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南京地鐵過江隧道中間風井施工監(jiān)測分析

文檔作者：沈鑫國1 胡俊2 曹東輝3 文檔來源： 1．華東電力設計院 2．海南大學土木建筑工程學院 3．杭州市建筑設計研究院有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月08日
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施工技術2014年4月上
98 CONSTRUCTION TECHNOLOGY 第43卷第7期
DOI：10．7672／sgj82014070098
南京地鐵過江隧道中間風井施工監(jiān)測分析
沈鑫國1，胡俊2，曹東輝3
(1．華東電力設計院，上海20000l；2．海南大學土木建筑工程學院，海南海口570228；
3．杭州市建筑設計研究院有限公司，浙江杭州310000)
[摘要】對南京地鐵過江隧道中間風井開挖時的地表沉降、深層土體位移、支撐軸力、地下水位及墻頂水平位移與
沉降的監(jiān)測結果進行分析，并著重對比研究2次管涌期間各監(jiān)測項目的變化情況，監(jiān)測結果表明：地表沉降最大值
位于距離基坑邊0．5倍基坑深度處，開挖對周邊影響范圍為2倍基坑深度；支撐軸力與開挖工況、溫度、降雨和水
位有著密切關系；當基坑開挖到0．75倍基坑深度時，沉降明顯變大，此時此處冠梁、支撐的截面和剛度對控制基坑
變形至關重要，適當增加剛度或截面可以有效減小基坑變形及地表沉降。地下水位反映圍護結構止水效果，受工
況、降雨和長江水位等影響，有一定滯后性，可通過監(jiān)測地表沉降初步判斷涌砂的來源。
[關鍵詞]隧道工程；地鐵；中間風井；位移；監(jiān)測
[中圖分類號】Tu443 [文獻標識碼】A [文章編號】1002．8498(2014)07瑚98旬5
Monitoring Analysis of Shield Launching Wells
in Nanjing Subway Tunnel Acrossing Yangtze RiVer
Shen Xingu01，Hu Jun2，Ca0 Donghui3
(1．ED5t儺in口E如ct啦Po塒er D∞培n風m娩，S^口昭lIl口i 20000l，儺iM；
2． cDz如擴D，C如訂層wiMe^粥口nd Arc觸鐘tⅡre D，月hin口n溉沁巧婦，月hi蠡oⅡ，脅iMn 570228，蕊i舳；
3．肌n礎鰣Arc觸枕I啪z D∞‘卵＆R∞e口rc^msmⅡ把co．，刪．，舶，私D扯，肌咖昭310000，饑訊口)
Abstract：The analysis on monitoring data of shield launching wells for the NaIljing Subway tunnel
acrossing Yangtze RiVer， such as sud．a(chǎn)ce settlement，deep soil displacement， 缸ial force of struts，
underground water leVel and wall top horizontal displacement and setnement，are analyzed，especially the
changes during tlle piping．The main results are as foUows：the maximum surface settlement point is 0．5
times deptll of the found砒ion excavation away f如m tlle edge of it．The innuence of excaVation is 2 times
depth of the foundation． The stmts bearing force is closely related to excaVation，temperature，rainfaU
and water level． When excavation depth is 0．75 times of the depth of foundation excaVation， settlement
changes a lot． At tllis time， the top ring beam， the cross section and stifmess of suppon are Very
imponant to control the defomation． Appropriately increasing stifhess or section can effectiVely reduce
me defomation鋤d su血ce subsidence．The undergmund water level renects the watertight e如ct of the
retaining stmctures，which af耗cted by the conditions，rainfall and water level of the Yangtze River，with
some lag． Constmction units can preliminary judge the sand source through the monitoring data of the
sud．a(chǎn)ce setdement．
Key words：tunnels；subways；middle wind well；displacement；monitoring
O 引言
南京軌道交通建設已經(jīng)邁人高速發(fā)展階段，現(xiàn)
已有1，2號線投入運營，在建的有3，4，10號線，正
在勘察的有4，6，11，12號線。大量的地鐵建設伴隨
而來的是大量深基坑工程，特別是過江隧道的深基
十海南大學科研啟動基金資助項目(kyqdl241)
[作者簡介]沈鑫國，碩士，E—mail：8henx醇743@ecepdi．co“
[收稿日期]2013旬3-29
坑，常常處于深厚含水層，受承壓水影響很大，極易
導致圍護結構變形過大，嚴重時出現(xiàn)涌砂、冒水等
事故。前人對基坑開挖的研究已有很多‘¨3，主要
成果如下：墻體水平位移與基坑平面尺寸密切相
關，也是評價圍護結構安全狀況的重要指
標‘1·3’5’7·91 ；支撐軸力與開挖方式、速度、工況等有著
密切關系h5 3；地表沉降有拋物線分布或三角分布，
且前期沉降速率大，變形快，后期沉降速率小，變形
萬方數(shù)據(jù)
沈鑫國等：南京地鐵過江隧道中間風井施工監(jiān)測分析
緩，并趨于穩(wěn)定，沉降最大點發(fā)生在距離圍護結構
0．5倍開挖深度處舊’5’7’“；地下水位直接反映圍護結
構止水效果¨p’“。
本文主要以南京地鐵10號線TA03標段的江
北中間風井開挖工程為研究背景，對整個施工過程
進行監(jiān)測，分析了地表沉降、深層土體位移、支撐軸
力、地下水位及墻頂水平位移與沉降等變化規(guī)律，
以期能為類似工程的設計和施工提供參考。
1 工程概況
南京地鐵10號線過江隧道中間風井位于緯七
路過江隧道收費站旁，其東南方為浦口區(qū)第二自來
水廠，與緯七路過江隧道并行，相距51．7—66．5m。
中間風井總長122．4m，標準段開挖形狀近似梯形，
南、北側長度均為86．6m，東西側寬度分別為
11．67，14．917m；西端頭井開挖寬度為20．5m，長度
為14．8m；東端頭井長度21m，寬度為19．35m。中
間風井距濱江大道站約530m，距長江江堤約350m。
該場地地貌類型為長江低漫灘或邊灘，為易澇
區(qū)。區(qū)段土層結構復雜，存在較厚的淤泥質粉質黏
土，孔隙潛水含水層厚度為6—20m，微承壓水厚度
為20一45m。本段地層自上而下依次為：②，黏土
層，②≯淤泥質粉質黏土層，②尹4粉砂、細砂層，②≯
淤泥質粉質黏土層，②：1。2粉砂、細砂層，②；1粉砂、
細砂層，④：l卵石、圓礫、礫砂層，④：1中砂、粗砂層。
地下水位平均深度為O．61m，且受大氣降水和長江
水位影響。風井抗浮設防水位根據(jù)區(qū)域水文地質
資料、風井段水文地質條件及基坑開挖深度等綜合
確定為8．41m。
本基坑圍護結構采用1．2m厚地下連續(xù)墻，西
端頭深46m，標準段深44—52m，東端頭深58m，采
用順作法施工。地基加固采取旋噴樁裙邊加固及
抽條加固，加固深度為基坑底板下3m。地下連續(xù)墻
與主體結構通過預埋鋼筋連接器連接，地下連續(xù)墻
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淖DBo：。1一DB品_I~5 DB盎■ ??一?u1
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墻頂設置1．2m×1．0m冠梁，標準段采用鋼支撐為
西609，t=16mm。
2監(jiān)測方案
本基坑側壁安全等級為一級，又因周邊有過江
公路隧道和水廠等對變形要求極高的建筑，確定基
坑監(jiān)測內(nèi)容如下：①墻頂和地表沉降監(jiān)測；②墻頂
水平位移監(jiān)測；③支撐軸力監(jiān)測；④水位監(jiān)測；⑤土
體水平位移監(jiān)測。監(jiān)測點布置如圖l所示，頻率為
1次／d。
3監(jiān)測結果及分析
主要對中央風井基坑工作進度情況和監(jiān)測數(shù)
據(jù)進行分析。采用間隔式選取數(shù)據(jù)，將2次管涌期
間(6月30日和8月14日)全部選取。6月30日在
西端頭與標準段連接處發(fā)生管涌，8月14日在東端
頭與標準段連接處發(fā)生管涌。
3．1 地表沉降及墻頂水平位移與沉降
地面沉降隨時間變化曲線如圖2～8所示，由圖
2～4可知：①地表沉降隨著基坑開挖深度增加呈逐
漸增大趨勢，并在開挖初期和管涌時沉降有不同程
度劇變。地表沉降隨離坑邊距離變化呈拋物線或
勺子形舊’5’¨，先增大后減小，最后趨向于0，最大值
位于15m(0．5倍基坑深度)。從曲線趨勢看，基坑
對35m外影響變小，呈拋物線狀遞減，約為2倍基
坑開挖深度。②開挖初期，施工單位在西端頭一次
性開挖6m，過量并短時間卸載使原來處于靜態(tài)平衡
的土體失去平衡，產(chǎn)生相應釋放變形，即坑周地表
均發(fā)生較大沉降，且變形較快，在DB03-3處達到最
大值，為一33．8mm。隨后變形變緩，變化量基本處
于一1—1mm；但在第1次管涌期間，基土大量涌出，
引起坑周塌陷，QD0l因離涌口較近，其日變化量從
o．4mm急劇增加到一28．4mm，累計沉降值超過報
警值30mm；而較遠點QD05未發(fā)生較大沉降，該斷
面10m處發(fā)生7．1mm沉降，由以上分析可得涌砂
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DB09 1～5 DB盎小5
圖l 基坑圍護結構和施工監(jiān)測平面
萬方數(shù)據(jù)
100 施工技術第43卷
主要來自基坑西北側，對該側注漿加固可有效降低
塌陷。同理，分析東端頭發(fā)生的第2次管涌并總結
可得，發(fā)生管涌時，通過監(jiān)測地表沉降可以初步判
斷其涌砂的來源，在適當部位采取相應措施可以有
效控制沉降。③當標準段在撐完第4道、將撐第5
道支撐期間，此時基坑開挖深度約為0．75倍坑深，
沉降明顯變大，在此處適當增加圈梁和支撐剛度可
以有效減小基坑變形。
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圖2西端頭沉降隨時間變化曲線
Fig．2 Settlement with time in the west
of the foundation excavation
時間／(月-日)
05—16 05．30 06-13 06．2707—1l 07—2S 08—08 08-22 09—05 09一19 lO-03
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圖3標準段沉降隨時間變化曲線
Fig．3 Setnement with time in the standard segment
由圖5—8可知，基坑長邊中點附近連續(xù)墻都有
不同程度朝上和朝內(nèi)變形，且最大沉降發(fā)生在該斷
面；整體變形趨勢為西端頭連續(xù)墻有被土壓向坑
內(nèi)，東端頭則相反。地表基本都表現(xiàn)為下沉，東端
頭因已進行三軸深層攪拌樁加固，變形相對較小。
通過分析可得長邊中部的支撐、冠梁尺寸及連續(xù)墻
施工質量對于基坑變形至關重要，需給予足夠重視。
3．2墻體水平位移
測斜孔位移．深度關系曲線如圖9～11所示，隨
著開挖深度增加，墻體水平位移逐漸增大，整體變
形趨勢為兩頭大中間小。大部分最大側移都位于
0．8日附近(日為基坑深度)或0．5倍連續(xù)墻長度，側
移最大處為Cx01，為33．71mm，未達到報警值
35mm，其次是cxl0(基坑長邊中點)。墻體水平位
測點編號
DB03．DB03．DB03．DB03．DB03．
QD04 1(5m)2(10m)3(1 5m)4(25m)5(35m)
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圖4 地表沉降隨離坑邊距離變化
F追．4 SettIement with distance of the
foundatiOn excavatiOn
圖5 連續(xù)墻各頂點最終沉降
Fig．5 The nnal settIement Of continuOus wa¨Vertex
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一50
— 100
釜。150
器一200
一250
測點編號
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=凳盆葛燴墨盒2=型
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圖6 地表點最終沉降(距坑邊15m)
Fig．6 The 6Ⅱal senlement of grouⅡd surfhce
移在兩次管涌期間也有較大變形，事故導致基坑暴
露時間過長，也是其變形的原因之一。cx08在第2
次管涌期間破壞，數(shù)據(jù)有點離散，超過報警值。
不同工況對側移也有很大影響，其中支撐對側
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沈鑫國等：南京地鐵過江隧道中間風井施工監(jiān)測分析101
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圖7部分墻頂水平位移日變化量
Fig．7 The daily Variation of horizontaI displacement
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號oo詹影矗8。8黔盎o含oⅧ籮一瀕一搗一卜l雪H一髓一 ■ vvv 、f
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圖8墻頂最終水平位移曲線(一為向基坑內(nèi)、+為向基坑外)
Fig．8 The finally horizontal displacement
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位移／mm
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——05．13
——*一06．07
——e一06—29
圖9 CX01測斜孔位移·深度關系曲線
Fig．9 HorizontaI dispIacement with depth for CX01
移限制效果明顯，側移最大處附近的支撐效果最
好。鋼支撐和混凝土支撐對側移限制效果相差較
大，設計應保證O．8日有足夠剛度下進行優(yōu)化設計。
3．3支撐軸力
軸力隨開挖時間、深度、天氣、水位的變化而變
化，變化曲線如圖12，13所示(一為壓力、+為拉
力)。開挖到一8～一9m時，主要是第1道支撐受
力，先受壓，撐上第2道支撐后變受拉，撐上第3道
支撐后又受壓，此時主要有第2，3道混凝土支撐受
力，隨著開挖深度增加軸力變大。撐上第4道支撐
后，開挖深度15～22m期間，西端頭主要由第4道
支撐受力，第2，3道支撐軸力逐漸變小，第1道支撐
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位移／m
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圖10 CX08測斜孔位移·深度關系曲線
Fig．10 HOrizontal displacement with depth for CX08
位移／mm
10 0 lO 20 30 40 j|三一
圖11 Cxl0測斜孔位移-深度關系曲線
Fig．1 1 HOrizontal dispIacement with depth for CXl0
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圖12西端頭支撐軸力隨時間變化曲線
Fig．12 Axjal fbrce·time curVes 1．or supports
in恤e west Of excavaUOn
受力離散變化，第5道支撐受力較?。欢鴺藴识沃饕?
由第3道支撐受力，第4道支撐受力很小，繼續(xù)開挖
并撐上第5道支撐，支撐受力都迅速減小，撐上第6
道支撐并開挖到坑底，此時主要由第6道支撐受力。
在兩次管涌期間，軸力都發(fā)生了較大變化，第1
次管涌期間西端頭第4道支撐軸力發(fā)生了明顯突變，
減小2 365kN；而標準段每道支撐都發(fā)生了較大突變，
第3道支撐軸力減小了2 470kN，第4道支撐從受壓
變成受拉最后又變成受壓。第2次期間西端頭支撐
軸力全由受壓變成受拉，突變最大值達1 961kN，而西
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102 施工技術第43卷
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圖13標準段支撐軸力隨時間變化曲線
Fig．13 A菇aI force-time cⅡrVes for supports
in也e staⅡdard segment
端頭全部受壓，數(shù)值急劇增加，最大處達2 165kN。
從軸力分析，第1次管涌時整個基坑有向坑內(nèi)
蠕變趨勢，第2次管涌時，西端頭土體有向坑外蠕變
趨勢，標準段有向坑內(nèi)蠕變趨勢，基坑底明顯有上
抬趨勢。整個開挖過程中，由于很多不確定因素導
致某時刻支撐軸力為0或開挖完成后施做主體結構
支撐受力很小，會引起鋼腰梁脫落，導致事故發(fā)生，
所以應加強監(jiān)測和視察，以確保施工安全順利進行。
3．4地下水位
水位高程隨時間變化曲線如圖14所示，由圖
14可知，Sw01水位處于比較穩(wěn)定狀態(tài)，而SW04與
Sw06則與工況有著密切的關系，可以通過這些水
位判斷基坑穩(wěn)定情況。開挖初期，每個水位孔水位
均有不同程度下降，而此時地表沉降主要由應力釋
放引起，并未隨承壓水位降低而驟降，表現(xiàn)出一定
滯后性。后期沉降主要由水位降低使土有效應力
增加而引起土產(chǎn)生固結沉降。
6月中旬幾天降雨導致水位略微上升，此后將
近1個月晴熱天氣內(nèi)加速開挖，SW04與SW06急劇
下降；接著連續(xù)1個多星期降雨使水位又急劇升高，
最后又慢慢下降。在這期間，軸力與地表沉降分別
有一定程度減小和增大。兩次管涌期間，與管涌點
較近水位發(fā)生驟降，通過注漿加固和回灌才使水位
穩(wěn)定。水位反映圍護結構止水效果，雖受工況、降
雨、降水和長江水位等影響，但還是能準確反映連
續(xù)墻止水效果，為施工方提供有效、可靠指標。
4管涌原因分析及應急措施
4．1管涌原因
1)基坑處于深厚含水層，上下層土體滲透系數(shù)
差異產(chǎn)生水頭差使土體存在滲透水流，且圍護結構
連接存在缺陷，未能有效止水。
2)開挖使坑底和坑周土體產(chǎn)生負孔隙水壓力，
土體有效應力減小，抗剪強度也隨之發(fā)生變化，最
終導致坑底土體隆起變形。
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一SW01—o-SW04一SW06
圖14水位高程隨時間的變化曲線
Fig．14 Varia60n of water leVels of
monitoring points with time
4．2應急措施
1)濾水圍井在管涌口處投入裝土編織袋、麻
袋和被褥的同時注入混凝土，形成人工滲水帷幕，
抑制砂涌入，防止險情擴大。
2)回灌通過回灌平衡滲流的動水壓力，控制
因降水而引起的地下水位降低而產(chǎn)生不均勻沉降。
3)降水根據(jù)沉降大致判斷涌砂來源，增加管
涌部位井點降水強度，以降低滲透壓力差。
4)注漿根據(jù)管涌點位置判斷圍護結構或坑
周土體需加固部位，針對性地采取注漿加固，有效
切斷管涌路線。
5)增加監(jiān)測頻率有針對性的增加監(jiān)測頻率，
及時反饋數(shù)據(jù)為分析管涌原因及采取應急措施提
供依據(jù)。
5 結語
1)本工程中地表沉降隨與坑邊距離變化呈拋
物線或勺子形，先增大后減小，最后趨向于0，在距
坑邊0．5倍基坑深度處達到最大。開挖對周圍建筑
影響較小，其影響范圍約為2倍基坑深度。
2)基坑整體變形趨勢為西端頭連續(xù)墻有被土
壓向坑內(nèi)，東端頭則相反。通過分析可得長邊中部
的支撐、圈梁尺寸及連續(xù)墻施工質量對于基坑變形
至關重要，需給予足夠重視。
3)支撐軸力與開挖工況、溫度、降雨和水位有
著密切關系。開挖速度快慢直接影響軸力變化，而
溫度和降雨使土體體積和應力發(fā)生變化，間接影響
軸力。當基坑開挖深度到達0．75倍基坑深度時，沉
降明顯變大，此時此處腰梁、支撐的截面和剛度對
控制基坑變形至關重要。用理正或啟明星等軟件
進行設計時適當增加剛度或截面可以有效減小基
坑變形及地表沉降。支撐軸力有時會為0，須足夠
重視，以防腰梁脫落引發(fā)事故。
4)地下水位反映圍護結構止水效果，受工況、
降雨、人工降水和長江水位等影響，有一定滯后性。
(下轉第121頁)
萬方數(shù)據(jù)
2014 No．7 謝夫海：滑升模板施工技術在信標塔工程中的應用121
5 注意事項
1)施工方案優(yōu)選應組織進行施工專業(yè)隊伍
的選擇、專業(yè)施工人員的培訓交底；施工方案應根
據(jù)工程特點進行編制、比選，并組織滑模專家進行
研討論證工作；應考慮到可能出現(xiàn)的各種質量通病
及滑模施工中常見問題并制定出相應的預控對策。
2)加強對混凝土的質量控制①配合比的要
求滑模施工對混凝土有特殊要求，在滑模試驗階
段，應對商品混凝土供應商進行配合設計及混凝土
運輸?shù)募夹g交底，完善各種情況下的施工配合比配
制；施工中根據(jù)天氣變化及時和混凝土攪拌站進行
溝通，對混凝土的配合比進行調整。②對混凝土出
模強度的要求為了不過分影響滑?；炷梁笃?
強度，也不因強度太高增大提升時的摩擦阻力而導
致混凝土表面拉裂，混凝土6～8h的出模強度應控
制在0．2—0．4MPa。③滑升過程中出現(xiàn)裂縫時，應
及時請監(jiān)理工程師認定。若屬輕微裂縫可及時進
行修補；若出現(xiàn)的裂縫危及結構安全，則根據(jù)裂縫
的部位和形式，應由技術負責人提出處理方案進行
處理；當發(fā)生的情況超出施工單位處理范圍時，應
由建設單位組織論證，為施工單位提供技術支持。
3)在加強平臺剛度的同時，應盡可能地減少自
重對平臺的影響。施工設備、施工材料的提前布置
保證平臺系統(tǒng)的平衡。盡可能做到堆量少，因此要
配備足夠的垂直運輸工具。
4)液壓提升系統(tǒng)是液壓滑升模板施工裝置中
的重要組成部分，安裝完畢后應及時進行調試，檢
查各部件的運行情況，將試運轉的各項記錄
保存。
5)在滑模施工過程中，應重點對滑升施工中滑
模的水平度與垂直度進行的監(jiān)測測量。．應提前制
定監(jiān)測方案，安排專人根據(jù)施工進度進行監(jiān)測，并
根據(jù)監(jiān)測結果及時進行糾偏，確保塔體的水平和垂
直偏差符合規(guī)范和設計要求。
6結語
滑模施工具有施工機械化程度高、施工連續(xù)性
好、施工質量較穩(wěn)定的特點，并且適合不同結構特
點特別是筒倉結構的鋼筋混凝土建筑的施工。只
要精心組織方案的編制，合理安排施工方案，就能
夠完成預定的施工任務。經(jīng)過科學組織，合理施
工，全向信標臺主體混凝土結構工程從2013年7月
6日開始滑升到2013年9月10日結束，歷時67d順
利完成。
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(上接第102頁)
5)管涌對基坑變形影響較大，發(fā)生管涌時，施
工單位可通過監(jiān)測地表沉降初步判斷涌砂的來源，
并在適當部位采取相應措施來達到有效控制沉降
的目的。
6)基坑開挖對土的孔隙比、密度、含水率、飽和
度等產(chǎn)生一定程度影響，即變形模量與卸荷大小、
土中應力狀態(tài)、土體參數(shù)等因素相關，施工中需給
予足夠重視。
在基坑信息化施工中，通過監(jiān)測及時反饋數(shù)
據(jù)、預報險情，防止事故發(fā)生或擴大，確保工程順利
進行，消除安全隱患。
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