东四站1号竖井及横通道安全施工专项方案Word文件下载.docx
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东四站1号竖井及横通道地质剖面图(附后)。
2.3水文地质情况
根据水文资料本竖井及通道自上而下共穿越四层地下水,分别为上层滞水、潜水、层间潜水、承压水,各层地下水水位特征见表2-1。
地下水水位特征表2-1
地下水性质
水位埋深(m)
水位标高(m)
含水层岩性
上层滞水
(一)
5.80
38.81
粉土③层
潜水
(二)
16.50~17.60
26.90~27.95
圆砾—卵石⑤层
层间潜水(三)
21.20~24.30
20.18~23.34
承压水(四)水头高度10m
卵石—圆砾⑦层、粉细砂⑦1层、中粗砂⑦2层
承压水
(四)
卵石—圆砾⑨层、粉细砂⑨1层
场区内地下水对混凝土结构无腐蚀性,对钢结构有弱腐蚀性。
对钢筋混凝土中的钢筋在长期浸水条件下无腐蚀,在干湿交替条件下有弱腐蚀性。
2.4设计概况
1、竖井结构
东四站1号施工竖井为矩形断面形式,井深35.1m,初衬内净空尺寸为9m×
4.5m,井口处设置0.8×
2.0米锁口圈,竖井施工采用倒挂井壁法施工,初期支护体系为:
φ42*3.25mm超前小导管,L=2.0m,环向间距1m,竖向每榀一打+φ25主筋钢格栅+φ6.5双层钢筋网,网格尺寸150*150mm,Φ22连接钢筋+C25喷射混凝土(300mm,400mm)+格栅钢架,C25喷射混凝土封底,且竖井中间设工32c型钢对撑及角撑。
2、施工通道支护结构
横通道进洞结构形式为拱顶直墙断面,净宽4m,净高19.96m,分5层开挖;
横通道进车站结构后改为上下导洞施工,上导洞净宽4m,净高6.59m,下导洞分为两种断面形式,E-E断面净宽4m,净高6.7m,F-F断面净宽4m,净高5.1m。
初期支护体系为:
φ108×
5mm大管棚,L=37m,环向间距300mm,水平倾角0.5~1度+φ42*3.25mm超前小导管,L=1.8m,环向间距300mm,水平倾角15~20度,每榀一打+φ6.5单层钢筋网,网格尺寸150*150mm,Φ22连接钢筋+350mm厚C25喷射混凝土。
横通道封堵墙采用工22a工字钢+钢格栅+Φ22双层连接钢筋,间距500mm+φ6.5单层钢筋网,网格尺寸150*150mm+350mm厚C25喷射混凝土。
2.5管线概况
暗挖通道垂直下穿管线包括给水、污水、雨水、电信、电力、热力、煤气等在内的数十条地下管线,纵横交错,非常复杂。
其中东四西大街下方的DN1550污水管线由于老化严重,已成为严重的风险隐患,该管线已数次造成道路塌陷事故,该管线将对暗挖施工产程较大的影响。
DN800上水、DN600上水、DN400上水管线的管材均为脆性材料,且老化严重。
重要管线与暗挖横通道结构的相互位置关系见下表。
重要管线与暗挖横通道结构相互位置关系表2-2
序号
建筑物名称
管线材质及埋深
与横通道拱顶的距离
1
φ400给水
铸铁管,管底埋深1.7m
约10.4m
2
φ1550污水
混凝土管,管底埋深7.7m
约4.8m
3
φ900污水
混凝土管,管底埋深3.0m
约9.6m
4
3000×
1500热力
混凝土方沟,沟底埋深5.0m
约7.2m
5
φ800给水
铸铁管,管底埋深2.4m
约9.9m
6
φ2400雨水
混凝土管,管底埋深6.2m
约6.8m
主要管线与横通道位置关系见图2—3。
图2—3主要管线与横通道位置关系图
3风险分析
东四站1号施工竖井横通道穿越东四西大街南侧辅路、主路,横通道垂直下穿沿东西走向上水、污水、热力、雨水等管线,且许多管线老化严重,穿越时存在较大风险,根据以往施工经验施工过程中可能存在如下风险:
1、各种管线修建及使用的时间长短不一,造成管线材质及当时施工工艺的质量处于不同层次,造成有些管线使用至今已经出现老化,损坏,自身强度降低等情况,在通道结构施工时,由于对地层的扰动,易造成管线沉降或偏压断裂,道路塌陷危险。
2、给、排水管线一直在使用过程中,由于管线损坏,存在长期渗漏水现象,在管线周围可能存在水囊或由于长期渗漏对管线周围土体冲刷,土质相对疏松,形成流沙,若掌子面开挖到水囊附近,造成水囊破裂,存水下泻或遇到流沙,流沙外涌等现象,极易引起掌子面坍塌,从而造成管线破裂、道路塌陷等危险出现。
3、若遇到下雨天气,排水管线排水量大大增加,超出管线排水能力,管道内水流的水压必将大增,存在极大的安全隐患。
4、各种管线,均位于车站隧道上方,与车站1号竖井横通道正交。
经我单位调查表2—2中管线均为城区主要市政管线,且φ1550污水管线曾多次出现过破裂,造成道路坍塌等危险,因此该管线是暗挖施工中最大的安全隐患。
5、东四西大街为市区交通主干道,车流量极大,车辆行驶所引起的振动对拱顶覆土稳定性的影响较大,加上暗挖施工过程中结构必然存在不同程度的沉降,因此这些因素也是构成各种管线破裂、产生塌方不可忽视的因素。
6、排水管线承担车站降水施工的排水任务,各种排水管线将承担超过其设计负荷,因此排水管线老化部位很可能出现破裂、渗漏等危险情况。
4既有管线保护措施
针对如上分析,为了保证工程施工时各种管线、结构物的安全及正常营运,保证东四西大街的正常通行,除了严格按照“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的十八字方针指导施工外,还需要着重采取如下措施:
超前地质预报措施;
对竖井、降水井及排水管线等明挖施工,管线探测措施;
对横通道暗挖施工,需要根据实际情况采取超前注浆、深层注浆加固周围地层措施;
监控量测措施等。
4.1超前地质预报措施
1、超前地质探孔
超前地质探孔主要用于富水地段,是对其他地质探测手段成果的确认和补充。
通过对探孔中土体含水率的分析,掌握地下水的分布情况,指导施工。
由于超前探孔能最直接的揭示掌子面前方的地质特征,为了提高地质预报的质量,因此在富水地段和下穿供排水管线地段,采用超前地质钻孔探测地下水和水囊。
探孔采用洛阳铲成孔,每5m一个循环,探孔布置在拱顶和两侧边墙各布1个孔。
探孔深度为5m,水平打设。
2、地质素描
每一循环开挖后,及时做地质素描,掌握掌子面地质变化情况,绘制地质变化曲线,为下循环开挖作指导,为临机情况的处理提供依据。
3、地质综合判断分析
是综合地质预报方法的中枢,主要是根据探测的预报结果,给出对其他预报方法的验证和指导。
4、地质预报结果的分析处理
为了确保预报结果质量,加快信息反馈速度,对每一次的预报数据均由专人输入计算机进行管理,并绘制特殊地质地段位置、范围图,组织相关人员对预报结果进行详细分析,拿出既经济又可靠的施工方案,把损失减少到最小程度。
4.2竖井施工措施
竖井施工时必须采用人工“十”字探槽法开挖管线探沟,必须采用人工开挖,严禁使用机械,探沟必须开挖至原状土或者该场区周边已知埋深最深管线的管底标高,只有确认竖井范围内没有其他管线时才可以人工配合挖掘机械进行开挖;
如果发现竖井范围内存在管线,首先停止开挖并立即上报监理、设计及业主,然后确认管线身份并采取必要的保护措施并通知管线产权单位现场查看确认,最后由相关各方共同确定施工方案。
为了保证竖井施工过程中的安全,竖井施工工艺要严格按照东四站1号施工竖井及横通道施工方案中所述施工方法施工。
4.3降水井及排水管线施工措施
降水井及排水管线主要沿竖井四周,下穿东四西大街南侧辅路,该辅路地表以下各种市政管线密布,需要制定严格的施工措施保证管线安全。
1、降水井开始架立钻机施工之前必须首先人工开挖探孔,开挖时除破除路面使用风镐外,其他位置必须采用铁锹辅助人工开挖。
探孔必须开挖至原状土或者该探孔周边已知埋深最深管线的管底标高,确认下部无管线之后再架立钻机施工;
如发现管线,立刻停止施工并进行回填恢复,然后改移降水井井位再次开挖人工探孔。
2、排水管线开挖之前必须首先进行详细的实地管线探测,确认管线线路。
对沿线易损害、埋深浅的重要管线必须标明具体位置,在开挖时给予充分的关注。
如果与排水管线发生冲突的,提前制定必要的处理方案报监理、业主及管线产权单位审批。
只有批准后方准许施工。
排水沟开挖时,除路面结构采用风镐破除外,必须采用镐、铁锹辅助人工分层分段开挖,每次开挖厚度不超过20cm。
确保各种管线的安全。
如果遇到不明管线首先采取必要的保护措施,同时上报监理、业主,确定下一步施工工序。
4.4供排水管线防渗措施
1、DN1550污水管线由于老化严重,已成为严重的风险隐患,该管线已数次造成道路塌陷事故,该管线将对暗挖施工产程较大的影响,应管线业主单位要求,对该管线进行原位换管保护处理。
2、DN800上水、DN600上水、DN400上水管线的管材均为脆性材料,且老化严重,应管线业主单位要求,对暗挖结构范围内的管线进行原位换钢管保护处理。
3、换管范围必须延伸到开挖影响线以外10m。
4.5横通道开挖施工措施
1、横通道施工过程中严格按照设计施工,根据超前地质预报情况及管线沉降监控量测情况采取如下措施:
1横通道进洞采取φ108*5mm超前大管棚超前支护,管棚长度40m,注水泥浆。
2横通道设计超前管棚采用Φ42x3.25热轧钢管,管长1.8m,环向布设间距为30cm,纵向每榀布设,向上水平倾角15~20度;
在过重要管线、地下结构物、遇到粉细沙层或注浆效果不理想的情况下,上导洞采用双层超前小导管,Φ42x3.25热轧钢管,管长1.8m,环向布设间距为12~20cm,纵向每榀布设,水平倾角15~20度。
小导管施作过程中,尽可能减小水平倾角,保证支护效果。
拱顶每榀格栅喷射混凝土完成后,立即封闭掌子面注浆,浆液采用水泥水玻璃双液浆,浆液配合比根据实际地质水文情况试验确定,待浆液凝固后再继续开挖。
3如果掌子面地质突变、岩层松散,为了保证掌子面岩层的稳定性,采取对第一层导洞断面注浆的方式加固土层。
注浆管采用Φ42x3.25的钢管,管长4m。
施工时,纵向每6榀施做,在掌子面按梅花形水平打设,横向及竖向间距均为1.0m,然后挂网喷射10cm后混凝土封闭掌子面注浆,加固土层。
4超前注浆
管超前注浆支护工艺流程详见图4-2。
图4-2超前注浆施工工艺流程图
为了应对施工过程中可能存在的各种情况,在浆材选择上准备了几种方案,开挖后如果无水,可考虑使用改性水水泥水玻璃浆液,如果开挖土层含水,考虑使用普通水泥水玻璃双液浆,并在水泥浆中加少量膨润土,以增加可灌性。
施工中根据试验选择合理的注浆参数。
(注浆压力p一般取为0.2~0.5MPa,注浆半径一般取为0.2m),总的原则是浆液要满足固结地层,防止涌水的需要。
注浆前先挂网喷混凝土封闭掌子面以防漏浆,对于强行打入的钢管应先冲净管内积物,然后再注浆,注浆顺序由下向上,浆液用搅拌桶搅拌。
注浆时将两种不同的浆液分别放在两个容器内,使用双液注浆泵按配合比分别吸入两种浆液,两种浆液在混合器混合后注入地层。
初凝时间用不同配合比和少量磷酸氢二钠来控制。
2、初支背后回填注浆或径向补偿注浆
初支背后回填注浆或径向补偿注浆主要起两个作用:
⑴充填初支背后孔隙,控制沉降;
⑵对局部渗漏水出起止水作用;
⑶对拱部空洞起到回填作用,地层沉降起到抬升作用
①回填注浆管或径向补偿注浆管的布置
回填注浆管沿着隧道纵向拱部及侧墙布置,纵向间距3m,环向间距2.0m,注浆管长度1.0m,外露0.3m,注浆管埋入深度为0.7m,花管加工长度0.6m,注浆管采用φ42钢管制作,一端加工成圆锥形。
注浆管加工见图4-3,注浆管布置见图4-4。
注浆管采用预埋法,将注浆管固定在钢拱架上,随钢拱架一起喷射混凝土时将注浆管固定。
径向补偿注浆管布置同回填注浆,其导管长度改为2.5~4m,颈向补偿注浆根据实际底层及沉降观测情况适时实施。
②注浆参数
注浆终压力0.5MPa,浆液扩散半径为1.5m,注浆速度不大于50L/min。
图4-3注浆管加工示意图
图4-4注浆管布置图
③注浆结束标准
单孔结束标准:
注浆压力逐渐增大,注浆量逐渐减少,当注浆压力达到0.5MPa后持荷3min,即可结束注浆;
全段结束标准:
所有注浆孔都按标准结束注浆,隧道内无明显的漏水点。
④注浆设备及注浆材料
注浆设备采用FBY-50/70双液注浆机,该注浆机可实现单液注浆。
注浆材料使用P.O32.5的普通硅酸盐水泥浆液,水灰比1:
1,即按照50kg水泥与38.5L水掺配搅拌。
先将所需的水倒入搅拌桶,在将水泥按照配比倒入搅拌桶,机械搅拌,搅拌均匀后,备用,水泥浆液随拌随用。
⑤注浆顺序
从拱脚开始向拱顶注浆,从无水向有水的注浆孔注浆。
注浆过程中,要时刻注意压力流量的变化,做好注浆记录。
4.6监控量测
4.6.1施工监控量测的主要目的与对象
1、监测目的:
(1)通过监控量测了解开挖各施工阶段地层与支护结构的动态变化,把握施工过程中结构所处的安全状态。
(2)通过对监测数据的处理、分析,采取合理的工程措施来控制地表下沉,确保地面交通顺畅和地面建筑物的正常使用;
(3)用现场实测的结果弥补理论分析过程中存在的不足,并把监测结果及时反馈设计、指导施工。
(4)通过监控量测对工程施工可能产生的环境影响进行全面的监控。
(5)通过监控量测进行日常的施工管理。
(6)通过监控量测了解该工程条件下所表现、反映出来的一些地下工程规律和特点,为今后类似工程或该工法本身的发展提供借鉴、依据和指导作用。
2、监测对象:
主要包括竖井及通道的周边环境、支护结构体系及周围土体。
其中,周边环境主要包括地表、城市道路、与污水管线、热力管线等地下管线;
支护结构体系主要包括竖井初支、临时型钢支撑、通道初支结构;
周围土体主要包括围岩土体、地下水等。
4.6.2施工监控量测布置
1、周边环境监测布点原则:
1)建筑物四角、拐角处及沿外墙每10~15m处,每个建筑物不少于4个测点。
2)沿管线延伸方向5~10m布置,并布置在接头、位移变化敏感处。
3)道路及地表沉降(隆起)测点应结合建(构)筑物、地下管线已布测点,沿施工通道及竖井中线布设一行测点,测点间距5~10m;
并结合暗挖车站主体结监测设置4个主测断面,每个监测断面按近密远疏的原则布置7~15个测点,且最外测点应位于结构外沿不小于1倍埋深处。
2、支护结构监测布点原则:
1)竖井锁口圈水平位移及竖向位移沿竖井中线布设。
2)竖井初支净空收敛测点布设在竖井结构的长、短边中点处;
竖向3~5m布置一个监测断面。
3)竖井临时型钢支撑轴力布设4个监测断面。
4)施工通道拱顶沉降、净空收敛、底部隆起设置4个主测断面,且应与地表沉降监测断面对应。
施工通道初支拱顶沉降测点,每个监测断面设置3个;
初支净空收敛测点设置于易发生变形最大的部位,每个监测断面测线根据开挖断面情况确定;
底部隆起测点布设于初支底部中点。
5)施工通道钢架应力布置1个主测断面,且应与地表沉降监测断面对应;
每个监测断面布设5~11个测点。
3、周围土体监测布点原则:
1)围岩压力布置1个主测断面,布设5~11个测点;
且应与施工通道钢架应力监测断面对应;
在初支与围岩间按一定距离布设,宜在拱部、拱脚、墙中、墙脚及底部中心等关键部位布设测点。
2)土体分层沉降和水平位移以及地下水位监断面应与围岩压力所测断面相对应,设置2~3个监测孔。
3)土体分层沉降测点在竖向位置上主要布置于各土层的分界面,钻孔深度应超过施工通道仰拱底2~3m,而位于通道顶部的钻孔深度应在拱顶以上1~2m。
4)土体沉降及水平位移测点应提前30天埋设,以便监测工作开始时,测点处于稳定的工作状态。
对于以上各类测点,施工过程中如遭破坏,应尽快在原位或附近布设测点,以保证该测点观测数据的连续性。
4、主要管线沉降控制
重要管线沉降控制标准表4-1
管线名称
沉降控制标准
允许位移控制值≤10mm,倾斜率控制值≤0.002,变形速率控制指标为≤2mm/d。
允许位移控制值≤20mm,倾斜率控制值≤0.0025,变形速率控制指标为≤3mm/d。
5、监测点布置图
“东四站1号竖井及横通道监测点平面布置图”见附图5-1
“东四站1号竖井监测点断面布置图”见附图5-2
“东四站1号竖井横通道监测点断面布置图”见附图5-3
4.6.3三级预警管理
监控量测项目按照“分区、分级、分阶段”的原则制定监控量测的控制标准,按照黄色、橙色和红色三级预警进行反馈和控制。
三级预警状态判定方法如下表。
三级预警管理表
预警级别
预警状态描述
黄色预警
实测位移(或沉降)的绝对值和速率值双控指标均达到极限值的70%~85%之间时;
或双控指标之一达到极限值的85%~100%之间而另一指标未达到该值时。
橙色预警
实测位移(或沉降)的绝对值和速率值双控指标均达到极限值的85%~100%之间时;
或双控指标之一达到极限值而另一指标未达到时;
或双控指标均达到极限值而而整体工程尚未出现不稳定迹象时;
红色预警
实测位移(或沉降)的绝对值和速率值双控指标均达到极限值,与此同时,还出现下列情况之一时:
实测的位移(或沉降)速率出现急剧增长;
隧道或基坑支护混凝土表面已出现裂缝,同时裂缝处已开始渗流水。
4.7注意事项
1、严格按照设计要求加工和打设超前注浆小导管,并根据现场实际情况配置注浆浆液。
2、上下部开挖时必须按照设计要求预留核心土,严禁随意减小核心土台阶长度。
3、隧道围岩自稳能力较差或者存在水流时,应尽可能缩短开挖台阶长度,使初期支护尽快闭合。
4、为避免格栅拱脚出现悬空引起下沉,钢格栅下端设在稳固地层上,或设在扩大钢板、混凝土垫块上,并及时封闭成环。
5、格栅安装位置要准确,各节点要对齐,连接要牢固,确保格栅可靠受力。
6、严格控制超前注浆的配合比和双液浆凝固时间;
初支结束后及时回填注浆,浆液为1:
1纯水泥浆,并严格控制注浆方量,保证密实。
7、开挖过程中必须加强监控量测,当发现拱顶、拱脚和边墙位移速率值超过设计允许值或出现突变时,应及时施工临时支撑或仰拱,形成封闭环,控制位移和变形。
对连续沉降的地段,根据量测结果进行跟踪注浆。
8、严格按照冬季施工专项技术交底执行,保证冬季施工质量,确保安全。
5应急响应措施及汇报程序
5.1应急预案工作流程
根据本工程的特点及施工工艺的实际情况,认真的组织了对危险源和环境因素的识别和评价,特制定本项目发生紧急情况或事故的应急措施,开展应急知识教育和应急演练,提高现场操作人员应急能力,减少突发事件造成的损害和不良环境影响。
其应急准备和响应工作程序见下图:
5.2应急组织
成立现场抢险领导小组,一旦监测项目超出安全预警范围、或突降大雨、发生火灾等,项目领导及有关部门负责人必须立即赶赴现场,组织指挥抢险。
应急领导小组组织机构见下图。
5.3通道坍塌产生的临界条件及主要原因
5.3.1临界条件
1、根据施工监控量测数据进行分析,某监控点有异常下降或上升。
2、施工掌子面围岩突然出现异常状况如垮塌、涌水、涌沙等。
5.3.2产生的主要原因
1、对地质情况没有超前意识,掌子面地质情况没有掌握。
2、超前注浆效果不好,背后回填注浆没有及时跟进。
3、施工掌子面暴露时间过长,没有及时进行初期支护封闭。
4、开挖时预留核心土、上下台阶长度不够。
5、覆盖的土层中市政水管线渗漏严重。
5.4隧道出现坍塌或洪汛时的应急响应措施
1、应急响应措施
①发生事
故后,应第一时间组织现场施工人员撤离施工现场,组织人员抢救。
②第一到达现场的任何一位负责人应承担指挥责任或立即向值班领导或相关部门报告,使相应人力、物力等资源在第一时间配送到事故现场。
③同时项目部应备足有效的支撑及堵水物质,以控制事态的进一步扩展;
及时上报上级单位。
④对其需要加固的物体及结构立即组织抢险人员进行加固,必要时向上级部门及地方请求支援。
⑤立即检查及施作紧急的排水系统,使之能及时有效地进行洪水排泄。
⑥立即组织抢险人员对应需要进行防水保护的材料及物品进行保护。
⑦对需要断电的地方立即启动应急电源,并要求每个抢险人员进行必要的个人防护。
⑧无论是洪水的突发,还是洞内突发涌水及隧道坍塌,其抢险人员及措施均严格按应急预案要求的人员分工及措施进行抢救,其抢救指挥及安排和责任均由其小组负责人负责。
⑨所有应急材料均无条件服从抢险使用,同时抢险小组有权随时使用其需要的各种材料。
⑩所有应急材料及抢险人员的安排及调配均抢险小组现场最高责任人、指挥人员进行安排及调配。
2、坍塌的应急抢救要求
①上报塌方的同时,立即组织向事故现场调配抢险所备用的抢险机械设备、抢险物资及人员,以便及时进行抢险;
当险情危及重大设备及人身安全时,人员及设备要撤离危险区。
②隧道内准备足够的砂袋、木料、型钢,一旦发现有坍塌现象,立即封堵支顶,并喷射混凝土封堵掌子面,插打压浆管压浆防止坍塌和减少地面沉降。
③当塌方段有渗水时,采用塑料管对渗水进行引流处理,防止渗水软化塌方土体,引起连续塌方事故。
④对于一般塌方段用方木、工字钢支撑塌方掌子面,及时挂网喷射混凝土封闭塌方土体并对距离掌子面5m范围内初期支护采用工字钢支撑
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