洞內(nèi)降水技術在地鐵豎井橫通道施工中的應用

馬超群

（北京住總集團有限責任公司，北京 100000）

0 引言

在地鐵隧道施工過程中，淺埋暗挖法施工需要保證開挖面圍巖土體的穩(wěn)定性以及無水作業(yè)的環(huán)境[1]。通常在隧道開挖前，采用地面打設降水管井的方式將地下水降至開挖面0.5m以下。但是城市地鐵區(qū)間多位于建筑物、城市道路以及管線等設施的密集區(qū)。地面打設降水井變得越來越困難。以北京地鐵12號線光熙門站～西壩河站區(qū)間暗挖聯(lián)絡線為例，該工程1號豎井及橫通道承壓水（四）水位為24.20～29.40m，高于3層導洞，且水頭高度為3.0～4.0m，并位于粉細砂層，透水性好，造成開挖困難，影響工期及周邊地面安全。針對上述問題，將洞內(nèi)降水技術成功用于地鐵豎井橫通道施工，成功地解決了降水問題。本文對該技術應用進行總結(jié)，以期對類似工程提供參考。

1 工程概況

光熙門站～西壩河站區(qū)間起點位于太陽宮西橋西側(cè)的光熙門站，線路出站后沿北三環(huán)東路自西向東敷設，隨后左線以R-500m曲線、右線以R-450m曲線調(diào)整線路走向繼續(xù)前行，下穿壩河后，到達位于西壩河東側(cè)，北三環(huán)東路與西壩河南路路口的西壩河站，區(qū)間左線設置與17號線聯(lián)絡線。

該區(qū)間1號施工豎井位于北三環(huán)東路國美電器停車場內(nèi)，臨近周邊4層快捷酒店，2層商業(yè)以及西壩河北里201號院。施工豎井尺寸為4.6m×6.9m，深32.627m，橫通道總長72.4m分3層導洞均采用臺階法施工，通道拱頂埋深16.542～22.278m，通道上方有3600×2500熱力管線、DN1050污水管、DN1400上水管、DN1500雨水管等市政管線。1號豎井橫通道平面圖如圖1所示。

2 工程地質(zhì)及水文情況

2.1 工程地質(zhì)

根據(jù)野外勘探、原位測試及室內(nèi)土工試驗成果，結(jié)合該工程初步勘察成果資料，依據(jù)國家相關規(guī)范對所勘探地層進行劃分。按成因年代分為人工堆積層和一般第四紀沖積層兩大類，1號豎井橫通道主要穿越地層施工橫通道，穿越⑥粉質(zhì)黏土層、⑦卵石-圓礫層、⑦2粉細砂層（如圖1所示）。

圖1 1號豎井橫通道平面圖

2.2 水文地質(zhì)

本區(qū)間主要賦存有4層地下水，其類型分別為上層滯水（一）、層間潛水（二）、層間潛水（三）和承壓水（四）。其中層間潛水（三）位于二層導洞頂部，承壓水（四）位于3層導洞底部以上約4.3m。承壓水（四）含水層巖性為粉細砂⑦2層，透水性好，水頭高度為3.0～4.0m勘探穩(wěn)定水位標高為11.31～13.90m，水位埋深為24.20～29.40m。

3 橫通道降水方案施工

目前光熙門站～西壩河站區(qū)間1號豎井橫通道1、2層導洞開挖72.4m，現(xiàn)已封端。三層導洞上臺階開挖進尺4m后，掌子面出現(xiàn)明流水并伴有涌砂現(xiàn)象，造成開挖困難，目前對三層導洞已封閉掌子面。目前已采用深孔注漿方式自三層橫通道上臺階沿拱圈進行，注漿效果不理想，仍存在涌水涌砂現(xiàn)象，開挖風險較大，致使施工受阻。

3.1 降水方案的比選

該工程原降水方案為地面打設管井進行降水，降水井設計深度38m，管井材質(zhì)為無砂管，因場地位于停車場內(nèi)，周邊構(gòu)筑物林立，交通車輛密集，受場地影響，降水條件無法滿足現(xiàn)場施工要求，三層橫通道開挖后，采用深孔注漿的方式進行止水，但受承壓水的影響，效果不佳。橫通道降水方案對比見表1。

表1 橫通道降水方案比選

3.2 橫通道降水方案施工

根據(jù)該區(qū)間實際施工情況，該方案采用洞內(nèi)打設管井并配合斜向丼點降水的方式進行降水。橫通道二層在完成上層拱架安裝后，在開挖下部拱架過程中，拱腳位于卵石層，由于下層粉質(zhì)黏土隔水導致卵石層含層間水，且真空孔插孔困難無法及時排水，導致在施工開挖過程中出現(xiàn)滲水，同時橫通道二層下拱及橫通道三層上拱位于粉細砂及承壓水層，容易在拱腳兩側(cè)出現(xiàn)坍塌。

4 洞內(nèi)降水施工技術要點

4.1 洞內(nèi)管井降水

為滿足洞內(nèi)施工要求，在二層橫通道內(nèi)進行施做管井施工，采用4節(jié)2m長無砂管，打設深度8m，間距6m，共計12眼井，見表2所示。

表2 洞內(nèi)降水井設計參數(shù)

4.1.1 測放井位

根據(jù)確定無誤的井位測放井位，井位測放完畢后應做好標記，方便后期施工。若布設井位無法正常施工，及時與總包、設計方溝通處理，必要時適當調(diào)整井位。二層橫通道內(nèi)降水井平面布置及剖面圖見圖2所示。

圖2 二層橫通道內(nèi)降水井平面布置及剖面圖

4.1.2 施工工藝流程

洞內(nèi)打設降水井施工采用泵吸反循環(huán)鉆機鉆進，具體工藝流程如下：

（1）初支結(jié)構(gòu)破除。對降水丼點位置上方初支結(jié)構(gòu)進行破除，混凝土及格柵破除長1.245m，寬度1.2m。

（2）圍泥漿池。在距降水井3m左右處圍泥漿池，采用特制的鋼板和塑料布圍成合適大小形狀，一般每2～3口井共用一個泥漿池。

（3）鉆機就位。鉆機就位時需要采用水平儀找平，做到周正、水平、穩(wěn)固。以保證鉆進過程中鉆機穩(wěn)定。起落鉆塔必須平穩(wěn)、準確。鉆機對位偏差應＜20mm，鉆塔垂直度偏差＜1%。

（4）鑿井。泵吸反循環(huán)鉆進過程中，巖屑經(jīng)鉆頭→鉆桿→主動鉆桿→水龍頭→砂石泵吸口排入泥漿池中。鉆進過程中要隨時觀察沖洗液的流損變化，水的補充應隨沖洗液的流損情況及時調(diào)整，一般應保持沖洗液面不低于井口下1m。

鉆進過程中要經(jīng)常觀察排渣口的排渣狀況及返水量大小。發(fā)現(xiàn)鉆渣突然減少或水量減少時，應及時串動鉆具，減小鉆壓，控制進尺或暫停鉆進，待排渣正常后再鉆進。

泵吸系統(tǒng)的連接要做到嚴密、牢固、通順。每次加接鉆桿前，應使反循環(huán)延續(xù)1～2mim，待吸到鉆桿內(nèi)的鉆渣全部排出地表后再停止砂石泵。應防止因停泵過早，鉆桿內(nèi)鉆渣回落到鉆頭吸口處造成堵塞。

（5）替漿。鉆孔至設計深度后(一般應大于設計深度0.5～1.0m)，用抽筒將孔底稠泥漿掏出并測定孔深。同時加清水稀釋，一般以換漿后泥漿不染手為準。換漿過程中，應安排好泥漿的清運或排放工作。

（6）下管。下管時，采用9節(jié)0.95m長無砂管，同時作業(yè)人員在安全距離包纏1層100目尼龍布，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3～4條30mm寬、長2～3m的竹條用2道鉛絲固定井管，為防止上下節(jié)錯位，在下管前將井管依井方向立直。井管放置要垂直，并保持在井孔中心；為防止泥沙或異物落入井中，井管要高出地面不小于0.5m。

（7）填礫料。井管下入后立即填入礫料，下部采用2～4mm濾料回填，上部采用黏土回填。礫料沿井管外四周均勻填入，宜保持連續(xù)。填礫料時，應隨填隨測礫料填入高度，當填入量與理論計算量不一致時，及時查找原因。不得用裝載機或手推車直接填料，應用鐵鍬填料，以防不均勻或沖擊井壁，如遇蓬堵可用水沖。

（8）洗井。洗井應在下管填礫后4h內(nèi)進行，以免時間過長影響洗井效果。洗井后若發(fā)現(xiàn)濾料（黏土面）下沉，應及時補填濾料至設計高度。洗井施工采用空壓機，由地下潛水位開始分段洗，直至水清砂凈，達到上下含水層水串通，再接管繼續(xù)洗。洗井過程中應觀測水位及出水量變化情況。

（8）初支結(jié)構(gòu)恢復。待洗井結(jié)束后，對初支格柵進行修復，采用上下兩排間距為100mm的C22鋼筋對降水井前后共3榀格柵進行連接，同時設置4圈C14鋼筋作為箍筋，間距120mm，修復鋼筋。

在未進行三層導洞施工前進行洞內(nèi)抽水，滿足降水深度要求。在開挖過程中，對已露出降水井進行破除，保留三層橫通道底板至井底間降水井，繼續(xù)抽排，在施工完成后采用混凝土回填。

噴混完成后，下泵進行抽排，抽出的水通過橫通道兩側(cè)排水溝排入豎井集水坑中，再用集水坑水泵抽排。

4.2 斜向丼點降水

在三層橫通道施工前采用斜向丼點降水輔助施工，起到阻水的作用，穩(wěn)定拱腳并且防止開挖過程中局部流沙及管涌等不良現(xiàn)象。

三層導洞上臺階開挖前，在二層導洞仰拱上方30cm，斜向下打設丼點，打設丼點直徑80mm，打設深度3.5m，打設角度15°，丼點間距1m，成井后采用真空泵進行輔助降水，確保施工場地內(nèi)無明顯積水。三層橫通道下臺階開挖前，在上臺階節(jié)點板位置上方30cm處斜向丼點降水。丼點降水平面布置圖如圖3所示，下臺階開挖前丼點降水側(cè)面及剖面布置圖如圖4所示。丼點管采用外徑Φ40、壁厚3.7mm的聚乙烯管，每根長度3.5m，外露0.3m。用地質(zhì)鉆機在橫通道側(cè)壁鉆孔，孔徑80mm，聚乙烯管外包1層濾網(wǎng)，濾網(wǎng)采用編織布，外包100目密目網(wǎng)，每隔50～60mm用10號鉛絲進行綁扎。管口與抽水設備連接，進行抽排降水。

圖3 丼點降水平面布置圖

圖4 下臺階開挖前丼點降水側(cè)面及剖面布置圖

5 降水引起地面沉降計算

降水引起的地面沉降，計算公式如下：

式中：s——計算點的總沉降量，mm；

ψi——沉降經(jīng)驗修正系數(shù)；

ΔPi——計算點因水位變化施加于第i層土的平均附加應力，kPa；

Δhi——計算點第i層土的厚度，m；

Esi——第i層土的壓縮模量，kPa；應取土的自重應力至自重應力與附加應力之和的壓力段的壓縮模量值[2]。

經(jīng)計算，降水引起的地面沉降量不大于4.25mm。

6 降水沉降監(jiān)測

為了防止在降水施工中引起建筑物沉降過大，對降水區(qū)段周邊構(gòu)筑物及地面布置沉降監(jiān)測點進行實時監(jiān)測。為進一步確保建構(gòu)筑物的安全，減小觀測誤差，變形監(jiān)測應采用同一基點；對共同的監(jiān)測目標，測點布設數(shù)量及位置應與第三方監(jiān)測單位保持一致。由于降水施工單位對于管線監(jiān)測技術有限，對管線沉降監(jiān)測可借助第三方或是總包單位監(jiān)測點，進行聯(lián)測[3]。

7 結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)場根據(jù)實際的周邊環(huán)境、施工情況、地質(zhì)水文以及降水井設計等，制定了在已成型導洞內(nèi)打設降水井，并輔以斜向丼點降水的措施，達到了滿意的降水效果；從打設洞內(nèi)降水井到竣工，僅用了30d，相較于地面補打降水井,極大地縮短了工期，并且保證了下道工序的順利進行，值得類似工程借鑒。