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砂层地质浅埋暗挖隧道施工降水措施

范文

计克伟

摘要：浅埋暗挖隧道施工过程中最重要的就是对场地地下水的处理。本工程浅埋暗挖隧道埋深在地下水位以下，无法直接进行开挖施工，需提前进行降水，且在地下水位下降后开挖过程中掌子面稳定，砂层地质情况因含水率降低未出现涌砂现象。并对今后类似情况的项目施工提供参考和借鉴。

Abstract： The most important thing in the construction of shallow-buried excavation tunnels is the treatment of groundwater in the site. The shallow-buried excavation tunnel of this project is buried below the groundwater level， and cannot be directly excavated. It is necessary to lower the water level in advance， and the palm face is stable during the excavation process after the groundwater level drops. There is no a phenomenon of sand gushing due to reduced moisture content. It provides reference for the construction of similar projects in the future.

关键词：降水;浅埋暗挖;砂层;抗突涌

Key words： lower the water level;shallow-buried excavation;sand layer;anti-surge

中图分类号：U455.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2020）20-0155-03

0? 引言

经济发展后各类车辆急剧发展，交通压力逐渐加大，拥堵及限号成为常态化。地下轨道工程可有效缓解城市交通压力，充分利用地下空间，浅埋暗挖隧道已成为目前主要施工方法，但西安地区水资源较丰富，大部分需进行降水施工，否则容易造成开挖涌水坍塌事故。因此继续深入研究和改进降水施工工艺及方法对于地下工程的施工发展具有重要意义。

1? 工程概况

1.1 工程简介? 文教园～张旺渠区间隧道暗挖段位于沣东新城冯三村境内，线路位于规划道路昆明二路下方，下穿已建成沣泾大道，终点接张旺渠站，设计里程YDK14+100～YDK14+300.01，长度200.01m。在YDK14+207.866处设置有1座区间风井，并作为隧道施工竖井。张旺渠站前YDK14+286～YDK14+300.01段设计为人防段，长度14.01m。隧道线间距11.0～17.0m，线路含有两处平曲线，曲线半径均为1500m，线路含一处竖曲线，线路最大纵坡29.556‰。隧道埋深5.98～9.14m，主要穿越细沙、中砂层，地下水位位于轨面线附近。

1.2 工程地质及水文情况

1.2.1 地下水类型及水位? 本工程施工现场勘查得知地下水类型为第四系孔隙潜水，含水层主要是第四系全新统砂层，隔水层不连续。地下水位高程介于375.54～381.26m，水位年变幅为2.0～3.0m。降水施工前地下水平均水位高程为378.5m，地面高程在391.0m左右，地下水埋深约为12.5m。高出隧道底部2～3m，开挖前需采取人工降水措施。地下工程设计抗浮水位387.5m。

1.2.2 地下水位的特征? 施工场地地下水主要来自自然降水、地表水及地下水补给，随季节变化而涨落。地下水的径流方向与地形坡度一致，主要向地势较低的沣河流动。地下水的排泄方式主要为人工用水、径流排泄及自然蒸发排泄等。

1.2.3 渗透性系数的取值? 根据水文地质资料显示，结合西安地区降水经验，基坑16m渗透系数选用25.67m/d。

2? 降水设计及总体布局

2.1 降水井及排水设计? ①根据现场周边环境及场地水文地质条件，降水施工采用大口径管井法的降水方案。拟将地下水位降低至隧道开挖面以下不小于1.0m。②根据计算及现场查勘，场地共布置降水井30个（含明挖段降水井），井间距约为20.0m，井深度为30.0m，降水井直径为800mm。③滤水管采用无砂混凝土预制管，内径不小于400mm，孔隙率不小于15%。滤料采用含泥量不大于5%的天然圆砾，圆砾粒径2～6mm，井底设1.50m长的沉淀管。④排水管采用钢管，外径219mm，采用法兰盘连接，沿排水方向坡度不小于1%，每隔一定间距应设置排砂检修口和支墩。排水管末端设置沉淀池，井水经沉淀后排入沣泾大道绿化带内市政管网。（图1）

2.2 沉淀池设计? 沉淀池为实心粘土砖砌筑，砌体厚240mm，灰缝应饱满，沉淀池内表面应采用M10防渗砂浆抹面，厚度15mm，砂浆層表面再涂抹一层聚氨酯防水涂料，确保沉淀池不渗漏。（图2～图3）

3? 降水施工工艺

3.1 场地准备

3.1.1 现场状况调查? ①降水施工前已完成围护桩施工，现场临建设施完好，可直接进场施工。②施工前已对地下管线及地下管道进行清除及改建。③施工前已完善设备停放、材料堆放等场地，已做好材料、设备进场验收。

3.1.2 技术准备? ①测量人员现场进行放样，并在地面进行标记，施工人员进行现场核查，确保无地下管线及构筑物影响施工。②由现场技术人员向施工工人进行技术交底。

3.1.3 设备物资准备? ①施工设备进场前进行全面检修，检修合格后上报监理审批备案。②施工前对各种所需试验检验的材料送检测单位检验核定，杜绝不合格材料进入现场。

3.2 降水井施工

施工工艺流程：测量放样→确定井位位置→挖泥浆池→钻机就位→钻孔→成孔→下降水井管→填滤料→粘土封井→下潜水泵洗井。

3.2.1 挖泥浆池? 每口井设置一个泥浆池，距降水井距离应大于3m。

3.2.2 成孔? 采用反循环钻机成孔，泥浆护臂成孔。孔径0.8m，孔深为30m。

3.2.3 井管安装? 成孔后应向监理单位报验孔深，验收合格后立即安装井管，在砼预制托底上入置井管，在底部中心设导中器，四周采用铁丝捆绑固定，缓缓下放，当管口与孔口相差20cm时，接上节井管，接头处可用塑料编织袋进行包裹严实，以免挤入泥砂淤塞井管，竖向用3～4竹杆固定井管。井管吊放要垂直，并保持中心位置，为防止雨水泥砂或异物流入井中，井管要高出地面30cm，并采用护栏进行封闭。

3.2.4 填滤料? 井管安装完成后，应立即进行滤料填入。应一边填滤料一边测量填入高度，确保填料准确性。应使用人工铁锹下料，以保证填料均匀和保护井壁不受冲击。洗井后，如滤料下沉量过大，应补填或用粘土填实封填。

3.2.5 洗井? 井管安裝完毕后应即时进行洗井，要连续清洗，直至井水变清。

3.3 排水施工

3.3.1 排水施工原则? ①利用市政管网排水系统排水。文教园～张旺渠区间沣泾大道雨水管线，降水井水排往此处管线内。②排水方式。根据计算要求，采用流量不小于20m3/h且扬程不小于40m潜水泵抽排水。每个抽水井埋设单根排水管与集水管连接，统一排入市政雨水管道。

3.3.2 排水管线? 为观测单井抽水水量变化，每个抽水井埋设单根排水管，排水管道布置采用钢集水管，全部架设于地面以上，用于后期检查维护修理。

3.3.3 排水管线及电缆铺设? ①排水管焊接：排水管应分段焊接接长，焊接焊口应完整结实，拐弯处平滑。②排水管铺设：排水管铺设前应对砖托台标高进行测量，坡度符合排水要求后进行架设。③电缆铺设及配电箱安装。1）主电缆延排水管下部放置并固定或掩埋，各降水井电线放置井口，电缆应预留适量长度。2）配电箱安放在降水管南侧，配电箱必须固定牢靠，按施工用电规范要求进行安装放置，并有专人进行检查看管。3）配电系统应设置三级保护装置，电力开关要有漏电保护器，并有专人进行检查看管。④备用电源及其管理细则。降水井电缆由东南角配电房引出，但为了防止突发情况，造成断电，给降水井接入一条电缆，并在配备一台150kW发电机，防止突发情况发生，具体细则为：

在线路接通后对备用电源进行调试。在主电源断电后，备用电源能立即启动保证正常降水。备用电源远离危险区域。电源管理有专人负责，进行日常维护和线路检修。

3.3.4 排水施工? ①排水施工主要是指由井口到主排水口之间的集水管的施工，还包括进入主排水管的入井、管线铺设等工作内容。有市政雨水管线在正常情况下，其富余排水量大部分可以满足降水排水的要求。②降水井成井工作完成后架设场内排水管网线路;抽水开始时，井点抽出的水经排水管管网进入场内中转蓄水池，后再排放到市政雨水管线内。

3.4 降水运行

3.4.1 降水试运行? ①降水试运行前要准确测定每口井的原地面标高、管井内静止水位，记录后开始试运行，以此检查各抽水设备、排水系统是否能满足场地降水要求。②成井施工阶段应边施工边抽水，每完成一口降水井施工就开启该口井进行降水，确保在土方开挖前，将基坑内地下水降到设计深度。

3.4.2 降水施工? ①降水井在开挖施工前三十天进行，确保场地地下水位低于隧道底1m以下。②降水井应24小时无间隔抽水，直至水位降到设计位置后，对降水井水位深度进行保持维护，防止水位上升影响施工。③降水过程中，要做好水位观测，实时掌握各井地下水位的高低变化情况。④降水运行的同时应对降水记录及时进行分析整理，指导现场降水施工。每天应对抽水井内水位测量1～2次，并及时进行记录。降水异常时应及时找出原因并处理。

3.4.3 降水运行技术措施? ①降水用配电箱及电线的排设与安装应提前规划，不得影响后期土方开挖作业。②潜水泵为降水施工的主要设备，应在施工前做好调试，并进行试抽水，以确保设备在使用时正常运转。③降水运行过程中应经常检查潜水泵的工作状态，并预备3台未使用新泵，一旦发现不正常应及时更换，并对损坏潜水泵进行维修。

4? 降水设计计算

4.1 抗渗透稳定性分析? 地下围护结构渗漏水在地下结构施工时的重难点。在对抗渗透稳定分析设计时要考虑两方面。除了计算抗渗流还要做突涌验算。

4.2 抗渗流稳定性计算? 在基坑中有时候会因为坑内外水头差的缘故，对基坑底造成破坏。其破坏的现象主要表现在管涌与流土。因此抗渗流验算对基坑稳定性很重要。

抗渗流稳定性计算图式如图4。

式中：Ks——抗渗流或抗管涌稳定性的安全系数，本工程取1.5～2.0;

本工程验算时抗渗流稳定性安全系数取2.0;

ic——坑底土体的临界水力坡度，ic=■，根据坑底土的特性计算;i——坑底土的渗流水力坡度;i=hw/L;Gs——坑底土的比重;e——坑底土的天然孔隙比;hw——基坑内外土体的渗流水头（m），取坑内外地下水位差;L——最短渗径流线总长度（m），■;∑Lh——渗径水平段总长度（m）;∑Lv——渗径垂直段总长度（m）;m——渗径垂直段换算水平段的系数。

4.3 抗突涌稳定性计算

基坑开挖过程中有时坑底下不透水层会遭受下层承压水破坏。这些不透水层在会被承压水冲溃，从而造成基坑突涌的灾害。在对基坑稳定性考虑分析时需对其进行验算。

抗突涌稳定性计算如图5。

計算公式如下：

式中：K——抗承压水头的稳定性安全系数，取1.1;Δt+t——透水层顶面距基坑底面的深度（kN/m3）;pw——含水层水压力（kPa），水的重度，取10kN/m3;依据岩土勘察报告的水文地质条件结合设计规范《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）。

5? 施工监测

为确保西安地铁5号线二期工程文教园～张旺渠区间降水设计与施工安全，在施工期间第三方测量单位应对站点进行严格观测观察，根据降水设计方案对沣泾大道建构筑物、地下管线进行沉降监测，本次监测工作从降水工程开始直至降水工程结束，防止意外事故发生。

本工程监测项目主控内容统计如表1。

6? 结论

随着浅埋暗挖隧道提前降水施工在西安地铁5号线二期工程文教园站～张旺渠站区间全断面砂层开挖过程中的成功应用，降水过程中地层稳定，开挖顺利，未发生不良现象。可以看出施工降水对砂层隧道的安全施工尤为重要，控制着隧道施工的开挖进度，为确保砂层地质隧道开挖面围岩的稳定性，降水工作必须满足要求，在隧道开挖掘进中，对地下水位深度必须时刻进行监控量测，发现问题及时进行处理，这样才能确保隧道开挖的安全性和进度施工。

参考文献：

[1]周伟.浅谈地铁隧道浅埋暗挖施工降水技术[J].中国新技术新产品，2011.

[2]邓本举.浅谈复杂地层条件下城市地铁区间隧道浅埋暗挖施工技术[J].科协论坛，2013（02）.

[3]吴林高.工程施工降水设计施工与基坑渗流理论[M].北京：人民交通出版社，2003.

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