深圳地鐵淺埋暗挖法隧道洞外降水施工

張宏偉

0 引言

淺埋暗挖法作為目前地鐵隧道施工的一種重要的工法,在地鐵及其他市政隧道工程中有著廣泛的應用,但在一些軟弱地層富水地層,特別是在圍巖遇水崩解軟化地層中進行隧道開挖必須采取有效措施對地下水進行封堵或抽排,才能保證施工的安全以及周邊環境的安全。深圳地鐵 5號線采用隧道外降水的工程實踐,取得了良好的效果,為類似工程提供了有益的借鑒。

1 工程概況

1.1 設計概況

深圳地鐵5號線西大區間礦山法段隧道為西麗站至2,3號盾構吊出井之間范圍,右線隧道長 396.937m,左線隧道長 420.957m。本區間沿留仙大道敷設,沿線建筑物密集,管線密布,對沉降控制要求較高。

1.2 工程地質

隧道上方地質主要為沖洪積沉積的粘性土、砂層和圓礫層,地表為人工填土層。隧道所穿越地層主要為全強風化花崗片麻巖和粉質粘土層,強度較低,遇水軟化,自穩性很差。

各地層的滲透系數參考值為:雜填土層K=10.0m/d;粘土層K=1.0m/d;砂層K=40.0m/d;殘積土層2.5m/d;全風化層K= 1.0m/d;強風化層K=3.0m/d;中風化層K=5.0m/d;微風化層K=0.1m/d。

1.3 水文地質

本場地地下水按賦存條件主要分為松散巖類孔隙水及基巖裂隙水。

孔隙水主要賦存在第四系粘性土、砂層、圓礫層及殘積層中,砂層、圓礫層中地下水略具承壓性。基巖裂隙水主要賦存在花崗巖強～中風化層中,略具承壓性。地下水位埋深 2.3m～7.6m,水位高程5.46m～11.06m,水位變幅0.5m～2.0m。

地下水總的徑流方向為由北東向南西。地下水的排泄途徑主要是蒸發和以徑流方式流入河水。補給來源主要為大氣降水、河水及地表水的滲透。地下水與河水互補,存在水力聯系。

2 施工降水設計

2.1 降水井設置

根據現場的場地條件和管線情況,降水井沿隧道兩側布置,考慮到小口徑降水井具有布置靈活、施工方便、成井速度快的特點,將降水井設置為開孔直徑200mm,井管直徑 150 mm,縱向間距為6m,見圖1。

2.2 降水計算

以右線隧道一段(即泵房通道至 3號盾構井段)為例進行計算。

1)降水井深度。

根據設計,降水井深度為隧道底部7.5 m,h=23+7.5= 30.5m。

2)降水出水量計算。

a.影響半徑的計算:影響半徑R=S/i,R=19/0.1=190m。b.出水量計算:按照深井(管井)降水計算,按無壓完整井管井涌水量計算,系統總涌水量。比照深井基坑外降水(窄長式基坑)不考慮承壓水計算方法進行計算:Q=πK(H2-hc2)/ln(R/A)。其中, Q為基坑出水量,m3/d;H為井深,取30.5m;hc為含水層厚度,取25.5 m;R為基坑影響半徑;A為基坑換算半徑;計算得Q= 1 722m3/d。c.單井管井進水量:q=2πrl3K。計算得q設計= 59.76m3/d。d.需要降水井數量:N設計=32。

3 降水井施工

降水井施工工藝流程見圖 2。

1)施放井位。降水井井位根據場區地下管線分布情況初步確定,然后人工挖探孔,確認無管線后方可安放鉆機;當探孔內發現管線等障礙物后,降水井間距可作局部調整,一般小于 2.0m,且降水井總量不得減少。

2)降水井成孔。采用普通地質鉆機成孔,鉆頭直徑 200mm。井身結構誤差要求:井徑誤差±20mm;垂直度誤差不大于1%;不小于設計井深。孔徑d=200mm井管制作示意圖見圖3。

3)清孔及下管。下管前注入清水置換全井孔內泥漿,砂石泵抽出沉渣并測定孔深。井管采用直徑150mm的PVC管,加工時在管身上按間距20 cm呈梅花形布置滲水孔(井底20m范圍內的井管上布置),滲水孔徑4 cm～6 cm,在包纏1層200目細目網后緩緩下放。井管要高出地面不小于 200mm,并加臨時保護措施。

4)填濾料。井管下入后立即填入濾料。濾料應具有一定的磨圓度,濾料含泥量(包括含石粉)不大于 3%,粒徑 2 mm～4mm。填濾料時,濾料沿井管外四周均勻填入,宜保持連續。洗井后濾料下沉及時補充濾料,要求實際填料量不小于 95%理論計算量。

5)洗井。下管、填料完成后立即進行洗井,成井—洗井間隔時間不能超過 8 h;采用下泵試抽洗井,用潛水泵反復進行抽洗,直至水清砂凈,上下含水層水串通。

6)抽水。采用的潛水泵型號為QJ 3-5219(功率1.5 kW),泵管采用40mm PVC管,水泵安裝位置在隧道仰拱下2 m左右;地面安裝水泵控制器和水表,根據井底水位變化情況自動控制水泵的停止或啟動。為達到較好的降水效果,降水需提前隧道開挖掌子面 60m或者提前掌子面開挖到達 20 d時間,在隧道開挖掌子面超過降水井位置 60m后停止該口降水井的抽水工作。

4 降水引起沉降分析

為了能夠較為準確客觀的分析降水引起的沉降,選取隧道開挖掌子面距離較遠的降水井及相應位置的測點作為分析對象。將沉降分為兩個階段,即開挖掌子面到達前(掌子面距測點 3倍洞徑),單純由降水所引起的沉降S1,降水和隧道開挖共同作用(從掌子面距測點 3倍洞徑到沉降穩定)引起沉降 S2,考察 S1占總沉降S1+S2的百分比。同時對比同樣地層條件,降水段和未降水段總沉降量。

選取右線DK 11+756、左線DK 11+791、右線DK 11+520三個典型測點為研究對象,其中右線DK11+756、左線DK 11+791兩測點處于降水施工,右線 DK11+520測點處于未降水施工段。地表沉降曲線圖見圖 4～圖 6。

通過對比降水地段隧道施工引起的總沉降量要遠小于未降水地段的總沉降量。其主要原因是未降水地段圍巖遇水迅速崩解軟化,掌子面難以自穩,作業環境差,作業周期長,對地層擾動大,初期支護和圍巖間存在較大的空隙,隧道通過前及隧道通過后的沉降均很大。降水地段隧道施工的總沉降量基本可控制在70mm以內,單純降水引起降水 S1占總沉降量 S1+S2的比值在20%～30%左右。從本工程來看采取降水措施能夠有效控制因隧道開挖所引起的沉降。

5 降水效果

未降水地段,圍巖遇水迅速軟化崩解,掌子面難以自穩,雖進行注漿加固,效果并不明顯,開挖非常困難,沉降難以控制,結構變形嚴重,個別地表點沉降超過 200mm。隨著降水施工隧道全斷面無明水流出,基本實現了隧道內開挖的無水作業,掌子面自穩能力明顯增強,總沉降量基本可控制在 70mm以內。未降水地段施工進度緩慢,月進度不到 30m;降水后,掌子面自穩能力大大加強,施工環境大為改善,安全得到保證,進度快速,單線隧道月成洞可以達到70m～80m。

6 結語

該地鐵區間地質條件差,地下水豐富,圍巖遇水極易軟化崩解,給隧道施工安全和環境安全帶來了十分不利的影響。通過隧道外降水施工,確保了施工安全,有效的控制了沉降的發生。但目前城市施工,出于對環境的考慮,對降水均嚴格控制。所以有必要進一步的研究,在不同地質條件下,由于降水所引起沉降的規律。同時隧道外降水理論計算公式出自基坑的計算方法,還需要在實踐中不斷的總結、試驗,確定屬于隧道外降水經驗的公式,避免憑經驗布設井點而造成資源的浪費或達不到預期的降水效果。

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