《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）—第三部分隧道《​复杂环境深层可溶性石膏岩地层地铁车站建造关键技术》​

本期项目简介

完成单位: 中国水利水电第七工程局有限公司

主要完成人: 任跃勤、 祝全兵、 吴建军、谢强、 黄钞、 李霄、 杨军、 吴宗林、 杨春灿、 周春永、 宋立平、 聂华、 李翔、 杨泳森、 魏国武

项目简介

　　(一)项目背景

　　成都轨道交通18号线火车南站工程是18号线的始发车站,也是重要的控制性工程。车站场地周边环境复杂,有人民南路立交桥、近接高层建筑、深埋地源热系统,地铁车站施工变形控制要求高。地铁车站开挖深度为17m左右,支护形式为钢筋混凝土内支撑,车站底板及围护桩以中等风化泥岩为持力层。施工期间南站车站和近接高层建筑出现异常差异沉降,车站围护桩沉降左侧达90mm,右侧8mm,车站主体结构底板左侧沉降50mm,右侧沉降7mm,左侧近接建筑最大沉降达100mm,右侧人民南路沉降5mm,车站左右侧差异沉降显著,且有悖常理,经补充勘察仍未查明原因。

　　(二)技术概况

　　本课题着眼于解决地铁车站和近接建筑异常差异沉降问题,以成都轨道交通18号线地铁车站为依托,基于钻孔电视、钻孔CT、钻孔弹模、压水试验等现场试验,以及单轴压缩、三轴压缩、X衍射、扫描电镜等室内试验,结合沉降监测数据分析、数值模拟分析、深层沉降监测,分析了邻近复杂环境条件下岩土体在应力场、温度场、化学场,流固耦合作用下的工程特性,揭示下卧可溶岩场地地铁车站及近接建筑物沉降成因机理;最后通过深层注浆试验分析、施工精细化控制成功抑制了地铁车站和近接建筑的沉降,基于简化的单裂隙浆液扩散规律研究,研发了注浆抬升精细化控制技术,使得地铁车站注浆抬升控制达到设计要求的15mm以内。通过本课题的研究最终形成了下卧可溶岩地层地铁车站和近接建筑异常差异沉降控制成套关键技术。

　　(三)适用范围

　　本课题成果可为城市轨道交通及市政工程在建设和使用过程中发生异常沉降后的原因分析、监测技术、精细化抬升控制提供重要的参考依据,其提出基于实际的监测指标选取原则,建立可溶岩场地沉降分析评价方法,成功运用于沉降预测,并形成了一套比较成熟沉降预测方法,极大地提高了施工效率,降低了由于沉降数据分析不足,增加不必要的防护措施,干扰施工造成的工期损失,保证建设周期;同时,形成的深层注浆加固技术、精细化抬升技术还能够为既有建筑精细化抬升控制方案提供参考。

　　(四)获奖情况

　　(1)获得2019年度中国电建集团铁路建设有限公司科学技术进步一等奖

　　(2)获得2020年度中国施工企业管理协会工程建设科学技术进步奖二等奖

项目创新点

　　为解决地铁车站和近接建筑异常差异沉降问题,以成都轨道交通18号线地铁车站为依托,从研究试点到大范围的推广运用,通过研究、总结,形成了系列创新性的研究成果,主要创新点如下:

　　(1)揭示了下卧可溶岩地层城市轨道勘察评价方法的不足,建立一套下卧可溶岩地层城市轨道交通建设勘察评价及事故处置新方法;提出基于实际的监测指标选取原则,建立可溶岩场地沉降分析评价方法,实现了最终沉降预测。

　　(2)建立可溶岩地基中的桩埋管式地源热泵(能量桩)多桩工作数值仿真模型,分析地质条件、地下水动力条件、热-力学特性对桩体位移、桩侧阻力和深层地基沉降的影响,填补了地热系统对可溶岩影响的空白。

　　(3)揭示可溶岩地基在应力、裂隙渗流、化学腐蚀以及能量桩传热效应作用下的多场耦合损伤内在机理。

　　(4)通过分析注浆抬升的机制,采用一种模拟注浆抬升的数值方法,给出了土体体积应变的计算方法,提出了施加“虚拟冶膨胀压力来增加单元体积,并通过判断单元体积应变增量是否达到土体体积应变增量,以控制模拟注浆的过程。形成一套孔口封闭孔内循环深层注浆、精细化控制抬升关键技术。

应用案例

　　(1)该课题与成都轨道交通18号线火车南站工程建设同步进行的科技攻关,取得了一批实用性强、技术含量高、有创新意义的配套成果,并及时指导现场施工,从而使创新成果在成都轨道交通18号线火车南站的施工管理中得到了及时、充分的应用。成果在本工程的转化率高达80%以上。对成都轨道交通18号线火车南站高速度、高标准、高质量的建成,发挥了重要的保障作用。

　　(2)提出基于实际的监测指标选取原则,建立可溶岩场地沉降分析评价方法成功运用于凯德天府沉降预测,并形成了一套比较成熟沉降预测方法,极大地提高了施工效率,降低了由于沉降数据分析不足而增加不必要的防护措施、干扰施工造成的工期损失,降低幅度达到75%,保证了建设周期,取得了良好的经济效益;同时,深层注浆加固技术、精细化抬升技术还能够为既有建筑精细化抬升控制方案提供参考,技术效益明显。

　　(3)形成的科研成果已成功应用于邻近富森美家居城异常沉降处置,并取得良好效果。

　　(4)成功申报了成都市科学技术厅课题“城市轨道交通及相关产品检验检测及应用示范冶,形成的系列专题成果为国标“石膏中SO42-溶出速率、溶出量的测定方法冶的编制提供重要支撑

社会效益与经济效益

　　(1)通过本课题研究,迅速查明了成都火车南站及近接建筑异常沉降的原因,对火车南站下卧可溶岩地层进行注浆加固,迅速抑制火车南站的沉降,使车站前期过大的沉降得以抬升在设计控制范围内,在确保安全的前提下,优化了资源配置和施工工艺,提高了施工效率,较传统的施工方法缩短了节省工期6个月,节省造价近千万元,取得了较好的经济效益,可为今后类似工程施工提供经验,具有显著的社会效益。

　　(2)课题围绕“安全、环保、智能轨道交通冶,通过城市轨道交通建设中面临的异常沉降问题,从勘察、设计、施工、检测、监测、灾害评价和控制治理等方面,揭示轨道交通建设中规范、标准等不足,立足于提升城市轨道交通工程建设质量控制和保障体系建设,将有助于城市轨道交通领域发展全链条质量提升,在智能化和新兴技术应用取得显著效果,满足我国城市轨道交通产业项目实施中日益提升的安全、绿色环保、智能化的要求,得到政府、企业、民间组织和人民的认同。