季玉国隧道及地下工程设计施工案例分析

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施工单位及建设单位委托的第三方监测进行的， 目的控制基坑本身及附近地面建 筑及环境安全。 地铁车站及隧道监测由地铁公司自己进行， 费用由越洋广场出资， 加上地铁保护费可能几千万， 是外资项目资金没问题，再讲靠地铁占用地铁红线 内地也有价值，商业潜力大。 2、 施工技术控制要点 （1） 、围护结构地下连续墙施工： 首先摸清地铁车站所有地下情况， 拟建越洋广场围护结构与已建的地铁车站 接头之间的位置关系和结构尺寸，最后与车站封闭的两幅地下连续墙尺寸，要按 实际探测的尺寸确定钢筋笼尺寸，确保接缝的吻合。探摸的方法根据经验而定。 最后外侧采用包叠高压旋喷桩进行封闭止水。 （2）坑内高压旋喷桩满堂加固 虽然设计给出采用高压旋喷桩满堂加固， 但考虑到封闭加固对已建车站的影 响及地下深基坑原理，本工程将满堂加固，先按抽条加固的原理，将满堂加固分 成若干段抽条加固进行施工，其原理类似对地下两侧围护结构产生“类似支撑” 作用，同时考虑到按“对称、平衡、分条块”进行。分别从东西两个方向向中间 进行加固，做到类似“对称、平衡”加固，对防止运营车站的安全稳定，将是有 益的，我们细想是有道理的。 其次， 高压旋喷桩参数的确定是根据监测变形的数量来确定加固参数进行施 工的，这一点绝对重要，因为高压旋喷加固对环境的影响是很大。 （3） 、钢筋砼支撑体系的施工 严格按照先撑后挖、随时挖土、及时支撑、限时限块开挖的原理，严格进行 控制施工。为使砼支撑及时能发挥作用受力，在砼中加入早强剂提高标号，使砼 强度及时达到要求发挥作用。同时，在挖土前先根据支承平面布置，进行区块划 分，区块的划分不宜过大，以快速使砼支撑形成闭合环形体系，以达到支撑最快 发挥作用受力，尽最大限度减小围护车站一侧墙体的变形。 根据施工作业人员的多少及施工效率和能力，限制挖土区块的大小，以快速 形成闭合封闭支撑体系为原则，达到快速受力，减小变形。 （4） 、降水工程设计与施工 按专家设计的降水方案在坑内加固完成后进行降水井施工。 严格控制管井施
隧道及地下工程设计施工案例分析
一、 与地铁车站（已运营）共用墙地下建筑的设计施工
（一） 、 上海地铁二号线静安寺车站 （南京地铁 1 号线张府园车站情况相同） 呈东西走向，地下两站岛式车站，长 200 米，地下连续墙围护，已运营五年。拟 建上海越洋广场位于南侧，地下三层，基坑开挖 16.5 米。建成后地下商场与地 铁车站站厅站相通，地铁车站已预留通道两个。商场地下三层共用车站围护，结 构东西向长约 150 米。 （如图所示）
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费用较高，但是是值得的，比较可靠，不会发生纠纷，若委托第三方可能会很被 动。地铁单位对自己的资产自己监测他放心，别人做他不同意也不放心。 （5） 、本工程对类似工程设计、施工有很大的指导意义。 南京地铁一号线张府园站旁也是类似这样的案例，它是车站呈南北走向，在 西侧地铁公司自己建一地下两层、地上三层的信号中心，共用运营车站墙做新建 基坑围护，南京建工集团施工。上术两个案例都是上海隧道设计院设计。设计原 理和上海静安寺相似。
二、盾构始发、接收端头加固方法简介
国家标准 GB50446—2008《盾构法隧道施工与验收规范》中第四章 4.5.2 中 规定： 当盾构洞口段（含始发、接收）不能满足盾构始发和接收对防水、坍塌等安 全要求时，必须采用加固措施，并符合下列条款中的要求： 1、加固方案可根据洞口附近隧道埋深、工程地质和水文条件、盾构类型、 盾构外径、 地面环境条件综合分析确定。 加固方法可选用注浆、 旋喷桩、 搅拌桩、 玻璃纤维桩、SMW 桩、冻结法、防水方法等； 2、当洞口处于砂性土或有承压水地层时，应采取降水、堵漏封堵措施，防 止涌水、涌砂等事故发生； 3、必须对加固的钻孔位置进行复核，当确定钻孔位置无地下管线后方可开 钻。孔位偏差允许 ± 40mm，垂直度不允许超过 1%，并确保桩体互相搭接； 4、应对洞口段土体的加固效果作检查，加固体强度、抗渗指标必须现场试 验检测确定，并满足设计要求。具体分析如下： （一） 、加固方法包括：注浆、旋喷桩、搅拌桩、冻结和降水等。其中认为 冻结、降水方法最可靠，把降水当做一种加固方法已得到普遍认可，降水本身也 是固结，盾构换刀降水也常作为辅助措施之一。其次，注浆分为压密注浆和劈裂 注浆；旋喷桩分为单冲管、双重管和三重管三种；搅拌桩分为双轴和三轴搅拌桩 （SMW 桩）两种；另外还有玻璃纤维桩和冻结方法等。 加固方案的选择可以是一种方法或两种的结合，对于复杂的盾构始发、接收 加固可同时选择三种加固方法组合。比如南京地铁三号线市政府站，由于环境复 杂，加之市中心影响大，为确保度构始发安全采取洞前三轴搅拌桩加固、垂直冻
地 上 三 层 商 城 车站一层
地下商场一层
车站二层
地下商场二层
Biblioteka Baidu地下车库
车站与商场立面关系图
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1、基坑设计方案与关键要点 （1） 、围护结构 越洋广场另三面围护采用与地铁车站相同厚度 1.0 米的地下连续墙， 深度基 本与地铁车站一致。其目的出于考虑,新建基坑的整体均匀稳定性效果最好。 （2） 、支撑体系 采用钢筋砼围檩及钢筋砼支撑四道， 基坑东西方向中间采用钻孔桩 （立柱桩） 兼格构柱砼连续梁系通，形成闭合钢筋砼支撑体系。砼支撑体系变形小，安全度 高，稳定性及受力较好。在砼支撑与地铁车站一侧接触部位，设置封闭砼围檩， 以保证整体受力均匀性，避免对运营车站产生应力集中，确保运营车站安全。设 计四道砼支撑和围檩，也出于这样考虑的，使拟建基坑对运营车站进行应力分散 均匀受力。坑内设钻孔桩和抗拔桩。 （3） 、降水工程设计 降水设计是关键，本基坑计算要降承压水，因降水疏干变形对基坑变形影响 明显，连带对地铁车站产生变形影响，所以降承压水按需进行，以满足坑底抗突 涌要求为标准，疏干降水满足挖土即可。如降水量大或降水运营时间长，会引起 周围环境和运营车站安全。降水方案经过专家审评，严格控制降水施工，确保基 坑施工及对车站的安全。 （4）基坑加固方案 坑底加固采用高压旋喷桩满堂加固，加固参数确定根据试验，对车站进行全 面监控测量， 不发生过大变形为准来确定加固参数。 因为高压旋喷桩加固水、 气、 浆压力较高，对土体进行切割劈裂达到加固目的，加故影响肯定是有的，所以设 计及加固施工必须稳妥，禁止加固引起运营车站变形。 施工工况采用分条 分区垂直车站方向，抽条跳打方法加固施工。按对称、平衡原理进行。 （5）监控量测 本工程进行对运营的静安寺车站和轨道及附近的盾构隧道监测， 上海申通地 铁运营公司不允许外部的第三方监测，是地铁公司根据车站、轨道及区间隧道运 营期间对变形的要求， 特别制定报警值及控制值，其参照和控制包括监测报表不 对外报送， 由地铁公司内部掌握，达到报警时才通知越洋广场的建设和施工单位 进行讨论， 确定下一部施工方案和措施。越洋广场地下基坑及周围环境的监测是
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结和降水三种方法的组合，目的确保万无一失。盾构接收采取水中接收，再加上 加固和冻结，很是稳妥。 2、 从加固土体效果上讲， 三轴搅拌桩加固质量相对稳定均匀， 能保证质量， 但设备庞大，费用相对高。规范没有对加固深度、宽度、长度做说明要求。 3、降水成本低，方便安全，但应考虑周围地面沉降。 4、冻结土体加固强度最高，但设备投入多，造价偏高，效果好，质量稳定， 安全程度高，特别保证洞门围护结构凿除后，能有效防止洞门土体塌陷。 在盾构始发、 接收冻结中， 垂直冻结要比水平冻结施工方便， 质量更能保证， 要优先选用。 （二）洞门加固土体在盾构始发、到达时的土工问题 1、端头加固效果不佳 加固效果不好是经常碰到的问题。 例如南京纬七路隧道始发采用高压旋喷桩 加固、天津直经线隧道始发高压旋喷桩加固等，检测结果强度和抗渗多不合格， 更有严重时连续几米无取芯，最终方案采取洞门冻结加固，得以保证始发安全。 天津直径线盾构隧道始发采取旋喷加固出现同样问题， 最终采取冻结和降水进行 处理。加固方法很重要，必须根据地质和水文情况选择合适的加固方法，加强过 程控制和参数优化控制。 在加固区和工作井结构间隙，采取旋喷桩填充， 防止加固体围护结构出现渗 透水通道。 2、始发、接收洞门土体失稳 盾构始发、 接受最大的风险是洞门凿除后出现土体坍塌和水土流失，出现大 量涌水事故，如果出限将可能是灾难性的。因为井内有大量人员和盾构设备。发 生事故的主要原因是加固效果差，地下水位高和承压水等原因。 如探孔检查或凿 洞门发现涌水涌砂严重， 必须采取重新加固方法处理。南京地铁元通路站就是这 样一个例子，应记取教训。 最有效的方法是采取冻结和降水方法最为有效和安全。 3、始发以后盾构“叩头” 盾构始发推进掌子面及脱离加固区时，由于盾构下部土体受到扰动，承载力 降低，容易出现盾构“叩头”现象。通常采取抬高盾构始发姿态，合理选择始发
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基座及快速通过和保持较好的盾构姿态来解决。 4、洞门密封效果不好，造成的始发涌水涌砂 洞门密封的目的是在盾构始发到达阶段减少水土流失，防止洞门出现涌水、 涌砂。 解决办法是大盾构通常采用在洞门钢环内预埋注浆管和两道帘布橡胶板共 同起作用， 在埋置较深或地下水位高且承压水地层，为更保险也有采用在预埋钢 环内侧设置两排密封钢丝刷，涂填密封油脂，帮助泥水建仓堵漏。最终在盾尾进 入洞门内进行二次密封封堵后，进行同步注浆。 。 5、端头加固体长度尺寸不足 土体加固方案、 加固范围及效果等对始发和到达的地面沉降影响大，方案应 根据地层条件而定。当始发井为砂性土层时，加固体长度应大于盾构机长度，否 则盾构始发时，当刀盘从加固区进入隧道原状土区时，盾尾仍在隧道外，隧道中 的水土会通过洞门与盾壳外周的环状间隙流失， 从而发生洞门涌水引起地表沉陷； 到达时，当刀盘从加固区破土后，其盾尾仍在隧道原状土区，流塑状的原状土仍 会通过洞门与盾壳间隙处从刀盘四周流失。 因为始发时洞门二次堵封要在盾尾通 过洞门后才能进行和同步注浆施工。 盾构始发、接收加固长度一般为 L=(1.2~1.3)D 盾构长度较为合适，因为盾 构始发洞门未进行二次封堵时，盾构前方仍有 2~3 米加固体，以防止盾构前方 涌水后窜，加固体应高于盾构顶部 6 米，左右及底部应超过盾构隧道各 3 米左 右或略大于。大型盾构可参考定。 盾构始发、到达段地面沉降大于正常掘进原因是，始发、接收盾构土仓或泥 水仓压力处于逐渐增大或减小不稳定状态， 未建立真正意义上的土压或泥水平衡， 因而引起地层损失。 （三）国内部分地区城市盾构始发、接收方案选择 1、广州深圳地区 广州地层：冲积砂层、残积土、全风化带、混合岩强风化带。 深圳地层：素填土、砾砂、黏土、全风化花岗岩、中风化花岗岩。 （1） 、加固方案 总体方案采用旋喷桩+袖阀管（劈裂）注浆相结合方法。为截断周边地下水 对加固区侧向补给，在内部劈裂注浆，外围设一圈高压旋喷桩（三重管）进行封
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工质量及抽水量，按需要进行降水，以减小带来的沉降变形。 第一：减压降水按计算不发生突涌进行安全进行控制。确保按需降水，满足 抗突涌要求为止，绝不多降水，减少变行。 第二：疏干井按 200m2 /口 进行布置，水位降到坑底 0.5 米以上，达到干爽 进行机械挖土为止。 （5） 、挖土作业管理 挖土作业必须按照“时空效应”理论及“对称、平衡”理论指导作业施工。 挖土前对挖土进行分块分区域进行划分， 必须做到挖土后快速形成支撑闭合施工， 禁止超范围超分层厚度进行挖土。 同时，先挖远离地铁车站一侧的土，待其他部位挖土完成后，最后挖车站一 侧的土体，以减小变形。也可以理解为先挖中间土方，后挖四周土体的所谓“盆 式挖土”方式，减小周围围护结构变形。 挖土作业对控制地下工程安全和控制变形十分重要，必须按设计、规范理论 进行，绝对要严格控制。 （6） 、底板结构封闭施工 底板的封闭突出及时性、快速性和对称性。从设计上底板分块不宜过长，以 便加快施工进度。从施工平衡的角度从基坑东、西两端从中间方向进行，从原理 上体现对称和平衡，及早从对称和平衡，最后封闭中间一块底板。同时，加强防 水质量控制。 3、体会与结论 本工程因从建设、设计、施工及监理、监测等单位都十分重视，工程施工完 工后均未发生任何问题。无论从第一要务，对以建车站和区间隧道的保护，还是 新建的地下三层的商场，安全控制的都比较好。 （1） 、首先从设计方案上合理，对细节的控制上做得周到，始终按照地下工 程的理论和理念进行设计。 （2） 、再从施工控制管理上，严格按照“时空效应”理论指导挖土、支撑、 降水、底板结构施工。方案设计合理是基础，施工现场的控制才是保证。 （3） 、严格加强对运营车站和区间隧道变形监测是指导施工的必备条件。 （4） 、 虽然建设单位在对车站和区间隧道监测， 委托地铁运营公司进行监测