固体与车站主体围护结构(包括连续墙槽壁加固搅拌桩)之间的空隙采用一排∅800@500mm三重管高压旋喷桩进行填充,加固宽度12.2m,纵向长度10.5m。
端头加固深度约20m(以隧道右线底板标高5.324m测算),已深入3-4a粉质粘土层中,距离含水层顶板距离不足3m。
盾构始发施工安全等级为一级。
4.2设计思路
根据地勘报告和设计文件,盾构始发端降水属于开放式疏干降水,降水目标水位取隧道底板以下1.0m(绝对标高3.0m)。
首先,根据地勘资料及新河街车站主体降水抽水试验结果,确定水文地质参数,估算降水范围总涌水量。
其次,结合地层结构、降深及端头加固深度因素进行降水井结构设计;
依据岩土体性质和分布、降水范围及其与车站主体的位置关系等因素综合确定降水井平面布置。
最后,考虑车站主体地连墙落底及其降水井(含观测井)平面布置因素,适当优化盾构始发范围降水井数量。
现场抽水试验确定单井出水量,确定渗透性,优化调整降水设计。
观测不同时间水位降深情况,通过信息化施工开启合理的降水井数量。
4.3水文地质参数选取
4.3.1渗透系数K
根据场地水文地质勘察与抽水试验结果,K值取定为16.5m/d。
4.3.2影响半径R
根据抽水试验结果,影响半径R取值278m。
4.3.3概化半径(等效半径r0)
采用“大井法”,按矩形基坑考虑,其概化半径参照下式计算:
-------------系数,b/a=0.36,取1.1;
a-------------基坑长度,110m;
b--------------基坑宽度,40m。
概化半径:
r0=41m
4.4深井降水井设计
4.4.1涌水量估算
依据《基坑管井降水工程技术规程》(DB42/T830-2012),涌水量计算按均质含水层承压水完整井井流模型,计算公式为:
式中:
K—含水层平均渗透系数;
M—承压含水层厚度,含水层埋深-1.3~-13.9m;
S—水位降深,综合考虑内沙湖常年水位和本站点地勘实测承压水位,取定降水水头高度为19.0m;
估算时取隧道底板以下1.0m,即控制水位为3.0m,则S=16.0m;
R—影响半径;
r0—等效半径;
K=16.5m/d、M=12.6m、S=16.0m、R=278m、r0=41m,
据上式求得Q=10152m3/d。
4.4.2降水井数量
干扰井群单井出水量按每口井1200m3/d考虑,则需降水井数量为:
n’=10152/1200≈9口
本次降水按一级基坑考虑,安全系数取1.3,则需设计降水井总数量为:
11口。
4.4.3深井降水结构设计
降水井井身结构系依据降水地段地质岩性构成、水文地质条件、钻孔工艺、施工要求及有关规范规定设计。
降水井深度应根据降水深度,含水层的埋藏分布、地下水类型及降水期间地下水位动态等因素确定,可按下式计算:
——降水井深度(m);
——基坑深度(m);
——降水水位距离基坑底要求的深度(m);
——i、r0,i为水力梯度,r0为降水井分布的等效半径(m);
——降水期间地下水位的变幅(m);
——降水井过滤器工作长度(m);
——降水井沉淀管的长度(m);
其孔径和井管管径则按反滤层厚度、排水含砂量要求及安泵深度、泵型决定,综合考虑坑底加固区范围、封井及上述因素,降水井及观测井同等规格,其结构设计参数如下:
a、降水井钻探孔径600mm,以井深定长33.0m控制,其中底部2.0m预留沉淀管;
b、井管直径Φ290,井管采用钢质焊缝井管,壁厚4mm,实管长度19.0m;
c、滤管采用钢管,直径Φ290,穿孔垫筋包网(60目)结构,虑管长度12.0m;
d、滤料:
0~17m环填粘土球,17~33m环填ф1~3mm圆砾;
以钻孔QQJz06-Ⅲ13-30为例,降水井结构设计详见附图
(二)。
4.4.4降水井布置
降水井平面布置时主要考虑以下几个方面:
◆井数一定时,降水效果最优化,保证降水范围内任一点的降深均满足设计要求;
◆避开各种已有建(构)筑物位置,适当预留施工便道;
◆考虑降水运行期间井的维护,降水井尽量线性布置;
◆尽量减少降水对周围环境的不利影响;
◆确保降水井最小间距,以免影响单井出水量。
综合考虑以上要求进行布井,降水井总体呈矩形、均匀布置,左线端头布置5口,右线端头布置6口,一般井间距9.0~10.0m。
盾构始发端头共布置降水井11口(不含利用车站主体的2口),其平面布置详附图
(一)。
4.6封井措施
降水结束后,根据“以砂还砂、以土还土”的原则,在井管内填入相应的止水材料并焊封井口。
4.7几点建议
4.7.1单井抽水试验
按照有关国家标准规范要求,对于降水设计,必须首先进行抽水试验,以验证设计所需的水文地质参数。
具体为在正式降水施工前先进行3口降水井试验,分别设置1口抽水井和2口观测井,进行抽水试验。
4.7.2联网群井抽水试验
降水井全部建成后、凿井设备退场前,应进行联动降水试运行,检验降水效果,同时验证系统的供电、排水能力,确保降水万无一失。
4.7.3降水运行信息化
端头始发施工提前3到5天开启降水井试抽水,视降水季节、环境因素开启井群的组合应不断调整,必要时开启车站主体基坑外围的观测井GC-5和GC-6辅助抽水;
在保证施工安全的同时,兼顾对环境的影响达到最小,同时可节省电能。
4.7.4供电
在保证网电连续供电的同时,为防止万一停电不能抽水的影响,必须备用发电机组,保证停电半小时内,发电机启用,确保连续供电、降水。
4.7.5排水
严禁100m以内排水回渗而降低降水效果,同时严格控制降水井出砂含量,严禁因降水井含砂超标堵塞市政排水系统。
4.7.6观测井
本次降水可利用备用井兼作观测井,其结构设计与降水井一致,具有高灵敏度、便于土方开挖之利。
5、降水水位预测及降水动态控制
5.1降水水位预测
降水期间,降水范围内任意点处的水位降可视为群井在该点水位降叠加,并以此预测降水水位。
水位降预测采用公式为:
Sr—降水范围内、外任意距离处水位降(m);
K—渗透系数(m/d);
M—含水层概化厚度(m)
Qi—抽水井单井排水量
;
R—降水期间影响半径(m);
ri—任意点距抽水井的距离(m)。
其计算结果详见水位等值线图、降幅等值线图(附图三、四),计算表明,各处降深均满足设计水位降要求。
5.2降水动态控制
为降低降水对周边环境的影响,需根据施工工况对降水井运行动态控制,务必做到按需降水。
盾构始发端头在破除洞门之前,应将地下水位降至隧道底板以下1m,待盾构进、出洞完成后,在车站后浇环梁浇注完成并达到设计强度之后,方能停止降水。
降水停止后降水井不能废除,同时应根据车站端头渗漏水情况确定是否需再次启动降水。
6、降水对周边环境影响的预测及评价
地层固结沉降可以根据水位变幅范围内各地层厚度、压缩模量及距离降水范围不同距离点水位降深引起的土体应力变化等参数进行估算。
本工程降水属于疏干降水,承压水位下降引起的地面沉降可由以下公式计算预测。
式中:
——水位下降引起的地面沉降(mm);
——经验系数(M1×
M2,素填土、粘性土M1取0.5,粉细砂M1取0.7;
M2取0.9);
——水位下降引起的各计算分层有效应力增量(kPa);
——受降水影响地层的分层厚度(cm);
——计算分层数;
——各分层的压缩模量(kPa)。
地层沉降计算参数(参考地勘QQJz06-Ⅲ13-30孔)
地层
计算厚度(m)
Esi(MPa)
备注
杂填土(1-1)
3.0
淤泥(1-3)
0.3
*
粘土(3-1)
1.1
粘土夹粉土(3-2)
1.6
淤泥质黏土(3-4)
11.3
沉降预测时,*层未予考虑
粉质粘土(3-4a)
5.2
4.7
粉土、粉砂夹粉质黏土(3-5)
3.2
7.5
粉细砂(4-2)
5.1
17
任意两点由于承压水水位下降引起的地面不均匀沉降的斜率为:
u—为承压水水位比降值,
I—为承压水位流网的水力坡度
经天汉软件对地面沉降模拟计算,其地面沉降预测值详见地面沉降等值线图(附图五)。
计算表明,降水引起的最大沉降约46.0mm,其不均匀沉降率小于1‰。
为安全起见,在降水运行前,应在地面和建(构)筑物布置沉降观测点,在降水运行期间加强沉降监测,及时反馈沉降信息,采取预防应急措施,以确保建(构)筑物的安全。
7、施工要求
7.1降水井施工要求
按《供水管井技术规范》(GB50296-99)规定及设计要求进行施工。
7.1.1钻探
7.1.1.1钻机安装平稳,确保钻孔圆正、垂直、孔斜不得超过1°
。
7.2.1.2为提高钻探进尺和成孔质量,钻探采用清水冲击钻成孔工艺,保证孔壁的稳定;
减少孔底沉渣厚度。
7.1.2井管安装
井管安装前,应根据井管的结构设计,进行配管;
检查井管质量,并应符合设计要求;
下管前,测量孔深,使井管安装符合设计要求。
为减少井管安装时间,应先在附近地面将每节井过滤器包扎好,在孔口再次焊接入孔时,应采取防护烧伤措施。
为确保井管在入孔后位于钻孔中心,使井管与孔壁间的环形间距厚度均匀,井管每间隔12m设置导中器。
7.1.3填砾与管外封闭
井管安装后,及时进行填砾,填砾前选用砾料粒径规格应符合设计要求,备好填料运输工具,尽可能缩短填筑时间,填砾时,砾料应沿井管四周均匀连续填入,随填随测。
7.2洗井与试验性抽水要求
7.2.1当井管安装与填筑砾料完成后,应及时进行洗井。
洗井的目的是清除井内泥浆,破坏井壁附着的泥皮、钻探渗入含水层中的泥浆和细小颗粒,使过滤器周围形成一个良好的透水人工过滤层,以增加井的出水量和透水性。
7.2.2洗井可视孔内泥浆稠度,含水层特性与成井时间,先采用化学方法洗井,后可采用机械方法(如活塞、空压机等)洗井,最后可采用水泵抽水洗井,洗井至水清砂净,出水量满足设计要求为止,洗井时应同步进行降水井与水位观测井的水位观测。
7.2.3洗井结束后,应测量管内沉淀物厚度,当沉淀物过多时,应采用小抽筒或泵吸法捞取。
7.2.4单井洗井结束后,进行单井试验性抽水,以初步确定单井出水量及动水位深度,为施工降水的运行提供监控依据。
7.2.5全部水井施工结束后,正式降水运行前,进行群井抽水试验,验证降水效果,并检验供电排水系统的负荷能力。
7.3排水含砂量要求
降水运行期间,抽排水的含砂量应符JGJ/T111-98规范中的有关规定并满足小于1/100000。
8、施工监测与降水维护
8.1监测内容
包括降水和建(构)筑物(含地面)变形监测两个部分。
8.1.1支护结构位移和沉降变形监测以及邻近建(构)筑物的沉降与变形监测,由监测单位负责进行。
8.1.2降水井排水流量、水位、排水含砂量及水位观测井水位监测,由降水单位负责进行。
8.2监测要求
8.2.1盾构始发施工前须做好监测方案和观测点的布置,具体位置和数量由监测单位实施。
采用精密水准仪按有关规范要求进行观测。
8.2.2观测基准点为2个,设在开挖影响范围外。
8.2.3在降水阶段和开挖卸荷急剧时,应加密观测。
观测资料要及时整理出累计变形量及沉降速率等。
8.2.4观测精度及闭合差应符合有关规范规定。
8.3降水监测细则
8.3.1降水运行前应全部测量一次井内水位和各井出水量。
8.3.2抽水开始后,在水位未达到设计降水深度以前,每天观测三次水位、水量。
8.3.3当水位已达到设计降水深度,且趋于稳定时,可每天观测一次。
8.3.4如遇降雨,观测次数宜每日2~3次。
8.3.5水位、水量观测精度要求符合规范规定。
8.3.6对水位、水量监测记录应及时整理,绘制水量Q与时间t和水位降深值S与时间
过程曲线图,分析水位水量下降趋势,预测设计降水深度要求所需时间。
8.3.7根据水位、水量观测记录,查明降水过程中的不正常状况及其产生的原因,及时提出调整补充措施,确保达到降水深度。
8.4降水维护
8.4.1降水期间应对抽水设备和运行状况进行维护检查,每天检查不应少于3次,并应观测记录水泵的工作压力、电流、电压、出水等情况,发现问题及时处理,使抽水设备始终处在正常运行状态。
8.4.2抽水设备应进行定期检查保养,如水泵出现故障,应及时更换。
8.4.3经常检查排水管、沟,防止渗漏。
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