復(fù)雜地質(zhì)條件下暗挖隧道地下水控制研究

董慶波

摘 要：本文闡述了控制暗挖隧道中遇到的風(fēng)化裂隙水的體系（受篇幅限制本文僅介紹降水控制方案），為地鐵暗挖隧道安全施工創(chuàng)造良好的環(huán)境。

關(guān)鍵詞：裂隙水；地下水控制；高密度電法

1 物探及三維地質(zhì)建模確定板巖風(fēng)化裂隙水的位置

1.1 三維地質(zhì)建模確定基巖情況

建模采用Creatar三維建模及展示系統(tǒng)。建模流程見圖1所示，對(duì)于地質(zhì)體建模導(dǎo)入數(shù)據(jù)要求為北勘或理正數(shù)據(jù)格式的鉆孔資料。

基于現(xiàn)場(chǎng)勘察數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了從數(shù)據(jù)導(dǎo)入至三維模型生成展示的全流程。其地地質(zhì)建模模塊提供精確高效的三維地質(zhì)模型建立方法，提供了經(jīng)由各種鉆孔、剖面圖、平面圖、等值線圖等的自動(dòng)或半自動(dòng)構(gòu)建三維地質(zhì)體表面模型的功能，可表達(dá)如地層、斷層、褶皺、侵入體、透鏡體等復(fù)雜三維地質(zhì)現(xiàn)象，并可進(jìn)行任意空間剖面切割、部分實(shí)體切割，動(dòng)態(tài)切割等。三維地質(zhì)模型見圖2。

1.2 高密度電法確定基巖裂隙

根據(jù)大連地鐵所處地質(zhì)條件，為了提高探測(cè)準(zhǔn)確率，采用高密度電阻率剖面法確定裂隙水的位置。觀測(cè)參數(shù)為視電阻率。測(cè)量采用溫納裝置。

測(cè)量儀器為重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DUK-2高密度測(cè)量系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)采集質(zhì)量采用每個(gè)排列均做兩層的重復(fù)觀測(cè)進(jìn)行評(píng)判控制。重復(fù)觀測(cè)在每個(gè)排列完成后選擇兩列進(jìn)行，數(shù)據(jù)相對(duì)誤差和數(shù)量應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定。系統(tǒng)檢查量不低于測(cè)區(qū)總工作量的5%，均方相對(duì)誤差≤3.5%。

剖面觀測(cè)視電阻率數(shù)據(jù)與剖面地形測(cè)量數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)，資料處理分別進(jìn)行原始數(shù)據(jù)視電阻率剖面成圖、地形改正處理后的視電阻率剖面成圖、剖面電阻率反演計(jì)算后的電阻率剖面成圖。

視電阻率剖面的地質(zhì)解釋通過對(duì)本區(qū)地層構(gòu)造和已知的測(cè)量與高密度電法測(cè)量視電阻率比對(duì)，建立本區(qū)地層構(gòu)造的電阻率“標(biāo)定值”；依據(jù)“標(biāo)定值”對(duì)視電阻率剖面進(jìn)行裂隙劃分；最后將多個(gè)剖面劃分的初步結(jié)果與地質(zhì)及勘察鉆孔資料綜合比對(duì)，最終確定富水裂隙走向和劃定。

1.3 建模及物探成果轉(zhuǎn)化至CAD圖

成果圖3河口站至河口車輛段區(qū)間左線地質(zhì)剖面圖，圖4河口站至河口車輛段區(qū)間右線地質(zhì)剖面圖。

2 地下水控制方案

2.1 地下水影響分析

本區(qū)間里程DK22+995～DK23+450地下水位高程7.2～12m，風(fēng)化層與卵石層界面標(biāo)高約-13.0～-5.0m，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)頂板高程約-9.0～-5.0m。結(jié)構(gòu)頂板位于風(fēng)化層中，鄰近與卵石層界面，需將地下結(jié)構(gòu)施工范圍內(nèi)的孔隙潛水、全風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化基巖中飽和水基本疏干。并在條件允許的情況下，利用物探手段確定結(jié)構(gòu)施工范圍內(nèi)的較大富水裂隙，并最大限度控制裂隙水對(duì)結(jié)構(gòu)施工的影響

2.2 區(qū)間涌水量計(jì)算

由于地層的不均勻性，采用斷面法計(jì)算區(qū)間隧道涌水量。

計(jì)算參數(shù)及結(jié)果見表1區(qū)間涌水量計(jì)算參數(shù)表。

2.3 方案及設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)勘察資料、現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地條件、場(chǎng)地周圍環(huán)境等多方面因素的分析，推薦采用管井降水方案。為保證降水效果，在降水井及排水管線全部施工完畢后進(jìn)行一次群井抽水試驗(yàn)及水位恢復(fù)試驗(yàn)，以調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)。

本區(qū)間需降水部位劃分為9個(gè)降水段，針對(duì)每個(gè)降水段布設(shè)降水井及井身設(shè)計(jì)。

對(duì)于富水裂隙不發(fā)育地段，降水井深入中風(fēng)化基巖2m；若基巖賦水裂隙發(fā)育，降水井井深應(yīng)以穿過富水裂隙2m并進(jìn)入中風(fēng)化基巖控制，當(dāng)富水裂隙范圍超過結(jié)構(gòu)底標(biāo)高則井深應(yīng)以進(jìn)入結(jié)構(gòu)底板以下2m控制。

由于含水層隔水底板位于結(jié)構(gòu)頂板附近，降水無法將結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)潛水完全疏干，對(duì)于潛水殘留水建議采用注漿、導(dǎo)流等措施處理。

設(shè)計(jì)參數(shù)見表2降水設(shè)計(jì)參數(shù)表

2.4 降水井平面布置圖及井身設(shè)計(jì)圖

3 結(jié)論與建議

（1）目前地鐵河口站至河口車輛段區(qū)間降水段結(jié)構(gòu)施工已順利結(jié)束，降水效果得到業(yè)主的認(rèn)可。僅局部存在殘留水，基本保證了結(jié)構(gòu)的“無水”施工。本區(qū)間為大連地鐵第一個(gè)系統(tǒng)采用降水控制地下水的區(qū)間，對(duì)其他標(biāo)段的施工有直接的指導(dǎo)意義。

（2）高密度電法在本區(qū)間查找富水裂隙的準(zhǔn)確率達(dá)到了75%，基本滿足了設(shè)計(jì)和施工需要。其缺點(diǎn)主要為：需要連續(xù)的斷面（通過長度測(cè)深度），地面存在連續(xù)的建構(gòu)筑物時(shí)無法量測(cè)；易受外界干擾：本區(qū)間北側(cè)為運(yùn)營中的電車202線，為避免干擾只能在夜間該線路停運(yùn)時(shí)實(shí)施。

（3）三維地質(zhì)建模能很好地展示基巖面的起伏情況，能很好地表現(xiàn)結(jié)構(gòu)與地層之間的相對(duì)位置關(guān)系，下一步需要研究風(fēng)化裂隙或者巖溶裂隙的表現(xiàn)方式。

（4）井身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及施工顛覆了大連地區(qū)傳統(tǒng)的采用沖擊鉆施工的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)及工藝。本區(qū)間采用的井結(jié)構(gòu)外徑僅183mm，內(nèi)徑采用140/4的鋼花管，最大出水量本區(qū)間達(dá)到了11m3/h。降水井施工采用潛孔錘套管鉆進(jìn)工藝，成井時(shí)間最小僅為6h，很好地解決了中山路占路施工的問題。本區(qū)間降水井設(shè)計(jì)主要缺點(diǎn)是外徑偏小，井管纏砂網(wǎng)后在拔套管時(shí)易被套管帶出。因此，在今后的設(shè)計(jì)中均推薦采用外徑194mm的潛孔錘套管工藝施工。

參考文獻(xiàn)

[1]李同斌，鄒立芝.地下水動(dòng)力學(xué)[M].長春，吉林大學(xué)出版社，1995.

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（作者單位：中鐵建大橋工程局集團(tuán)第一工程有限公司）