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  • 地下水自动回灌技术在高铁隧道保护工程中的应用案例——天津某项目
    2016-09-30 13:11:05

    该项目包括11栋25~33层住宅楼,最大高度99.98m;2栋1~2层经营性商业用房;整体地下车库。工程共分为三期,其中工程一期地下车库为1层,埋深为6.00m,工程二期和工程三期地下车库为2层,埋深为10.00m。二期基坑面积为11000平方米,开挖约9.1m深,采用灌注桩+三轴搅拌桩止水,靠近地下直径线处再施作一道TRD水泥土隔离墙,墙深25m。基坑东侧临近津秦高铁海河隧道地下直径线,基坑围护结构距离地下直径线外皮约13.9~20.7m,为重点保护构筑物。

    场地平面示意图

     

    基坑与高铁隧道平面位置关系

     

    铁路地下直径线剖面位置示意图

    2015年4月初,基坑成井结束后进行试抽水,试抽水运行时间为一周。随后地下直径线隧道监测数据显示垂直位移与横向位移均出现异常。截至2015年5月22日变形发展至最大,横向位移最大累计接近6mm(向基坑方向)。多数监测点累计偏移2~4mm左右。上述最大变形值已经超过了铁路地下直径线隧道结构的报警值,鉴于此种情况,在原因尚未明确的情况下,北京铁路局对该项目紧急叫停。

     

     

     

    截至2015年9月22日隧道变形有所恢复并且已经趋于稳定,但后续施工盾构隧道各段落再允许轴线水平收敛值最大只有3.4mm,盾构隧道轴线中心点再允许水平位移值只有1.5mm。如此严格的变形控制标准,在原因不明确而且没有保证措施的前提下,施工难度极大,极有可能再次发生较大变形。

    受业主单位委托,长凯岩土于2015年6月开始介入此项目,从前期原因分析入手,经过一段时间的现场调查分析,并进行了多次内部讨论,结合地质条件分析,最终明确,导致隧道变形的主要原因有以下几个方面:

    1.前期试降水期间,一次降水面积较大,一次降深较大,水位下降速率过快,深层承压含水层垂直向上越流补给,导致承压水水位下降,特别是隧道坐落的⑨2层承压水水位下降。

    2.根据现场调查,基坑B区前期施工过程中,场地内施工过3口取水深井,井深大概在40m左右。其中2口已封堵(具体封堵措施及封堵效果不详),1口位置及是否封堵不详,该井井底位于?2粉土层,穿过⑨2粉土层。隧道正好位于⑨2承压水层。且B区基坑遗留若干勘察孔,是否封堵及封堵效果不详。

    由于上述存在的深层取水井、减压井以及勘探孔,很大程度上导致下部承压与上部浅层水的直接连通,下部承压水向上的直接补给,从而在疏干降水期间导致坑外承压水水位下降,引起隧道结构变形。

    针对上述原因分析,为确保后续施工过程中,铁路地下直径线隧道结构变形能够控制在允许范围内,结合工程特点制定了通过坑外地下水回灌,保持坑外⑨2层承压水水位稳定的方案,进而确保铁路地下直径线隧道变形稳定。

    本工程回灌井成对布置,共布置16对合计32口回灌井。回灌井滤水管对应⑨2层承压含水层。本次回灌采用的是常水头无压自动回灌,根据水位变化情况进行全自动控制,水位控制范围为±30cm,坑外承压水水位下降幅度达30cm后,回灌自动启动,观测井水位回升至初始水位以上30cm后回灌自动停止,如此往复,不间断工作,同时辅以人工巡视。

    本次回灌水源优先选用基坑内抽出地下水井水处理后作为回灌水源,回灌水处理装置选用的是我公司自行研制的一整套地下水处理装置,具备高效、可靠地特点,节约大量的水资源。

    本次回灌过程由于铁路地下直径线隧道变形控制极为严格,对工程中的监测选用了全自动的水位监测和数据采集系统,同时还有效地结合了兄弟单位顺凯信息所开发的网络平台对监测数据进行了实施的网络发布,参见单位相关人员均可以通过网络平台实时的关注相关数据。

    本工程施工期间,监测单位对铁路地下直径线隧道变形,进行了全自动的监测,并且与我们成功的实现了数据共享,过程中,除通过水位控制回灌外,还纳入了隧道结构变形控制标准,结合隧道结构变形情况,主动的对坑外回灌进行调整,是隧道结构变形向着有利的方向发展。

    水位自动监测系统

     

    隧道结构变形自动化监测系统

    自2015年11月至2016年7月,通过近9个月的精心控制,实现了基坑开挖降水期间隧道结构的平稳,整个过程隧道竖向位移受基坑开挖影响出现一定的回升,之前变形超标的横向位移相对稳定,基本在0.5~1mm之间波动,纵向位移变化较小。

    1-1剖面(上)、2-2剖面(中)、3-3剖面(下)

    典型剖面隧道结构变形时程曲线图

    坑外观测井水位变化时程曲线

    坑外回灌井回灌量时程变化曲线

    本工程地下水回灌的成功实施,为业主解决了实际困难,赢得了业主的信任,更重要的是通过本工程的成功,得到了铁路系统相关管理部门的一致认可,开创了公司新的业务增长点。我们也深刻认识到技术创新的重要性,通过不断的技术创新和和成果转化,能够使公司在专业的道路上越走越远,越走越稳。

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