南京长江隧道盾构始发井深基坑降水方案设计

第45卷第3期(总第320期)2008年6月出版 Vol.45,No.3,Total.No.320Jun.2008 现 代 隧 道 技 术 MODERNTUNNELLING TECHNOLOGY 南京长江隧道盾构始发井深基坑降水 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 靳世鹤 (中铁十四局集团有限公司,济南 250014) 南京长江隧道盾构始发井深基坑降水方案设计 摘 要 南京长江隧道 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 盾构始发井深大基坑地质条件复杂,地下水位高,并与长江水力联系密切,降水难度 大。文章结合实践,重点阐述了本工程采用深井管井与轻型井点结合降水方案的设计,其中包括涌水量的计算、降水 井数量的确定及降水井间距布设等参数研究,对今后同类工程的修建有一定的借鉴意义。 关键词 盾构始发 深大基坑 降水方案 设计与施工 中图分类号:U452.1+1 文献标识码:A 文章编号:1009-6582(2008)03-0046-04 1 工程概况 南京长江隧道设计为双管盾构隧道,隧道江 北起点进口里程为 K3+390m,梅子洲隧道出口里 程为K6+900,隧道总长度3510m,其中盾构段自 K3+600至 K6+532.756,长度为 2932.756m。盾构 机选用两台直径 14.93m的泥水加压式盾构机同向 掘进,隧道衬砌采用外径 14.5m、宽 2m、厚 0.6m 的 C60钢筋混凝土预制管片,抗渗等级为S12。 隧道覆土厚度最大30m,最小6.0m(始发段)。 江中段按最小覆土厚度不小于 1倍盾构直径控制, 局部不足1倍洞径,江中最小覆土厚度 10.2m。盾 构始发深大基坑施工里程为LK3+230～LK3+600,全 长 370m,主要包括172m的引道段、77m的暗埋 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 段、68.387m的工作井后续段及其 22m盾构 工作井。 2 工程水文地质条件 2.1 地层结构 长江大堤处及其以北分布有填土(素填土)及表 层“硬壳层”,上部为第四系全新统冲积流塑淤泥质 粉质粘土、粉质粘土夹粉土、粉砂等,中部由第四系 全新统中密—密实粉细砂组成,下部为上更新统密 实状砾砂、圆砾等。 2.2 水文地质条件 (1)地下水类型及含水岩组特征 场地大面积分布第四系全新统冲积含水岩组, 其中又可分为潜水含水岩组和微承压水含水岩组。 第四系松散岩类孔隙潜水主要赋存于长江漫滩区上 部地层,含水介质为粘性土、淤泥质土及粉土,其渗 透性差,含水量贫乏。水位受季节及气候影响明显, 主要接受大气降水和农田灌溉水的补给,径流缓慢, 以蒸发、侧向径流和人工开采为主要排泄方式。 (2)地层渗透性 场地属于长江冲积平原,第四系松散岩层粗细 叠置,水平层理发育。场地内<2>层回填土、<4>层淤 泥质粉质粘土、<7-2>层粉土、<9-1>层粉质粘土,土 质不均,其渗透性一般较差;<3>层粉砂、<5>层粉 砂、<7-1>层粉细砂、<8>层粉细砂、<9>层粉细 砂、<10>层砾砂,其渗透性较强。 (3)地下水动态特征和补给、径流、排泄条件 场地地下水潜水及微承压水主要赋存于全新统 砂类土中,为透水性上弱、下强的多层结构,由于上 下渗透性能的差异,约在埋深 29m以上的地段作 为下部承压水层的相对隔水层,两者在区域上互为 连通。纵向上看,含水层微向江面倾伏,地下水由岸 带流向江内,长江河道已部分切割含水层。含水层上 部粘性颗粒含量高,沉积韵律明显,下部含水层渗透 修改稿返回日期:2007-10-15 作者简介:靳世鹤,男,工程师. 46 第45卷第3期(总第320期)2008年6月出版 Vol.45,No.3,Total.No.320Jun.2008 现 代 隧 道 技 术 MODERNTUNNELLING TECHNOLOGY南京长江隧道盾构始发井深基坑降水方案设计 性相对较强。 (4)场地地层结构 场地基岩面以上为典型的二元结构,即浅层潜 水和深层承压水,潜水含水层主要为淤泥质粉质粘 土,饱水,但透水性差,层厚 16.20～26.70m左右,渗 透系数 0.05～1.50m/d;承压水层由粉砂、中砂和粉 质粘土混粗砂卵砾石构成含水层组,含水丰富,层厚 53～55m左右,渗透系数3.27～31.0m/d。 3 降水方案设计计算 3.1 降水设计要求 (1)由于基坑土质为饱水的淤泥质粉质粘土,不 方便土方开挖和运输,故需疏干淤泥质粉质粘土地 层中的水,以降低开挖土层中的地下水含水量,满足 土方开挖和运输要求。 (2)对于长江隧道基坑深层地下水,考虑承压 水头较高,为防止发生突涌或管涌问题,保证深基坑 开挖及地下室施工的顺利进行,必须对场地承压水 进行减压降水。 3.2 降水方法的选择 从本工程降水的可行、安全、经济等方面综合考 虑,南京长江隧道工程盾构始发深基坑引道段和暗 埋标准段降水包括基坑内真空轻型井点降水和基底 承压水深井井点降水两种类型。 3.3 轻型井点降水 为充分发挥降水井效率,尽量利用有利地质 条件,降水井深度以进入<4-1>层(最深底板标 高-4.26m)为宜,同时不能揭穿<6-1>层顶板(-9.64 m)(图 1)。因此,真空疏干井深度确定为13.0m左 右,滤管长度不小于3.0m。 井管采用高强 UPVC管或铁管,管的内径为 !250mm、外径为 !275mm,滤管采用无砂混凝土 管,外包两层 60～80目的尼龙网,空隙率不小于 25%,底部封死。滤料从井底向上至滤水管顶端以上 1.00m范围内,滤料为直径0.15～2.50mm的砂砾混 合滤料围填,其上用粘性土回填封闭。 3.4 深井井点降水 (1)基底稳定性分析 基坑地板的稳定条件:基坑底板至承压水层顶 板间的土压力大于承压水的顶托力,即: Hγs≥Fsγwh 式中 H———基坑底至承压含水层顶板间距离(m); γs———基坑底至承压含水层顶板间的土的 平均重度(kN/m3); h———承压水头高度至承压含水层顶板的距 离(m); γw———水的重度(kN/m3); Fs———安全系数,一般为1.0～1.2,取 1.05。 图1 隧道盾构始发深基坑地质剖面 Fig.1 Geologicprofileofthedeeptunnelshieldlaunchingpit 以最不利地段K3+470附近为计算依据,把<6-1> 层粉质粘土夹粉土层理解为承压含水层来计算承压 含水层的顶托力(Fsγwh): Fsγwh=1.05×10×14.64=153.72(kPa) (2)根据基坑开挖深度计算基坑底至承压含水 层顶板间的土压力(Hγs) 坑底开挖标高为-5.08m H=-5.08-(-9.64)=4.56(m),γs=17.70kN/m3 则:Hγs=4.56×17.70=80.71(kPa) Fsγwh-Hγs=153.72-80.71=73.01(kPa) 承压水的顶托力大于上部土压力73.01kPa,故 需要采取降压 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 。 本工程考虑需将承压水头降低的值如下: h降=73.01/γw=7.301(m) 计算结果分析得出:K3+470附近要将承压含水 层的水头降至标高-2.301m才能保证基坑底板的 稳定。 根据本工程的围护结构特点和地质条件,为保 证施工安全,降压井布置在基坑外侧。从地质剖面上 看,需要布置降压井的位置主要在K3+470附近,长 度为50m左右的范围。为此,计算将承压水位降低 7.301m的涌水量。 47 第45卷第3期(总第320期)2008年6月出版 Vol.45,No.3,Total.No.320Jun.2008 现 代 隧 道 技 术 MODERNTUNNELLING TECHNOLOGY 南京长江隧道盾构始发井深基坑降水方案设计 3.5 降水系统设计 3.5.1 轻型井点降水设计 在工作井降水成功的基础上,经计算,引道段、 暗埋标准段和工作井后续段基坑下部的承压水位将 在其开挖面以下2.0m以上,因此,该区域降水可以 不考虑承压水引起突涌问题;同时,基坑两侧采用纵 向止水,也可以不考虑侧向补给问题。 (1)轻型井点数量确定 根据经验,在以淤泥质粘土为主的潜水含水层 中,真空单井有效抽水面积 a#在 150～200m2之间, 本次降水真空单井有效抽水面积取160m2。 n=A a# =13280 160 =83(根)[1] 式中 n———井数(根); A———基坑降水面积 (m2); a#———单井有效抽水面积 (m2)。 考虑开始段较浅,可以结合明排的方式施工,适 当减少疏干井的数量,拟从开挖深度大于2.0m的 地方开始布置井点,井点数量共布置80根。 (2)轻型井点深度确定 降水井深度根据开挖深度确定,在开挖深度下 3～5.0m(浅区在开挖面下5m,深区在开挖深度下3 m),平均深度在15m左右,滤管长度不小于3.0m。 3.5.2 深井井点降水设计 在K3+470附近的承压水降至-2.30m时,引道 段、暗埋标准段基底不会引起突涌问题;同时,基坑 两侧采用纵向止水,也可以不考虑侧向补给问题。 (1)基坑涌水量计算 设计计算采用“大井法”,选用公式为无限边界 稳定流非完整井计算公式,具体公式为: Q总= 4πKmS 2lnR0 r0 +ξ0 =47946.27(m3/d)[1] 式中 Q总———工作井基坑总涌水量(m3/d); K———承压含水层综合渗透系数(m/d),本次 计算取16m/d; m———含水层厚度(m),本次计算取50m; S———水位降深(m),本次计算取28.00m; R0———基坑引用影响半径 (m)(R0=R+r0,其 中 R与含水层性质有关的影响半 径,通过降水试验取得的参数,本次 计算取500m); r0———基坑引用半径(m),本次计算取31.6m; ξ0———取决于 l/m和 m/r0,查《水文地质手 册》表8-1-2,本次取0.345; l———过滤器长度(m),本次计算取13m。 (2)单井干扰出水量 q=65πγsL3 K! =1187m3/d 式中 L———水量影响范围。 (3)降水井数量 n=1.2Q总 q =1.247946.27 1187 =48(根) 由于本工程深大基坑为目前南京地区最大最深 的基坑,工程安全等级要求高,考虑到在基坑开挖过 程难免有部分井发生涌砂或因其他外因被破坏,因 此,降水实施时降水井数量确定为60根。 (4)承压水水位降深预测 由于稳定流计算涌水量比非稳定流计算小 5% 左右,为简便计算,故流量增加5%后用稳定流公式 检验最终水位降深,公式为: S=0.366×1.05Q总 Km [lgR0- 1 n lg(r1·r2·r3⋯rn)][1] 式中 S———水位降深(m); Q总———工作井基坑总涌水量(m3/d); K———承压含水层综合渗透系数(m/d); m———含水层厚度(m); R0———基坑引用影响半径(m),(R0=R+r0,其中 R为与含水层性质有关的影响半径)。 r1·r2·r3⋯rn———基坑引用半径(m)。 在涌水量达40000m3/d时,竖井及竖井后续段 等地下承压水水位降深满足设计要求。 (5)降水管井深度确定 设计井深由下式确定: HW=HW1+HW2+HW3+HW4+HW5+HW6 式中 HW———降水井深度(m); HW1———基坑深度(m),基坑深22.4m; HW2———降水水位距离基坑底要求的深度 (m),本次要求取1m; HW3———ir0∶i,为水力坡度,在降水井分布 范围内宜为 1/10～1/15;r0为降水井 分布范围的等效半径或降水井排间 距的1/2(m),取3m; HW4———降水期间的地下水水位变幅(m),取 0m; HW5———降水井过滤器工作长度(m),根据水 井出水能力设计水井过滤器工作长 度,取13m; 48 第45卷第3期(总第320期)2008年6月出版 Vol.45,No.3,Total.No.320Jun.2008 现 代 隧 道 技 术 MODERNTUNNELLING TECHNOLOGY南京长江隧道盾构始发井深基坑降水方案设计 HW6———沉淀管长度(m),设计2m。 故HW′=22.4+1+3+0+13+2=41(m) 取降水管井深度为42m。 4 降水井布设 4.1 轻型井点布设方案 根据经验并结合本工程实际,工作井后续段内 布设3行7列共21根深度为13m真空井,行、列间 距均为10.0m;明挖暗埋标准段内布设3行8列共 24根深度为13m真空井,行、列间距均为10.0m;引 导段处布设3行12列(其中最后一列为两行)共35 根深度为13m真空井,其中前三行、列间距均为 12.0m,其余行间距均为12.0m、列间距均为15.0m。 4.2 深井井点布设方案 根据经验并结合本工程实际,盾构工作井处深 井井间距为 5.5m,共布设 28根深度为 42m井(其 中工作井内成梅花型布设8根深井,井间距为9m); 工作井后续段深井井间距为 6.0m(其中单侧后 3 根井间距为11m),共布设16根深度为42m井;明 挖暗埋标准段深井井间距为8m,共布设 12根深度 为30m井;引导段处深井井间距为6.0m,共布设4 根深度为15m井。所有深井中心距基坑外边墙为 3.5m(图2)。 5 结束语 图2 深基坑(部分)井点布置示意(单位:mm) Fig.2 Arrangementofapartofwell-pointsofthedeeppit (1)南京长江隧道工程盾构始发深大基坑处于长 江河漫滩饱和富水粉细砂地层中,本次盾构始发深基 坑开挖过程中降水从2006年8月开始,基坑开挖阶段 的降水历时近8个月,最大日抽水量约为7万m3,月 最高排水量达200万m3,基坑主体施工期间共降排水 约1000多万m3,与设计预测降水量基本吻合。 (2)本次降水工作的成功,得益于降水试验参数 的准确取得和对承压含水层的正确理解,以及降水方 案设计的合理、降水运行措施的得当,使得基坑水位 始终保持在开挖面以下2m左右,抽水的含砂率始终 小于1/30000,确保了南京长江隧道工程盾构始发深 大基坑的顺利开挖。本工程降水方案的成功实施,相 信对今后同类工程,尤其是对南京长江河漫滩饱和富 水地层的降水工作有较大的参考价值和借鉴意义。 参考文献 [1]地质矿产部水文地质工程地质技术方法研究队.水文地质手册[M].北京:地质出版社.1978 [2]刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997 [3]周景星,王洪瑾,虞石民,等.基础工程[M].北京:清华大学出版社,1996 [4]蒋国胜,李红民,管典志,等.基坑工程[M].武汉:中国地质大学出版社,2000 DewateringPlanforaDeepShieldLaunchingPitof NanjingYangtzeRiverTunnel JinShihe (ChinaRailway14thEngineeringBureauGroupCo.,Ltd.,Jinan250014) Abstract Complexgeologicalconditionsandhighundergroundwaterlevelarecharacterizedforthedeepshield launchingpitofNanjingYangtzeRivertunnelprojectforwhichitisverydifficulttoconductdewatering.Inlight ofengineeringpractice,thearticleisfocusingonintroducingthedewateringplanbyadoptingdeepwell-points togetherwithvacuumwell-points,includinghowtoselectwelltype,howtodeterminethenumberofwellsand wellspacingandhowtocalculatethevolumesofwaterinflow. Keywords Shieldlaunching;Deeppit;Dewateringplan;Designandimplementation 49