6~8m低滲透性粉細(xì)砂地層隧道內(nèi) 水平真空降水井施工技術(shù)研究

陳愷

摘 要：地鐵建設(shè)工程降水復(fù)雜程度及處理難度遠(yuǎn)高于一般基坑降水工程。文章以北京地鐵三號(hào)線04合同段平房村站～東壩中街站區(qū)間為例，對(duì)6～8m低滲透性粉細(xì)砂地層隧道內(nèi)降水處理施工技術(shù)進(jìn)行分析，在采取地面管井降水+深孔注漿等措施進(jìn)行降排水后仍存在層間殘留水情況下，通過(guò)采用水平真空降水井施工工藝完成了降水井套管封堵，在接入真空泵以后完成了本次抽水施工。

關(guān)鍵詞：低滲透性粉細(xì)砂地層;地鐵建設(shè)工程;水平真空降水井

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ177.4? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2021）09-0177-04

Research on Construction Technology of Horizontal Vacuum Drain Well in Tunnel of 6～8m Low Permeability Fine Sand Formation

Chen Kai

（Beijing Rail Transit Construction Management Co.， Ltd.， Bei Jing 100068， China）

Abstract：The complexity and difficulty of dewatering in subway construction engineering is much higher than that in general foundation pit dewatering engineering. The article takes the interval between Pingfangcun Station and Dongbazhongjie Station on Contract 04 of Beijing Metro Line 3 as an example， for 6 to 8 m low permeability silty sand stratum tunnel construction technology in the precipitation were analyzed， and the ground tube well precipitation + deep hole grouting and other measures still exist after draining water interlayer residual water conditions， through the adoption of horizontal vacuum dewatering well construction technology completed the dewatering well casing seal， after the access to the vacuum pump has completed the construction of pumping.

Key words：low permeability silty sand formation; subway construction project; horizontal vacuum dewatering well

0 引言

北京地鐵三號(hào)線04合同段平房村站～東壩中街站區(qū)間位于東壩中路下方偏西側(cè)呈南北向敷設(shè);區(qū)間長(zhǎng)1137m。覆土深12.7～17.8m，采用暗挖法施工。區(qū)間包含停車(chē)線大斷面和標(biāo)準(zhǔn)斷面，大斷面長(zhǎng)345m，大斷面與標(biāo)準(zhǔn)斷面凈距3.11m。區(qū)間共設(shè)置3處施工豎井及橫通道，其中1號(hào)、2號(hào)橫通道兼作區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道。

區(qū)間主體位于東壩中路下方偏西側(cè)呈南北向敷設(shè)，東壩中路交通繁忙，地下管線敷設(shè)密集，區(qū)間存在9個(gè)一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源，其中整條區(qū)間需平行穿越3200m×2500m雨水箱涵、φ1000污水、φ500中壓燃?xì)狻?8根10kV電力管線，施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)高。在區(qū)間隧道進(jìn)行開(kāi)挖時(shí)，減少對(duì)地面、管線的影響，是極為重要的[1-3]。

整個(gè)區(qū)間地質(zhì)情況較為復(fù)雜，拱頂粉細(xì)砂層厚度6～8m，停車(chē)線大斷面拱腳處、標(biāo)準(zhǔn)斷面拱頂位于粉細(xì)砂層和砂質(zhì)粉土交接部位，對(duì)應(yīng)交界處存在層間水（局部具有承壓性），粉細(xì)砂層滲透性差，施工現(xiàn)場(chǎng)采取地面管井降水+深孔注漿等措施進(jìn)行降排水，但開(kāi)挖掌子面仍存在層間殘留水，致使施工難度增加，進(jìn)度無(wú)法保證，存在掌子面易不穩(wěn)定等安全隱患。

1 水平真空降水井施工技術(shù)

1.1 施工工藝原理

施工工藝原理主要由以下3個(gè)方面：①選取輕盈、占據(jù)空間位置較小、可操作性強(qiáng)、適合在隧道內(nèi)作業(yè)的機(jī)械進(jìn)行施工。②層間殘留水粉細(xì)砂層與黏土層互相不滲透，采用梅花套管通過(guò)真空泵的自吸力將不滲透處層間殘留水進(jìn)行吸排出，可以有效的保證施工安全質(zhì)量。③套管之間連接及封堵采用堵漏靈進(jìn)行封堵，保證密閉性[4-6]。

1.2 施工工藝流程

隧道內(nèi)水平真空降水井施工工藝流程如圖1所示。

1.3 施工方法

1.3.1 施工準(zhǔn)備與水平真空降水井位置確定

水平真空降水井打設(shè)前對(duì)施工掌子面進(jìn)行封閉處理，網(wǎng)噴8cm。根據(jù)層間水與施工掌子面的位置關(guān)系確定水平真空降水井的位置（如圖2所示），機(jī)器調(diào)試完成之后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及孔位關(guān)系合理布置施工平臺(tái)，施工平臺(tái)固定完成之后采用定滑輪將鉆機(jī)吊入指定位置。

1.3.2 水平真空降水井打設(shè)

（1）水平真空降水井打設(shè)。施工機(jī)械采用CSMG40型電動(dòng)錨固鉆機(jī)，將施工機(jī)械接入電源，同時(shí)準(zhǔn)備集水箱并接入水源，水平井鉆頭選用齒輪狀鉆頭，原理類(lèi)似水鉆方式進(jìn)行打孔，單根鉆桿鉆入時(shí)間大約為3～5min，鉆桿絲扣上磨打黃油后進(jìn)行連接，鉆桿搭接時(shí)間約2min，一根水平井打設(shè)完成時(shí)間約2h，單根水平井打設(shè)長(zhǎng)度為15m，現(xiàn)場(chǎng)孔位布置根據(jù)實(shí)際情況微調(diào)，標(biāo)準(zhǔn)斷面一組打設(shè)5根，分設(shè)在標(biāo)準(zhǔn)斷面上臺(tái)階;停車(chē)線大斷面一組打設(shè)4根，分設(shè)大斷面1洞上下臺(tái)階處兩側(cè)，兩側(cè)一邊2根，每根15m，機(jī)械調(diào)試及打設(shè)如圖3所示。

（2）水平真空降水井套管?？孜淮蛟O(shè)完成之后進(jìn)行套管，套入Φ50PVC花管，花管提前加工完成，花管孔間距15cm梅花布置，每根花管長(zhǎng)4m，管與管之間采用套筒連接（如圖4所示），最外一根套管預(yù)留1m實(shí)心管，套入完成之后將鉆桿進(jìn)行拔出，一根水平井打設(shè)完成，水平井每一循環(huán)打設(shè)完成時(shí)間1d。

（3）水平真空降水井套管封堵。一組水平真空井打設(shè)完成之后通過(guò)PVC管接入真空泵進(jìn)行抽排水，PVC管與水平井搭接1～2m，真空井與PVC管之間采用紗布與堵漏靈進(jìn)行封堵（如圖5所示），真空泵抽出的水統(tǒng)一排入豎井集水坑中，最后統(tǒng)一抽出，真空泵開(kāi)始抽水之后，一般抽水2～3d后根據(jù)掌子面水量情況進(jìn)行開(kāi)挖。

2 應(yīng)用效果

2.1 水平真空降水井抽水量分析

水平真空降水井施工完成之后接入真空泵進(jìn)行抽水，打設(shè)完成水平水套管之后會(huì)有水從管內(nèi)流出，采用焊接0.5m×0.5m×0.7m小鐵箱進(jìn)行抽水量統(tǒng)計(jì)，小鐵箱體積約為0.18m3，真空泵上裝有壓力表進(jìn)行壓力統(tǒng)計(jì)，可以得出抽水時(shí)間與抽水量、抽水壓力變化關(guān)系如表1所示。

2.2 水平真空降水井適應(yīng)性評(píng)價(jià)

水平真空降水井打設(shè)進(jìn)度較快，約2～3h完成一根。接入真空泵抽水后，隨著抽水時(shí)間的增加，抽水壓力會(huì)越來(lái)越大，抽水量會(huì)減小，施工作業(yè)掌子面水量會(huì)減小，對(duì)于施工過(guò)程是有利的，可以減小開(kāi)挖過(guò)程的難度[7]，解決了大量因深孔注漿、止水注漿損壞降水井，造成地面隆起形成監(jiān)測(cè)預(yù)警。水平真空井打設(shè)完成后，深孔注漿只是進(jìn)行拱頂加固即可，不需要進(jìn)行止水，可以減少注漿量，縮短注漿時(shí)間，縮短對(duì)施工周期的影響。

水平真空降水井每循環(huán)打設(shè)長(zhǎng)度為15m，打設(shè)完成之后洞內(nèi)可以抽出大量的殘留水，每循環(huán)打設(shè)完成后至少能開(kāi)挖完成9.5m，洞內(nèi)掌子面情況依然良好，相對(duì)于之前開(kāi)挖狀態(tài)（注漿12m，最多開(kāi)挖4～5m，且伴有少量殘留水）來(lái)說(shuō)，通過(guò)打設(shè)水平真空井可以有效處理地質(zhì)情況構(gòu)造復(fù)雜、層間水難降、富水條件下洞內(nèi)殘留水，可以基本保證無(wú)水作業(yè)，進(jìn)一步保證施工過(guò)程中的安全質(zhì)量[8]。水平井使用前后工效指標(biāo)及開(kāi)挖過(guò)程效果圖6所示，水平真空降水井使用前后工效指標(biāo)對(duì)比如表2所示。

3 效益與前景分析

3.1 效益分析

區(qū)間隧道在進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)的過(guò)程中，受到層間殘留水的影響，開(kāi)挖過(guò)程中屢屢出現(xiàn)涌水涌砂的情況，現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度緩慢且安全質(zhì)量無(wú)法得到保障，特別是停車(chē)線大斷面1洞施工2個(gè)月進(jìn)尺不到10m。現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，通過(guò)多個(gè)方案對(duì)比最終采用隧道內(nèi)水平真空降水井的工程措施對(duì)平房村站～東壩中街站區(qū)間進(jìn)行區(qū)間開(kāi)挖作業(yè)，施工進(jìn)度日均增加1.4倍。解決了暗挖隧道地質(zhì)情況構(gòu)造復(fù)雜、層間水難降、富水條件下進(jìn)行施工的難題，保證了平房村站～東壩中街站區(qū)間施工過(guò)程中的安全。

3.2 前景分析

本施工工藝適用于地質(zhì)情況構(gòu)造復(fù)雜、層間水難降、富水條件下隧道施工，可以基本解決暗挖隧道地質(zhì)情況構(gòu)造復(fù)雜、層間水難降、富水條件下進(jìn)行施工的難題，通過(guò)此施工工藝，可以有效的提升施工生產(chǎn)進(jìn)度，保證施工過(guò)程中的安全質(zhì)量，可廣泛應(yīng)用于地質(zhì)情況構(gòu)造復(fù)雜、層間水難降、富水條件下隧道施工。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文通過(guò)北京地鐵3號(hào)線04合同段平房村站～東壩中街站區(qū)間施工實(shí)踐，對(duì)6～8m低滲透性粉細(xì)砂地層隧道內(nèi)水平真空降水井施工工藝關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。施工工藝關(guān)鍵技術(shù)方面，根據(jù)隧道內(nèi)與層間水的位置關(guān)系合理布置孔位，保證抽水效果;隧道內(nèi)水平真空降水井施工采用輕盈、占據(jù)空間位置較小、可操作性強(qiáng)的機(jī)械;水平真空降水井套管連接和封堵處理，保證洞內(nèi)抽水效果;采用清理性較強(qiáng)的真空泵進(jìn)行抽水。施工工藝創(chuàng)新點(diǎn)方面，在原有洞內(nèi)真空抽排的基礎(chǔ)之上，增大了抽水影響范圍，增加了抽水距離，增加了角度的變化，同時(shí)水平真空井相對(duì)于原有插管抽排效果更好[9];水平真空井打設(shè)時(shí)間較短，縮短對(duì)施工周期影響，在原有真空抽排的基礎(chǔ)之上可以減少人工的投入，抽水效果更好;解決了大量因深孔注漿、止水注漿損壞降水井，造成地面隆起形成監(jiān)測(cè)預(yù)警，水平真空井打設(shè)完成后，深孔注漿只是進(jìn)行拱頂加固即可，不需要進(jìn)行止水，可以減少注漿量，縮短注漿時(shí)間;水平真空井可以適用于多種不良地質(zhì)情況（粉細(xì)砂、卵石層等）、多種領(lǐng)域;水平真空井鉆機(jī)輕盈，占據(jù)作業(yè)空間小，可操作性強(qiáng)。然而，本次施工仍然暴露出相關(guān)技術(shù)存在的部分問(wèn)題，如：水平真空井受限于深孔注漿工藝，深孔注漿注漿長(zhǎng)度決定于水平真空井打設(shè)長(zhǎng)度，一般深孔注漿注漿長(zhǎng)度為12m，水平真空井每循環(huán)打設(shè)為15m，每循環(huán)水平真空井打設(shè)長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)深孔注漿過(guò)程中會(huì)造成管內(nèi)堵塞，抽水效果降低;水平真空井打設(shè)完成后抽水過(guò)程中需要安排專(zhuān)人進(jìn)行看守，防止開(kāi)挖過(guò)程中損壞水平真空井影響密閉性，降低抽水效果;水平真空井鉆桿鉆進(jìn)過(guò)程中容易造成周?chē)馏w不穩(wěn)定，存在塌孔現(xiàn)象，對(duì)作業(yè)人員技術(shù)性要求較高等。這些問(wèn)題仍需要在今后的理論實(shí)踐中不斷踐行完善。

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