砂層地質(zhì)淺埋暗挖隧道施工降水措施

計克偉

摘要：淺埋暗挖隧道施工過程中最重要的就是對場地地下水的處理。本工程淺埋暗挖隧道埋深在地下水位以下，無法直接進(jìn)行開挖施工，需提前進(jìn)行降水，且在地下水位下降后開挖過程中掌子面穩(wěn)定，砂層地質(zhì)情況因含水率降低未出現(xiàn)涌砂現(xiàn)象。并對今后類似情況的項目施工提供參考和借鑒。

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.

關(guān)鍵詞：降水;淺埋暗挖;砂層;抗突涌

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

中圖分類號：U455.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）20-0155-03

0? 引言

經(jīng)濟發(fā)展后各類車輛急劇發(fā)展，交通壓力逐漸加大，擁堵及限號成為常態(tài)化。地下軌道工程可有效緩解城市交通壓力，充分利用地下空間，淺埋暗挖隧道已成為目前主要施工方法，但西安地區(qū)水資源較豐富，大部分需進(jìn)行降水施工，否則容易造成開挖涌水坍塌事故。因此繼續(xù)深入研究和改進(jìn)降水施工工藝及方法對于地下工程的施工發(fā)展具有重要意義。

1? 工程概況

1.1 工程簡介? 文教園～張旺渠區(qū)間隧道暗挖段位于灃東新城馮三村境內(nèi)，線路位于規(guī)劃道路昆明二路下方，下穿已建成灃涇大道，終點接張旺渠站，設(shè)計里程YDK14+100～YDK14+300.01，長度200.01m。在YDK14+207.866處設(shè)置有1座區(qū)間風(fēng)井，并作為隧道施工豎井。張旺渠站前YDK14+286～YDK14+300.01段設(shè)計為人防段，長度14.01m。隧道線間距11.0～17.0m，線路含有兩處平曲線，曲線半徑均為1500m，線路含一處豎曲線，線路最大縱坡29.556‰。隧道埋深5.98～9.14m，主要穿越細(xì)沙、中砂層，地下水位位于軌面線附近。

1.2 工程地質(zhì)及水文情況

1.2.1 地下水類型及水位? 本工程施工現(xiàn)場勘查得知地下水類型為第四系孔隙潛水，含水層主要是第四系全新統(tǒng)砂層，隔水層不連續(xù)。地下水位高程介于375.54～381.26m，水位年變幅為2.0～3.0m。降水施工前地下水平均水位高程為378.5m，地面高程在391.0m左右，地下水埋深約為12.5m。高出隧道底部2～3m，開挖前需采取人工降水措施。地下工程設(shè)計抗浮水位387.5m。

1.2.2 地下水位的特征? 施工場地地下水主要來自自然降水、地表水及地下水補給，隨季節(jié)變化而漲落。地下水的徑流方向與地形坡度一致，主要向地勢較低的灃河流動。地下水的排泄方式主要為人工用水、徑流排泄及自然蒸發(fā)排泄等。

1.2.3 滲透性系數(shù)的取值? 根據(jù)水文地質(zhì)資料顯示，結(jié)合西安地區(qū)降水經(jīng)驗，基坑16m滲透系數(shù)選用25.67m/d。

2? 降水設(shè)計及總體布局

2.1 降水井及排水設(shè)計? ①根據(jù)現(xiàn)場周邊環(huán)境及場地水文地質(zhì)條件，降水施工采用大口徑管井法的降水方案。擬將地下水位降低至隧道開挖面以下不小于1.0m。②根據(jù)計算及現(xiàn)場查勘，場地共布置降水井30個（含明挖段降水井），井間距約為20.0m，井深度為30.0m，降水井直徑為800mm。③濾水管采用無砂混凝土預(yù)制管，內(nèi)徑不小于400mm，孔隙率不小于15%。濾料采用含泥量不大于5%的天然圓礫，圓礫粒徑2～6mm，井底設(shè)1.50m長的沉淀管。④排水管采用鋼管，外徑219mm，采用法蘭盤連接，沿排水方向坡度不小于1%，每隔一定間距應(yīng)設(shè)置排砂檢修口和支墩。排水管末端設(shè)置沉淀池，井水經(jīng)沉淀后排入灃涇大道綠化帶內(nèi)市政管網(wǎng)。（圖1）

2.2 沉淀池設(shè)計? 沉淀池為實心粘土磚砌筑，砌體厚240mm，灰縫應(yīng)飽滿，沉淀池內(nèi)表面應(yīng)采用M10防滲砂漿抹面，厚度15mm，砂漿層表面再涂抹一層聚氨酯防水涂料，確保沉淀池不滲漏。（圖2～圖3）

3? 降水施工工藝

3.1 場地準(zhǔn)備

3.1.1 現(xiàn)場狀況調(diào)查? ①降水施工前已完成圍護(hù)樁施工，現(xiàn)場臨建設(shè)施完好，可直接進(jìn)場施工。②施工前已對地下管線及地下管道進(jìn)行清除及改建。③施工前已完善設(shè)備停放、材料堆放等場地，已做好材料、設(shè)備進(jìn)場驗收。

3.1.2 技術(shù)準(zhǔn)備? ①測量人員現(xiàn)場進(jìn)行放樣，并在地面進(jìn)行標(biāo)記，施工人員進(jìn)行現(xiàn)場核查，確保無地下管線及構(gòu)筑物影響施工。②由現(xiàn)場技術(shù)人員向施工工人進(jìn)行技術(shù)交底。

3.1.3 設(shè)備物資準(zhǔn)備? ①施工設(shè)備進(jìn)場前進(jìn)行全面檢修，檢修合格后上報監(jiān)理審批備案。②施工前對各種所需試驗檢驗的材料送檢測單位檢驗核定，杜絕不合格材料進(jìn)入現(xiàn)場。

3.2 降水井施工

施工工藝流程：測量放樣→確定井位位置→挖泥漿池→鉆機就位→鉆孔→成孔→下降水井管→填濾料→粘土封井→下潛水泵洗井。

3.2.1 挖泥漿池? 每口井設(shè)置一個泥漿池，距降水井距離應(yīng)大于3m。

3.2.2 成孔? 采用反循環(huán)鉆機成孔，泥漿護(hù)臂成孔?？讖?.8m，孔深為30m。

3.2.3 井管安裝? 成孔后應(yīng)向監(jiān)理單位報驗孔深，驗收合格后立即安裝井管，在砼預(yù)制托底上入置井管，在底部中心設(shè)導(dǎo)中器，四周采用鐵絲捆綁固定，緩緩下放，當(dāng)管口與孔口相差20cm時，接上節(jié)井管，接頭處可用塑料編織袋進(jìn)行包裹嚴(yán)實，以免擠入泥砂淤塞井管，豎向用3～4竹桿固定井管。井管吊放要垂直，并保持中心位置，為防止雨水泥砂或異物流入井中，井管要高出地面30cm，并采用護(hù)欄進(jìn)行封閉。

3.2.4 填濾料? 井管安裝完成后，應(yīng)立即進(jìn)行濾料填入。應(yīng)一邊填濾料一邊測量填入高度，確保填料準(zhǔn)確性。應(yīng)使用人工鐵鍬下料，以保證填料均勻和保護(hù)井壁不受沖擊。洗井后，如濾料下沉量過大，應(yīng)補填或用粘土填實封填。

3.2.5 洗井? 井管安裝完畢后應(yīng)即時進(jìn)行洗井，要連續(xù)清洗，直至井水變清。

3.3 排水施工

3.3.1 排水施工原則? ①利用市政管網(wǎng)排水系統(tǒng)排水。文教園～張旺渠區(qū)間灃涇大道雨水管線，降水井水排往此處管線內(nèi)。②排水方式。根據(jù)計算要求，采用流量不小于20m3/h且揚程不小于40m潛水泵抽排水。每個抽水井埋設(shè)單根排水管與集水管連接，統(tǒng)一排入市政雨水管道。

3.3.2 排水管線? 為觀測單井抽水水量變化，每個抽水井埋設(shè)單根排水管，排水管道布置采用鋼集水管，全部架設(shè)于地面以上，用于后期檢查維護(hù)修理。

3.3.3 排水管線及電纜鋪設(shè)? ①排水管焊接：排水管應(yīng)分段焊接接長，焊接焊口應(yīng)完整結(jié)實，拐彎處平滑。②排水管鋪設(shè)：排水管鋪設(shè)前應(yīng)對磚托臺標(biāo)高進(jìn)行測量，坡度符合排水要求后進(jìn)行架設(shè)。③電纜鋪設(shè)及配電箱安裝。1）主電纜延排水管下部放置并固定或掩埋，各降水井電線放置井口，電纜應(yīng)預(yù)留適量長度。2）配電箱安放在降水管南側(cè)，配電箱必須固定牢靠，按施工用電規(guī)范要求進(jìn)行安裝放置，并有專人進(jìn)行檢查看管。3）配電系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置三級保護(hù)裝置，電力開關(guān)要有漏電保護(hù)器，并有專人進(jìn)行檢查看管。④備用電源及其管理細(xì)則。降水井電纜由東南角配電房引出，但為了防止突發(fā)情況，造成斷電，給降水井接入一條電纜，并在配備一臺150kW發(fā)電機，防止突發(fā)情況發(fā)生，具體細(xì)則為：

在線路接通后對備用電源進(jìn)行調(diào)試。在主電源斷電后，備用電源能立即啟動保證正常降水。備用電源遠(yuǎn)離危險區(qū)域。電源管理有專人負(fù)責(zé)，進(jìn)行日常維護(hù)和線路檢修。

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間的集水管的施工，還包括進(jìn)入主排水管的入井、管線鋪設(shè)等工作內(nèi)容。有市政雨水管線在正常情況下，其富余排水量大部分可以滿足降水排水的要求。②降水井成井工作完成后架設(shè)場內(nèi)排水管網(wǎng)線路;抽水開始時，井點抽出的水經(jīng)排水管管網(wǎng)進(jìn)入場內(nèi)中轉(zhuǎn)蓄水池，后再排放到市政雨水管線內(nèi)。

3.4 降水運行

3.4.1 降水試運行? ①降水試運行前要準(zhǔn)確測定每口井的原地面標(biāo)高、管井內(nèi)靜止水位，記錄后開始試運行，以此檢查各抽水設(shè)備、排水系統(tǒng)是否能滿足場地降水要求。②成井施工階段應(yīng)邊施工邊抽水，每完成一口降水井施工就開啟該口井進(jìn)行降水，確保在土方開挖前，將基坑內(nèi)地下水降到設(shè)計深度。

3.4.2 降水施工? ①降水井在開挖施工前三十天進(jìn)行，確保場地地下水位低于隧道底1m以下。②降水井應(yīng)24小時無間隔抽水，直至水位降到設(shè)計位置后，對降水井水位深度進(jìn)行保持維護(hù)，防止水位上升影響施工。③降水過程中，要做好水位觀測，實時掌握各井地下水位的高低變化情況。④降水運行的同時應(yīng)對降水記錄及時進(jìn)行分析整理，指導(dǎo)現(xiàn)場降水施工。每天應(yīng)對抽水井內(nèi)水位測量1～2次，并及時進(jìn)行記錄。降水異常時應(yīng)及時找出原因并處理。

3.4.3 降水運行技術(shù)措施? ①降水用配電箱及電線的排設(shè)與安裝應(yīng)提前規(guī)劃，不得影響后期土方開挖作業(yè)。②潛水泵為降水施工的主要設(shè)備，應(yīng)在施工前做好調(diào)試，并進(jìn)行試抽水，以確保設(shè)備在使用時正常運轉(zhuǎn)。③降水運行過程中應(yīng)經(jīng)常檢查潛水泵的工作狀態(tài)，并預(yù)備3臺未使用新泵，一旦發(fā)現(xiàn)不正常應(yīng)及時更換，并對損壞潛水泵進(jìn)行維修。

4? 降水設(shè)計計算

4.1 抗?jié)B透穩(wěn)定性分析? 地下圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏水在地下結(jié)構(gòu)施工時的重難點。在對抗?jié)B透穩(wěn)定分析設(shè)計時要考慮兩方面。除了計算抗?jié)B流還要做突涌驗算。

4.2 抗?jié)B流穩(wěn)定性計算? 在基坑中有時候會因為坑內(nèi)外水頭差的緣故，對基坑底造成破壞。其破壞的現(xiàn)象主要表現(xiàn)在管涌與流土。因此抗?jié)B流驗算對基坑穩(wěn)定性很重要。

抗?jié)B流穩(wěn)定性計算圖式如圖4。

式中：Ks——抗?jié)B流或抗管涌穩(wěn)定性的安全系數(shù)，本工程取1.5～2.0;

本工程驗算時抗?jié)B流穩(wěn)定性安全系數(shù)取2.0;

ic——坑底土體的臨界水力坡度，ic=■，根據(jù)坑底土的特性計算;i——坑底土的滲流水力坡度;i=hw/L;Gs——坑底土的比重;e——坑底土的天然孔隙比;hw——基坑內(nèi)外土體的滲流水頭（m），取坑內(nèi)外地下水位差;L——最短滲徑流線總長度（m），■;∑Lh——滲徑水平段總長度（m）;∑Lv——滲徑垂直段總長度（m）;m——滲徑垂直段換算水平段的系數(shù)。

4.3 抗突涌穩(wěn)定性計算

基坑開挖過程中有時坑底下不透水層會遭受下層承壓水破壞。這些不透水層在會被承壓水沖潰，從而造成基坑突涌的災(zāi)害。在對基坑穩(wěn)定性考慮分析時需對其進(jìn)行驗算。

抗突涌穩(wěn)定性計算如圖5。

計算公式如下：

式中：K——抗承壓水頭的穩(wěn)定性安全系數(shù)，取1.1;Δt+t——透水層頂面距基坑底面的深度（kN/m3）;pw——含水層水壓力（kPa），水的重度，取10kN/m3;依據(jù)巖土勘察報告的水文地質(zhì)條件結(jié)合設(shè)計規(guī)范《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2011）。

5? 施工監(jiān)測

為確保西安地鐵5號線二期工程文教園～張旺渠區(qū)間降水設(shè)計與施工安全，在施工期間第三方測量單位應(yīng)對站點進(jìn)行嚴(yán)格觀測觀察，根據(jù)降水設(shè)計方案對灃涇大道建構(gòu)筑物、地下管線進(jìn)行沉降監(jiān)測，本次監(jiān)測工作從降水工程開始直至降水工程結(jié)束，防止意外事故發(fā)生。

本工程監(jiān)測項目主控內(nèi)容統(tǒng)計如表1。

6? 結(jié)論

隨著淺埋暗挖隧道提前降水施工在西安地鐵5號線二期工程文教園站～張旺渠站區(qū)間全斷面砂層開挖過程中的成功應(yīng)用，降水過程中地層穩(wěn)定，開挖順利，未發(fā)生不良現(xiàn)象?？梢钥闯鍪┕そ邓畬ι皩铀淼赖陌踩┕び葹橹匾刂浦淼朗┕さ拈_挖進(jìn)度，為確保砂層地質(zhì)隧道開挖面圍巖的穩(wěn)定性，降水工作必須滿足要求，在隧道開挖掘進(jìn)中，對地下水位深度必須時刻進(jìn)行監(jiān)控量測，發(fā)現(xiàn)問題及時進(jìn)行處理，這樣才能確保隧道開挖的安全性和進(jìn)度施工。

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