水平真空降水技術(shù)在地鐵隧道施工中的運(yùn)用

文/陳兆艷 中鐵十五局集團(tuán)第五工程有限公司 天津 300000

1、工程概況

北京地鐵14號(hào)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(shè)置豎井一道。隧道斷面為標(biāo)準(zhǔn)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(fù)雜。

2、工程地質(zhì)和水文

施工范圍根據(jù)勘察結(jié)果按其沉積年代及工程性質(zhì)可分為人工堆積層、第四紀(jì)沉積層，區(qū)間所處地層主要以粉質(zhì)粘土和粉細(xì)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(nèi)實(shí)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(bǔ)給，以蒸發(fā)為主要排泄方式；（2）潛水：含水層主要為粉細(xì)砂、細(xì)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(cè)向徑流補(bǔ)給，以側(cè)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(cè)向徑流補(bǔ)給，以側(cè)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(nèi)降水的方法。隧道開挖涉及到的含水層為粉土、粉質(zhì)粘土和粉細(xì)砂層，含水層滲透系數(shù)不大，但存在多個(gè)界面，普通降水方法難以疏干，本次降水采用在隧道側(cè)壁打設(shè)超前水平真空井管降水的方式，通過在井中施加負(fù)壓，達(dá)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(dá)到形成水頭差，從而達(dá)到降水的目的。

4、降水試驗(yàn)

為了驗(yàn)證洞內(nèi)水平真空降水在此工程地質(zhì)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(yàn)段進(jìn)行降水試驗(yàn)。

采用礦用電動(dòng)巖石鉆機(jī)，型號(hào)為HKYD125A型，沿隧道縱向方向12.00m作為一個(gè)降排水單元，井點(diǎn)成孔直徑Ф100mm，孔深12m，降水井點(diǎn)外俯角度分別為5°～10°，內(nèi)傾角為10°～15°，上仰擴(kuò)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(cè)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(jìn)行抽排水，從而達(dá)到抽排隧道地下水位的效果，保證了隧道無水作業(yè)。

經(jīng)過降水試驗(yàn)驗(yàn)證該降水方案對(duì)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(dá)到對(duì)隧道周邊土層排水固結(jié)的作用，滿足隧道無水開挖的要求。

5、超前真空管設(shè)計(jì)參數(shù)

沿隧道深度方向12.00m作為一個(gè)降排水單元，在隧道斷面四周布設(shè)8～12個(gè)井點(diǎn)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?yàn)椋菏┕?zhǔn)備→測放井點(diǎn)位置→鉆機(jī)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(shè)布置→抽排水

6.1.1 施工準(zhǔn)備

平整場地，放置各種設(shè)備、材料，全部到位后，施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，領(lǐng)會(huì)施工設(shè)計(jì)意圖。

6.1.2 測放井點(diǎn)位置

根據(jù)設(shè)計(jì)平面圖的坐標(biāo)位置，在施工工作面上依次放點(diǎn)，并用鋼筋作孔位標(biāo)記和軸線后視點(diǎn)標(biāo)記，使孔位、角度，施工時(shí)根據(jù)地層情況調(diào)整角度，保證濾水管部位在含水層地層中，以便達(dá)到最好的降排水效果，鉆機(jī)、后視點(diǎn)成一線，保證鉆孔沿設(shè)計(jì)方向延伸。

6.1.3 鉆機(jī)就位

采用履帶式液壓潛孔鉆機(jī)（JK580D），該鉆機(jī)輕便靈活，便于操作，其全液壓擺臂機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)全方位鉆孔。該機(jī)總功率為30Kw，有強(qiáng)大的鉆進(jìn)及處理孔內(nèi)事故的能力，動(dòng)力頭可無級(jí)調(diào)速，轉(zhuǎn)速和扭矩都可大范圍調(diào)整，提高了鉆機(jī)對(duì)復(fù)雜地層的適應(yīng)性。

開鉆前，對(duì)鉆機(jī)的位置、鉆桿、滑架傾角及方位都要認(rèn)真核對(duì)，由于各油缸設(shè)有液壓鎖，可以有效避免鉆機(jī)在鉆孔過程中前后、左右移動(dòng)，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(dòng)力裝置，由液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)回旋、推進(jìn)、提升、行走及液壓缸擺角定位等輔助動(dòng)作，JK580D鉆機(jī)在鉆孔作業(yè)時(shí)，只有在潛孔沖擊器消耗壓縮空氣，既能實(shí)現(xiàn)螺旋鉆進(jìn)成孔施工，又能實(shí)現(xiàn)潛孔鉆進(jìn)成孔施工。

粉土地層成孔施工工藝采用螺旋鉆進(jìn)成孔施工，利用液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)回旋、推進(jìn)成孔施工，成孔到達(dá)設(shè)計(jì)要求后安裝井管。

砂層地質(zhì)采用空氣壓縮進(jìn)行沖擊鉆進(jìn)施工，利用進(jìn)口動(dòng)力頭回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)單作用雙回轉(zhuǎn)，即內(nèi)鉆桿、套管（橋式花管）、降水井管同時(shí)回轉(zhuǎn)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(jìn)行封井處理。

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

結(jié)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(jìn)行，只能在坑道內(nèi)施工，并且在黏性土、粉土、砂土的交互地層條件下需同時(shí)抽降潛水和承壓水，以最大限度的抽降減少掘進(jìn)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(jìn)展，對(duì)今后類似工程降水措施的選擇具有一定借鑒作用。