城市隧道工程地下降水和管涌處理施工技術(shù)的應用研究

趙春發(fā)

鄭州市市政工程總公司 河南鄭州 450000

1 地下水引起的工程問題

1.1 基坑巖土體強度降低

地下水滲流引起巖土體強度降低，主要體現(xiàn)在其化學影響與物理影響。物理影響指水分子容易在土顆粒周圍形成水膜，從而對巖土體產(chǎn)生潤滑、軟化等作用。而化學影響指巖土體與水產(chǎn)生了氧化還原、水化作用等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象使得巖土體的結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變、內(nèi)聚力減少，從而降低了巖土體的強度[1]。

而有的地下工程在建設過程中，比較注重潛水及承壓水的治理，忽視了上層滯水的危害。比如在基坑開挖過程中，隨著土方開挖的進行，土層因受到擾動形成了一些裂隙，這些裂隙隨著時間的推移不斷增大。如果此時降水豐富或者地表水補給情況良好，上層滯水就會沿著裂隙流入基坑坡體內(nèi)，導致土層塑性增大，土體強度降低，極易出現(xiàn)基坑邊坡失穩(wěn)的現(xiàn)象。

1.2 地面塌陷或地基被破壞

滲透變形是土體在一定水力坡降滲流作用下，土體顆粒發(fā)生了移動或者流失，從而使土體發(fā)生變形或破壞的現(xiàn)象，而它包括流沙和管涌等破壞形式。而在地下工程建設過程中，流沙會導致土體發(fā)生流動，從而出現(xiàn)地面塌陷或地基破壞等現(xiàn)象，甚至影響到地下工程的安全穩(wěn)定性。管涌是指在滲流作用下，細顆粒沿粗顆粒間形成的孔道發(fā)生移動，土的孔隙逐漸增大而最終形成貫通的滲流通道的現(xiàn)象。管涌通常發(fā)生在無黏性土中，極易引起基坑變形、失穩(wěn)。

1.3 造成突涌

突涌指隨著基坑開挖的進行，當坑內(nèi)下部承壓水頭壓力大于上覆土層的自重壓力時，基坑底部土體在承壓水頭作用下發(fā)生隆起，進而出現(xiàn)坑底涌水涌砂的現(xiàn)象。

2 城市隧道工程地下降水和管涌處理探討

2.1 工程概況

某隧道進口里程為DK86+770 ，出口里程為DK87 + 740 ，全長970 m。隧道主要穿越地層依次為卵石、中粗砂、粉細砂、粉土、礫巖、泥巖。頂板土層主要為卵石層、粉土層，圍巖級別為Ⅵ級。存在一層層間水，水位埋深25.3～21.6m，標高25.7～27.18m，位于隧道拱頂范圍內(nèi)。含水層主要為卵石層、中粗砂層、粉細砂層，含水層底板主要為礫巖層和泥巖層。

2.2 工程施工重難點

本工程地下水位位于結(jié)構(gòu)中部，且結(jié)構(gòu)上部主要位于砂卵石層，下部位于礫巖層，透水層和不透水層交界面位于結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)，界面上滲流水無法抽排干凈，對施工影響極大，存在風險[2]。

砂卵石層滲透系數(shù)較大，降水井很容易降低地下水位，而下部為礫巖層，在界面上水流難以完全匯集至井內(nèi)，故在界面上會存在大量殘留水，隨著開挖，從掌子面滲流出來，給施工造成困難，增加風險，施工中需要采取有效措施確保施工安全。

開挖遭遇地層較差，穿越風險源等，若開挖不當，措施不足，易導致坍塌等施工風險，施工中必須針對不同部位，不同情況，采取注漿加固等措施。

同時，受季節(jié)變化的影響，建設區(qū)域內(nèi)的水位存在一定的漲落變化，容易在隧道施工區(qū)域造成管涌現(xiàn)象，影響工程的整體防水質(zhì)量?；诖?，進行隧道防水施工中的管涌現(xiàn)象控制尤為關(guān)鍵。

2.3 基坑降水

（1）施工準備：①場地平整，清除施工場地地面以下2米以內(nèi)的障礙物，不能清除的做好保護措施，然后整平、夯實；同時合理布置施工機械、輸送管路和電力線路位置，確保施工場地的“三通一平”。②井位放樣，施工前用全站儀測定降水井施工的控制點，放樣處井位并做標記，經(jīng)過復測驗線合格后，用鋼尺和測線實地布設樁位，并用竹簽釘緊，一樁一簽。在降水井軸線拐彎處應設固定樁，同時在施工軸線上設控制樁。③ 修建排污系統(tǒng)，降水井施工過程中將會產(chǎn)生廢漿，將廢漿液引入沉淀池中，沉淀后的清水根據(jù)場地條件可進行無公害排放。沉淀的泥土則在開挖基坑時一并運走。沉淀和排污統(tǒng)一納入全場污水處理系統(tǒng)。

（2）測放井位及挖探井：當布設的井點受地面障礙物或施工條件的影響時，現(xiàn)場可作適當調(diào)整。每眼井鉆前必須人工挖探井2.5～4m,見原狀土，確認無地下管線，并下入護筒，護筒外側(cè)填黏土封隔好表層雜填土層，以防止施工塌孔，必要時隨挖隨做砼護壁。如遇地下管線，需適當調(diào)整井位，重挖探井。

（3）埋設護口管：護口管底口應插入原狀土層中，管外應用黏性土和草辮子封嚴，防止施工時管外返漿，護口管上部應高出地面0.10m～0.30m。

（4）鉆進成孔：開孔孔徑為φ700mm，一徑到底。鉆進開孔時應吊緊大鉤鋼絲繩，輕壓慢轉(zhuǎn)，以保證開孔鉆進的垂直度，成孔施工采用孔內(nèi)自然造漿，鉆進過程中泥漿密度控制在1.05～1.15，當提升鉆具或停工時，孔內(nèi)必須壓滿泥漿，以防止孔壁坍塌。

（5）清孔換漿：鉆孔至設計標高后，在提鉆前將鉆桿提至離孔底0.50m，進行沖孔清除孔內(nèi)雜物，同時將孔內(nèi)的泥漿密度逐步調(diào)至1.05，孔底沉淤〈30cm，返出的泥漿內(nèi)不含泥塊為止[3]。

（6）吊放井管：井管采用無砂混凝土管，在預制混凝土井管下部包纏1層100目尼龍網(wǎng)，緩緩下放，當管口與井口相差200mm時，接上節(jié)井管，接頭處用尼龍網(wǎng)裹嚴，以免擠入泥砂淤塞井管，豎向用4條30mm寬、長2～3m的竹條固定井管。為防止上下節(jié)錯位，在下管前將井管依井方向立直。吊放井管要垂直，并保持在井孔中心，為防止雨水泥砂或異物流入井中，井管要高出地面不小于200mm，并加蓋臨時保護。

（7）填濾料：井管下入后立即填入濾料。濾料沿井孔四周均勻填入，保持連續(xù)，將泥漿擠出井孔。填濾料時，隨填隨測濾料填入高度，當填入量與理論計算量不一致時，及時查找原因。不得用裝載機直接填料，用鐵鍬下料，以防不均勻或沖擊井壁。洗井后，如濾料下沉量過大，進行補填。濾料為2-7mm干凈豆石,雜質(zhì)含量不大于3%。

（8）洗井：采用下泵試抽洗井，用潛污泵反復進行抽洗，直至水清砂凈。洗井在成井8小時內(nèi)進行，以免時間過長，護壁泥皮逐漸老化,難以破壞，影響滲水效果。洗井過程中觀測水位及出水量變化情況。

（9）安泵試抽：成井施工結(jié)束后，在井內(nèi)及時下入潛水泵排設排水管道、電纜等，電纜與管道系統(tǒng)在設置時應注意避免在抽水過程中不被挖土機、吊車等碾壓、碰撞損壞，因此，現(xiàn)場要在這些設備上進行標識。抽水與排水系統(tǒng)安裝完畢，即可開始試抽水。

（10）排水管及電纜鋪設：各抽水井排水采用2寸管排水，內(nèi)徑φ300水泥管集水并就近與雨污水井或雨水箅相連,排管水管與電纜合槽鋪設，排水向水流方向的傾斜以1‰為宜,排放水達到市政管理部門的要求，及時發(fā)現(xiàn)并關(guān)停、處理出水含砂量較大的抽水井。根據(jù)現(xiàn)場降水井試抽情況，降水井集水管布置在基坑兩側(cè)基坑外排水溝旁。每隔90m設一個向排水溝排水的排水口；暗渠往大里程方向集水管每隔150m設一個向排水溝排水的排水口。降水井排水的2寸排水管就近向集水管中排水。

（11）進點抽水2～3天后挖驗土坑開始挖溝槽，抽水至溝槽回填至水位以上時結(jié)束。

2.4 堵水、加固施工

（1）圍巖加固及堵水。根據(jù)圍巖等級及時調(diào)整支護參數(shù)，超前支護采用6m 雙層超前小導管，并壓注水泥-水玻璃雙液漿，施工參數(shù)為如下：①雙層小導管注漿采用Φ50 熱扎無縫鋼管，δ =5mm，尾部交錯設置Φ10 注漿孔。小導管注漿壓力為0.5～1MPa，注漿過程中注漿壓力應逐級緩慢提升；壓注水泥-水玻璃漿液，水泥漿水灰比1：1，水泥漿與水玻璃體積比1：0.5，水玻璃濃度35 波美度，注漿壓力不變。②小導管按以下方式布置：第一層與第二層縱向錯開一榀鋼拱架，鋼管環(huán)向間距為40cm，第一層與第二層環(huán)向錯開20cm；外插角：每層超前按縱向間距2.5m設置一次，縱向搭接3.5m，第一層20°～25°，第二層8°～12°。③為確保超前小導管打設方向，可在鋼架上打孔，使鋼管從鋼架腹部穿過，鋼管尾部與鋼架焊接，施工中必須保證注漿質(zhì)量[4]。

系統(tǒng)錨桿由設計Φ22 藥卷錨桿調(diào)整為準42 小導管，并壓注水泥-水玻璃雙液漿，鋼管前端呈尖錐狀,尾部焊上Φ6 加勁箍，管壁四周鉆10mm 壓漿孔，但尾部0.5m不設壓漿孔。小導管施工時，鋼管徑向打入圍巖。

（2）隧底加固及堵水。針對隧底冒水，施工采用在隧底冒水點進行壓注水泥-水玻璃雙液漿堵水，注漿管采用準50×5mm 鋼花管，單根長2.5m，間距1.5×1.5m 布設。

3 結(jié)語

綜上所述，隧道降水施工是整個項目中的關(guān)鍵點，施工技術(shù)選用和實施的科學性、有效性將直接關(guān)系到隧道防排水的質(zhì)量，對后期的運營維護、車輛行駛安全等也將起到至關(guān)重要的影響。新時期，進行城市隧道工程建設重要高度重視降水施工技術(shù)的規(guī)范應用，在滲漏水現(xiàn)象原因分析的基礎上，針對性的進行控制策略應用，從而確保隧道施工質(zhì)量的提升，保證隧道工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。