水平真空降水技術在地鐵隧道施工中的運用

【摘要】在城市地鐵施工中，淺埋暗挖法隧道施工在無法有效實施地面管井降水的情況下，則可采用洞內水平真空降水，其效果良好，可有效地解決上層滯水、弱透水層（粘土層和粉土層）中的飽和水和界面殘留水。本文結合北京地鐵14號線土建工程12合同段十里河～南八里莊站區(qū)間降水工程施工實踐，對隧道洞內水平真空降水方法進行介紹。

【關鍵詞】地鐵隧道;真空降水水平管井

【Abstract】 in the construction of urban subway， shallow buried excavation tunnel construction in the case of not effectively implement the ground tube well precipitation， it can be used in the hole horizontal vacuum precipitation， the effect is good， can effectively solve the upper stagnant water， weak permeable layer （clay layer and silt soil） in the saturated water and interface residual water. This paper introduces the method of horizontal vacuum precipitation in tunnel hole based on the construction practice of the interval dewatering project of the 12 contract section of Beijing Metro line Line 14.

【keywords】metro tunnel vacuum precipitation level tube wells

【中圖分類號】TD353

【文獻標識碼】A

1、工程概況

北京地鐵14號線十里河～南八里莊站區(qū)間由十里河站向北，下穿東三環(huán)主路、輔路，向東沿弘燕路下方至南八里莊站，區(qū)間總長度981.95m，起訖里程K25+723～K26+704.95，在K26+164.5處設置豎井一道。隧道斷面為標準馬蹄形減震斷面，凈高6.82m，凈寬6.58m，線路縱斷面呈“人”字型坡，隧道覆土約7.5～17m，采用淺埋暗挖法施工。沿線地面高層建筑物眾多，地下管線分布密集復雜。

2、工程地質和水文

施工范圍根據(jù)勘察結果按其沉積年代及工程性質可分為人工堆積層、第四紀沉積層，區(qū)間所處地層主要以粉質粘土和粉細砂為主，天然含水率13%～42%，大部分土體處于飽和水狀態(tài)。

區(qū)間范圍內實測到三層地下水：（1）上層滯水：初見水位深度8.10～11.00m，穩(wěn)定水位深度7.40～10.80m，水位不連續(xù)，無明顯含水層，主要接受大氣降水、管溝滲漏補給，以蒸發(fā)為主要排泄方式;（2）潛水：含水層主要為粉細砂、細中砂層，初見水位深度12.50～15.30m，穩(wěn)定水位深度12.00～15.10m，主要接受降水及側向徑流補給，以側向徑流和向下越流為主要排泄方式。（3）層間水～承壓水：含水層主要為卵石層、中粗砂層及粉土層，初見水位深度19.30～21.80m，穩(wěn)定水位深度16.70～21.00m，主要接受側向徑流補給，以側向徑流和越流的方式排泄為主。

3、降水方法的選擇

受地面條件制約，無法采取地面管井降水，考慮洞內降水的方法。隧道開挖涉及到的含水層為粉土、粉質粘土和粉細砂層，含水層滲透系數(shù)不大，但存在多個界面，普通降水方法難以疏干，本次降水采用在隧道側壁打設超前水平真空井管降水的方式，通過在井中施加負壓，達到增加井中水位與地層中水位的水頭差，在不降低井中水位的情況下就能達到形成水頭差，從而達到降水的目的。

4、降水試驗

為了驗證洞內水平真空降水在此工程地質條件下的可行性，在右線小里程K25+950.5～K25+938.5段和左線大里程K26+370.295～K26+382.295段分別做12米試驗段進行降水試驗。

采用礦用電動巖石鉆機，型號為HKYD125A型，沿隧道縱向方向12.00m作為一個降排水單元，井點成孔直徑Ф100mm，孔深12m，降水井點外俯角度分別為5°～10°，內傾角為10°～15°，上仰擴角度均為15°。

水平井管采用Ф80mm鋼管，管壁厚為3mm，井管長度為12.00m，管井孔底8.00m范圍加固成透水孔，管壁外側Ф80mm透水孔外包3層60目紗網(wǎng)，用鐵絲纏繞固定目紗網(wǎng)，外部4.00m采用Ф100mm鋼管封閉孔口;總管采用Ф100mmPVC管，總管兩端密封后通過軟管與各井管連接，然后采用射流式真空泵進行抽排水，從而達到抽排隧道地下水位的效果，保證了隧道無水作業(yè)。

經過降水試驗驗證該降水方案對掌子面及拱腰水量明顯改善，除有小量的滲水外無積水，可以達到對隧道周邊土層排水固結的作用，滿足隧道無水開挖的要求。

5、超前真空管設計參數(shù)

沿隧道深度方向12.00m作為一個降排水單元，在隧道斷面四周布設8～12個井點管，井管成孔直徑Ф100mm，孔深6～12.00m，上部斷面部位井管上仰角度分別為5°～10°，下部斷面井管下俯角度為5°～20°，井管外俯角度均為10°。井管采用Ф80mm鋼管，管壁厚為3mm，井管總長度為12.00m，其中濾管長度8.00m，開孔率不小于30%，濾管長度范圍外包3層60目紗網(wǎng)并用鐵絲纏繞固定。

6、施工工藝及過程控制

6.1施工工藝

施工主要程序為：施工準備→測放井點位置→鉆機就位→成孔施工→井管制作及安裝→井口密封→洗井→井管連接→水泵安裝→電線敷設布置→抽排水

6.1.1施工準備

平整場地，放置各種設備、材料，全部到位后，施工人員進行技術交底，領會施工設計意圖。

6.1.2測放井點位置

根據(jù)設計平面圖的坐標位置，在施工工作面上依次放點，并用鋼筋作孔位標記和軸線后視點標記，使孔位、角度，施工時根據(jù)地層情況調整角度，保證濾水管部位在含水層地層中，以便達到最好的降排水效果，鉆機、后視點成一線，保證鉆孔沿設計方向延伸。

6.1.3鉆機就位

采用履帶式液壓潛孔鉆機（JK580D），該鉆機輕便靈活，便于操作，其全液壓擺臂機構可以實現(xiàn)全方位鉆孔。該機總功率為30Kw，有強大的鉆進及處理孔內事故的能力，動力頭可無級調速，轉速和扭矩都可大范圍調整，提高了鉆機對復雜地層的適應性。

開鉆前，對鉆機的位置、鉆桿、滑架傾角及方位都要認真核對，由于各油缸設有液壓鎖，可以有效避免鉆機在鉆孔過程中前后、左右移動，影響開孔傾角和方位。

6.1.4成孔施工

成孔原理是利用液壓油泵組為動力裝置，由液壓馬達實現(xiàn)鉆機回旋、推進、提升、行走及液壓缸擺角定位等輔助動作，JK580D鉆機在鉆孔作業(yè)時，只有在潛孔沖擊器消耗壓縮空氣，既能實現(xiàn)螺旋鉆進成孔施工，又能實現(xiàn)潛孔鉆進成孔施工。

粉土地層成孔施工工藝采用螺旋鉆進成孔施工，利用液壓馬達實現(xiàn)鉆機回旋、推進成孔施工，成孔到達設計要求后安裝井管。

砂層地質采用空氣壓縮進行沖擊鉆進施工，利用進口動力頭回轉實現(xiàn)單作用雙回轉，即內鉆桿、套管（橋式花管）、降水井管同時回轉及沖擊，成孔完成后，套管（橋式花管和井管）留置土體中，然后在井口處進行封井處理。

普通土層采用螺旋鉆進成孔施工工藝，復雜地層（砂層地質）采用套管跟進成孔工藝，套管跟進成孔工藝選擇的鉆進參數(shù)應以低轉速、低給進壓力、高上返風速為原則，施工操作過程中應根據(jù)所鉆進地層中巖石的硬度、松散程度、含水量等因素控制鉆進速度，當鉆遇到特別松散或較大裂隙的地層時，尤其要降低給進速度和給進壓力，反復排渣清孔。

結語：

該方法適用于降排水工程受施工場地條件的制約，無法在地面進行，只能在坑道內施工，并且在黏性土、粉土、砂土的交互地層條件下需同時抽降潛水和承壓水，以最大限度的抽降減少掘進面的涌水量，其降水效果好、成本低。

由于采取有效的降水措施，為隧道開挖的無水作業(yè)創(chuàng)造條件，確保了工程施工正常進展，對今后類似工程降水措施的選擇具有一定借鑒作用。

作者簡介：

陳兆艷（410304198207210529），女，1982.07.21，河南禹州，工程師，研究方向：地面管井降水。