北京地铁7号线九龙山区间竖井设计.docx
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北京地铁7号线九龙山区间竖井设计
1．工程概况
九龙山站～大郊亭站区间西起广渠路与西大望路相交路口的7号线九龙山站，线路出站后沿广渠路下向东，到达广渠路与东四环立交路口西侧的大郊亭站。
右线区间起止里程：
右K14+504.386～K15+043.934，区间长度539.548m；左线区间起止里程：
左K14+504.386～K15+043.934，区间长度539.548m。
区间隧道覆土16.1～24.6m，采用矿山法施工。
区间中部右K14+681.000处设置施工竖井及横通道，结合施工横通道设置联络通道。
靠近大郊亭站端设置区间人防段及大郊亭站迂回风道。
施工竖井位于广渠路北侧，规划大郊亭中路南口，现况为空地。
施工竖井内净空尺寸6.0×4.6m，矩形断面，开挖深度31.4m，采用倒挂井壁法施工；施工横通道标准段净宽4.2m，净高5.2m，拱顶直墙断面，覆土23.6m，台阶法施工，施工横通道挑高段净宽4.2m，净高8.2m，拱顶直墙断面，覆土20.6m，台阶法施工，设置一道临时仰拱。
施工横通道垂直下穿D500中压燃气（竖向净距16.6m）、D500高压燃气（竖向净距15.9m）、D1000上水（竖向净距16.0m）、D600中水（竖向净距16.1m）、D800污水（竖向净距13.8m）、D800雨水（竖向净距15.7m）、D600上水（竖向净距17.0m）等市政管线。
4．设计原则
（1）施工竖井及横通道按临时结构设计，仅设置初期支护，其参数采用工程类比计算分析确定，并采用信息化设计，施工中通过现场监控量测反馈信息。
（2）施工竖井及横通道设计结合施工要求和场地环境情况进行，设计中充分考虑到施工期间的结构受力特点和使用要求。
（3）结构设计应考虑施工期间对邻近建（构）筑物、管线的影响，并采取适宜的工程措施。
（4）施工竖井及横通道的净空尺寸应满足矿山法施工工艺的要求，并满足其内浇注二衬后形成的联络通道及泵房的净空要求。
（5）施工竖井及横通道以无水施工为前提，施工前必须先进行降水。
5.1工程地质
5.1.1岩土特征
根据本区间《岩土工程勘察报告》（勘察编号：
2009勘察067-9），本工程场地勘探范围内的土层划分为人工堆积层（Qml）、第四纪全新世冲洪积层（Q41al+pl）、第四纪晚更新世冲洪积层（Q3al+pl）三大层。
本场区按地层岩性及其物理力学性质进一步分为7个大层，各地层的结构特征自上而下依次如下：
人工堆积层（Qml）
粉土填土①层：
褐黄色～黄褐色，松散～中密，稍湿，含白灰、草根、砖渣，连续分布；
杂填土①1层：
杂色，松散～中密，稍湿，含沥青、砖渣、灰渣、石子、砾石，连续分布。
以上两层土层底标高29.55～35.04m。
第四纪全新世冲洪积层（Q41al+pl）
粉土③层：
褐黄色～灰色，中密～密实，稍湿，中低压缩性，含云母、氧化铁，
连续分布；
粉质粘土
1层：
褐黄色～灰色，软塑～硬塑，中高压缩性，含氧化铁、云母，少量有机质，连续分布；
粉细砂
3层：
褐黄色，松散～密实，湿，低压缩性，含云母、氧化铁，局部夹粉土薄层，透镜体分布；
以上三层土层底标高23.44～26.90m。
粉质粘土
层：
褐黄色～灰色，软塑～硬塑，中压缩性，含氧化铁、云母，少量有机质，透镜体分布；
粉细砂
3层：
褐黄色～灰色，中密～密实，饱和，低压缩性，含云母、氧化铁，局部夹粉土薄层，连续分布；
中粗砂
4层：
褐黄色～灰色，密实，饱和，低压缩性，含云母、氧化铁，局部夹粉土薄层，连续分布；
以上三层土层底标高18.02～23.11m。
第四纪晚更新世冲洪积层（Q3al+pl）
圆砾卵石⑤层：
杂色，密实，饱和，低压缩性，一般粒径5-20mm，最大粒径不小于80mm，粒径在2-20mm占总量的60％，褐黄色中粗砂充填；
中粗砂⑤1层：
褐黄色，密实，饱和，低压缩性，含云母、氧化铁，连续分布；
粉土⑤3层：
褐黄色，密实，饱和，低压缩性，含云母、氧化铁，透镜体分布；
以上三层土层底标高16.40～20.00m。
粉质粘土⑥层：
褐黄色，软塑～硬塑，中低压缩性，含氧化铁、云母，连续分布；
粘土⑥1层：
褐黄色，软塑～硬塑，中压缩性，含氧化铁，透镜体分布；
粉土⑥2层：
褐黄色，密实，湿，低压缩性，含氧化铁、云母，多粗砂颗粒，连续分布；
圆砾卵石⑦层：
杂色，密实，饱和，低压缩性，一般粒径10-30mm，最大粒径不小于100mm，粒径在2-40mm占总量的50％，褐黄色中粗砂充填，连续分布；
以上各层土个别钻孔未穿透。
5.1.2不良地质作用与地质灾害
拟建场地除填土层外，无软土、湿陷性土、膨胀土、残积土的分布，也无滑坡、地裂缝等不良地质作用。
本合同段穿越朝阳区东八里庄～大郊亭地面沉降中心，区间受该中心影响区间至2005年累积沉降量在300～600mm之间。
.1.3特殊性岩土
本段线路第四纪冲洪积覆盖层厚度约为200～300m，本次勘察在线路内除有填土层分布外未发现湿陷性黄土、膨胀土、风化岩及残积土等特殊性岩土分布。
区间填土层普遍分布，主要为粉土填土
层、杂填土
1层，填土厚度一般约为0.4～5.5m，填土为松散土层，力学性质差异较大，稳定性差。
5.2水文地质
5.2.1地下水特征
根据《岩土工程报告》，本次勘察钻孔最大深度38m，在勘察深度范围内，共发现两层地下水，地下水类型为潜水
（二）和承压水（三）。
本次勘察未见上层滞水，但由于大气降水、管道渗漏等原因，
沿线不排除局部存在上层滞水的可能性。
地下水详细情况见下表所示。
表5-2地下水特征表
地下水
性质
水位/水头
埋深
（m）
水位/水头
标高
（m）
观测
时间
含水层及其特征
含水层
潜水
（二）
11.50～12.00
23.55～23.84
2009.8
粉细砂④3层、中粗砂④4层、圆砾卵石⑤层、中粗砂⑤1层
承压水（三）
15.54
19.00
2009.8
圆砾卵石⑦层、中粗砂⑦1层、粉细砂⑦2层
5.2.2地下水的腐蚀性评价
沿线地下水对混凝土结构腐蚀性等级为微；对钢筋混凝土中的钢筋在长期浸水和干湿交替情况下腐蚀性等级均为微。
5.3隧道围岩分级及土石可挖性分级
修正后围岩分级均为Ⅵ级。
粉土填土①层、杂填土①１层、粉土③层、粉细砂③３层、粉细砂④３层、中粗砂⑤１层可挖性为Ⅰ级；粉质粘土③１层、粉质粘土④层、粉土⑤３层、粉质粘土⑥层、粘土⑥１层、粉土⑥２层可挖性分级为Ⅱ级；圆砾卵石⑤层可挖性分级为Ⅲ级。
5.4岩土工程评价与问题预测
5.4.1场地稳定性及适宜性
从区域地质构造特征、新构造运动、历史地震背景、不良地质作用及特殊岩土等分析，拟建场地区域稳定性、场地稳定性均良好，适宜修建地铁。
5.4.2工程建设对环境影响预测
施工竖井范围内存在的粉土、粉细砂及中粗砂层，如降水井长期抽水，可能会出现涌砂现象，可能会在土体中形成空洞，影响基坑侧壁土体及隧道围岩的稳定。
施工横通道主要位于市政道路下，施工过程中若产生较大的土体变形，易造成路面下沉；本段线路分布有各类管线、特别是雨、污水管线，施工过程中产生的土体的变形易造成地下管线弯曲或断裂，影响管线的正常使用。
5.4.3隧道围岩自稳性分析
施工竖井侧壁土层主要为粉土填土①层、杂填土①1层、粉土③层、粉质粘土③1层、粉细砂③3层、粉细砂④3层、中粗砂④4层、中粗砂⑤1层、粉质粘土⑥层、粘土⑥1层、粉土⑥2层、粉细砂⑦2层、中粗砂⑦1层、圆砾卵石⑦层。
基坑侧壁存在的粉土和砂土层，土体自稳能力较差，施工过程中容易发生坍塌，施工时需要及时支护。
施工横通道穿过的土层主要为粉质粘土⑥层、、粘土⑥1层、粉土⑥2层、粉细砂⑦2层、中粗砂⑦1层、圆砾卵石⑦层。
以上各土层修正后围岩分级为Ⅵ级，土石可挖性分级为Ⅰ～Ⅲ级，土体自稳能力较差，很难形成自然拱。
其中普遍存在的粉细砂⑦2层、中粗砂⑦1层，其厚度较大，且为饱和状态，在地下水的作用下，会产生涌水、潜蚀、流砂等现象，极易导致隧道侧壁失稳。
5.5地下水处理建议
对施工竖井及横通道有影响的主要为局部存在的上层滞水
（一）、潜水
（二）及承压水（三）。
对影响本段区间施工的地下水可采用封闭式管井降水，疏干结构施工范围内的地下水，并对承压水（三）进行降压，对于施工过程中洞身范围内局部涌水，可采取径向注浆止水，同时也加固了土体。
施工竖井及横通道施工时需将潜水
（二）及承压水（三）降至结构底板以下至少1.0m。
如果施工中存在残留水，应采取引排或洞内真空降水等措施，保证无水施工。
6．施工方法及主要施工步骤
6.1竖井施工
竖井施工前应做好管线调查，确保无管线或其它构筑物后方可采用机械开挖。
（1）开挖上部基坑，整体浇注井口钢筋混凝土圈梁，并预埋好各种预埋件；
（2）向下开挖土方；
（3）逆作法施做初期支护：
初喷混凝土、挂钢筋网、架钢格栅，格栅间距0.75m（上半段）及0.5m（下半段）、焊竖向连接筋，喷混凝土至设计厚度；
（4）再向下开挖，重复2、3工序，直至井底并封底，每次开挖步长同格栅间距；
（5）竖井开挖至施工通道拱部位置时，在竖井内沿施工通道马头门外轮廓打设超前注浆小导管加固地层；
（6）分区破除侧向井壁，开挖施工横通道。
6.2横通道施工
（1）分区凿除施工通道马头门范围井壁混凝土，并设置临时支撑，同步分段架设施工通道格栅钢架，前三
榀格栅密排，待架设完毕后，进行施工通道开挖，施作初期支护；
（2）施工通道分为上下两个导洞，采用台阶法施工，施工中通道拱部超前小导管注浆加固地层；
（3）通道开挖步长为格栅间距，严禁超挖，台阶长度2～4m，同时要注意加强开挖工作面的工程地质的观察和记录，必要时掌子面封闭；
（4）在施工通道内沿两侧区间马头门外轮廓打设长导管超前支护；
（5）对角依次进行四个正线开洞施工，待一个正线进洞且初衬成环12m以上，方可进行另一个正线进洞施工；
（6）进正洞施工时，分段凿除区间隧道马头门范围通道侧壁混凝土，同步分段架设区间隧道格栅钢架，前三榀格栅密排；
（7）正线区间施工完成后，在施工横通道内浇注联络通道二衬；
（8）施工完成后，回填联络通道及泵站范围外的竖井及横通道，凿除地面以下3m范围的井壁结构，凿除时先把竖井回填至凿除线底标高，然后从下至上分段凿除井壁并及时回填，防止井壁土体坍塌。
7．环境风险保护要求及措施
7.1风险工程分析
施工竖井及横通道涉及环境风险工程如表7所列。
施工竖井及横通道环境风险工程情况汇总表表7
序号
风险工程名称
风险
等级
风险工程基本状况
1
施工横通道垂直下穿D500中压燃气、D500高压燃气
二级
D500中压燃气，钢管，管底埋深约2.8m，与通道竖向净距16.6m；D500高压燃气，钢管，管底埋深约3.4m，与通道竖向净距15.9m。
2
施工横通道垂直下穿D1000上水、D600中水、D600上水
二级
D1000上水，钢管，管底埋深约3.3m，与通道竖向净距16.0m；D600中水，钢管，管底埋深约3.2m，与通道竖向净距16.1m；D600上水，钢管，管顶埋深约1.8m，与通道竖向净距17.0m。
3
施工横通道垂直下穿D800污水、D800雨水
二级
D800污水，钢筋混凝土管，企口，管底埋深5.6m，与通道竖向净距13.8m；D800雨水，钢筋混凝土管，企口，管底埋深3.7m，与通道竖向净距15.7m
7.2变形控制标准
燃气管、上水管变形控制标准建议值：
允许沉降控制值10mm，倾斜率控制值0.002，变形平均速率控制值1mm/d；
雨、污水管变形控制标准建议值：
允许沉降控制值15mm，倾斜率控制值0.003，变形平均速率控制值1.5mm/d。
以上变形控制标准为设计建议值，施工前应征得产权或管理单位认可。
7.3风险工程保护措施
1）施工前探明雨、污水管线渗漏情况，并对管线渗漏形成的水囊或空洞进地面行注浆处理，并对有渗漏的管线在施工横通道施工影响范围内施做内衬管。
横通道开挖时，还应对其下方拱顶部位的土体的含水和软化情况进行超前探测，必要时采取特殊注浆处理措施。
2）通道拱部位于粉细砂层、中粗砂层，控制开挖步距0.5m，小导管一榀一打，注浆浆液采用改性水玻璃。
3）通道上台阶格栅落脚处及时打设锁脚锚管并注浆，控制格栅架设后下沉。
4）及时对通道初支背后进行注浆，控制地层沉降。
5）施工前针对环境风险工程特点，对可能出现的事故情况进行预判，制定完善的应急预案，施工方案及应急预案报产权单位备案。
6）施工中严格对管线进行监测，并及时反馈。
8．结构设计
8.1施工竖井及通道净空拟定
竖井内净空尺寸考虑土体提升设备、梯子间、供水管、排水管、高压风管、施工通风管及通讯、照明等管线，以及施工中需要的机具设备、材料等的方便进入等因素拟定，其井口为矩形，净空为4.6×6.0m。
施工通道净空考虑人行道、运输机具机其它施工机具设备和材料等方便进出拟定，为拱顶直墙断面，净宽4.2m。
8.2竖井锁口圈
依据井圈外荷载及井架受力要求进行设计，锁口圈为钢筋混凝土结构。
8.3竖井井筒
竖井支护依据地质情况、结构形式依据工程类比及计算分析确定支护参数：
地面以下19.5m深范围内为300mm厚的C20网喷混凝土及格栅钢架组成联合支护，地面以下19.5m深范围外为350mm厚的C20网喷混凝土及格栅钢架组成联合支护。
竖井结构支护参数表表8-1
项目
材料及规格
结构尺寸
初期支护
超前小导管
（仅砂性地层）
DN25×3.25水煤气管
L＝2.0m
竖向间距：
两榀格栅
环向间距：
0.5m
钢筋网
Φ6.5，150×150mm
四周铺设，内外双层
锁脚锚管
DN25×3.25水煤气管
L＝2.0m
每个连接节点一根
喷射混凝土
C20
0.30m、0.35m
格栅钢架
25、
22、
14、Φ8钢筋
Ⅰ22a型钢
竖向间距0.5m、0.75m
详细设计见图纸。
8.4暗挖通道
暗挖通道依据地质情况、结构形式采用工程类比及计算分析确定支护参数：
300mm厚的C20挂网喷射混凝土、超前小导管及格栅钢架组成联合支护，并设置临时仰拱。
通道结构支护参数表表8-2
项目
材料及规格
结构尺寸
初期支护
超前小导管
DN25×3.25水煤气管
L＝1.8m
纵向间距：
一榀一打
环向间距：
0.3m
钢筋网
Φ6.5，150×150mm
拱墙铺设，外侧单层
锁脚锚管
DN25×3.25水煤气管
L＝2.0m
每处一根
喷射混凝土
C20
0.30m
格栅钢架
22、
14、Φ8钢筋
Ⅰ16型钢
纵向间距0.5m
9．主要工程材料
9.1混凝土
（1）初期支护：
C20喷射混凝土
（2）锁口圈梁：
C30钢筋混凝土
（3）竖井铺底混凝土：
C20喷射混凝土
9.2钢筋及钢材
（1）初期支护格栅钢架：
HRB335、HPB235
（2）钢架网：
HPB235
（3）纵向连接筋：
HRB335
（4）锁口圈钢筋：
HRB335、HPB235
（5）型钢及节点板：
Q235
9.3其它
（1）小导管：
DN25水煤气管，壁厚3.25mm
（2）超前注浆：
改性水玻璃单液浆，单液水泥浆，超细水泥浆
（3）初支背后填充注浆：
1：
1水泥砂浆
（4）焊条：
E4303
10．结构构造措施
10.1钢筋保护层厚度
受力钢筋保护层厚度取值如下：
竖井初支：
40mm；横通道初支：
40mm；锁口圈梁：
30mm。
10.2钢筋工程
1）钢筋接头：
钢筋主筋接头采用焊接，并优先采用双面焊。
焊接接头的类型及质量应符合《钢筋焊接及验收规程》（JGJ18-2003）的要求。
搭接长度：
双面焊5d，单面焊10d。
接头位置：
受力钢筋的接头位置应相互错开35d，位于同一连接区段内的
纵向受拉钢筋接头面积百分率不宜大于50％，纵向受压钢筋接头面积百分率
可不受限制。
纵向连接筋连接采用单面焊，搭接长度10d。
2）钢筋锚固：
受拉钢筋锚固长度应满足：
HPB235钢筋为25d，HRB335钢筋为31d或34d（d＞25mm）；受压钢筋锚固长度可取受拉钢筋锚固长度的0.7倍。
3）钢筋网：
竖井内外侧双层，通道外侧单层，竖井铺底及通道横撑内侧单层，搭接1个网孔。
11．施工降排水
根据《岩土工程勘察报告》中现况地下水情况，竖井及横通道底进入潜水
（二）水位线以下，竖井底进入承压水（三）水头线以下，竖井及横通道施工前必须先进行降水，确保无水作业。
基坑降水（潜水及承压水）具体参数应根据现场降水试验确定，通过降水试验弄清降水对地层沉降、周边管线的影响程度。
基坑降水应委托有资质的专业降水设计、施工单位实施。
施工过程中保证地下水降至每步开挖面以下
1m。
开挖过程中如遇地层残留水，应及时排除，对于初支封闭成环后还出现的渗水，则在初支背后注浆堵水。
12．施工监测要求及环境保护
12.1监测内容及注意事项
12.1.1监测目的
监控量测是施工的重要组成部分，通过监测掌握围岩、支护结构、地表及临近管线的动态，及时预测和反馈，用其成果调整设计，指导施工，并为以后工程做技术储备。
为此，要求施工中必须严格按照设计要求进行监测工作，如有异常，及时反馈。
12.1.2监测内容
（1）地层及支护情况观察：
竖井或通道开挖后观察地层及其稳定情况，观察已施工地段支护结构的情况；
（2）地表沉降：
竖井井口及附近地面和通道上部地面布设水准观测点，定期量测地表变化情况；
（3）竖井及通道侧壁收敛；
（4）通道拱顶下沉；
（5）周边地下管线沉降情况。
12.1.3监测注意事项
（1）监测应以获得定量数据的专门仪器测量或专用测试元件监测为主，以现场目测检查为辅。
（2）各项监测工作的时间间隔根据施工进程确定，在受力变化复杂的地方或出现异常情况时，应加密监测。
（3）所有测点均应反映施工中该测点受力或变形等随时间的变化，即从施工开始到完成、观测数据趋于稳定为止。
（4）监测项目应按"分区、分级、分阶段"的原则制定监控量测控制
标准，并按黄色、橙色和红色三级预警进行反馈和控制。
（5）监测结果应及时向建设单位、设计单位及监理单位反馈。
12.2环境保护
（1）施工弃土应尽快运到指定排放场，避免乱取乱弃，破坏自然环境，运输弃土车辆不宜装的过满，应加盖蓬布。
进出车辆必须把车轮洗干净，并不得有超载。
（2）施工期间，施工中产生的废水需沉淀净化后排入市政雨污水管道。
（3）施工噪声应满足《建筑施工场界噪声限值》（GB12523-90）的要求，
合理安排施工时间，尽量避开居民休息时间进行强噪声操作。
（4）选用的施工注浆浆液必须对地下水无污染。
（5）暗挖施工，洞内环境差，施工时应加强通风，保持洞内空气新鲜。
（6）施工围挡有不得不迁走的树木、花草绿地，工程竣工后必须予以还建，以保持原有环境
13．施工注意事项
（1）竖井及通道施工如遇上层滞水或界面残留水，应及时排除，严禁带水作业。
（2）暗挖通道施工期间必须严格遵循"管超前，严注浆，短开挖，强支护，勤量测，早封闭
"的原则。
（3）区间正线进洞4个马头门应根据施工安排，分期进行马头门进洞施工，待一个正线进洞且初衬成环12m以上，方可进行下一个马头门进洞施工。
（4）交叉口开洞处为施工难点，该处结构受力的转换、土体扰动多，受力复杂，施工单位应编制开马头门专项施工方案，施工时应精心组织，严格按有关规定施工，确保结构稳定和施工安全。
（5）竖井施工前应作好井口附近的防、排水系统。
（6）竖井锁口圈模筑钢筋混凝土未达到设计强度前，井口周围严禁堆放重物（机具或材料等）。
（7）竖井井口应设安全护栏。
（8）井口10m范围内不得堆土，竖井周边超载不得超过20kPa。
（9）竖井及通道施工中不得欠挖，宜根据现场地质条件、施工技术水平适当外放。
（10）图纸中格栅钢架均未考虑外放，施工单位根据围岩情况、施工技术水平等确定格栅钢架合理外放值。
（11）施工前应针对施工竖井及通道施工特点，并结合周边环境风险工程情况，制定完善的应急预案。
（12）图纸中格栅钢架节点板位置为设计推荐方案，施工中可根据现场情况适当调整，但调整须征得设计同意。
（13）施工完成后，地面以下3m的井壁结构凿除，对剩余的通道及竖井采用素土进行回填，回填土使用前应分别取样测其最大干容重和最佳含水量并做压实试验，确定填料含水量控制范围、铺土厚度和压实遍数等参数。
回填施工应分层压实，压实度≥
93%。
通道拱部1.5m范围可采用泵送C10素混凝土回填。
（14）区域沉降问题结合后续专题研究成果全线统一处理。
14．其他必要的说明
（1）正线施工完成后，在施工横通道内浇注二衬形成联络通道，二衬设计详见本区间施工设计文件《第三部分附属结构施工图（含防水）》。
（2）本图册未尽事宜，应严格按国家有关规范、规程和省市、地方标准执行。
15．主要工程数量表
主要工程数量表
类别
总量
单位
类别
总量
单位
明挖土方
757
m3
Ф25焊接钢管
336
m
暗挖土方
1771
m3
1：
1水泥砂浆
18
m3
回填土方
1197
m3
HPB235钢筋
11
t
C20喷射混凝土
490
m3
HRB335钢筋
69
t
C30混凝土
47
m3
Q235A钢
25
t
Ф42焊接钢管
6700
m
页岩砖
3.2
m3
注：
表中数量均为理论计算值，未考虑损耗，钢筋未考虑接头。
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