真空降水井在地鐵暗挖隧道施工中的應用

仲軍

摘要：在城市含水地層進行暗挖隧道施工，降水是關(guān)鍵。本文通過哈爾濱市軌道交通3號線二期工程松江生態(tài)園站～進鄉(xiāng)街站區(qū)間暗挖隧道降水施工經(jīng)驗，闡述了真空降水在含水地層暗挖隧道施工中的應用。

關(guān)鍵詞：含水地層；暗挖隧道；真空降水

1工程概述

松江生態(tài)園站～進鄉(xiāng)街站區(qū)間出松江生態(tài)園站后，沿保健路向東敷設(shè)，然后以300米半徑轉(zhuǎn)至通鄉(xiāng)街，進入進鄉(xiāng)街站。區(qū)間線路兩側(cè)主要為低矮建筑，多為混凝土結(jié)構(gòu)，目前基本在使用中，為商業(yè)、企業(yè)辦公用地或居民區(qū)。

區(qū)間起點里程DK15+192.011，區(qū)間終點里程DK16+141.921，其中左線區(qū)間存在短鏈22.912米，區(qū)間右線長949.910米，左線長926.998米，區(qū)間覆土11米～21米。為滿足工期要求在DK15+575.775設(shè)置1號施工豎井，兼做運營階段聯(lián)絡(luò)通道及排水泵房，在DK15+804.605設(shè)置2號施工豎井及橫通道。

松進區(qū)間采用礦山法施工，根據(jù)隧道開挖揭露土層顯示，松江生態(tài)園站～進鄉(xiāng)街站區(qū)間在 1 號豎井至2號豎井區(qū)段范圍內(nèi)存在因管線滲漏引起工程范圍內(nèi)土體呈軟塑或流塑狀，極大降低土體自穩(wěn)性，造成施工困難及嚴重的安全隱患。

2 真空降水井原理

真空降水的原理主要是通過真空泵在降水井中產(chǎn)生負壓，使土層里的空隙水、上層滯水在壓力作用下脫離士顆粒，通過濾料滲人到降水井中，再用潛水泵將井內(nèi)水抽出，隨著滲人水的不斷抽出，降水面積不斷擴大，最后形成以降水井為中心一定半徑的動態(tài)穩(wěn)定漏斗曲線，從而達到普通降水井不能達到的效果。

4 降水設(shè)計

（1）真空井管長度計算

根據(jù)下式L確定真空井管的長度，同時考慮井管露出地面的富余長度，由此確定真空井管長度。

H≥H1+h+IL

式中

H 真空管長度；

H1 隧道底板至地表的距離，取隧道最大埋深；

H 降低后的地下水位至隧道底板的距離，取1m；

I 地下水降落坡度，單排井點為1/4～1/5，取1/5；

L 降水井井管至隧道另一邊緣的距離。

（2）涌水量的計算

①影響半徑R；根據(jù)潛水完整井公式

R=2S

式中

S 水位降深；

K 土的滲透系數(shù)，m/d；

H 初始水位至隔水層項的距離。

②基坑等效半徑ro

ro= 0.29（a+ b）

式中

a 根據(jù)隧道斷面的開挖寬度以及降水井距隧道邊緣的距離，確定a值。

b 根據(jù)影響半徑R，取b=2R。

③基坑涌水量

根據(jù)均質(zhì)含水層潛水完整井基坑涌水量計算公式

Q= 1.366K（2H - S）*S/[1g（1 + R/ro）]

式中

Q 基坑涌水量；

H 潛入含水層的厚度。

④單孔涌水量

q=120*π* rs*L*K1/3

式中

rs 真空井半徑；

L 井內(nèi)水的高度。

⑤降水井數(shù)量

n= 1.1Q/q

（3）降水井布置

根據(jù)影響半徑R并考慮相互干擾的作用，真空井沿隧道中線距隧道邊緣2m兩側(cè)各布置一口，單邊縱向間距先定為10m，后根據(jù)現(xiàn)場實際降水效果調(diào)整到8m。

5 施工工藝技術(shù)

5.1真空降水井施工工藝流程

5.2 前期準備工作

（1）準備材料、落實人員，提供“四通一平”，鉆機進場。

（2）測放井位：根據(jù)降水井平面布置圖及現(xiàn)場情況測放井位，做好標記。如果布設(shè)的井點存在地面障礙物，應當設(shè)法清除障礙物，以利于鉆井的進行。若地面障礙物不易清除或受其他施工條件的影響，無法在原布設(shè)井位進行施工時，應與技術(shù)員及時溝通并采取其他措施，必要的時候可對井位作適當調(diào)整。

（3）挖井眼、埋設(shè)護口管：埋設(shè)護口管時，護口管底口應插入原狀土層中，管外應用粘性土或草辮子封嚴，防止施工時管外返漿，護口管上部宜高出地面0.10m～0.30m。

（4）安裝鉆機：安裝鉆機時，為了保證孔的垂直度，機臺應安裝穩(wěn)固水平，大鉤對準孔中心，大鉤、轉(zhuǎn)盤與孔的中心三點成一線，嚴把開孔關(guān)，鉆頭與鉆桿連接處帶兩根鉆鋌，并且彎曲的鉆桿不得下入孔內(nèi)。

（5）挖泥漿池：泥漿池的大小按泥漿池計劃共用的打井數(shù)量和排渣量綜合確定。一般每2～3口井共用一個泥漿池，必要時可采用泥漿箱。

5.3 成井施工

施工機械設(shè)備選用GF-200型工程鉆機及其配套設(shè)備。成孔時采用反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進成孔工藝。

（1）鉆進成孔：因地層含水層顆粒較細，鉆進過程中，泥漿比重宜控制在1.10～1.15，盡量采用地層自然造漿。

（2）清孔換漿：鉆孔到設(shè)計深度后，要清孔換漿，把泥漿調(diào)整到1.05左右。

（3）下井管：對于鋼管井，采用懸吊下管法，井管底部焊接鋼板封堵牢靠，井管與井管之間焊接牢固，確保焊縫均勻、無砂眼

（4）投濾料、固井：井管下好后，立即按設(shè)計要求回填濾料，濾料沿井壁四周均勻填入，并隨填隨測濾料層的頂面高度。

（5）洗井試抽：濾料回填后，應該在8h內(nèi)用污水泵洗井，直至井水洗清達到規(guī)范要求為止。洗井時若出現(xiàn)井水中含有濾料，應停止洗井，檢查原因，進行處理，必要時要報廢掉，并按封井要求進行封井。

5.4 技術(shù)要求

（1）井口高度：井口應高于地表以上0.20～0.50m，以防止地表污水滲入井內(nèi)。

（2）回填濾料：濾料根據(jù)施工方案進行充填，必須要高于濾管頂面。

（3）粘土封孔：使用粘土封堵，嚴格按照施工方案進行粘土封孔。

（4）固井：濾料回填后、上部井周邊采用現(xiàn)場泥土回填固井。

（5）成孔偏差：井深（孔深）偏差≤±50cm；井孔應圓正；井位≤±50cm。

（6）出水含砂量：抽水穩(wěn)定后，出水含砂量達到相關(guān)標準。

5.5 排水設(shè)施及要求

（1）排水設(shè)施應滿足工程降水最大出水量的需求，并保障排水的順暢；

（2）應盡量縮短降水井與排水設(shè)施之間的距離，減少降水井排水的沿程水頭損失，降低抽水設(shè)備的揚程消耗。

5.6 降水井封井方案

降水工作結(jié)束后，需對降水井進行封堵，本工程降水井在隧道外側(cè)，可直接回填場地土封井，回填后再根據(jù)道路等要求固化地表。

6 總結(jié)

真空降水井是結(jié)合本工程實際地質(zhì)情況，而作出的一種新的嘗試。經(jīng)過不斷的觀察、摸索、分析、總結(jié)，從降水設(shè)計到降水井施工，通過對井深井距、降水井結(jié)構(gòu)、真空壓力以及洗井、過濾、密封、降水時間等關(guān)鍵參數(shù)、關(guān)鍵工序的調(diào)整、改進，做到了隧道無水開挖。事實證明真空降水井能成功解決粉質(zhì)粘士地層中的降水問題。

（作者單位：中交二航局第三工程有限公司）