1、上海某地铁受损隧道修复施工方案secret1 概述1.1 工程概况XX路站XX大桥站区间隧道工程是XX线工程的一个过江区间段。工程起始于XX路站，终止于XX大桥站，上行线里程为SK10+828.767SK12+821.758，上行线全长1997.483m；下行线里程为XK10+828.761XK12+821.758，下行线全长1981.966m，其中江中段约440m。该段区间在浦西岸边设一中间风井，位于XX路和黄浦江防汛墙之间，其北侧为XX路，主要建筑物为XX饭店等三座5层砖混结构民用建筑；南侧依次为22层的临江XX大厦、XX局和XX公司大楼、XX大楼等。在主体工程区间隧道完工后，进行联络通道
2、施工时，2003年7月1日，发生了险情，导致浦西XX地区隧道塌陷，隧道附近的土体流失，进而使得地面建筑物发生倾斜等问题。为平衡隧道内外压力，采用了向隧道内注水的方法，上、下行线隧道内已全部被水充满。原中间风井场区XX路、临江大厦、XX路及XX路以内的原有建筑和构筑物发生不同程度的沉陷，地面以上部分在抢险期间已经全部拆除。本修复方案主要阐述在上述场区内进行地铁四号线修复工程的相关方案及措施。险情发生后，有关单位即成立了四号线修复方案组，对现场条件进行了详细调研。并根据专家会议的意见，进行了广泛的现场勘察和试验，收集了大量的第一手资料。在此基础上，由市建委科技委召开了多次专家研讨和论证会，对四号线
3、修复工程的总体技术路线以及方案进行了反复比选和论证。在综合比选多方面因素后，确定了原位修复的总体技术路线。1.1.1 受损隧道破坏情况隧道好坏的探测方法根据与国内外有关专家多次探讨的结论，目前最直接和准确的方法是探摸隧道顶部标高与施工前的实际标高是否吻合作为判断标准。采用该方法探摸地面下30m左右的圆形隧道不可避免地存在一定的误差，经过与隧道设计院讨论，根据探摸成果，我们判断隧道是否损坏的标准为探摸隧道标高比施工后标高下沉10cm左右以内的为基本完好。在2003年7月份抢险期间、2003年910月份以及2004年4月份现场进行了三次探摸，探摸成果基本吻合。下表是隧道临界点附近的探摸成果：隧道临
4、界点附近探摸情况表 表1.1-1点号里 程隧道顶标高差(m)探摸时间XX路侧Y1XK12+0880.1382004年4月Y2XK12+0830.241*2004年4月Y9XK12+0850.0522004年4月Y3SK12+103.0880.0472004年4月Y4SK12+098.0890.0142004年4月XX江中W1XK11+826.3650.0172004年4月江3XK11+842.40.112003年10月W2SK11+8340.0572004年4月江4SK11+847.60.0672003年10月其中江3、江4点是2003年10月份黄浦江中探摸成果，其他为2004年4月份探摸成果
5、。Y2点成果误差较大，在邻近点Y9进行了补测。Y1点距2003年7月隧道打孔进行灌注混凝土的S1点1m。根据上述多次探摸成果可以基本判定，隧道损坏临界点为SK11+832和SK12+106.091附近，下行线隧道损坏临界点为XK11+824.364和XK12091.478附近。1.1.2 修复场区障碍物情况在发生险情的同时，为了阻止塌方区域的不断扩大，保护塌方区域附近的建筑物和交通道路（即临江XX大厦和XX路），同时补充该区域流失的土体，在塌方区进行了大规模的充填注浆。根据现场的实际情况，充填浆液选择了速凝的水泥水玻璃双液浆。对于一些关键部位，如：黄浦江防汛墙附近、XX路附近隧道轴线位置选用了
6、油溶性聚氨酯。另外在XX路附近S1、S3孔向隧道内分别孔灌注了97m3和218m3速凝混凝土封堵隧道。场区内共压注聚氨酯约122t，双液浆6800m3。（1）聚氨酯压注区域分布（如图1.1-1所示）图1.1-1 隧道聚氨酯注浆分布图（2）双液注浆区域分布（如图1.1-2所示）图1.1-2 场区双液浆加固分布图XX路路面下主要在10m以上的深度范围内注浆；临江XX大厦周围区域和风井附近隧道轴线及两侧区域主要在25m以上深度范围内注浆，即基本上双液注浆都在隧道顶部以上范围内进行。另外，在塌陷范围（XX路、XX路、XX路、临江XX围成的区域）地面以下15m范围内含有大量障碍物，如文庙泵站、临江自行车
7、库、生化处理系统以及原建筑物地下基础地下室桩基及大口经下水管道等。根据目前掌握的资料，隧道塌陷时有2台冷冻机和大量40钢管在隧道内，盾构推进时使用的轨枕、轨道有部分还留存在隧道内（具体分布见图1.1-3），这些障碍物的存在对修复工程造成了很大的影响。根据国内外调研资料和交流情况，在30多米深度有如此复杂的障碍物条件，在地面进行切割清理的可行性很低。图1.1-3 隧道内深层障碍物分布图1.2 工程条件1.2.1 水文地质状况1.2.1.1 地质条件本修复工程浦西场地为临江侧XX路、XX路、XX路沿线，地形较平坦。根据本工程的原有岩土工程勘查报告，主要土层的地基土物理力学性质如表1.2-1：原土层
8、的地基土物理力学性能指标 表1.2-1层号地层名称层厚(m)底层标高(m)含水量W（）重度 kN/m3孔隙比内聚力C(kPa)内摩擦角(0)标贯N杂填土6 2-2.14 2.232灰色粘质粉土10.5 13.6-12.64 -11.3733.518.10.961026.051灰色粘土3.5 5.1-16.47 -16.1442.117.41.201413.52灰色粉质粘土3.9 4.5-20.64 -20.3735.518.01.021718.5暗绿色粉质粘土4.3 4.4-24.94 -24.7724.419.40.723822.01砂质粉土8.5 9.2-34.14 -33.2729.61
9、8.50.85732.0362粉细砂未钻透未钻透25.718.90.76335.050本修复施工范围内地下水为潜水和承压水。潜水水位埋深为0.41.0m，承压水埋藏于层，为上海地区第一承压含水层，最高水位为地面以下7.58m（标高-3.31m），场区内地下水对混凝土无腐蚀性。考虑到原风井位置发生险情后，地下15m范围内埋有各类障碍物，同时可能导致地层错层、承压水与潜水及江水沟通等情况，故结合对原区间隧道具体受损情况探摸的同时，在原孔号 Q10G15附近进行原位岩土工程补充勘查，提供新的土层和地下水资料。从两次勘察的地质资料物理力学指标分析，发生险情后，场区土层明显发生了错位，但土层的各项力学性
10、能指标基本没有恶化。2004年4月，现场进行了修复场区的地质详勘。根据详勘资料，修复工程详勘孔与原勘察报告中邻近孔地层进行了对比分析：沿基坑外侧（约8m）地层层位基本上未有明显差异，仅第0层在局部有沉陷，层位有一定变化。在两条隧道轴线中间的地层错动和塌陷较大，各层土的下陷量在4.5m7m左右，与2003年补勘情况基本一致。补勘土层的地基土物理力学性能指标 表1.2-2层号地层名称层厚(m)底层标高(m)含水量W（）重度 kN/m3孔隙比内聚力C(kPa)内摩擦角(0)标贯N杂填土7.70-4.2933.518.70.981427.52粘质粉土1.8-15.0930.918.70.90732.0
11、10灰色粘土7.10-22.1943.318.21.241412.5暗绿色粉质粘土3.5-25.6924.420.20.704315.51砂质粉土12.30-37.9935.120.31.04033.0402粉细砂22.86-60.8528.219.80.78037.050粉细砂未钻穿未钻穿25.20.71035.550注：承压水水位为地面以下11米。隧道塌陷后，地层发生一定的错位（如图1.2-1所示）。图1.2-1 地层情况对比示意图1.2.1.2 水文条件（1）地下水类型根据已有勘察资料表明，沿线地下水主要有浅部粘性土、粉性土层中的潜水及深部粉性土、砂土层中的承压水，第层为上海地区第一承压
12、含水层，第层为上海地区第二承压含水层，场区内第一、二承压含水层相通。（2）地下水水位潜水位和承压水位随季节、气候、湖汐等因素而有所变化。潜水位：上海地区经验，潜水水位埋深一般离地表面约0.31.5m，年平均水位埋深一般为0.50.7m；原详勘期间测得的浅部土层中潜水位埋深为离地表面0.41.0m；本次勘察期间根据部分钻孔测得的潜水位埋深为离地表面0.51.0m（大部分孔因及时注浆，故未测得潜水稳定水位）。第一承压含水层：上海地区经验，承压含水层水头埋深为311m，年呈周期性变化；原详勘时测得的层承压水位为地面以下7.58m（标高-3.31m），补勘时测得的层承压水位为地面以下11m；本次测得的
13、层承压水位埋深为9m（标高-5.40m）。（3）地下水的温度地下水的温度，埋深在4m范围内受气温变化影响，4m以下水温较稳定，一般为1618。（4）水力联系 潜水位与黄浦江的水力联系详勘期间进行了潜水与黄浦江的水力联系观测。根据观测成果，潜水与黄浦江水无明显的水力联系。据一般工程经验，当浅部有较厚粉性土时，临近黄浦江区段其潜水与江水会有一定的水力联系。观测成果推测本工程防汛墙下可能设有防渗板桩，导致黄浦江水与潜水无明显水力联系。 承压水与黄浦江水力联系调查根据详勘期间的观测成果，承压水与黄浦江水无直接的水力联系，但水位受黄浦江高潮、低潮变化的影响，变幅约50cm。（5）地下水参数室内渗透试验：
14、本次对各地基土层进行了室内渗透试验：土层渗透系数成果表 表1.2-3层序土 名室内试验渗透系数（cm/s）KVKH0粘质粉土4.53E-043.21E-04淤泥质粘土4.05E-086.40E-08粉质粘土5.72E-086.44E-08粉质粘土8.38E-089.51E-081砂质粉土5.34E-046.43E-042粉细砂8.00E-041.07E-031粉细砂1.20E-031.96E-032含砾细砂2.13E-033.50E-03补勘期间的现场抽水试验成果：补勘期间曾布置了2口抽水井（孔深分别为77米，74米），10口地下水位观测孔。进行层、层混合水位的量测，根据试验数据计算的结果，K
15、H=4.92m/d（5.6910-3cm/sec），KV=3.94m/d（4.5610-3cm/sec）。本次现场抽/注水试验成果：第0、层渗透系数见下表。抽/注水渗透系数成果表 表1.2-4层序土名渗透系数（cm/s）备注0粘质粉土5.10E-046.90E-04抽水（3个孔）粉质粘土4.34E-061.26E-05注水（2个孔）粉质粘土1.01E-05注水（1个孔）注：第层淤泥质粘土土层较薄，且为局部分布，本次现场抽/注水未实施。从上述两表中可以看到，一般现场抽、注水试验得出的渗透系数比室内渗透试验得出的渗透系数大，这是由于土层一般呈水平层理，均夹有薄层粉砂，增加了透水能力，而室内渗透试验
16、则受取土质量、试验边界条件的限制，建议以现场试验得出的渗水系数作为设计依据。（6）地下水水质本次在场地中部挖坑分别采取1组潜水水样，进行水质简分析，根据上海市工程建设规范岩土工程勘察规范（DGJ08-37-2002）判定，该3组地下水样对混凝土无腐蚀性。同时由于拟建场地地下水水位较高，根据上海地区经验，当地下水（潜水）对混凝土无腐蚀性性时，其土对混凝土亦无腐蚀性，故判定拟建场地地下水和土对混凝土无腐蚀性。本次在江中段采取2组江水水样进行水质分析，根据上海市工程建设规范岩土工程勘察规范（DGJ08-37-2002）判定，江水对混凝土亦无腐蚀性。另外，据试验结果，地下水对钢铁结构有弱腐蚀性。1.2
17、.2 环境条件本工程施工区域附近建筑物密集、地下管线众多、道路交通繁忙。施工场区主要为原浦西风井发生险情区域，该区域位于黄浦江和XX路之间，南侧紧邻22层的临江XX大厦，北侧为XX路。由于受先前场区塌陷影响周边建筑物都有所扰动，修复施工期间都应予重点保护，其中22层的临江XX大厦紧贴施工区南侧，保护要求高，给施工带来了很大难度。另修复施工中XX路上围护结构等施工将对XX路南向北及XX大桥上、下匝道出口处交通产生一定影响，需采取临时翻交改道及保护措施。江中段修复施工中，围堰和地基加固施工需要向黄浦江江面延伸60m左右距离，对主航道有一定影响。1.2.2.1 工程区附近主要建（构）筑物工程区附近主
18、要建（构）筑物一览表 表1.2-5 序号建（构）筑物位 置结构形式及概况受施工影响1临江XX大厦紧贴工程区南侧框架结构22层需保护2XX公司大楼沿XX路临江XX大厦南侧框架结构10层需保护3XX大楼沿XX路XX公司大楼南侧框架结构7层需保护4XX饭店等三座五层房XX路以东XX路北侧砖混结构5层需保护5临时防汛墙险情发生后临时砌筑的防汛墙钢筋混凝土施工临时围堰拆除后修复永久结构6XX大桥上下匝道工程区西侧XX路上钢筋混凝土高架道路需保护1.2.2.2 工程区附近道路交通工程区附近道路交通一览表 表1.2-6序号道路名称位置人非道数车道数受施工影响1XX路工程区西侧人行2道非机2道6南向北交通临时
19、翻交改道2XX大桥上下匝道工程区西侧无各2车道下匝道出口处车辆临时翻交改道3XX路工程区北侧22无影响1.2.2.3 地下管线工程区附近地下管线一览表 表1.2-7序号管线名称及规格位置受施工影响1上煤 XX路下搬迁改道2污水 400、 900、 800XX路下搬迁改道3上话XX路下搬迁改道1.3 方案制定过程及依据为了广泛调研目前国际和国内先进的施工技术和施工机械，在修复方案的编制和论证过程中，我们邀请了很多国际著名专家和企业以及国内的有关专家，对修复工程的总体方案、关键技术问题、关键设备开展了多次研讨。通过这些调研和研讨，我们基本明确了修复方案的总体思路和关键的技术方案。在总体修复方案选择
20、中，充分考虑了各种修复方案。总体技术路线在原位方案及搭桥（线路局部调整）方案两个方案都进行了充分深化和论证后，选定了原位方案的总体技术路线。原位修复方案中根据施工条件和工况的不同分别比选了围护明挖、加固矿山法暗挖、水平冻结暗挖、气压沉箱法以及简易盾壳支护暗挖等多种施工工艺和方法。经过充分深化、论证和比选，最终确定了以围护明挖为主、局部水平冻结暗挖以及气压法隧道清理、加固的总体修复方案。1.3.1 现场调研及相关试验为配合隧道修复工程，进一步验证隧道修复方案的可行性，找出并解决可能存在的技术难点，同时获取相关技术参数资料，从而为下一步修复工作的展开奠定基础，保证修复工程能顺利实施。在XX现场进行
21、了水下地形、工程地质补充勘察、隧道探摸，同时进行了关键技术的调研和试验：超深地下连续墙成槽试验、抽水试验，地基加固（旋喷试验、室内冻结），江中围堰方案等，并积极与国外施工单位、设备供应单位接触，通过引进世界最先进施工技术和设备提高隧道修复的可行性。1.3.1.1 水下地形勘探及成果为验证隧道塌陷后，江中地形的变动情况，特委托上海海洋石油局第一海洋地质调查大队对水下地形进行了二次详细勘测。勘测范围为长100m（防汛墙以外） 宽50m（隧道影响区域），测量误差小于5cm。经勘查，同时对比原勘测地形结果分析，地形整体无明显变化（见图1.3-1），隧道基本处于稳定状态。图1.3-1 上行线隧道江底地形
22、纵断面图1.3.1.2 工程地质补勘、详勘及成果为了正确制定隧道修复方案，2003年8月18日委托上海岩土工程勘察设计研究院作工程地质补充勘探；2004年4月委托上海岩土工程勘察设计研究院进行了修复场区的详勘和物探工作，为实施修复工程的设计和施工提供依据。详勘主要围绕以下目的展开：（1）查明场地的地形、地貌（包括黄浦江水下地形）；（2）查明地层构成与特征；（3）提供地基土物理力学性质指标；（4）查明地下水类型、水质、埋藏条件、相关土层的渗透性和承压水头等，为修复段的降水设计提供所需的水文地质参数；（5）判定场地类别，对地表下深度20m范围内粉性土（第0层），按7设防，综合静力触探试验和标准贯入
23、试验成果对其液化可能性进行详细判别，如判为液化则提供场地液化等级与液化强度比等，为设计采取必要的抗液化措施提供依据和参数；（6）提供基坑开挖设计和施工所需要的有关参数（如土的不均匀系数Cu、直剪固快C、峰值及70%值、三轴不固结不排水和固结不排水固结C、值、渗透系数、静止侧压力系数、基床系数、无侧限抗压强度等），对围护施工中应注意的问题提出建议；（7）根据设计要求，对采用围护区段，尚须提供常规钻孔灌注桩设计参数；（8）提供江中段围堰稳定性分析所需土性参数，并提供江中段施工平台桩基设计所需相关参数；（9）根据设计要求，尚需提供相关土层的回弹试验、动三轴（循环）及共振柱试验成果。详勘结果表明，场区
24、内地层基本无空洞，在隧道轴线位置附近区域地层有不同程度的下陷错位，在轴线外10m以外，深层土体基本无下陷及错位情况。勘探结果详见1.2章节“地质状况”。1.3.1.3 隧道受损区域探摸及成果为摸清隧道受损情况，确定修复工程的工作范围，同时为轴线调整提供依据。在塌陷现场对隧道受损情况作进一步探摸。通过在地面打钻探孔取芯验证隧道标高的方法检测隧道损坏范围。根据国内外技术交流及专家研讨的情况，采用钻孔探摸隧道顶部标高，并与施工后隧道顶部标高进行比较来判断隧道受损程度。这是目前技术手段条件下，检验深层地层中隧道完好情况的最直接和最准确的方法。结合原先隧道探摸资料，2004年4月在原先判断隧道破损临界点
25、附近进行了补充探摸。探摸成果见表1.3-1：隧道临界点附近的探摸成果表 表1.3-1点号里 程隧道顶标高差(m)探摸时间中山南路侧Y1XK12+0880.1382004年4月Y2XK12+0830.241*2004年4月Y9XK12+0850.0522004年4月Y3SK12+103.0880.0472004年4月Y4SK12+098.0890.0142004年4月黄浦江中W1XK11+826.3650.0172004年4月江3XK11+842.40.112003年10月W2SK11+8340.0572004年4月江4SK11+847.60.0672003年10月其中江3、江4点是2003年1
26、0月份黄浦江中探摸成果，其他为2004年4月份探摸成果。Y2点成果误差较大，在邻近点Y9进行了补测。Y1点距2003年7月隧道打孔进行灌注混凝土的S1点1m。根据上述多次探摸成果可以基本判定，隧道损坏临界点为SK11+832和SK12+106.091附近，下行线隧道损坏临界点为XK11+824.364和XK12091.478附近。1.3.1.4 承压水降水试验及成果（1）降水试验目的1通过降水试验确定施工的可行性，同时收集参数为降水施工方案的制定提供依据；2直接测定井孔实际涌水量，测定涌水量与水位降深关系曲线，评价扰动后的含水层透水性，推断和计算井孔最大涌水量与单位涌水量；3根据非完整井抽水试
27、验测定含水层参数；4估算降水时塌陷漏斗内外地面变形的情况，提出降水时防治降水引起地面变形的措施；5确定修复场区72m以上承压含水层的水文地质参数；6了解潜水、黄浦江江水及两隧道内的水压力与下部承压水是否存在水力联系；7根据测定的含水层参数，预估隧道修复时群井降水的方案及降水时承压含水层的水力场变化情况。（2）抽水孔的布置考虑非完整井非稳定流抽水试验要求、工程实际情况和地层扰动情况等诸多因素，布置两口77m深抽水孔。深井开孔终孔口径一致，均为600mm，一径到底。井管直径273mm，井管壁厚6mm，过滤器埋置深度为60-75m，2m沉淀管，井管埋置深度为600m，填砾为4号砂，填砾深度7750m
28、，4050m处采用粘土球止水，上部回填黄泥。（3）观测孔的布置抽水试验共布置12口观测孔（10口水位观测孔、1口分层沉降观测孔及1口孔隙水压观测孔），观测孔孔径350mm，管径165mm，井壁厚4mm。（4）水位动态观测本次抽水试验由于降深较小，承压水水位受黄浦江江水位变化影响较大，潜水水位和隧道内水压基本未受任何影响。（5）单孔抽水试验9月12日16：03时至9月13日23：13时，做单孔抽水试验，抽水孔为主井1，流量基本稳定在88m3/h，观测孔为观10，静止水位埋深11m，两孔之间距离为6m，观测孔最大降深1.32m，主井稳定降深30m。根据试验数据计算的结果：导水系数T=504m3/d渗透系数Kr=T/m=504/116=4.34m/d。垂直渗透系数KZ=0.8Kr=3.47m/d。（6）多孔（2孔）抽水试验为了更多地暴露各种水文地质问题，做了多孔抽水试验。同单孔抽水试验类似，本次抽水试验选择主井1、主井2同时抽水，全面观测所有观测孔，包括观1、观2、观5、观6、观7、观8、观9、观10、观12、观13、分层沉降观测孔和孔隙水压力观测孔，试验时间为9月19日早上6：30至19：50时，根据试验数据计算结果为：T=571m3/d，Kr=4.92m/d，KZ=3.94m/d，贮水系数u=3.1110-2。（7）试验结果1XX原隧道风井位置场区地层无空洞，但
