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南京地铁过江隧道中间风井施工监测分析

文档作者：沈鑫国1 胡俊2 曹东辉3 文档来源： 1．华东电力设计院 2．海南大学土木建筑工程学院 3．杭州市建筑设计研究院有限公司		点击数：	更新时间： 2025年05月08日
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施工技术2014年4月上
98 CONSTRUCTION TECHNOLOGY 第43卷第7期
DOI：10．7672／sgj82014070098
南京地铁过江隧道中间风井施工监测分析
沈鑫国1，胡俊2，曹东辉3
(1．华东电力设计院，上海20000l；2．海南大学土木建筑工程学院，海南海口570228；
3．杭州市建筑设计研究院有限公司，浙江杭州310000)
[摘要】对南京地铁过江隧道中间风井开挖时的地表沉降、深层土体位移、支撑轴力、地下水位及墙顶水平位移与
沉降的监测结果进行分析，并着重对比研究2次管涌期间各监测项目的变化情况，监测结果表明：地表沉降最大值
位于距离基坑边0．5倍基坑深度处，开挖对周边影响范围为2倍基坑深度；支撑轴力与开挖工况、温度、降雨和水
位有着密切关系；当基坑开挖到0．75倍基坑深度时，沉降明显变大，此时此处冠梁、支撑的截面和刚度对控制基坑
变形至关重要，适当增加刚度或截面可以有效减小基坑变形及地表沉降。地下水位反映围护结构止水效果，受工
况、降雨和长江水位等影响，有一定滞后性，可通过监测地表沉降初步判断涌砂的来源。
[关键词]隧道工程；地铁；中间风井；位移；监测
[中图分类号】Tu443 [文献标识码】A [文章编号】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傩in口E如ct啦Po埘er D∞培n风m娩，S^口昭lIl口i 20000l，傩iM；
2． cDz如扩D，C如订层wiMe^粥口nd Arc触钟tⅡre D，月hin口n溉沁巧妇，月hi蠡oⅡ，胁iMn 570228，蕊i舳；
3．肌n础鲥Arc触枕I啪z D∞‘卵＆R∞e口rc^msmⅡ把co．，删．，舶，私D扯，肌咖昭310000，饥讯口)
Abstract：The analysis on monitoring data of shield launching wells for the NaIljing Subway tunnel
acrossing Yangtze RiVer， such as sud．ace 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锄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．ace setdement．
Key words：tunnels；subways；middle wind well；displacement；monitoring
O 引言
南京轨道交通建设已经迈人高速发展阶段，现
已有1，2号线投入运营，在建的有3，4，10号线，正
在勘察的有4，6，11，12号线。大量的地铁建设伴随
而来的是大量深基坑工程，特别是过江隧道的深基
十海南大学科研启动基金资助项目(kyqdl241)
[作者简介]沈鑫国，硕士，E—mail：8henx醇743@ecepdi．co“
[收稿日期]2013旬3-29
坑，常常处于深厚含水层，受承压水影响很大，极易
导致围护结构变形过大，严重时出现涌砂、冒水等
事故。前人对基坑开挖的研究已有很多‘¨3，主要
成果如下：墙体水平位移与基坑平面尺寸密切相
关，也是评价围护结构安全状况的重要指
标‘1·3’5’7·91 ；支撑轴力与开挖方式、速度、工况等有着
密切关系h5 3；地表沉降有抛物线分布或三角分布，
且前期沉降速率大，变形快，后期沉降速率小，变形
万方数据
沈鑫国等：南京地铁过江隧道中间风井施工监测分析
缓，并趋于稳定，沉降最大点发生在距离围护结构
0．5倍开挖深度处旧’5’7’“；地下水位直接反映围护结
构止水效果¨p’“。
本文主要以南京地铁10号线TA03标段的江
北中间风井开挖工程为研究背景，对整个施工过程
进行监测，分析了地表沉降、深层土体位移、支撑轴
力、地下水位及墙顶水平位移与沉降等变化规律，
以期能为类似工程的设计和施工提供参考。
1 工程概况
南京地铁10号线过江隧道中间风井位于纬七
路过江隧道收费站旁，其东南方为浦口区第二自来
水厂，与纬七路过江隧道并行，相距51．7—66．5m。
中间风井总长122．4m，标准段开挖形状近似梯形，
南、北侧长度均为86．6m，东西侧宽度分别为
11．67，14．917m；西端头井开挖宽度为20．5m，长度
为14．8m；东端头井长度21m，宽度为19．35m。中
间风井距滨江大道站约530m，距长江江堤约350m。
该场地地貌类型为长江低漫滩或边滩，为易涝
区。区段土层结构复杂，存在较厚的淤泥质粉质黏
土，孔隙潜水含水层厚度为6—20m，微承压水厚度
为20一45m。本段地层自上而下依次为：②，黏土
层，②≯淤泥质粉质黏土层，②尹4粉砂、细砂层，②≯
淤泥质粉质黏土层，②：1。2粉砂、细砂层，②；1粉砂、
细砂层，④：l卵石、圆砾、砾砂层，④：1中砂、粗砂层。
地下水位平均深度为O．61m，且受大气降水和长江
水位影响。风井抗浮设防水位根据区域水文地质
资料、风井段水文地质条件及基坑开挖深度等综合
确定为8．41m。
本基坑围护结构采用1．2m厚地下连续墙，西
端头深46m，标准段深44—52m，东端头深58m，采
用顺作法施工。地基加固采取旋喷桩裙边加固及
抽条加固，加固深度为基坑底板下3m。地下连续墙
与主体结构通过预埋钢筋连接器连接，地下连续墙
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淖DBo：。1一DB品_I~5 DB盎■ ⋯⋯一⋯u1
■ ■
墙顶设置1．2m×1．0m冠梁，标准段采用钢支撑为
西609，t=16mm。
2监测方案
本基坑侧壁安全等级为一级，又因周边有过江
公路隧道和水厂等对变形要求极高的建筑，确定基
坑监测内容如下：①墙顶和地表沉降监测；②墙顶
水平位移监测；③支撑轴力监测；④水位监测；⑤土
体水平位移监测。监测点布置如图l所示，频率为
1次／d。
3监测结果及分析
主要对中央风井基坑工作进度情况和监测数
据进行分析。采用间隔式选取数据，将2次管涌期
间(6月30日和8月14日)全部选取。6月30日在
西端头与标准段连接处发生管涌，8月14日在东端
头与标准段连接处发生管涌。
3．1 地表沉降及墙顶水平位移与沉降
地面沉降随时间变化曲线如图2～8所示，由图
2～4可知：①地表沉降随着基坑开挖深度增加呈逐
渐增大趋势，并在开挖初期和管涌时沉降有不同程
度剧变。地表沉降随离坑边距离变化呈抛物线或
勺子形旧’5’¨，先增大后减小，最后趋向于0，最大值
位于15m(0．5倍基坑深度)。从曲线趋势看，基坑
对35m外影响变小，呈抛物线状递减，约为2倍基
坑开挖深度。②开挖初期，施工单位在西端头一次
性开挖6m，过量并短时间卸载使原来处于静态平衡
的土体失去平衡，产生相应释放变形，即坑周地表
均发生较大沉降，且变形较快，在DB03-3处达到最
大值，为一33．8mm。随后变形变缓，变化量基本处
于一1—1mm；但在第1次管涌期间，基土大量涌出，
引起坑周塌陷，QD0l因离涌口较近，其日变化量从
o．4mm急剧增加到一28．4mm，累计沉降值超过报
警值30mm；而较远点QD05未发生较大沉降，该断
面10m处发生7．1mm沉降，由以上分析可得涌砂
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一
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I卜～55 DD品B0s5—一l～l～s 5D删B0訾6一十卜’5
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DBl0
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DB09 1～5 DB盎小5
图l 基坑围护结构和施工监测平面
万方数据
100 施工技术第43卷
主要来自基坑西北侧，对该侧注浆加固可有效降低
塌陷。同理，分析东端头发生的第2次管涌并总结
可得，发生管涌时，通过监测地表沉降可以初步判
断其涌砂的来源，在适当部位采取相应措施可以有
效控制沉降。③当标准段在撑完第4道、将撑第5
道支撑期间，此时基坑开挖深度约为0．75倍坑深，
沉降明显变大，在此处适当增加圈梁和支撑刚度可
以有效减小基坑变形。
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一28．4mm
图2西端头沉降随时间变化曲线
Fig．2 Settlement with time in the west
of the foundation excavation
时间／(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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图3标准段沉降随时间变化曲线
Fig．3 Setnement with time in the standard segment
由图5—8可知，基坑长边中点附近连续墙都有
不同程度朝上和朝内变形，且最大沉降发生在该断
面；整体变形趋势为西端头连续墙有被土压向坑
内，东端头则相反。地表基本都表现为下沉，东端
头因已进行三轴深层搅拌桩加固，变形相对较小。
通过分析可得长边中部的支撑、冠梁尺寸及连续墙
施工质量对于基坑变形至关重要，需给予足够重视。
3．2墙体水平位移
测斜孔位移．深度关系曲线如图9～11所示，随
着开挖深度增加，墙体水平位移逐渐增大，整体变
形趋势为两头大中间小。大部分最大侧移都位于
0．8日附近(日为基坑深度)或0．5倍连续墙长度，侧
移最大处为Cx01，为33．71mm，未达到报警值
35mm，其次是cxl0(基坑长边中点)。墙体水平位
测点编号
DB03．DB03．DB03．DB03．DB03．
QD04 1(5m)2(10m)3(1 5m)4(25m)5(35m)
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a断面4
测点编号
DB04一DB04．DB04．DB04．DB04一
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图4 地表沉降随离坑边距离变化
F追．4 SettIement with distance of the
foundatiOn excavatiOn
图5 连续墙各顶点最终沉降
Fig．5 The nnal settIement Of continuOus wa¨Vertex
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釜。150
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一250
测点编号
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图6 地表点最终沉降(距坑边15m)
Fig．6 The 6Ⅱal senlement of grouⅡd surfhce
移在两次管涌期间也有较大变形，事故导致基坑暴
露时间过长，也是其变形的原因之一。cx08在第2
次管涌期间破坏，数据有点离散，超过报警值。
不同工况对侧移也有很大影响，其中支撑对侧
如0∞如加如舳m∞问
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万方数据
沈鑫国等：南京地铁过江隧道中间风井施工监测分析101
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图7部分墙顶水平位移日变化量
Fig．7 The daily Variation of horizontaI displacement
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号oo詹影矗8。8黔盎o含oⅧ箩一濒一捣一卜l雪H一髓一 ■ vvv 、f
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图8墙顶最终水平位移曲线(一为向基坑内、+为向基坑外)
Fig．8 The finally horizontal displacement
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时间：
位移／mm
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图9 CX01测斜孔位移·深度关系曲线
Fig．9 HorizontaI dispIacement with depth for CX01
移限制效果明显，侧移最大处附近的支撑效果最
好。钢支撑和混凝土支撑对侧移限制效果相差较
大，设计应保证O．8日有足够刚度下进行优化设计。
3．3支撑轴力
轴力随开挖时间、深度、天气、水位的变化而变
化，变化曲线如图12，13所示(一为压力、+为拉
力)。开挖到一8～一9m时，主要是第1道支撑受
力，先受压，撑上第2道支撑后变受拉，撑上第3道
支撑后又受压，此时主要有第2，3道混凝土支撑受
力，随着开挖深度增加轴力变大。撑上第4道支撑
后，开挖深度15～22m期间，西端头主要由第4道
支撑受力，第2，3道支撑轴力逐渐变小，第1道支撑
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位移／m
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图10 CX08测斜孔位移·深度关系曲线
Fig．10 HOrizontal displacement with depth for CX08
位移／mm
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图11 Cxl0测斜孔位移-深度关系曲线
Fig．1 1 HOrizontal dispIacement with depth for CXl0
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图12西端头支撑轴力随时间变化曲线
Fig．12 Axjal fbrce·time curVes 1．or supports
in恤e west Of excavaUOn
受力离散变化，第5道支撑受力较小；而标准段主要
由第3道支撑受力，第4道支撑受力很小，继续开挖
并撑上第5道支撑，支撑受力都迅速减小，撑上第6
道支撑并开挖到坑底，此时主要由第6道支撑受力。
在两次管涌期间，轴力都发生了较大变化，第1
次管涌期间西端头第4道支撑轴力发生了明显突变，
减小2 365kN；而标准段每道支撑都发生了较大突变，
第3道支撑轴力减小了2 470kN，第4道支撑从受压
变成受拉最后又变成受压。第2次期间西端头支撑
轴力全由受压变成受拉，突变最大值达1 961kN，而西
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万方数据
102 施工技术第43卷
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图13标准段支撑轴力随时间变化曲线
Fig．13 A菇aI force-time cⅡrVes for supports
in也e staⅡdard segment
端头全部受压，数值急剧增加，最大处达2 165kN。
从轴力分析，第1次管涌时整个基坑有向坑内
蠕变趋势，第2次管涌时，西端头土体有向坑外蠕变
趋势，标准段有向坑内蠕变趋势，基坑底明显有上
抬趋势。整个开挖过程中，由于很多不确定因素导
致某时刻支撑轴力为0或开挖完成后施做主体结构
支撑受力很小，会引起钢腰梁脱落，导致事故发生，
所以应加强监测和视察，以确保施工安全顺利进行。
3．4地下水位
水位高程随时间变化曲线如图14所示，由图
14可知，Sw01水位处于比较稳定状态，而SW04与
Sw06则与工况有着密切的关系，可以通过这些水
位判断基坑稳定情况。开挖初期，每个水位孔水位
均有不同程度下降，而此时地表沉降主要由应力释
放引起，并未随承压水位降低而骤降，表现出一定
滞后性。后期沉降主要由水位降低使土有效应力
增加而引起土产生固结沉降。
6月中旬几天降雨导致水位略微上升，此后将
近1个月晴热天气内加速开挖，SW04与SW06急剧
下降；接着连续1个多星期降雨使水位又急剧升高，
最后又慢慢下降。在这期间，轴力与地表沉降分别
有一定程度减小和增大。两次管涌期间，与管涌点
较近水位发生骤降，通过注浆加固和回灌才使水位
稳定。水位反映围护结构止水效果，虽受工况、降
雨、降水和长江水位等影响，但还是能准确反映连
续墙止水效果，为施工方提供有效、可靠指标。
4管涌原因分析及应急措施
4．1管涌原因
1)基坑处于深厚含水层，上下层土体渗透系数
差异产生水头差使土体存在渗透水流，且围护结构
连接存在缺陷，未能有效止水。
2)开挖使坑底和坑周土体产生负孔隙水压力，
土体有效应力减小，抗剪强度也随之发生变化，最
终导致坑底土体隆起变形。
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一SW01—o-SW04一SW06
图14水位高程随时间的变化曲线
Fig．14 Varia60n of water leVels of
monitoring points with time
4．2应急措施
1)滤水围井在管涌口处投入装土编织袋、麻
袋和被褥的同时注入混凝土，形成人工渗水帷幕，
抑制砂涌入，防止险情扩大。
2)回灌通过回灌平衡渗流的动水压力，控制
因降水而引起的地下水位降低而产生不均匀沉降。
3)降水根据沉降大致判断涌砂来源，增加管
涌部位井点降水强度，以降低渗透压力差。
4)注浆根据管涌点位置判断围护结构或坑
周土体需加固部位，针对性地采取注浆加固，有效
切断管涌路线。
5)增加监测频率有针对性的增加监测频率，
及时反馈数据为分析管涌原因及采取应急措施提
供依据。
5 结语
1)本工程中地表沉降随与坑边距离变化呈抛
物线或勺子形，先增大后减小，最后趋向于0，在距
坑边0．5倍基坑深度处达到最大。开挖对周围建筑
影响较小，其影响范围约为2倍基坑深度。
2)基坑整体变形趋势为西端头连续墙有被土
压向坑内，东端头则相反。通过分析可得长边中部
的支撑、圈梁尺寸及连续墙施工质量对于基坑变形
至关重要，需给予足够重视。
3)支撑轴力与开挖工况、温度、降雨和水位有
着密切关系。开挖速度快慢直接影响轴力变化，而
温度和降雨使土体体积和应力发生变化，间接影响
轴力。当基坑开挖深度到达0．75倍基坑深度时，沉
降明显变大，此时此处腰梁、支撑的截面和刚度对
控制基坑变形至关重要。用理正或启明星等软件
进行设计时适当增加刚度或截面可以有效减小基
坑变形及地表沉降。支撑轴力有时会为0，须足够
重视，以防腰梁脱落引发事故。
4)地下水位反映围护结构止水效果，受工况、
降雨、人工降水和长江水位等影响，有一定滞后性。
(下转第121页)
万方数据
2014 No．7 谢夫海：滑升模板施工技术在信标塔工程中的应用121
5 注意事项
1)施工方案优选应组织进行施工专业队伍
的选择、专业施工人员的培训交底；施工方案应根
据工程特点进行编制、比选，并组织滑模专家进行
研讨论证工作；应考虑到可能出现的各种质量通病
及滑模施工中常见问题并制定出相应的预控对策。
2)加强对混凝土的质量控制①配合比的要
求滑模施工对混凝土有特殊要求，在滑模试验阶
段，应对商品混凝土供应商进行配合设计及混凝土
运输的技术交底，完善各种情况下的施工配合比配
制；施工中根据天气变化及时和混凝土搅拌站进行
沟通，对混凝土的配合比进行调整。②对混凝土出
模强度的要求为了不过分影响滑模混凝土后期
强度，也不因强度太高增大提升时的摩擦阻力而导
致混凝土表面拉裂，混凝土6～8h的出模强度应控
制在0．2—0．4MPa。③滑升过程中出现裂缝时，应
及时请监理工程师认定。若属轻微裂缝可及时进
行修补；若出现的裂缝危及结构安全，则根据裂缝
的部位和形式，应由技术负责人提出处理方案进行
处理；当发生的情况超出施工单位处理范围时，应
由建设单位组织论证，为施工单位提供技术支持。
3)在加强平台刚度的同时，应尽可能地减少自
重对平台的影响。施工设备、施工材料的提前布置
保证平台系统的平衡。尽可能做到堆量少，因此要
配备足够的垂直运输工具。
4)液压提升系统是液压滑升模板施工装置中
的重要组成部分，安装完毕后应及时进行调试，检
查各部件的运行情况，将试运转的各项记录
保存。
5)在滑模施工过程中，应重点对滑升施工中滑
模的水平度与垂直度进行的监测测量。．应提前制
定监测方案，安排专人根据施工进度进行监测，并
根据监测结果及时进行纠偏，确保塔体的水平和垂
直偏差符合规范和设计要求。
6结语
滑模施工具有施工机械化程度高、施工连续性
好、施工质量较稳定的特点，并且适合不同结构特
点特别是筒仓结构的钢筋混凝土建筑的施工。只
要精心组织方案的编制，合理安排施工方案，就能
够完成预定的施工任务。经过科学组织，合理施
工，全向信标台主体混凝土结构工程从2013年7月
6日开始滑升到2013年9月10日结束，历时67d顺
利完成。
参考文献：
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[3] GB50669—20ll钢筋混凝土筒仓施工与质量验收规范[s]．
北京：中国建筑工业出版社。2011．
(4] 江苏江都建设工程有限公司．JGJl95—2010液压爬升模板
工程技术规程[s]．北京：中国建筑工业出版社．2010．
(上接第102页)
5)管涌对基坑变形影响较大，发生管涌时，施
工单位可通过监测地表沉降初步判断涌砂的来源，
并在适当部位采取相应措施来达到有效控制沉降
的目的。
6)基坑开挖对土的孔隙比、密度、含水率、饱和
度等产生一定程度影响，即变形模量与卸荷大小、
土中应力状态、土体参数等因素相关，施工中需给
予足够重视。
在基坑信息化施工中，通过监测及时反馈数
据、预报险情，防止事故发生或扩大，确保工程顺利
进行，消除安全隐患。
参考文献：
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