《城市地下空间建设新技术》第2章.pptx

城市地下空间建设新技术2014年11月19-22日 合肥全国注册土木工程师（岩土）继续教育必修教材20142014年年1111月月全国注册土木工程师（岩土）继续教育必修教材第二章城市超深基坑地下工程设计与施工技术2.1 概述2.2技术介绍2.3工程应用-天津站交通枢纽工程后广场工程2.4 总结提 纲3u为了满足城市功能的需要，在今后数十年内我国将处于城为了满足城市功能的需要，在今后数十年内我国将处于城市地下工程建设的高潮，市地下工程建设的高潮，城市地下空间的利用也必将由现在的城市地下空间的利用也必将由现在的浅层空间向中浅层空间（地面以下浅层空间向中浅层空间（地面以下30m）发展）发展。u我国在深度较大的城市地下空间开发涉及到的地下工程建我国在深度较大的城市地下空间开发涉及到的地下工程建设的复杂理论和关键技术还设的复杂理论和关键技术还缺乏深入、系统的研究缺乏深入、系统的研究。2.1 概述城市地下工城市地下工程是一个复程是一个复杂的系统工杂的系统工程程地下工程理论在地下工程理论在软弱地层和极复软弱地层和极复杂环境杂环境下的应用下的应用施工工艺以及施工施工工艺以及施工组织是否合理对支组织是否合理对支护体系是否成功具护体系是否成功具有重要作用有重要作用地质环境的复杂性地质环境的复杂性和不确定性、地面和不确定性、地面及地下建（构）筑及地下建（构）筑物密布物密布。涉及多个学涉及多个学科的交叉科的交叉2.1 概述 工程地工程地质岩土力学岩土力学工程工程结构等构等地下工程的地下工程的设计理理论和施工关和施工关键技技术研究研究现状状u设计理理论方面方面相互作用下土相互作用下土压力理力理论问题；开挖开挖对环境影境影响的响的预测方法；方法；基坑降水理基坑降水理论；u两两墙合一逆做法合一逆做法施工施工过程中程中产生的不均匀沉降生的不均匀沉降对结构体系的影响；构体系的影响；工程构件工程构件连接精度控制接精度控制难度度较大；大；层板混凝土的表板混凝土的表观质量控制量控制难度度较大等等。大等等。u基坑基坑时空空效效应与与变形控制形控制软土地区土地区由于开挖由于开挖和降水使和降水使得空得空间受受力状力状态发生改生改变科学地制定考虑时空效应的开挖和支科学地制定考虑时空效应的开挖和支撑的施工设计方案撑的施工设计方案2.1 概述2.1 概述 本章针对天津站交通枢纽工程后广场工本章针对天津站交通枢纽工程后广场工程，结合该工程课题研究组的研究成果，介程，结合该工程课题研究组的研究成果，介绍一些城市超深基坑地下工程设计与施工关绍一些城市超深基坑地下工程设计与施工关键技术。键技术。u 主要存在以下问题主要存在以下问题（1）基于一基于一维压缩试验以及常以及常规三三轴试验基基础建立的建立的计算参数属于算参数属于简单情况下的加荷情况下的加荷问题深基深基础、地下隧道、深基坑均、地下隧道、深基坑均涉及土的开挖卸荷涉及土的开挖卸荷问题采用加荷条件且不考采用加荷条件且不考虑应力路力路径的土体参数径的土体参数进行深基坑的分析行深基坑的分析设计不不严格格。（2）超深基坑开挖工程超深基坑开挖工程卸荷幅度很大，卸荷幅度很大，土体土体处于于严重超固重超固结状状态基坑施工基坑施工时降水与开挖交替降水与开挖交替进行，行，有效有效应力的增减力的增减导致土体加荷与卸致土体加荷与卸荷的反复荷的反复沿用加荷状沿用加荷状态下的土的下的土的强度指度指标有可能有可能导致致设计安全度安全度不足。不足。2.2 技术介绍2.2.1超深基坑开挖中的土力学问题u考虑加、卸荷条件的土体特性考虑加、卸荷条件的土体特性单调卸荷条件单调卸荷条件卸荷应力路径卸荷应力路径UU表示表示竖向卸荷，水平向卸荷；向卸荷，水平向卸荷；等号右等号右边的数字表示的数字表示竖向加、向加、卸荷卸荷应力与水平向加、卸荷力与水平向加、卸荷应力力的比的比值。UU=0和和UU=分分别代表了主代表了主动区和被区和被动区两种极端情况下的区两种极端情况下的应力路径力路径。2.2 技术介绍2.2.1超深基坑开挖中的土力学问题u考虑加、卸荷条件的土体特性考虑加、卸荷条件的土体特性考虑开挖、降水交替施工过程考虑开挖、降水交替施工过程考考虑开挖降水作用比开挖降水作用比仅考考虑开挖开挖时土体土体总的回的回弹值小。小。降水后土体的降水后土体的强度度显著提高，相同著提高，相同应力水平下，土体呈力水平下，土体呈现较小的小的应变和和变形量。形量。降水降水对土的土的压密作用使得土体密作用使得土体强度峰度峰值高于高于仅考考虑开挖作用土体开挖作用土体的的强度峰度峰值。经历降水开挖路径与降水开挖路径与仅经历开挖路径的土体相比明开挖路径的土体相比明显呈呈现超固超固结土的性土的性质。2.2 技术介绍2.2.1超深基坑开挖中的土力学问题u考虑土体应力路径下的强度指标选取考虑土体应力路径下的强度指标选取采用不同的试验方法，可得出截然不同的土体抗剪强度参数。采用不同的试验方法，可得出截然不同的土体抗剪强度参数。建筑地基基建筑地基基础设计规范范规定：定：对于于饱和黏性土和黏性土应采用在土的有效采用在土的有效自重自重应力下力下预固固结的三的三轴不固不固结不不排水排水试验确定抗剪确定抗剪强度指度指标。岩土工程勘察岩土工程勘察规范范中中则没有明没有明确采用何种参数，但确采用何种参数，但规定土的抗剪定土的抗剪强度度试验方法方法应与基坑工程与基坑工程设计要要求一致，符合求一致，符合设计采用的采用的标准。准。建建设部行部行业标准准建筑基坑支建筑基坑支护技技术规程程采用三采用三轴固固结不排水不排水试验强度指度指标，且当地有可靠，且当地有可靠经验时允允许采用直剪采用直剪试验强度指度指标。冶金部行冶金部行业标准中准中规定，采用水土分定，采用水土分算算时应选取有效取有效应力力强度指度指标，也可，也可采用三采用三轴固固结不排水不排水试验强度指度指标；采用水土合算采用水土合算时应选取三取三轴固固结不排不排水水试验强度指度指标，并，并应乘以乘以0.7的折减的折减系数。系数。上海市工程建上海市工程建设标准准地基基地基基础设计规范范规定：当采用水土分算定：当采用水土分算时，取三取三轴固固结不排水不排水试验或直剪固快或直剪固快试验的峰的峰值；当采用水土合算；当采用水土合算时，取直剪固快取直剪固快试验的峰的峰值。2.2 技术介绍2.2.1超深基坑开挖中的土力学问题u考虑土体应力路径下的强度指标选取考虑土体应力路径下的强度指标选取基坑工程设计时，土的抗剪强度的试验方法基坑工程设计时，土的抗剪强度的试验方法不宜采用直剪试验不宜采用直剪试验。在在计算主动区土压力计算主动区土压力时采用时采用固结不排水试验固结不排水试验强度指标是比较合强度指标是比较合理的。理的。被动区土体的强度指标被动区土体的强度指标一般也采用一般也采用固结不排水剪固结不排水剪强度指标。强度指标。对于对于砂土和碎石土砂土和碎石土，计算支挡结构物上的主、被动土压力时应，计算支挡结构物上的主、被动土压力时应当使用土的当使用土的有效应力强度有效应力强度指标。指标。对于对于饱和黏性土饱和黏性土，在计算和分析中一般使用，在计算和分析中一般使用总应力强度指标总应力强度指标，如固结不排水如固结不排水(CU)和不固结不排水和不固结不排水(UU)试验的强度指标等。试验的强度指标等。2.2 技术介绍2.2.1超深基坑开挖中的土力学问题基坑降水工程基坑降水工程基坑降水工程基坑降水工程需要达到目的需要达到目的需要达到目的需要达到目的1）疏干基坑内）疏干基坑内储水，水，创造干式造干式开挖作开挖作业条件；条件；2）降低坑底承）降低坑底承压含水含水层水水头，防，防止突涌止突涌发生，避生，避免渗流破坏；免渗流破坏；3）控制降水引起）控制降水引起的地面沉降，避免的地面沉降，避免较大差异沉降；大差异沉降；4）控制降水）控制降水对坑内梁、柱等坑内梁、柱等围护、支、支护结构体构体的影响。的影响。2.2 技术介绍2.2.2超深基坑降水设计与施工技术需要制定科学合理的基坑降水方案需要制定科学合理的基坑降水方案2.2 技术介绍2.2.2超深基坑降水设计与施工技术科学合理的科学合理的基坑降水方案基坑降水方案疏干井设计疏干井设计减压井设计减压井设计地面沉降计算地面沉降计算所需所需资料资料l基本水文地质资料：含水基本水文地质资料：含水层厚度层厚度H；含水层的渗透系数含水层的渗透系数 K；影响半径影响半径R；含水层的补给条件；含水层的补给条件；地下水流动方向；地下水流动方向；水力梯度；水力梯度；等等等等l基坑工程平面位置以及周基坑工程平面位置以及周边环境资料边环境资料2.2 技术介绍2.2.2超深基坑降水设计与施工技术基坑工程施工基坑工程施工环境越来越复境越来越复杂基坑深度越来基坑深度越来越大越大环境保境保护要求要求越来越高越来越高 深基坑降水工程中含水层之间的水力联系是一个非常重要的因素。深基坑降水工程中含水层之间的水力联系是一个非常重要的因素。水力联系较小，水力联系较小，潜水层疏干对承压含潜水层疏干对承压含水层几乎没有降压效果，需要对承压水层几乎没有降压效果，需要对承压含水层设置减压井降水，增加工程造含水层设置减压井降水，增加工程造价。价。水力联系较大，水力联系较大，当潜水层疏干后承压含当潜水层疏干后承压含水层水位已经满足抗突涌稳定验算要求，水层水位已经满足抗突涌稳定验算要求，不需要对承压含水层进行减压措施，不不需要对承压含水层进行减压措施，不需要设置止水帷幕。需要设置止水帷幕。2.2 技术介绍2.2.2超深基坑降水设计与施工技术 井流降水按照井流降水按照“分层降水、按需降水、动态调整分层降水、按需降水、动态调整”的原则。的原则。回灌井回灌井对地面沉降有很好的控制效果。对地面沉降有很好的控制效果。可先设置最上层水平支撑，然后开始进行坑内降水；可先设置最上层水平支撑，然后开始进行坑内降水；宜采用分层、宜采用分层、分段降水与分层、分段挖土的施工方法以减小降水引起的变形。分段降水与分层、分段挖土的施工方法以减小降水引起的变形。2.2 技术介绍2.2.2超深基坑降水设计与施工技术u进行超深基坑承压含水层的降压设计应考虑进行超深基坑承压含水层的降压设计应考虑疏干对承压含水层疏干对承压含水层水头的影响水头的影响的有利作用。的有利作用。u分析降压对环境的影响（地面沉降）时，必须考虑分析降压对环境的影响（地面沉降）时，必须考虑疏干井疏干疏干井疏干降水运行降水运行对承压含水层的水头有对承压含水层的水头有显著降低显著降低作用带来的地面沉降。作用带来的地面沉降。u工程施工中可根据场地地下水分布特点、基坑开挖深度及承压工程施工中可根据场地地下水分布特点、基坑开挖深度及承压水控制要求，制定水控制要求，制定承压水的控制策略承压水的控制策略。u可采用基坑分块开挖至设计坑底标高、分块打设基础的方案，可采用基坑分块开挖至设计坑底标高、分块打设基础的方案，减少基坑开挖到底后的减少基坑开挖到底后的突涌风险突涌风险。2.2 技术介绍2.2.3超深基坑工程地下连续墙施工技术地下连续墙是一种较为先进的地下工程地下连续墙是一种较为先进的地下工程结构形式和施工工艺。结构形式和施工工艺。在泥浆护壁的情况下，开挖一条狭长的在泥浆护壁的情况下，开挖一条狭长的深槽，在槽内放置钢筋笼，并浇灌水下混深槽，在槽内放置钢筋笼，并浇灌水下混凝土，筑成一段钢筋混凝土墙段。将若干凝土，筑成一段钢筋混凝土墙段。将若干墙段连接成整体形成一条连续的地下墙体。墙段连接成整体形成一条连续的地下墙体。地下连续墙可供截水防渗或挡土承重之地下连续墙可供截水防渗或挡土承重之用。用。由于地下连续墙的造价较高，因此，选由于地下连续墙的造价较高，因此，选用需经过技术经济比较后才可决定采用。用需经过技术经济比较后才可决定采用。2.2 技术介绍以下几种情况宜采用地下连续墙：以下几种情况宜采用地下连续墙：1）处于）处于软弱地基的深大基坑软弱地基的深大基坑，周，周围又有密集的建筑群或重要的地下围又有密集的建筑群或重要的地下管线，对周围地面沉降和位移值有管线，对周围地面沉降和位移值有严格限制的地下工程。严格限制的地下工程。2）既）既作为土方开挖时的临时基坑围护结构，又可作为主作为土方开挖时的临时基坑围护结构，又可作为主体结构的一部分体结构的一部分的地下工程。的地下工程。3）采用）采用逆作法施工逆作法施工，地下连续墙同时为挡土结构、地下，地下连续墙同时为挡土结构、地下室外墙、地面高层房屋基础的工程。室外墙、地面高层房屋基础的工程。2.2.3超深基坑工程地下连续墙施工技术2.2 技术介绍2.2.3超深基坑工程地下连续墙施工技术地下连续墙施工：地下连续墙施工：1.导墙施工导墙施工导墙是地导墙是地下连续墙挖槽前沿两下连续墙挖槽前沿两侧构筑的临时构筑物侧构筑的临时构筑物。可控制地下连续墙施工精度，可控制地下连续墙施工精度，具有挡土作用和维持稳定液面的具有挡土作用和维持稳定液面的作用，同时还可以作为重物支承作用，同时还可以作为重物支承台。台。导墙的施工顺序：导墙的施工顺序：测量定位测量定位挖槽挖槽绑扎钢筋绑扎钢筋支模板及对撑支模板及对撑浇筑混凝土浇筑混凝土拆模加横撑拆模加横撑墙墙两侧回填土夯实。两侧回填土夯实。2.2 技术介绍2.2.3超深基坑工程地下连续墙施工技术地下连续墙施工：地下连续墙施工：2.泥浆泥浆除了护壁之外，泥浆还有除了护壁之外，泥浆还有携携带泥渣、冷却和润滑挖槽机械带泥渣、冷却和润滑挖槽机械等作用等作用。泥浆必须有适当的比重，良泥浆必须有适当的比重，良好的流动性和形成泥皮的性质。好的流动性和形成泥皮的性质。施工过程中应对泥浆的技术施工过程中应对泥浆的技术性能进行检查。泥浆经适当处性能进行检查。泥浆经适当处理后可重复使用或废弃。理后可重复使用或废弃。2.2 技术介绍2.2.3超深基坑工程地下连续墙施工技术地下连续墙施工：地下连续墙施工：3.成槽成槽成槽是地下连续墙施工中决定成槽是地下连续墙施工中决定墙体施工进度和质量的墙体施工进度和质量的关键工序关键工序。挖槽时要加强观测，挖槽时要加强观测，重点应注重点应注意控制挖槽的垂直度、倾斜度和意控制挖槽的垂直度、倾斜度和深度深度，要采取措施防止槽壁塌方。，要采取措施防止槽壁塌方。成槽时，应采用合理的挖槽速成槽时，应采用合理的挖槽速度，挖槽时要求连续作业。度，挖槽时要求连续作业。挖掘过程中保持泥浆液面不低挖掘过程中保持泥浆液面不低于导墙顶面规定的高度。于导墙顶面规定的高度。2.2 技术介绍2.2.3超深基坑工程地下连续墙施工技术地下连续墙施工：地下连续墙施工：4.钢筋笼加工与吊放钢筋笼加工与吊放钢筋笼的长度应钢筋笼的长度应根据单元段的根据单元段的长度、墙段的接头型式和起重设长度、墙段的接头型式和起重设备能力备能力等因素确定。等因素确定。制作钢筋笼时，要预先确定浇制作钢筋笼时，要预先确定浇筑混凝土用的导管的位置，除考筑混凝土用的导管的位置，除考虑设计虑设计结构要求结构要求外，尚应外，尚应考虑吊考虑吊装的受力要求。装的受力要求。吊装钢筋笼前，应对挖槽质量吊装钢筋笼前，应对挖槽质量和钢筋笼质量进行和钢筋笼质量进行全面检查全面检查，符，符合质量标准后才可吊钢筋笼入槽。合质量标准后才可吊钢筋笼入槽。2.2 技术介绍2.2.3超深基坑工程地下连续墙施工技术地下连续墙施工：地下连续墙施工：5.水下混凝土灌注水下混凝土灌注混凝土浇注是地下连续墙施混凝土浇注是地下连续墙施工中的重要工中的重要质量控制点质量控制点。地下连续墙的混凝土浇注应地下连续墙的混凝土浇注应符合一般水下混凝土浇注要符合一般水下混凝土浇注要求。施工中，混凝土配合比求。施工中，混凝土配合比的设计应比其结构设计强度的设计应比其结构设计强度等级等级提高一级提高一级。混凝土浇注高度一般宜高出混凝土浇注高度一般宜高出墙顶设计标高墙顶设计标高0.5-0.8m，保证，保证凿除废浆层后，墙顶标高应凿除废浆层后，墙顶标高应符合设计要求。符合设计要求。2.2 技术介绍2.2.3超深基坑工程地下连续墙施工技术地下连续墙施工：地下连续墙施工：6.地连墙后压浆工艺施工地连墙后压浆工艺施工地连墙后压浆法施工，可减小地连墙后压浆法施工，可减小地连墙的沉降从而保证墙的承载地连墙的沉降从而保证墙的承载力。力。后压浆法将压浆管与钢筋笼焊后压浆法将压浆管与钢筋笼焊接插入墙槽底，混凝土浇注后一接插入墙槽底，混凝土浇注后一定时间内将水泥浆注入压浆管，定时间内将水泥浆注入压浆管，水泥浆液与墙底沉渣及加固土体水泥浆液与墙底沉渣及加固土体发生化学反应后固化，在墙底部发生化学反应后固化，在墙底部形成水泥结石，墙底端受力面积形成水泥结石，墙底端受力面积增大起到扩底效应，增加墙底端增大起到扩底效应，增加墙底端阻力。阻力。2.3 工程应用-天津站交通枢纽工程后广场工程2.3.1 工程简介天津交通枢纽工程是集普通铁路、京天津交通枢纽工程是集普通铁路、京津城际高速铁路、城市轨道交通、公交和津城际高速铁路、城市轨道交通、公交和周边市政道路于一体的特大型综合项目。周边市政道路于一体的特大型综合项目。以天津站前后广场为核心，集中在东以天津站前后广场为核心，集中在东至李公楼立交桥，西至五经路，南至海河，至李公楼立交桥，西至五经路，南至海河，北至新开路区域范围内，总占地面积为北至新开路区域范围内，总占地面积为94.46万平方米。万平方米。天津站交通枢纽工程平面位置图天津站交通枢纽工程平面位置图天津站交通枢纽工程轨道换乘中心剖面图天津站交通枢纽工程轨道换乘中心剖面图2.3 工程应用-天津站交通枢纽工程后广场工程2.3.1 工程简介天津站交通枢纽工程轨道换乘中心各层平面图天津站交通枢纽工程轨道换乘中心各层平面图地下一层地下一层地下二层地下二层地下三层地下三层地下四层地下四层2.3 工程应用-天津站交通枢纽工程后广场工程2.3.1 工程简介天天津津站站交交通通枢枢纽纽工工程程标标段段长长264m264m，宽宽7373105m105m，占占地地面面积积23500m23500m2 2，建筑面积，建筑面积70000m70000m2 2，为地下，为地下3 3层结构，结构总高度为层结构，结构总高度为20.84m20.84m。工工程程竖竖向向支支撑撑结结构构采采用用207207根根钻钻孔孔灌灌注注桩桩和和207207根根钢钢管管混混凝凝土土柱柱，为为单单桩桩单单柱柱体体系系。基基坑坑四四周周是是采采用用结结构构和和围围护护二二合合一一的的钢钢筋筋混混凝凝土土地地下下连连续续墙墙结结构构体体系系，工工程程采采用用盖盖挖挖逆逆作作法法工工艺艺施施工工，基基坑坑开开挖挖深深度度25m25m，共需挖土超过，共需挖土超过6060万立方米，是国内罕见的大型地下工程。万立方米，是国内罕见的大型地下工程。针对车站抗浮问题，本工程采取主体结构下设抗拔桩措施。针对车站抗浮问题，本工程采取主体结构下设抗拔桩措施。2.3 工程应用-天津站交通枢纽工程后广场工程2.3.2 岩土工程条件场地地处燕山山地向滨海平原过渡地带，从场地地处燕山山地向滨海平原过渡地带，从10万年前万年前至今的期间内，曾有三次海进和海退，最后一次海退距今至今的期间内，曾有三次海进和海退，最后一次海退距今约约5000年左右，历次海进海退形成海、陆相层往往交互出年左右，历次海进海退形成海、陆相层往往交互出现的地质特征。现的地质特征。天津市第四系地层分布广，厚度大，市区及郊区大部天津市第四系地层分布广，厚度大，市区及郊区大部分面积为全新世地层。场地岩性主要为淤泥质土、黏性土、分面积为全新世地层。场地岩性主要为淤泥质土、黏性土、粉土、粉砂及细砂。粉土、粉砂及细砂。2.3 工程应用-天津站交通枢纽工程后广场工程2.3.3 水文地质概况u勘勘察察结结果果显显示示，在在约约100m勘勘察察深深度度范范围围内内主主要要有有一一个个潜潜水层与四个承压含水层组成。水层与四个承压含水层组成。u第第一一含含水水层层组组（潜潜水水），地地下下埋埋藏藏较较浅浅，地地下下水水位位埋埋深深1.9001.968m（标标高高为为0.7040.824m），含含水水层层岩岩性性为为砂砂质质粉粉土土、黏黏质质粉粉土土2、砂砂质质粉粉土土、黏黏质质粉粉土土2层层，含含水水层层平平均均厚厚度度7.00m，层层底标高为底标高为-12.43-9.09m，其下伏地层粉质黏土，其下伏地层粉质黏土1层为相对隔水层。层为相对隔水层。u第第二二含含水水层层组组（微微承承压压水水）地地下下水水埋埋深深2.792.839m（标标高高为为-0.122-0.118m），含含水水层层岩岩性性为为4粉粉砂砂层层，含含水水层层平平均均厚厚度度5.00m，层层底底标标高高为为-29.68-26.70m，下下伏伏地地层层粉粉质质黏黏土土3、1层为相对隔水层。层为相对隔水层。u第第三三含含水水层层组组（微微承承压压水水），地地下下水水埋埋深深3.0733.38m（标标高高为为-0.710-0.433m），含含水水层层岩岩性性为为21砂砂质质粉粉土土、黏黏质质粉粉土土层层，含含水水层层平平均均厚厚度度2.00m，层层底底标标高高为为-46.65-44.39m，下下伏伏地地层层粉粉质质黏土黏土1、111层为隔水层。层为隔水层。u第第四四含含水水层层组组（微微承承压压水水），地地下下水水埋埋深深12.24512.355m（标标高高为为-9.622-9.50m），含含水水层层岩岩性性为为114粉粉砂砂层层，含含水水层层平平均均厚厚度度4.00m，层层底底标标高高为为-67.11-66.05m，主主要要接接受受侧侧向向径径流流补补给给及及越越流流补补给给，排排泄泄以以相相对对含含水水层层中中的的径径流流形形式式为为主主，同同时时以以渗渗透透方方式式补补给深层地下水。给深层地下水。2.3 工程应用-天津站交通枢纽工程后广场工程2.3.4 施工中面临的主要岩土工程问题本工程属于软土地区超深、超大、多跨大面积盖挖逆作基坑工本工程属于软土地区超深、超大、多跨大面积盖挖逆作基坑工程，在国内尚无可供借鉴的经验，在施工中将面临多项技术难题。程，在国内尚无可供借鉴的经验，在施工中将面临多项技术难题。2.3 工程应用-天津站交通枢纽工程后广场工程2.3.4 施工中面临的主要岩土工程问题天津站交通枢天津站交通枢纽工程具有工程具有工程工程规模巨大、模巨大、环境条件复境条件复杂、施工要求施工要求较高高等特点。等特点。场区内浅部粉土或砂土区内浅部粉土或砂土层中的地下水具有微承中的地下水具有微承压性，深部性，深部影响范影响范围内存在承内存在承压水水头较高的承高的承压含水含水层。容易出。容易出现因流因流砂、管涌、坑底失砂、管涌、坑底失稳、坑壁坍塌等而引起重大工程事故。、坑壁坍塌等而引起重大工程事故。降降压方式的方式的选取；取；弱透水弱透水层各水文地各水文地质参数及参数参数及参数对沉降的影响关系分析；沉降的影响关系分析；超深开挖降水和深超深开挖降水和深层承承压水降水降压对围护结构的影响及控制构的影响及控制措施；措施；难题一一超深大面超深大面积复复杂地下工程地下工程基坑深基坑深层地下承地下承压水引水引发的工程的工程问题2.3 工程应用-天津站交通枢纽工程后广场工程2.3.4 施工中面临的主要岩土工程问题首次超深、超厚地下首次超深、超厚地下连续墙成槽开挖在天津成槽开挖在天津这样复复杂的的软土地土地层中施工。中施工。保保证槽壁槽壁稳定，制定，制备适合地适合地质特性的泥特性的泥浆和采用可靠的和采用可靠的技技术参数；参数；选择适用的挖槽机械；适用的挖槽机械；钢筋筋笼制作、起吊制作、起吊设备选择、起吊、起吊专项技技术方案确定以方案确定以及如何使幅段接及如何使幅段接头处既能既能满足足变形和抗渗要求又能形和抗渗要求又能满足足施工工施工工艺的需要。的需要。难题二二工程的工程的难点和点和亟待解决的亟待解决的问题2.3 工程应用-天津站交通枢纽工程后广场工程2.3.4 施工中面临的主要岩土工程问题超深超大的灌注超深超大的灌注桩直径直径2.2m、孔深、孔深87m，在天津地区，在天津地区尚无施工尚无施工实例。例。灌注灌注桩施工遇到了极大的技施工遇到了极大的技术挑挑战：如何保：如何保证灌注灌注桩的的平面定位和垂直度控制；如何根据地平面定位和垂直度控制；如何根据地质情况控制情况控制钻机机钻进速度；如何速度；如何进行超深孔的清渣、清孔；如何行超深孔的清渣、清孔；如何对护壁泥壁泥浆的制的制备及技及技术参数参数进行行调整。整。难题三三成成桩质量控制的量控制的关关键2.3 工程应用-天津站交通枢纽工程后广场工程2.3.5 技术应用情况2.3.5.1 抽水试验分析及参数反演抽水试验分析及参数反演 类似天津站交通枢纽这样的软土地区超大型深基坑工程的地下水系统研究类似天津站交通枢纽这样的软土地区超大型深基坑工程的地下水系统研究尚属空白。尚属空白。为满足施工作业要求、保证抗突涌稳定安全、避免渗流破坏、减少对结构为满足施工作业要求、保证抗突涌稳定安全、避免渗流破坏、减少对结构影响和保护环境，进行了现场抽水试验。影响和保护环境，进行了现场抽水试验。抽水试验流程图抽水试验流程图2.3 工程应用-天津站交通枢纽工程后广场工程2.3.5 技术应用情况2.3.5.1 抽水试验分析及参数反演抽水试验分析及参数反演（a）泥浆池开挖）泥浆池开挖（b）仪器安装孔施工）仪器安装孔施工（c）桥式滤水管）桥式滤水管（d）包裹滤网）包裹滤网（e）井管）井管（f）井管焊接）井管焊接（g）孔隙水压力计安装）孔隙水压力计安装（h）分层沉降的安装导管和磁力环）分层沉降的安装导管和磁力环（i）空压机洗井）空压机洗井（j）化学洗井）化学洗井抽水试验现场图片资料抽水试验现场图片资料abcdefghij2.3 工程应用-天津站交通枢纽工程后广场工程2.3.5 技术应用情况利用现场抽水试验初步得到相应含水层的水文地质参数值，将该值作利用现场抽水试验初步得到相应含水层的水文地质参数值，将该值作为反演分析的初始值开始迭代循环，最终得到天津站地下潜水层和三组承为反演分析的初始值开始迭代循环，最终得到天津站地下潜水层和三组承压含水层的水文地质参数值，包括渗透系数压含水层的水文地质参数值，包括渗透系数K、弹性释水系数、弹性释水系数Ss或给水度或给水度Sy。汇总结果如表所示。汇总结果如表所示。该值不仅应用于天津站交通枢纽工程，同时也可供将来天津市类似工该值不仅应用于天津站交通枢纽工程，同时也可供将来天津市类似工程参考。程参考。2.3.5.1 抽水试验分析及参数反演抽水试验分析及参数反演含水层含水层参数参数取值范围取值范围潜水层潜水层K（m/d）0.10.6Sy0.020.08第一组第一组K（m/d）2.010.5承压层承压层Ss5E-053E-04第二组第二组K（m/d）0.31.5承压层承压层Ss4E-055E-04第三组第三组K（m/d）0.52.5承压层承压层Ss1.76E-032.3 工程应用-天津站交通枢纽工程后广场工程2.3.5 技术应用情况2.3.5.2天津站交通枢纽工程后广场天津站交通枢纽工程后广场标段的降水分析及应用标段的降水分析及应用天津站交通枢纽工程后广场天津站交通枢纽工程后广场标段基坑地下连续墙围护结构墙底标高标段基坑地下连续墙围护结构墙底标高分三段：分三段：-40.5m（绿色）、（绿色）、-45.5m（品红色）、（品红色）、-49.9m（红色）。墙底标（红色）。墙底标高达高达-40.5m和和-45.5m处未完全截断第二承压含水层，坑内减压井抽水时会处未完全截断第二承压含水层，坑内减压井抽水时会有坑外水流补给。计算区域设为有坑外水流补给。计算区域设为900m700m，中心，中心300m100m基坑开挖基坑开挖区域加密平面视图及井位布置如图：区域加密平面视图及井位布置如图：数值模型平面视图及潜水层井位布置数值模型平面视图及潜水层井位布置第二承压含水层减压井井位布置第二承压含水层减压井井位布置第三承压含水层减压井加第三承压含水层减压井加10眼应急备用井井位布置眼应急备用井井位布置2.3 工程应用-天津站交通枢纽工程后广场工程2.3.5 技术应用情况2.3.5.2天津站交通枢纽工程后广场天津站交通枢纽工程后广场标段的降水分析及应用标段的降水分析及应用 根据抽水试验结果提供的初值，应用数值计算方法反演优根据抽水试验结果提供的初值，应用数值计算方法反演优化后，模型中水文地质参数设定值如表所示：化后，模型中水文地质参数设定值如表所示：含水层类型Kh（m/d）Kv（m/d）S潜水层0.53280.66240.091第一承压含水层8.7846.480.00014弱透水层0.022320.0427680.000986第二承压含水层0.920160.80640.000148弱透水层0.02780.0436320.00144第三承压含水层4.14726.06240.000019弱透水层0.0384480.050.001 数值模型各层水文地质参数数值模型各层水文地质参数2.3 工程应用-天津站交通枢纽工程后广场工程2.3.5 技术应用情况2.3.5.2天津站交通枢纽工程后广场天津站交通枢纽工程后广场标段的降水分析及应用标段的降水分析及应用根据承压水的水位状态，静止水位在地下根据承压水的水位状态，静止水位在地下13.0m左右，工程施工到第二左右，工程施工到第二道底板之前不需要降承压水。第三道底板开挖挖土施工时，基坑开挖深度达道底板之前不需要降承压水。第三道底板开挖挖土施工时，基坑开挖深度达25.80m左右，要求水位控制在地下左右，要求水位控制在地下14.80m左右。以坑内左右。以坑内J2、J3、J9、J10、J15、J16、J18抽水，预测基坑内承压水水位埋深抽水，预测基坑内承压水水位埋深14.8m以下，满足基坑安全。以下，满足基坑安全。疏干井井位布置图疏干井井位布置图减压井井位布置图减压井井位布置图2.3 工程应用-天津站交通枢纽工程后广场工程2.3.5 技术应用情况2.3.5.2天津站交通枢纽工程后广场天津站交通枢纽工程后广场标段的降水分析及应用标段的降水分析及应用序序号号结构板构板层开挖深开挖深度度水位控制深水位控制深度度是否降承是否降承压水水拟开启井开启井数数1顶板板3.50/否否/2第一道中板第一道中板10.00/否否/3第二道中板第二道中板16.60/否否/4大底板大底板25.80-14.8是是7口口53号号线及与及与2、9号号线交叉交叉换乘、乘、联络通通道道处28.00-18.5是是11口口6电梯井梯井29.00-20.9是是15口口减压井运行方案减压井运行方案2.3 工程应用-天津站交通枢纽工程后广场工程2.3.5 技术应用情况2.3.5.3 超深基坑施工环境与结构稳定基准建议超深基坑施工环境与结构稳定基准建议1.地表沉降控制基准的确定地表沉降控制基准的确定 本示范工程周边大楼一般为钢筋混凝土结构，为保证建筑物不出现裂缝，本示范工程周边大楼一般为钢筋混凝土结构，为保证建筑物不出现裂缝，其容许倾斜取为其容许倾斜取为=0.2%。根据该工程地表沉降监测数据分析计算得。根据该工程地表沉降监测数据分析计算得Smax=31.244.1mm。根据管线在地层沉降时产生的变形应小于（或等于）其允许应力的相应根据管线在地层沉降时产生的变形应小于（或等于）其允许应力的相应变形范围，并按管线走向垂直于地下工程纵向考虑，计算，变形范围，并按管线走向垂直于地下工程纵向考虑，计算，Smax=31.935.7 mm。与上海、深圳两地较近似，同类情况（一级）的工程在上海的沉降控制与上海、深圳两地较近似，同类情况（一级）的工程在上海的沉降控制标准为标准为30mm，因此，天津可以参照取地表沉降控制基准值为，因此，天津可以参照取地表沉降控制基准值为30mm。根据上述三种情况，对天津超深基坑施工的地表沉降控制基准值建议是根据上述三种情况，对天津超深基坑施工的地表沉降控制基准值建议是3035mm。2.3 工程应用-天津站交通枢纽工程后广场工程2.3.5 技术应用情况2.3.5.3 超深基坑施工环境与结构稳定基准建议超深基坑施工环境与结构稳定基准建议2.围护结构构变形控制基准形控制基准值的确定的确定参照上海与深圳两地标准及计算方法，天津站深基坑的围护结构变形参照上海与深圳两地标准及计算方法，天津站深基坑的围护结构变形控制基准值可以考虑为控制基准值可以考虑为6075mm。参照数值计算结果提出控制的变形量为基坑开挖深度的参照数值计算结果提出控制的变形量为基坑开挖深度的0.4%0.4%。取安取安全系数为全系数为1.5，则根据数值分析提出的围护结构的变形控制基准为，则根据数值分析提出的围护结构的变形控制基准为0.0027H。通过上述两种情况的确定，提出的围护结构变形控制基准值为通过上述两种情况的确定，提出的围护结构变形控制基准值为6075mm2.3 工程应用-天津站交通枢纽工程后广场工程2.3.5 技术应用情况2.3.5.3 超深基坑施工环境与结构稳定基准建议超深基坑施工环境与结构稳定基准建议3.支撑内力与土支撑内力与土压力控制基准力控制基准值的确定的确定 参照现行相关规范和规程，采用工程类比法，提出天津站基坑工程参照现行相关规范和规程，采用工程类比法，提出天津站基坑工程控控制基准如下：制基准如下：（1）天津超深基坑施工过程中的地表沉降控制基准值建议为）天津超深基坑施工过程中的地表沉降控制基准值建议为3035mm;（2）天津超深基坑施工过程中的围护结构变形控制基准值建议为）天津超深基坑施工过程中的围护结构变形控制基准值建议为6075mm;（3）天津超深基坑施工过程中的支撑内力控制基准值建议为）天津超深基坑施工过程中的支撑内力控制基准值建议为8000kN;（4）天津超深基坑施工中的土压力控制基准值建议为）天津超深基坑施工中的土压力控制基准值建议为0.6 f0.7 f（f为荷为荷载设计值）。载设计值）。2.3 工程应用-天津站交通枢纽工程后广场工程2.3.5 技术应用情况2.3.5.4 超深、超厚地下连续墙施工技术应用超深、超厚地下连续墙施工技术应用 本示范工程采用盖挖逆作法施工，工程中难点在于地下连续墙深本示范工程采用盖挖逆作法施工，工程中难点在于地下连续墙深度厚度大，度厚度大，“”字钢板接头施工复杂以及钢筋笼重量大。字钢板接头施工复杂以及钢筋笼重量大。施工中采用高分子无固相泥浆来维护槽壁稳定，利用具有纠偏装施工中采用高分子无固相泥浆来维护槽壁稳定，利用具有纠偏装置的真砂液压抓斗，配备具有丰富施工经验的操作手来施工。置的真砂液压抓斗，配备具有丰富施工经验的操作手来施工。真砂真砂液液压抓斗抓斗机具机具设备2.3 工程应用-天津站交通枢纽工程后广场工程2.3.5 技术应用情况2.3.5.4 超深、超厚地下连续墙施工技术应用超深、超厚地下连续墙施工技术应用1.导墙施工导墙施工 在在地地下下连连续续墙墙导导墙墙施施工工时时，将将各各类类已已切切改改完完毕毕且且已已报报废废的的管管线线全全部部封封堵堵，对对于于管管径径小小于于400mm的的雨雨水水、污污水水管管直直接接用用混混凝凝土土封封堵堵；管管径径大大于于400mm的的雨雨水水、污污水水管管先先管管内内砌砌砖砖再再挂挂钢筋网，用混凝土封堵。钢筋网，用混凝土封堵。导导墙墙采采用用现现浇浇钢钢筋筋混混凝凝土土结结构构。由由于于施施工工沿沿线线地地表表土土质质较较杂杂并并有有路路面面及及临临近近建建筑筑物物，所所以以为为保保证证导导墙墙稳稳定定以以及及有有足足够够的的承承载载力力，并并能能抵抵抗抗泥泥浆浆面面起起落落的的冲冲刷刷，截截面面形形状状采采用用“”型。型。管线的封堵图管线的封堵图2.3 工程应用-天津站交通枢纽工程后广场工程2.3.5 技术应用情况2.3.5.4 超深、超厚地下连续墙施工技术应用超深、超厚地下连续墙施工技术应用1.导墙施工导墙施工导墙的导墙的施工技术施工技术标准标准导墙为钢筋混凝土导墙为钢筋混凝土结构，混凝土强度结构，混凝土强度C15C15，钢筋保护层，钢筋保护层35mm;35mm;导墙与地连墙纵轴导墙与地连墙纵轴线距离允许偏差为线距离允许偏差为10mm;10mm;相对应导墙两侧相对应导墙两侧高程基本相等高程基本相等;内、外导墙间距允内、外导墙间距允许偏差许偏差5mm