粉細(xì)砂地層淺埋暗挖隧道洞內(nèi)的滲漏水處理

石函松

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610065 )

1 引言

新奧法施工的一項重要的前提條件是無水作業(yè)，遵循“管超前，嚴(yán)注漿，短開挖，強支護，快封閉，勤量測”十八字方針是暗挖施工過程中安全與質(zhì)量保證的前提。而地下工程中，要求無水作業(yè)，由于不同地理位置的地質(zhì)條件不同，加上地下管線的復(fù)雜以及外界環(huán)境的影響等諸多原因，導(dǎo)致施工范圍內(nèi)地下水難以徹底消除，從各種角度增加了施工難度[1]。因此必須采取合理的措施，降除施工范圍地下水。本文通過對地鐵暗挖隧道施工洞內(nèi)殘留水的處理，以北京地鐵3號線平房村站至東壩中街站區(qū)間為例，總結(jié)了一些經(jīng)驗，并在實際運用中，取得了不錯的效果。

2 概況

2.1 工程概況

北京地鐵3號線平房村站至東北中街站區(qū)間位于東壩中路下方，偏西側(cè)設(shè)置，沿東壩中路呈南北向敷設(shè)；區(qū)間起點里程K42+301.014，終點里K43+438.204，左線長1137.08 m(短鏈0.011 m)，右線長1137.19 m。區(qū)間斷面包含停車線大斷面1、停車線大斷面2、人防斷面以及標(biāo)準(zhǔn)斷面4種，覆土深12.7～17.8 m，采用礦山法施工。區(qū)間共設(shè)置3處施工豎井及橫通道，其中1號、2號橫通道兼作聯(lián)絡(luò)通道，3號橫通道僅供區(qū)間結(jié)構(gòu)施工使用。

本區(qū)間沿線西側(cè)為北京奧林匹克花園，區(qū)間下下穿管線較多，沿區(qū)間縱向敷設(shè)的管線主要有：3.2 m×2.5 m雨水箱涵，直徑1 m污水管，直徑0.5 m中壓燃?xì)夤艿龋淮怪眳^(qū)間的橫向管線主要沿東壩南二街分布：直徑2.4 m中水管，5.6 m×3.3 m熱力箱涵等。

2.2 工程地質(zhì)及水文概況

區(qū)間主要穿越細(xì)砂—中砂④層、粉質(zhì)黏土⑤1層以及黏質(zhì)粉土—砂質(zhì)粉土⑤層和黏質(zhì)粉土—砂質(zhì)粉土⑥2層(表1)。

表1 水文概況

3 出水原因分析

3.1 降水井效果一般

降水井設(shè)計根據(jù)層間水的標(biāo)高來進行設(shè)計[6]，區(qū)間降水井在層間水位標(biāo)高以上濾料采用粘土進行填充，降水井從地面以下14 m均為黏土，其它地方濾料采用碎石、中砂進行填充，降水井一單元深度為33 m，降水井二單元深度為37 m，開挖豎井過程中，開挖至地面以下13 m見水，黏土的滲透系數(shù)較低，影響了降水井的降水效果。

降水井提前打設(shè)完成一部分，降水井打設(shè)完成之后存在時效性，雖然每周洗一次井，但是隨著時間的延長，降水井降水效果逐漸降低，影響降水井降水效果。

3.2 滯水層影響

經(jīng)過與招標(biāo)圖、地勘圖與地質(zhì)剖面圖對比分析可以看出，區(qū)間隧道開挖過程中遇到的地層基本上與地質(zhì)圖對應(yīng)，而3個橫通道進區(qū)間正線的滲水點均為粉細(xì)砂層與黏土層交界處，1、3號橫通道進區(qū)間正線隧道滲水點位于上臺階，2號橫通道進區(qū)間正線隧道滲水點位于下臺階，粉細(xì)砂層位于黏土層上方，黏土層形成一個隔水板[1]，使得賦存于砂層中的地下水成為滯水，增大了降水難度。區(qū)間隧道滲水點[4]如圖1。

圖1 區(qū)間隧道滲水點示意圖

3.3 帶水管線的影響

進過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，區(qū)間拱頂上方主要存在3.2 m×2.5 m的雨水箱涵、φ1000的污水管、φ400的給水管、φ1020給水管，多次調(diào)查分析，3.2 m×2.5 m雨水箱涵存在滲水現(xiàn)象，雨水箱涵里水深大約在0.3～0.7 m，雨水箱涵為混凝土底板，磚砌箱涵，經(jīng)過長時間的積累與滲透，加之地層粉細(xì)砂層滲透性較大，增大，使得土壤里的含水量增大。

4 施工處理

4.1 改變降水井濾料回填方式

根據(jù)實際開挖出水情況，降水井濾料從地面以下6 m這一段采用黏土進行回填，其余濾料回填采用碎石與中砂進行混合填充，保證降水井降水效果。

區(qū)間隧道開挖過程中提前50 m進行降排水，降水井打設(shè)根據(jù)施工進度來進行確定，降水井打設(shè)時間與降水井啟動時間間隔不能超過10 d，打設(shè)完成的降水井增大洗井頻率，由一周1次增加為一周2次，保證降水井時效性及降水效果。

4.2 洞內(nèi)真空降水

針對洞內(nèi)殘留水采用真空泵抽排水，對于開挖過程中遇到的滲水點插入φ20PVC管，PVC管頭采用100尼龍布包裹，將插入的PVC管接入15 kW真空泵，抽出的水經(jīng)過兩側(cè)排水溝排出，流入集水坑，采用污水泵進行統(tǒng)一抽排，對于滲漏水不嚴(yán)重可采用7.5 kW真空泵，真空泵功率越大，自身吸力增大，將粉細(xì)砂層中殘留水吸出，施做初期支護，現(xiàn)場可根據(jù)實際開挖滲水點、滲水量合理選擇不同功率的真空泵。

4.3 洞內(nèi)殘留水引排結(jié)合

洞內(nèi)底板初支側(cè)邊以下設(shè)置集水坑，集水坑采用φ400波紋管或者采用磚砌，預(yù)埋深度為0.4 m，集水坑標(biāo)準(zhǔn)斷面每40 m設(shè)置一個，停車線大斷面每20 m設(shè)置一個，采用排水盲管連接集水坑，排水盲管埋設(shè)底板仰拱初支以下，跟區(qū)間正線隧道坡度一致，集水坑相連，匯水后集中抽排[2]。每個集水坑位置處上方鋪設(shè)10 mm后鋼板，并在兩側(cè)邊墻上噴紅漆標(biāo)記，保證正常施工輸送渣土，對于初支滲水較嚴(yán)重的埋設(shè)引流管進行引排水。

4.4 深孔注漿進行止水加固土體

由于拱頂滲水，加上管線較多，為確保施工過程中掌子面及拱頂土體穩(wěn)定，可采取深孔注漿進行止水加固，深孔注漿12 m，開挖10 m，根據(jù)現(xiàn)場掌子面及拱頂漿液情況進行開挖，標(biāo)準(zhǔn)斷面深孔注漿范圍為拱頂120°范圍內(nèi)，停車線大斷面深孔注漿范圍為拱頂180°范圍內(nèi)。注漿范圍：初支外1.5 m，初支內(nèi)0.5 m，停車線大斷面1、3、5洞室上臺階為砂層，采取全斷面注漿，注漿示意圖如圖2。

圖2 注漿示意圖

4.4.1 施做止?jié){墻

本工程實際開挖滲水比較嚴(yán)重，為了保證注漿質(zhì)量，采用φ18工字鋼與網(wǎng)片、連接筋施做止?jié){墻，厚度為25 cm[9]。

4.4.2 測量定位

鉆孔施工前，按照設(shè)計圖中孔位設(shè)計位置，在現(xiàn)場用自噴漆圈畫出預(yù)鉆位置。

4.4.3 鉆孔

(1)鉆機采用直徑為42 mm的合金鉆頭。

(2)當(dāng)鉆機安裝完成后，在技術(shù)人員指導(dǎo)下按照指定位置就位，通過鉆桿上安裝的角度尺，采用角度測量儀調(diào)整鉆入角度，對準(zhǔn)孔位后，不得移動鉆機。

(3)鉆進施工時采用清水作為循環(huán)液帶出泥漿；采用絲扣將相鄰鉆桿連接成整體。

(4)當(dāng)鉆進至設(shè)計深度或位置時，停止鉆進，利用注漿泵將混合漿液注入地層中[7]。

4.4.4 成孔試注

先試注水泥+水玻璃雙液漿，當(dāng)漿液充滿孔道空隙，觀察孔眼端頭有無冒漿現(xiàn)象。當(dāng)無冒漿現(xiàn)象時，繼續(xù)注漿作業(yè)；當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)冒漿，需停止試注，采用化學(xué)漿進行補注，待孔眼端頭凝固后再繼續(xù)正常注漿作業(yè)。

4.4.5 配置漿液

漿液配置是深孔注漿最重要的環(huán)節(jié)，本工程的加固區(qū)域的地質(zhì)條件中以粉細(xì)砂層為主，按設(shè)計要求采用雙液漿(水泥+水玻璃)為主；若涌水比較大，可多注一些改性水玻璃漿液(水玻璃+磷酸)。體積比都為1∶1，具體漿液配比如下。

4.4.5.1 水泥漿的配制

水泥漿采用在水中加入水泥的方法攪拌而成。規(guī)范要求水泥和水的質(zhì)量比為0.8∶1～1∶1，現(xiàn)場取1∶1，查得此時水泥漿的比重(密度)為1512 kg/m3?，F(xiàn)場注漿攪拌機的體積為0.33 m3，求得一攪拌桶水泥漿的質(zhì)量為m=1512×0.33=498.96 kg≈500 kg。所以水的質(zhì)量等于水泥的質(zhì)量等于500/2=250 kg。袋裝水泥一袋50 kg，所以一鍋水泥漿需要加入5袋水泥。需要加入水的體積為250/1=250 L=0.25 m3。

即在攪拌機內(nèi)加水至0.25 m3刻度線，然后加入5袋水泥攪拌即可。

4.4.5.2 水玻璃漿的配制

水玻璃進場時用婆梅氏比重計測得比重d原=1.36。根據(jù)換算公式求得此時的Be值為37，符合要求?，F(xiàn)場配制水泥-水玻璃雙液漿時先試驗混合漿液凝結(jié)時間，所需漿液凝結(jié)時間為30 s左右，測得此時試驗的水玻璃漿比重為d配=1.18，Be值為22。

現(xiàn)場攪拌桶為0.211 m3，即V配(需要配制的漿液的體積)=0.211 m3。根據(jù)公式求出V原(原漿液的體積)。

V原=(d配-1)/(d原-1)×V配

(1)

求得需要加入的水玻璃原漿液為0.1055 m3，即半桶攪拌桶。所以在配制水玻璃漿液的時候倒入半桶水玻璃加入半桶水?dāng)嚢杓纯伞?/p>

4.4.5.3 磷酸漿液的配制(磷酸的稀釋)

進場磷酸的濃度為98%，一桶磷酸的質(zhì)量為30 kg，體積為22 L?，F(xiàn)場配制改性水玻璃漿液的時候先進行試驗調(diào)試漿液，為了注漿效果，現(xiàn)場要求膠凝時間為5 s左右，測得此時的磷酸濃度為7%。根據(jù)質(zhì)量守恒定律列出:

33×98%=7%×(30+M水)

求得M水=390 kg，V水=390 L=0.39 m3。由于現(xiàn)場磷酸攪拌桶為0.21m3，0.39+0.022=0.412≈2×0.21。

所以配制磷酸漿液時1桶磷酸稀釋成2桶攪拌桶。

注漿量由加固土體方量或漿液注漿量來計算，下列公式是單孔加固土體方量與漿液注漿量之間的關(guān)系式：

設(shè)計注漿范圍：拱頂外1.5 m，拱內(nèi)0.5 m，擴散半徑0.5 m時：q=ηαβV

(2)

式(2)中：q—土體加固注漿量m3；V—要加固的總土體方量m3；η—地層孔隙率(粉細(xì)砂采用0.4)；α—漿液在地層中的有效充填系數(shù)0.6～1.0；(本工程取0.87)β—漿液損耗量，取1.2～1.4，；(本工程取1.3)L—注漿長度m。

各孔累計注漿量Q=Σq=ΣηαβV。

4.4.6 注漿作業(yè)

4.4.6.1 注入漿液

噴入管設(shè)置完畢后，將端點進行關(guān)閉而進行橫噴射切換。一般噴射量為30～80 L/min，將噴入材料施加壓力，可以實現(xiàn)水平滲透效果。止水加固范圍內(nèi)注漿壓力P值控制在0.3～1 MPa，當(dāng)液漿壓力值達到終壓0.8～1 MPa或該縱向深度的注漿量達到設(shè)計值80%時，回抽一段鉆桿(注漿管)，通過控制分段凝固時間來控制縱向不同距離的漿液噴射位置而開始新一輪注漿?；爻殂@桿(注漿管)長度控制在0.3～0.5 m范圍內(nèi)，現(xiàn)場可0.5 m。

4.4.6.2 處理異常情況

在注漿過程中經(jīng)常會出現(xiàn)一些問題影響注漿效果，需要隨時排除。

(1)冒漿：注漿過程中要認(rèn)真觀察地層變化情況，由于漿液的進入，引起地層變化，封閉強度較低的地方，首先可能會冒出漿液，此時應(yīng)當(dāng)立即調(diào)整漿液，注入化學(xué)漿，加快雙液漿凝固速度，將注漿孔道縫隙堵塞封閉。

(2)注漿量異常[9]：當(dāng)隨著注漿量的不斷增加，注漿壓力始終未達到設(shè)計終壓值，且現(xiàn)場觀察沒有漏漿的縫隙，則迅速調(diào)整漿液，改注化學(xué)漿將孔道堵塞封閉，并在附近補孔注漿。若實際注漿量不足設(shè)計注漿量80%，在該孔附近補孔注漿。

(3)注漿壓力變化：注漿過程中，壓力要在控制范圍之中，過大或過小的注漿壓力都不能滿足施工需要，如果壓力過低應(yīng)該檢查是否有漏漿之處，或漿液通過地下某些管道流走，壓力過高應(yīng)檢查是否管路或混合器被堵塞。一般來說，注漿開始壓力較低，隨著圍巖空隙被填充，需要一定壓力劈開裂隙才能繼續(xù)進漿。施工時需要觀察好注漿終壓不能高于規(guī)定的注漿壓力值[3]。

(4)注漿泵異常：在注漿過程中，注漿泵會由于管路故障而提高壓力，機器發(fā)出異常的聲音，壓力表指示壓力上升，如果不及時處理會產(chǎn)生高壓傷人危險事故。此時必須停泵卸下注漿高壓軟管，沖洗清理管路，或者清理混合器，檢查出故障部位，并予以處理，沖洗干凈，然后再繼續(xù)工作。

5 結(jié)語

通過上述隧道內(nèi)一系列滲漏水處理措施，淺埋暗挖隧道內(nèi)滲漏水問題基本得到了控制，為后續(xù)類似問題的解決提供了經(jīng)驗和借鑒。