城市地鐵隧道富水區(qū)試驗(yàn)段涌水治理

黃學(xué)發(fā)

(中鐵十四局集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250002)

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城市地鐵隧道富水區(qū)試驗(yàn)段涌水治理

黃學(xué)發(fā)

(中鐵十四局集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250002)

摘要：大連地鐵東—春區(qū)間地下水豐富，巖溶較發(fā)育，特別是此區(qū)間2#橫通道段水量高達(dá)1 000 m3/h；前期采取了橫通道及豎井周邊7口降水井井點(diǎn)降水措施和井內(nèi)3臺(tái)150 m3/h水泵明水抽排措施，降水效果仍不明顯，無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果而不能正常開(kāi)展施工。對(duì)此，選取橫通道范圍作為涌水治理試驗(yàn)段，采用分倉(cāng)圍堵和降水聯(lián)合工法，降水效果明顯。通過(guò)介紹此試驗(yàn)段的涌水治理方案，為后期工程和類(lèi)似工程降水施工提供了參考。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道；富水區(qū)；圍降聯(lián)合；涌水治理

1 工程概況

東緯路站—春光街站區(qū)間為大連地鐵一期工程，區(qū)間全長(zhǎng)1 064.328 m。選此區(qū)間2#橫通道段作為本試驗(yàn)段，橫通道長(zhǎng)31.1 m,寬度5.1 m,高9.6 m，采用二臺(tái)階留核心土爆破開(kāi)挖法施工，拱頂埋深21 m，拱部采用?42 mm超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)；本豎井凈空尺寸為11.6 m×6 m，深31.8 m，采用倒掛井壁法施工。橫通道及豎井初期支護(hù)采用格柵鋼架+C25噴射混凝土支護(hù)體系，初支厚度30 cm。

1.1 工程地質(zhì)狀況

本試驗(yàn)段主要為第四系覆蓋層及粘土層，巖石主要以灰?guī)r為主，大部分地段斷層、巖溶比較發(fā)育。由上至下依次穿越素填土層(層厚約1.0 m)、全風(fēng)化泥灰?guī)r(層厚約13.5 m)、中風(fēng)化泥灰?guī)r(層厚約16.5 m)，為巖溶巖蝕發(fā)育地段，揭示溶洞標(biāo)高-4.5～-8.0 m，洞高3.5 m。橫通道穿越的地層為強(qiáng)風(fēng)化和中風(fēng)化泥灰?guī)r。

1.2 水文狀況

地下水主要為巖溶發(fā)育區(qū)的基巖裂隙水，分布在全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化等巖層中，由于圍巖裂隙發(fā)育且存在較多的斷裂帶，致使地下水具有連通性極強(qiáng)、匯水面積大、水量豐富等特點(diǎn)[1]。地下水位埋深4.3～9.3 m，水位高程3.57～8.3 m。年水位變幅均約1～3 m。詳勘報(bào)告中本段滲透系數(shù)K=1.193 m/d。

2 前期涌水量及降水情況

大的涌水點(diǎn)主要位于橫通道上臺(tái)階掌子面處、橫通道北側(cè)壁處、豎井東北角及豎井東南角處，豎井內(nèi)采用3臺(tái)150 m3/h水泵(備用3臺(tái)120 m3/h水泵、3臺(tái)70 m3/h水泵)進(jìn)行明水抽排；同時(shí)，在橫通道和豎井周?chē)蛟O(shè)7口井，采用流量80 m3/h水泵(功率22 kW，揚(yáng)程54 m)進(jìn)行井點(diǎn)抽水，根據(jù)實(shí)際使用的抽水水泵流量和數(shù)量進(jìn)行測(cè)算，匯集于豎井內(nèi)的水量約1 000 m3/h，日抽水量高達(dá)2萬(wàn)m3。

前期采取了橫通道及豎井周邊井點(diǎn)降水措施，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際布設(shè)條件，距豎井和橫通道1.5～2 m只能布置打設(shè)7口降水井(見(jiàn)圖1所示)。降水井管徑?273 mm，井深33～35 m，其中，橫通道H1～H4號(hào)降水井、豎井S1和S3號(hào)降水井能持續(xù)穩(wěn)定抽水，抽水量均為80 m3/h；豎井S2號(hào)降水井為間斷性抽水，1 h內(nèi)抽水40 min停止20 min，平均抽水量約為50 m3/h。但橫通道掌子面及側(cè)壁處涌水量仍很大，無(wú)法進(jìn)行開(kāi)挖及支護(hù)施工。前期采取橫通道及豎井周邊井點(diǎn)降水措施降水后的涌水照片如圖2所示。

3 試驗(yàn)段施工方案

3.1 方案選擇及目的

經(jīng)實(shí)地勘察和相關(guān)專(zhuān)家論證，采用分倉(cāng)圍堵和降水聯(lián)合工法進(jìn)行該試驗(yàn)段涌水治理[2]，目的是在擬建結(jié)構(gòu)迎水側(cè)方向以小直徑長(zhǎng)28 m碎石樁最大限度封堵地層裂隙，并輔以注漿止水加固措施和圍蔽區(qū)內(nèi)降水措施，最大程度阻止地下水進(jìn)入暗挖洞室。

圖1 橫通道及豎井周邊原有降水井布置

圖2 橫通道及豎井涌水狀況

3.2 試驗(yàn)段范圍

本試驗(yàn)段選取位置處于東春區(qū)間2#橫通道范圍，對(duì)應(yīng)的正線(xiàn)里程為右線(xiàn)DK11+209～DK11+264(左線(xiàn)DK11+217～DK11+272)，以包含2#橫通道初襯結(jié)構(gòu)外邊線(xiàn)和圖示樁位線(xiàn)形成的閉合區(qū)域，其中樁位中心線(xiàn)總周長(zhǎng)約176.7 m。試驗(yàn)段施工平面布置圖見(jiàn)圖3所示。

圖3 試驗(yàn)段涌水治理范圍及溶洞示意圖(單位：m)

3.3 施工方案實(shí)施

本試驗(yàn)段地下水處理總體方案為“先圍后降，圍降聯(lián)合”。第1步，對(duì)試驗(yàn)段范圍內(nèi)已探明的溶洞群進(jìn)行注漿回填固結(jié)處理；第2步，打設(shè)雙排碎石樁并高壓注漿形成止水帷幕圍蔽區(qū)；第3步，在圍蔽區(qū)內(nèi)增設(shè)降水井進(jìn)行抽排水。

3.3.1 溶洞群處理

根據(jù)前期地質(zhì)鉆探，本試驗(yàn)段范圍溶洞較多，需先對(duì)探明的溶洞群進(jìn)行壓漿回填固結(jié)，確保碎石樁正常施工，避免漏漿導(dǎo)致樁體不完整致使封堵不力。試驗(yàn)段內(nèi)溶洞處理部位詳見(jiàn)圖3所示。

施工參數(shù)為：以探測(cè)報(bào)告揭示的溶洞鉆孔作為劃分溶洞群的依據(jù)，首先施工90 mm的鉆孔(探孔兼作注漿孔)，孔深至隧道底標(biāo)高以下1 m，約33～35 m,間距@2.0 m×2.0 m正方形布設(shè),對(duì)于有管線(xiàn)和建筑物的地方根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整布孔間距，然后下設(shè)?48 mm鋼管進(jìn)行注漿。注漿處理步驟為：先進(jìn)行周邊孔注漿，采用水泥-水玻璃雙液漿，模數(shù)m=2.4～3.4，波美度20～40 Be′，形成區(qū)域止?jié){墻，其后進(jìn)行中間孔注漿，采用水泥單液漿進(jìn)行充填。注漿參數(shù)如下[3]：①注漿壓力0.4～2.0 MPa。②水泥采用42.5級(jí)復(fù)合硅酸鹽水泥；水灰比=1∶1，水泥—水玻璃雙液漿體積比為1∶1。③注漿擴(kuò)散半徑設(shè)計(jì)為1.5 m。④注漿工藝為一次性灌漿，單孔注漿要求少量多次、反復(fù)注漿；每個(gè)孔注漿至少?gòu)?fù)灌兩次以上。注漿終壓達(dá)到設(shè)計(jì)終壓、地面隆起高度達(dá)到允許值、地面其他部位冒漿等即可結(jié)束本次注漿。

3.3.2 形成止水帷幕圍蔽區(qū)

在試驗(yàn)段范圍內(nèi)溶洞群處理完畢后，采用國(guó)產(chǎn)地質(zhì)鉆機(jī)2臺(tái),沿設(shè)計(jì)樁位線(xiàn)布孔打樁(如圖3所示)。碎石樁鉆孔?230 mm，樁間距300 mm，樁排距300 mm，梅花型布置，樁長(zhǎng)自地表處打設(shè)至絕對(duì)標(biāo)高-18.0 m?？變?nèi)土質(zhì)地層范圍安設(shè)?219 mm、t=6 mm鋼花管(防止塌孔)，巖層不設(shè)鋼管。成孔后，下設(shè)?48 mm熱軋無(wú)縫小導(dǎo)管(花管)作為預(yù)留注漿管，孔內(nèi)采用2～4 mm碎石填充，填充高度至絕對(duì)標(biāo)高+10.0 m處。

每完成8～10 m樁位線(xiàn)長(zhǎng)度后，統(tǒng)一進(jìn)行后續(xù)注漿封堵，注漿采用樁內(nèi)預(yù)留的?48 mm鋼管進(jìn)行，漿液采用1∶1水泥漿液，注漿壓力0.4～2.0 MPa。

雙排碎石樁樁位布置如圖4所示。碎石樁樁內(nèi)預(yù)留注漿管和樁體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

3.3.3 圍蔽區(qū)內(nèi)降水

圖4 雙排碎石樁樁位布置示意圖(單位：mm)

圖5 碎石樁樁內(nèi)預(yù)留注漿管和樁體結(jié)構(gòu)(單位：mm)

圍蔽區(qū)內(nèi)降水井主要用以降排基底涌水和圍蔽處漏水，在圍蔽區(qū)內(nèi)先利用現(xiàn)有4口降水井進(jìn)行抽排降水，涌、漏水有所減少，但仍不理想。據(jù)此于左右線(xiàn)線(xiàn)路間增設(shè)了3口降水井(Z1、Z2、Z3)，3口降水井通過(guò)線(xiàn)路間縱向?50 cm混凝土暗管，排入與暗管相接的排水管內(nèi)；此外于圍蔽區(qū)西北側(cè)線(xiàn)路外側(cè)增設(shè)1口降水井(Z4)。降水井鉆孔?300 mm，并下設(shè)?273 mm、t=6 mm鋼花管，鋼花管外裹鋼絲濾網(wǎng)，采用碎石濾料。降水井井底深入隧底不小于6 m。水泵與現(xiàn)有降水井水泵型號(hào)相同(流量80 m3/h，功率22 kW，揚(yáng)程54 m)。圍蔽區(qū)區(qū)內(nèi)降水井井位布置如圖6所示。

圖6 圍蔽區(qū)內(nèi)增設(shè)降水井井位布置圖

打設(shè)完成降水井后，同時(shí)開(kāi)啟增設(shè)降水井和現(xiàn)有降水井共8臺(tái)進(jìn)行抽水試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)5 d的抽水試驗(yàn)，各降水井從持續(xù)性抽水變?yōu)殚g斷性抽水，前3 d各降水井持續(xù)抽水時(shí)間逐漸減少，表明圍蔽區(qū)內(nèi)水量明顯減少；第4天時(shí)各降水井抽水持續(xù)時(shí)間基本趨于穩(wěn)定，具體抽水試驗(yàn)情況見(jiàn)表1所示。

表1 試驗(yàn)抽水平均持續(xù)時(shí)間 min/h

根據(jù)表1抽水試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算，第5天持續(xù)抽水時(shí)間合計(jì)83 min,8口降水井總抽水量為110 m3/h，較之前的4口降水井抽水量320 m3/h減少了210 m3/h。

4 結(jié)束語(yǔ)

在此之前橫通道工作面因原有降水效果不好而長(zhǎng)期處于停工狀態(tài)，本試驗(yàn)段通過(guò)采用“圍降聯(lián)合工法”的治理方案，達(dá)到了很好的效果，恢復(fù)了正常開(kāi)挖掘進(jìn)施工。在開(kāi)挖過(guò)程中地層注漿漿液明晰可見(jiàn)，未見(jiàn)溶洞空腔出現(xiàn)，且未發(fā)生突水涌泥情況，地層改良效果較好。橫通道掌子面及北側(cè)壁處涌水量明顯減少，通過(guò)試驗(yàn)抽水結(jié)果，水量減少為110 m3/h，原周邊7口降水井現(xiàn)只開(kāi)啟2口，且其中1口為間斷性開(kāi)啟；原豎井內(nèi)3臺(tái)150 m3/h水泵現(xiàn)只用1臺(tái)就能滿(mǎn)足明水抽排。本方案為東—春區(qū)間全線(xiàn)選擇降水方案和涌水治理提供了參考和借鑒，具有指導(dǎo)性意義。

參考文獻(xiàn)

[1]吳明玉,寧殿晶,謝軼瓊.隧道涌水的原因分析及治理措施[J].山西建筑,2010(12):318-319

[2]劉家軍,李金求,潘澤球.隧道工程中涌水現(xiàn)象的綜合治理技術(shù)[J].建筑施工,2011,33(11):1022-1024

[3]張明慶,彭 峰.地下工程注漿技術(shù)[M].北京:地質(zhì)出版社,2008

On the Treatment of Water Gush in the Rich-Watered Test Section of a Municipal Subway Tunnel

Huang Xuefa

(14th Bureau Group Co. Ltd. of China Railway,Ji′nan 250002,China)

Abstract:Owing to the fact that the Dong—chun Section of the Dalian Subway is rich-watered and comparatively karst-developed,especially the amount of water gush of the 2nd lateral passage of the section is as much as 1,000 m3/h, the water-lowering effect is still not obvious though the technical measures were taken at earlier stages which were seven water-lowering wells were provided around the lateral passage and the vertical shaft,inside which 3 150 m3/h pumps were used to drain.As the desired effect was not achieved,the normal construction could not be carried out as planned.As a result,the range of the lateral passage was chosen as a test section in the treatment of water gush,with technical measures of separating water gush into certain reservoirs and enclosing them,and other combined water-lowering methods adopted.The water-lowering effect thus obtained was obvious.By introducing the water-gush-treating scheme for this test section,the paper aims to provide a useful reference for the water-lowering construction of following and other similar projects.

Key words:subway tunnel;rich-watered district;enclosing-lowering-combined method;treatment of water gush

中圖分類(lèi)號(hào)：U455.49

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-3953(2016)02-0043-04

DOI：10.13219/j.gjgyat.2016.02.012

作者簡(jiǎn)介：黃學(xué)發(fā)(1981—)，男，工程師，主要從事施工管理工作153151243@qq.com

收稿日期：2015-12-10