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轨道交通11号线北段 9159金沙游艺场降水工程

一、概述
1.  工程概况
工程名称:轨道交通11号线北段 9159金沙游艺场降水工程
工程地点:嘉定新城~安亭汽车城~三林
     拟建的轨道交通11号线北段工程(嘉定新城~安亭汽车城~三林) 经过嘉定区、普陀区、长宁区、浦东新区五个行政区。线路呈西北~东南走向,线路长约59.41Km,共设27座车站。其中主线城北路~上南路站,长约46.6Km,设23座车站:支线嘉定新城站~墨玉路站,长约12.81Km,设4座车站。
     支线走向:支线从嘉定新城站出岔,在上海国际赛车场中心广场设赛车场站,下穿嘉松公路、规划京沪高铁和既有沪宁铁路,在昌吉路口设同济嘉定校区站,沿于田路——曹安公路——安驰路北侧设汽车城站,至曹安公路、墨玉路口设支线终点站墨玉路站。
     赛车场站~同济嘉定校区站明挖区间位于嘉定区内,北邻车站河,东邻蕴藻浜,区间沿蕴藻浜西侧的乱掘地呈南北走向。明挖区间暗埋段结构形式为浅埋的单箱双室框架结构,敞开段为 U 型槽结构,盾构井位地下一层框架结构生成。
    明挖区间长约450m(含盾构井),区间外包宽度由9.7m渐扩至15.2m,设射流风机处局部加宽至16.8m,设雨水泵房处加宽至15.8m。盾构工作井外包尺寸20.48m*15.8m。暗埋段总潜覆土0.7m,最深覆土5.5m。盾构工作井覆土4.5m。明挖区间基坑深度最深处达14.5m。
     明挖区间周边空旷,无建筑物和无市政管线。
     根据本次勘探是县城土层鉴别、原为测试和土实验成果和分析,本场地自地表至40.0m深度范围内所揭露的土层均为第四纪松散沉积物,按其成因可分为8层,其中②、③、⑤、⑥、⑧层按其土性及土色差异又可分为若干亚层,所见土层自上而下分述详见土层特性表。
     纵观本场地,土层分布局如下特征:
     本场区浅部普通分布有第②1层褐黄色粉质粘土和第②2层灰黄色粉质粘土,状态为软-可塑,但该二层土在浜、塘分布区缺失。另本场区部分区域有暗浜分布,第②1层和第②2层土在暗浜区域亦会受切割缺失。
本场区自ZQ2XC25直至盐铁河分布有第②3层灰色沙质粉土,厚度一般为1.0-3.0m,而其余区域均缺失。
     本场区普遍分布有海相沉积的第③1层灰色沙质粘土,状态呈软塑状,其土质较差,强度较低,厚度一般为3.0-7.0m。
     本场区第③2层灰色沙质粉土仅在近嘉松北路两侧分布,厚度变化较大,强度较低,厚度一般为5.0m左右。
     第⑤1-1层灰色粘土在本区间大部分区域分布,仅在嘉松北路-盐铁河之间缺失,土质较差,厚度一般为4.0-10.0m。
     第⑤1-2层灰色沙质粉土,该层土仅在同济嘉定校区站-洞口之间分布,土质较差,厚度一般为6.0m左右。
     第⑤2层灰色沙质粉土,该层土仅在嘉松北路-盐铁河及ZQ2XC31处分布,土质较好,当层面变化较大,厚度一般为5.0-7.0m。
     第⑤3层在本区间内部局部分布,土性较差,厚度一般为5.0m左右。
     本场区第⑥1暗绿色粉质粘土层和第⑥2草黄色粘质粉土夹粉质粘土层在本区间普遍分布,仅局部缺失,该二层土土性较好,总厚度一般在10.0m左右。
     本场区第⑦1层草黄色砂质粉土,仅在嘉松北路右侧一段分布,该层土土质较好,厚度一般为6.0m左右。
     第⑧1-1层灰色粉质粘土,该层土局部缺失,土性较差,厚度一般为10.0m。
     第⑧1-2层灰色粉质粘土夹粉砂,该层土在本区间普遍分布,仅局部缺失,土质较不均匀。
     本基坑对工程有影响的地下水主要为浅层的潜水,其主要补给来源为大气降水,水位水季节变化而变化,水位埋深一般为0.3~1.5m,稳定水位埋深0.8~1.4m,根据上海市工程建设规范《地基基础设计规划》(DGJ08-11-1999)有关条例,上海地区潜水位年平均水位埋深一般为0.5~0.7m,本设计按不利条件分别采用地下水位埋深为0.5米,低水位埋深1.5米。
     拟建明挖区间基坑开挖深度从0~12.9m不等;盾构工作井基坑开挖深度为14.5m。
     本场区上部第②3层、第③2层属微承压水层,下部第⑤2、第⑥2层、第⑦1层、第⑧2-1层属承压水层。据上海地区经验其承压水头埋深一般为3.0~11.0m(近几百年有降低的趋势),据搜集的长期动态观察资料,受夏用冬灌的影响一般呈周期性变化,夏秋水位较低,冬春相对较高。由于本工程地下室深度较深,基坑开挖后承压水上覆土不透水层厚度部分能否满足避免承压水基坑产生的突涌的安全需要。需进行基坑突涌验算。
     本工程属重点工程,且局部开挖深度较深,开挖范围广且基地分别位于不同土层内。为防止基坑坍塌及流沙、涌沙等现象的发生,保证基坑安全,必须使用真空深井降水,并保证水位降至1m~2m以下。
     本工程维护采用地下连续墙,地下连续墙深度为24m。

地层表

 层号 土层名称   层厚  渗透系数  (cm/s)  含水量%
 Kv  KH  
 ①1  填土        
 ①2  浜填土        
 ②1  褐黄色粉质粘土    3.28E-07  4.49E-07  27.7
 ②2  灰黄色粉质粘土    5.53E-07  1.73E-07  30.9
 ②3  灰色沙质粉土    2.10 E-07  2.99E-07  28.3
 ③1  灰色粉质粘土  3.0-7.0  6.11E-07  2.36E-07  36.0
 ③2  灰色沙质粉土  3.0-10.0      33.4
   灰色淤泥质粘土  5.0      39.5
 ⑤1-1  灰色粘土  4.0-10.0  5.17E-07  5.82E-07  39.1

 

二、 工程编制说明

    2.1编制依据

    本施工组织设计方案仅为轨道交通11号线北段工程明挖区段真空深井降水工程所用,主要编制依据如下:

     2.1.1《轨道交通11号线北段工程岩土工程勘察报告》

     2.1.2《“轨道交通11号线北段工程”区间维护结构平面图》

     2.1.3《“轨道交通11号线北段工程”区间平面图》

     2.1.4《“轨道交通11号线北段工程”雨水泵房结构图》

     2.2 降水方法

     根据地质资料开挖深度,决定9159金沙游艺场降水采用大口径真空深井降水。

     2.2.1对象:开挖范围内降潜水。

    2.2.2降水目的:确保基坑开挖提供良好的干施工环境,通过及时疏干基坑内的地下水,提高土体的有效应力,防止坑底涌水,流砂等现象的产生,保证基坑的安全,满足施工要求。

    2.3 9159金沙游艺场布置

    坑内均布深井64口,观察井7口,轻型井3套。

三、确定9159金沙游艺场系统的布置

    3.1 降水分析:本公司基坑开挖深度一般为0~12.9米不等,局部最深达14.5米,本场地设计时按不利条件分别采用潜水高水位埋深0.5米,低水位埋深为1.5米。第⑦层为层压含水层,设计计算时取承压水头埋深7.50米(经验值)。

    由于本公司开挖方式采用逐步加深的方法,因此基坑底经过该场地地下各个图层。且该机坑全场451米,跨度期间有暗浜,塘等不同地质情况分布。大部分结构松散,以沙土及粉土为主,含水量较大且渗透系数也较大。

    由于地质资料不够详细,只知道地表为填土且由建筑垃圾,不知厚度等状况。根据经验判断,该基坑渗透系数最小的为上部填土及粘土部分。

    由于本工程的特殊性,降水设计应根据情况统筹布置、分别设计,以适应基坑不同区段的降水要求。

    3.2降水设计:根据本公司基坑施工要求及地质情况,本场地开挖范围内渗透系数K在1.73E-07~2.99E-07之间。地下水位埋藏在地面下0.5~1.5米,且降水漏斗曲线应该在基坑地面以下1.0~2.0米以确保基坑降水的安全。

    根据本工程的基坑几何图形的不规则性、降水深度渐变性、含水层特性、工程地质条件结合9159金沙游艺场公司多年的降水经验,本工程降水设计按降水深度不同,采用轻型9159金沙游艺场与真空深井2种不同的方式进行。

    该基坑全场451米,其中约75米为开挖深度在3米以下,75米左右为开挖面积5米以下3米以上,其余300米为开挖深度5米以上。整个基坑宽在10~18米,大部分款在11~14米左右。

    根据该工程的基坑开挖渐深的特殊性,确定降水设计分2种:开挖深度在3米以上5米以下部分采用轻型9159金沙游艺场降水,开挖深度在5米以上采用真空深井降水法,并根据每个区段不同的开挖深度分别设计。

    3.2.1轻型9159金沙游艺场数量与排列

    开挖深度在3米以上5米以下区段(ZSOK8+180.000~ZSOK8+105.000)采用轻型9159金沙游艺场,区段长度75米,宽度在10米左右。轻型9159金沙游艺场呈U字型排列,在对该区段降水的同时对临边开挖深度5米以上区域起到了隔水的作用。该区段共布3套轻型9159金沙游艺场,详见9159金沙游艺场平面布置示意图。

     3.2.2轻型9159金沙游艺场结构

     轻型9159金沙游艺场采用6米井管加0.84米滤管的结构,足以达到降水深度要求。井管间距1.5米。

     3.2.3真空井数量

     由于开挖深度5米以上区段的宽度普遍在11~16米,局部最宽在18米左右(工作区),真空深井的影响半径在8米左右,因此在布置工程中除工作区外,宽度可忽略不计。计算工程中,9159金沙游艺场采用平均宽度12米计算,另预留10%的安全系数

    ①计算公式:n=A/a(根据施工经验)

   式中:n——井数(口);

           A——基坑降水面积(m2);

           a——单井有效抽水面积(m2)。

    ②计算:n=A/a=3732*1.1/200=20.526(口)

    故在本基坑范围内共布置真空深井21口,由于工作区宽18米左右,超过了单井影响范围,故在工作区应加一口真空深井,即22口(J22~J43)。降水井平面位置详见平面布置示意图。

    另外由于本工程情况及地质情况复杂,地下水量丰富。需在基坑外两边布置两排真空深井(J1~J21)(J44~J64),加强降水效果,缩短施工周期,有效保护基坑维护并起到阻水的作用。

     真空深井共64口(J1~J64),井位布置详见9159金沙游艺场平面布置示意图。

     3.2.4降水井结构

     该基坑采用逐步加深的开挖方式,根据以下公式结合工程实际情况,井管结构见表。

     计算公式:L=1.3H(根据工作经验)

     式中:L——自渗井长度(m)

             H——基坑开挖深度(m)

降水井及观察井结构表1

 井号

 所在区段开挖深度

 设计井深

  井号

  所在区段开挖深度

  设计井深

  井号

  所在区段开挖深度

  设计井深

 J1

 5.10

 8.00

 J22

 4.90

 8.00

 J44

 5.10

 8.00

 J2

 5.65

 9.00

 J23

 5.45

 9.00

 J45

 5.65

 9.00

 J3

 6.00

 9.00

 J24

 5.90

 9.00

 J46

 6.00

 9.00

 J4

 6.35

 10.00

 J25

 6.15

 10.00

 J47

 6.35

 10.00

 J5

 6.95

 10.00

 J26

 6.70

 10.00

 J48

 6.95

 10.00

 J6

 7.40

 11.00

 J27

 7.10

 11.00

 J49

 7.40

 11.00

 J7

 7.90

 12.00

 J28

 7.50

 12.00

 J50

 7.90

 12.00

 J8

 8.40

 12.00

 J29

 8.15

 12.00

 J51

 8.40

 12.00

 J9

 8.85

 13.00

 J30

 8.60

 13.00

 J52

 8.85

 13.00

 J10

 9.10

 13.00

 J31

 9.00

 13.00

 J53

 9.10

 13.00

 J11

 9.15

 13.00

 J32

 9.13

 13.00

 J54

 9.15

 13.00

 J12

 9.40

 13.00

J33

 9.20

 13.00

 J55

 9.40

 13.00

 J13

 9.85

 14.00

 J34

 9.60

 14.00

 J56

 9.85

 14.00

 J14

 10.30

 15.00

 J35

 10.03

 15.00

 J57

 10.30

 15.00

 J15

 10.80

 15.00

 J36

 10.55

 15.00

 J58

 10.80

 15.00

 J16

 11.25

 16.00

 J37

 11.00

 16.00

 J59

 11.25

 16.00

 J17

 11.55

 16.00

 J38

 11.35

 16.00

 J60

 11.55

 16.00

 J18

 11.80

 17.00

 J39

 11.70

 17.00

 J61

 11.80

 17.00

 J19

 12.30

 17.00

 J40

 12.10

 17.00

 J62

 12.30

 17.00

 J20

 12.80

 19.00

J41

 12.50

 19.00

 J63

 12.80

 19.00

 J21

 13.30

 19.00

 J42

 14.50

 19.00

 J64

 13.30

 19.00

 

 

 

 J43

 14.50

 19.00

 

 

 

 G1

 5.05

 8.00

 

 

 

 

 

 

 G2

 6.90

 10.00

 

 

 

 

 

 

 G3

 8.40

 12.00

 

 

 

 

 

 

 G4

 9.15

 13.00

 

 

 

 

 

 

 G5

 10.30

 15.00

 

 

 

 

 

 

 G6

 11.60

 16.00

 

 

 

 

 

 

 G7

 12.90

 20.00

 

 

 

 

 

 

 

降水井及观察井结构表2

 井深  第一段  第二段  第三段  第四段  第五段
 8.0m  2m光管  5m滤管  1m沉淀管    
 9.0m  2m光管  6m滤管  1m沉淀管    
 10.0m  3m光管  6m滤管  1m沉淀管    
 11.0m  3m光管  7m滤管  1m沉淀管    
 12.0m  3m光管  8m滤管  1m沉淀管    
 13.0m  3m光管  4m滤管  1m光管  4m滤管  1m沉淀管
 15.0m  3m光管  4m滤管  2m光管  5m滤管  1m沉淀管
 16.0m  3m光管  4m滤管  2m光管  6m滤管  1m沉淀管
 17.0m  3m光管  4m滤管  2m光管  7m滤管  1m沉淀管
 19.0m  3m光管  5m滤管  2m光管  8m滤管  1m沉淀管
 20.0m(观察井)  2m光管  7m滤管  2m光管  8m滤管  1m沉淀管

滤网管采用60目纱网包裹。

     这样的结构主要考虑到:上部预备留2~3米光管,并在周围填粘土封口能在开井内形成真空。滤管的长度比例远远大于光管,大大增加乐渗水面积,加速周围土中水流入井内。

     13.0米以上的井管分5段,中间光管段有利于加固井管,使井管不易变形。另外在施工中,上部滤管的制作方式亦采取冲孔法,这样制作的井管不易变形,不容易损坏井管造成废井。

      3.2.5观察井数量

      由于该基坑跨度较大,期间地质情况复杂且分布不均。为观测基坑内水位和降水基坑内外的影响,故拟在基坑内布置7口(G1~G7)观测井。谁是观测基坑内水位变化。具体观察井位布置详见平面布置示意图。

      3.2.6观察井结构

      详见降水井及观察井结构表。

     3.2.7基坑稳定性验算

     坑底土体稳定性条件,基坑地板至含水层顶板之间的土压力大于承水的顶托力,也即必须满足坑底下覆土自重应力大于承压水头。

     按照以下公式计算判别:H*rs>=Fs*rw*h

    式中:H——坑底至承压含水层顶板间的距离

            rs——为坑底至承压含水层顶板之间土体平均重度。

            h——为承压水头至承压含水层顶板间距离(m)。

            rw——水的重度,取值10KN/m3

            Fs——安全系数,一般为1.0~1.2

      由于提供的地质资料中缺各土层埋深及层厚,无法精确验算基坑的稳定性,根据经验9159金沙游艺场公司多年施工经验,该基坑最大开挖深度14.5米应刚好可以满足基坑稳定条件。9159金沙游艺场公司最深井管设为19米也应考虑到承压水因素不易过深。最好在施工前,能根据详细地质资料再次验算承压水对基坑的影响。

    3.3降水效果:

    3.3.1基坑降水目标

    基坑降水要求水位控制在基坑开挖底以下1.0米以下,保证基坑安全。

    3.3.2 降水设备能力

     潜水泵出水量3m3/h(本公司采用QDX3-25-0.75 型潜水泵),完全可以达到降水要求。3~5口井配备了1台真空泵,能在井中形成真空,加速土中水份流入大口径井中,并且能抽出土里空气,是基坑中的土体更加坚固。

     3.3.3由于实际施工中,9159金沙游艺场公司采用高真空降水,每3~5口深井配1台真空泵抽真空。能加速土体中的水通过滤水管进入深井管内。预计沉井全部完成后,一个月能降水位降至底板以下1.0米,达到开挖要求。

     真空泵原理:水喷射真空泵是利用有压液体传递能量和质量,本身没有运动部件。由喷嘴、吸入室和拉法尔扩压管3部分组成。具有一定压力的工作流体(一般为水)通过渐缩喷嘴高速喷出。使静压头转化为动压头。在喷嘴出口区域形成负压。使被抽介质能吸引出来。二股介质在拉法尔渐扩管内进行充分的混合和能量交换,并使动压头还原为静压头,最后排入大气中。

    用途:JSJ型9159金沙游艺场水喷射机组和井管组成的9159金沙游艺场降水系统能有效的在开挖基坑时降低地下水位,防止边坡塌方,避免水渗入,保证施工正常安全进行,它被广泛用于建筑等行业的9159金沙游艺场降水工程。

    3.4降水操作

     实际降水过程中,大口径井口采用井盖封口,每3~5口大口径井带1台真空泵抽水真空,加速土体中的水进入井管内。另外9159金沙游艺场公司采用独家最新工艺,潜水泵在井管中24小时不停运作,将降水井中的水排出基坑。随着降水周期及水位的变化,逐渐降低潜水泵在井管中的位置,以保证潜水泵能时时抽水。

    9159金沙游艺场公司会根据施工需求和实际情况采用多种真空系统进行降水。

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