盾構法施工中砂層進洞段降水設計與施工

劉廣仁，常喜平，寇寶慶，安冬云，李應輝

（中國石油天然氣管道局，河北廊坊 065000）

盾構法施工中砂層進洞段降水設計與施工

劉廣仁，常喜平，寇寶慶，安冬云，李應輝

（中國石油天然氣管道局，河北廊坊 065000）

西氣東輸二線長江盾構隧道穿越工程采用AVND3080泥水平衡式盾構機施工，盾構機進洞段地質條件復雜，屬粉質黏土和細砂地層。細砂層具有中、強透水性，給盾構機進洞帶來很大的威脅。經多方案比選論證，采用深井降水方案疏干盾構機進洞段地下水，達到盾構安全進洞的目的。

盾構施工；砂層；深井降水；降水設計

0 引言

在盾構工程中，盾構接收時由于地層卸壓，對于穩定性較差的地層很易發生塌方事故，嚴重影響盾構的安全施工，特別是在含水豐富的砂層地段盾構機進洞極易產生涌水、涌砂等現象，故在盾構機到達接收井時必須采取必要的安全措施[1-2]。本文以西氣東輸二線長江盾構工程為例，介紹了盾構進洞采用深井降水技術，疏干進洞段地下水，確保盾構機進洞安全。

1 工程概況

西氣東輸二線管道工程是國家級重要基礎設施項目，本文介紹的是西氣東輸干線在武穴市和九江市之間穿越長江的工程，采用盾構穿越施工，施工區附近覆蓋層以第四系沖、洪積層為主。

根據工程地質勘察報告，進洞段揭露覆蓋層厚約57 m，巖性復雜，上部13 m主要為粉質黏土，下部為細砂及礫砂層，其中礫砂層距地表30 m以下。粉質黏土層含飽和水，呈可塑及軟塑狀，具微透水性，滲透系數為3×10-5cm/s；中細砂層含飽和水，松散，具弱～中等透水性，滲透系數為2.35×10-3cm/s；礫砂層含飽和水，中密，具中～強透水性，滲透系數為3.85×10-2cm/s。

2 降水設計

2.1 模型建立

根據水文地質情況和盾構機進洞要求，本次降水工程影響到的主要含水地層為粉質黏土和細砂層；砂礫層埋深較大，降水對其沒有影響，設計在細砂地層降水。按照歷年資料，11月份武穴段長江水位距地表約7 m，地下水被降到盾構進洞口底以下1 m，地下水水位降深6 m，屬于深井降水，降水模型如圖1所示。

本次降水主要是降低盾構進洞地下水，模擬的盾構機進洞段為長8 m、寬6 m的矩形開挖基坑，屬于矩形基坑內地下水，即盾構進洞段地下水。

2.2 矩形基坑涌水量計算[3-5]

式中Q——基坑出水量/（m3/d）；

K——滲透系數/（m/d），取3.55×10-3cm/s；

M——承壓含水層厚度/m，取44 m；

H——承壓含水層的水位/m，取16 m；

hc——潛水含水層厚度/m，取0；

R——影響半徑/m，R=A+Ri，Ri取55 m；

A——基坑換算半徑/m；

a——基坑長度/m，取8 m；

b—基坑寬度/m，取6 m；

η——系數，參照表1。

通過計算可得基坑涌水量為：

Q=5 100 m3/d

表1 基坑參數

2.3 降水井數量[6]

式中n——降水井數量/口；

q——單井抽水量/（m3/d），取50 m3/d。

代入Q、q值可得n=6.4。

考慮到計算誤差，共布置7口降水井，1口觀測井 （兼備用降水井），合計8口，在盾構隧道兩側均勻布置。

2.4 降水井深度

井點管埋設深度為：

式中H——井點管埋設深度/m；

H1——井點管埋設位置至基坑地面的距離/m，取12 m；

h——基坑底面至降低后的地下水位距離，一般取h=0.5~2 m，根據地下水降到基坑底下1 m的要求，取h為1 m；

J——水力梯度，取1/4；

L——井點管至基坑中心的水平距離/m，第一排取7 m，第二排取11.5 m；

l——過濾管工作部分長度和沉淀管長度/m，取15 m；

s2——井的水頭損失/m，取0.5 m。

代入公式可得井點管埋設深度：

第一排井：H′=30.25 m；

第二排井：H″=31.375 m；

統一取兩排井的井點管埋設深度：H=32 m。

2.5 降水井位置布置

根據計算，接收井及洞門周圍均勻設置7口降水井、1口觀測井 （兼備用降水井），其具體布置位置如圖2所示。

2.6 降水井結構及配置

根據降水效果要求，降水井開孔直徑為600mm，終孔直徑為600 mm，井深為32 m。井管采用D 250 mm鋼質焊管和纏絲包網填礫過濾管，過濾管長11 m，礫石規格2~3 mm，井管底部為2 m沉淀管，降水井剖面如圖3所示。

深井潛水電泵采用總揚程不低于30 m、額定流量50~80 m3/h、泵體最大外徑不大于250 mm的類型。降水需8臺排量為50 m3/h的深井水泵與若干水泵配件及2個水位計。

深井降水運行期抽排的地下水由承壓管道排水至場地管溝內，根據場地情況宜采用直徑89 mm鋼管將每口井連接至場地管溝內，管道向出水口方向傾斜3‰鋪設。

2.7 降水效果預測

根據以上計算，確定了降水井數量為8口，在盾構隧道兩側，各分兩排均勻布置，根據以上設計數據并利用軟件對8口降水井降低地下水位進行模擬，其降水效果如圖4、5所示。

3 結束語

盾構施工是一種先進的施工方法，盾構機進洞經常發生較大的事故，其原因大部分是不穩定的軟土地層所致，在一定程度上說，它已成為盾構法隧道施工成敗的關鍵，所以應分析工程所在處地質情況，采取必要的施工措施，保證盾構接收的安全。

[1]楊太華.越江隧道工程大型泥水盾構進出洞施工關鍵技術[J].現代隧道技術,2005,42（2）：45-48.

[2]賈衛波，湯學峰.西氣東輸管道工程通過長江的技術方案——盾構施工法[J].2011，（4）：4-7.

[3]吳林高.工程降水設計施工與基坑滲流理論[M].北京：人民交通出版社,2004.

[4]王智勇,周群建.深基坑降水對周邊環境影響分析[J].地下工程與隧道，2000,（3）：33-35.

[5]徐秋林.大型建筑深基坑降水設計與施工[J].工程技術，2009,（3）：171-172.

[6]張梅.淤泥質地層下地鐵深基坑降水設計與施工[J].工程技術,2009,（11）：158-160.

Water Level Lowering Design and Construction at Shield Tunneling Entrance in Sand Stratum

LIU Guang-ren（China Petroleum Pipeline Bureau,Langfang 065000,China）,CHANG Xi-ping,KOU Bao-qing,et al.

AVND3080 slurry balanced shield machine is used in the Yangtze River tunnel construction of the Second West to East Gas Pipeline Project.The geological condition at the shield tunneling entrance is complex and belongs to silty clay and fine sand stratums.The strong permeability of sand stratum imperils the shield machine when it enters into hole.Through the comparison and discussion for several schemes,the scheme of water level lowering with deep wells is adopted to drain the underground water at the shield tunneling entrance and thus to ensure safety of the shield machine.

shield tunneling;sand stratum;water level lowering with deep wells;water level lowering design

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.01.011

劉廣仁 （1977-），男，甘肅人，工程師，2001年畢業于中國石油大學 （北京），從事盾構施工管理工作。

2010-11-09