淺談復(fù)雜地質(zhì)條件下地鐵隧道降水工程洞內(nèi)輔助措施的應(yīng)用

【摘要】淺談了地鐵暗挖隧道結(jié)構(gòu)處于含水層與隔水層交替出現(xiàn)的復(fù)雜地質(zhì)條件下，由于層間水的滲流作用，引起隧道隔水層界面流砂，進而造成結(jié)構(gòu)施工困難，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)施工工期及施工安全時，在洞內(nèi)采取真空降水措施，可有效的解決由于層間殘留水對結(jié)構(gòu)施工的影響問題，降低工程風(fēng)險。

【關(guān)鍵詞】地鐵隧道施工；洞內(nèi)降水；真空降水；輔助措施

隨著中國經(jīng)濟的急速發(fā)展，超大型城市應(yīng)運而生，但是隨著城市規(guī)模的不斷擴大，交通擁堵問題成為了制約城市經(jīng)濟發(fā)展的難題之一。以地鐵為代表的軌道交通，成為解決超大城市交通擁堵病一種重要手段，在近二十年中得到了快速發(fā)展，以北京為例已開通地鐵里程超過500公里，預(yù)計2020年達(dá)到1000公里。

北京地鐵大部分穿行于市區(qū)繁華區(qū)域，而北京地區(qū)地質(zhì)條件又以厚度較大的第四系堆積物為主，地下水位埋藏較淺，暗挖隧道施工往往受到地下水滲流作用的影響，極易造成隧道內(nèi)涌水、流砂，嚴(yán)重則引起隧道結(jié)構(gòu)坍塌，造成質(zhì)量及安全事故，所以暗挖隧道施工往往需輔助于隧道外降水工程，但由于區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，在多層含水層和隔水層的影響下，隧道內(nèi)常出現(xiàn)局部殘留涌水，對結(jié)構(gòu)施工造成較大影響，因此降水洞內(nèi)輔助措施的應(yīng)用就顯得尤為必要。

1.工程背景

1.1工程概況

北京地鐵X線某區(qū)間出入段線采用暗挖法+明挖法施工，區(qū)間結(jié)構(gòu)埋深為0～15m。隧道自上而下地層情況為：粉土、粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂、粉質(zhì)粘土、中粗砂。隧道底部偏上主要為起伏不平的粉質(zhì)粘土隔水層，中拱上部大部分為粉細(xì)砂層，隧道底部以下部分區(qū)域揭露中粗砂層。

1.2場區(qū)地下水情況

本場區(qū)內(nèi)主要賦存二層地下水，自上至下分別為第一層為上層滯水，僅部分鉆孔揭露，第二層為潛水。

第一層：上層滯水（一）：含水層巖性為粉土②層、粉土③層以及局部填土層，水位標(biāo)高為22.02～21.11m，水位埋深3.4～4.7m，該層水分布不連續(xù)，透水性較差。

第二層：潛水（二）：含水層巖性為粉細(xì)砂④3層，鉆孔揭露含水層厚度0.4～3.8m，水位標(biāo)高為14.24～11.82m，水位埋深為10.35～13.38m，分布較連續(xù)。

2.隧道暗挖過程中受到地下水影響原因分析及處理措施

2.1受到地下水影響原因分析

隧道暗挖段主要受到潛水（二）影響，隧道開挖大部分處于粉細(xì)砂層，并且局部隧道底部偏上存在連續(xù)的粉質(zhì)粘土隔水層，隧道與地層關(guān)系見圖1。暗挖施工過程中，在隧道底部粉細(xì)砂與粉質(zhì)粘土交界面，出現(xiàn)無規(guī)律的層間涌水，伴隨有流砂現(xiàn)象發(fā)生，初支結(jié)構(gòu)后面底部出現(xiàn)局部流空，錨噴混凝土困難，嚴(yán)重影響施工進度，并且有造成上部粉細(xì)砂層坍塌的風(fēng)險。

本工程采用隧道外抽滲結(jié)合管井降水，在隧道兩側(cè)按6米間隔均勻布置，施工過程中，降水井水位監(jiān)測結(jié)果均滿足降水設(shè)計要求，可排除降水工程不利造成的影響。由此，在結(jié)合地層情況分析可知，層間涌水位置為粉砂層與粉質(zhì)粘土交界面處，受粉砂層滲透性不良及粉質(zhì)粘土隔水層起伏不平的雙重影響，導(dǎo)致潛水（二）層難以疏干，當(dāng)隧道結(jié)構(gòu)面臨空時，水在自重作用下向臨空面流出。

2.2處理措施

在出現(xiàn)粉砂層流砂后，引起了隧道中上部粉細(xì)砂層坍塌，增加了初支及錨噴的難度，嚴(yán)重拖延了施工進度，并且從地面沉降監(jiān)測點監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋的信息分析，流砂亦加劇了區(qū)域地面沉降，對周邊環(huán)境及隧道施工造成極大的安全隱患。

根據(jù)上述原因分析及多次論證，決定采用洞內(nèi)真空管降水輔助措施，在隧道底部斷面粉砂層與粘性粉土交界面及交界面以上50cm處對稱布設(shè)真空管，斜下向外側(cè)打插，真空管單根長度為5m，外傾及向前下傾角度均為30°。

集水主管采用Φ75mm鋼管，按0.5m間距布置支管連接口，支管采用Φ32mm鋼管，管身按10cm間距梅花型布置6mm透水孔，管外螺旋包100目濾網(wǎng)，降低粉細(xì)砂流失率。

2.3降水效果

采用斷面真空降水處理措施后，通過真空抽水，在斷面開挖前超前將層間涌水排走，使斷面開挖時基本處于無水作業(yè)狀態(tài)，減小了由于層間涌水滲流引起的流砂對結(jié)構(gòu)施工及安全的影響，加快了工程進度，并且由地面沉降監(jiān)測點的監(jiān)測結(jié)果可知，通過該措施對地面沉降的控制也起到了很好的促進作用。

3.結(jié)語

1）在暗挖隧道施工過程中，隧道結(jié)構(gòu)處于含水層與隔水層交替出現(xiàn)的復(fù)雜地質(zhì)條件下，往往在隔水層界面常出現(xiàn)層間涌水，特別是上層含水層顆粒較小，滲透性差，通過洞外降水的方法很難達(dá)到疏干的效果，因此為減少由于層間涌水滲流而造成流砂等影響，在洞內(nèi)采取的真空降水措施是必要的，是對保證結(jié)構(gòu)安全、順利施工及減少沉降對周邊的影響有著積極作用和良好效果的。

2）在結(jié)構(gòu)施工前，通過分析隧道所處的地勘資料，可初步預(yù)判出結(jié)構(gòu)易受層間涌水影響的范圍，可酌情考慮不采用全隧道范圍洞外降水，而是在重點區(qū)域采用局部洞外降水配合洞內(nèi)降水的措施。這樣既可以降低工程成本，亦可減少抽排地下水量，降低由于工程降水對周邊環(huán)境的影響。

3）洞內(nèi)真空降水措施沿洞壁兩側(cè)底部布置，大大減小了降水管對結(jié)構(gòu)開挖施工的影響，并且在施工過程中降水管可反復(fù)利用，降水工程維護費用低。

4）暗挖結(jié)構(gòu)施工過程中及時進行超期探測，根據(jù)探測結(jié)果靈活控制降水管數(shù)量及抽水情況，做到邊超期探測，邊布置降水管，邊抽水，可避免不必要的經(jīng)濟及資源浪費。

參考文獻

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作者簡介

張新偉（1982-），男，北京市地質(zhì)工程勘察院，工程師。