淺談真空降水在地鐵暗挖隧道施工中的應用

吳鐵志

摘 要：本文簡要論述了地鐵暗挖隧道工程在砂類地層，隧道開挖等地下水較發育地段，對降深要求不高，含水量要求不高的施工項目采用真空降水施工方案。該方案確保施工安全、質量、進度等順利進行，效果良好， 可為今后類似工程提供參考和借鑒。

關鍵詞：地鐵；暗挖；隧道；砂層；真空降水

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A

1.工程概況

西安地鐵四號線市中醫醫院站～行政中心站區間位于鳳城八路～未央路之間。道路兩側為居民區和政府辦公樓。區間分為盾構區間、礦山法區間和明挖區間。其中礦山法暗挖區間長40.924m，埋深14m～15m，隧道采用CRD法進行開挖及初支。

2.工程地質及水文地質

2.1 工程地質條件

區間地貌單元屬渭河一級階地。根據鉆孔揭露，在勘探深度50.0m范圍內的地層主要為第四系堆積物，即由全新統雜填土（Q4ml ）、素填土（Q4ml）、沖積（Q4al）黃土狀土、粉質黏土、粉細砂、中砂、粗砂、礫砂組成。

2.2 水文地質條件

根據勘查結果，該場地所揭露的地下水為第四系松散層孔隙潛水，含水層主要為第四系全新統沖積粉質黏土、粉細砂、中砂、粗砂及礫砂。地下水潛水位埋深15.90m～17.00m，水位高程366.15m～367.87m。

3.實施真空降水的原因

右線暗挖隧道降水方案設計J1-1～J1-11共11口降水井（如圖1所示），井深40m，在實施過程中由于地下管線及道路交通疏解無法滿足，實際實施了6口降水井（J1-2、4、5、6、8、11）和明暗挖接口位置有4口降水井（J01-J04）目前正在運行，動態水位在地面以下32m～37m，降水后靜態水位在地面以下22.6m（在隧道開挖面以上1.25m，詳見圖2隧道開挖斷面與水位關系圖），在區間暗挖隧道2號導洞下臺階開挖施工過程中，距離開挖最底面剩1.25m出現流沙情況，給施工安全、質量、進度造成極大的影響，根據現場突發情況，緊急采取真空降水措施，確保施工安全、質量、進度等順利進行。

4.擬采取真空降水方案

4.1 真空降水工作原理

采用真空射流降水泵為降水作業主要機械，具體原理為： 水箱6灌滿水后，開動離心泵1，離心泵驅動工作水運轉，當水流流過水力噴射器2（如圖3所示），到噴嘴11時，由于噴腔狹窄，流速突然增大，當水力繼續經過12時，形成真空腔，在井點5周圍產生真空，把地下水吸出，同時回入水箱。水箱6內的水呈一個大氣壓的天然狀態。

4.2 施工方法

4.2.1 總體部署

對2號、4號導洞進行真空降水，導洞上臺階進尺5m后開始實施真空降水，真空降水井點隨上臺階開挖進尺進行布設，下臺階初支達到設計強度后拆除井點管。

4.2.2 沉管

井點管埋設采用導桿沖槍式水沖法成孔。導桿式沖槍的由高壓水泵、兩端開口帶有變徑的鍍鋅鐵管、高壓橡膠軟管等組成。將沖槍槍口端略插入地面下，開啟沖槍水泵，槍口噴射高壓水流沖擊土體成孔，槍體跟進槍頭下沉，一直達到設計孔深。成孔深度略深于井點管長度，井點管的長度應滿足設計要求。沖孔直徑一般為30mm，水沖法成孔后，關閉沖槍水泵，拔出沖槍，及時將井點管沉放孔中，用砂土將井點管與孔壁之間的縫隙填充密實，以防漏氣。該井管埋設結束后進行下一井點管的埋設。

在下臺階開挖面安放兩根集水總管，總管長度為6m和4m以搭配使用，直徑為65mm。井點管間距為縱向1.5m，橫向1m，最外排井點管傾斜30°，內排垂直布設，規格為25mmPVC管，長度為3m。井點管下部2m為濾水管，管壁上鉆直徑8mm的孔呈梅花形分布。管壁外包兩層濾網，內層為細濾網，采用30～50孔/cm的生絲布；外層用8～10孔/cm的尼龍絲布。在管壁和濾網間用鐵絲纏成螺旋隔開。濾網外圍再纏一層8號粗鐵絲保護濾網。如圖4所示：真空降水井點布置圖。

4.2.3 連接與試抽

主管在井點管處接一變徑三通，變徑規格同井管，主管的變徑端與井管端采用透明軟塑管連接，連接時用膠封堵接頭孔隙，軟塑管兩端的連接部位再用薄膜束縛，防止接頭漏氣影響抽水效果。

井點系統全部安裝完畢后，進試抽。抽水時，先開真空泵抽取管路中的空氣，使之形成真空。空氣經真空泵排出后，當集水箱有了相當多的水時，再開動離心泵抽水，抽出的水排放到排水系統。試抽后，必須出清水，如達不到要求，必須查明原因，不允許長期抽混濁水，以使降水區域泥砂大量流失而造成事故。

4.2.4 井點運行與監測

井點運行后，要求連續工作，發現漏氣應及時修補。每班配備一人專門常規保養。在運行過程中，應對出水流量、地下水位及周邊沉降加強觀測。

4.2.5 注意事項

每根井點管埋設完成后應檢查其滲水性能，檢查方法為：在正常情況下，井點口應有地下水向外冒出；否則從井點管口向管內灌清水，看管內水下滲情況，如果下滲越快，說明該管質量優良。Φ40的橡膠軟管連接，兩頭用鐵絲擰緊，外涂抹黃泥，以防漏氣，最后連接真空水泵進行試抽。

試抽的主要目的是檢查接頭的質量，井點的出水狀況，真空泵的運轉情況，如發現漏水、漏氣現象，應及時進行加固或采用黃泥封堵處理，因為漏氣會影響整套系統的正常工作，影響整體的降水效果。井點降水在使用時，要求不間斷的連續抽水，需配有備用發電機，一旦停電，立即要進行恢復，否則可能造成導洞坍塌，井點降水的正常規律是“先大后小，先混后清”原則應立即檢查糾正，在降水過程中，要派專人觀測水的流量，對井點系統的維護觀察。

4.2.6 人員安排

操作真空泵兩人、埋設抽水管4人、電工1人、控制壓力表1人、積水處理1人、詳細記錄、拍攝照片、觀察掌子面變化情況1人。

5.質量控制

降水系統施工完畢后，應試運轉，如發現井管失效，應采取措施使其恢復正常，如無法恢復，則需報廢，另埋設新的井管。

質量檢驗：

（1）井點管垂直度 <1%

（2）井點管插入深度（和設計相比） ≤150mm

（3）砂料填滿（與計算值相比） ≤5mm

（4）井點真空度 >60kPa

6.真空降水效果分析

（1）根據目前西安地鐵四號線市-行區間真空泵施工降水情況分析，真空降水可以有效地疏干井點管2.5m范圍內殘留水，實現局部范圍內的無水作業，能有效地保證地鐵暗挖隧道施工安全，工程質量及工程進度。

（2）在做真空泵過程中存在工序銜接，在上臺階進尺5m后，需重新布置降水管埋設位置，布置及調試耗時近2個小時，要提前做好施工組織計劃。

（3）真空泵對現場施工有一定的影響，且必須保證開挖的過程中，真空降水泵始終保持抽水狀態，才能滿足安全和質量，停止抽水后約在15分鐘左右的時間殘留水即可恢復抽水前狀態。

結語

本工藝適用于城市隧道地下工程砂類地層，隧道開挖等地下水較發育地段，對滲透系數大的土質有其適用性，特別是對降深要求不高，含水量要求不高的施工項目。在粉砂質土及砂性土，使用該工法降水一般降水深度能達到1.5m～2.0m，可為今后類似工程提供參考和借鑒。

參考文獻

[1]詹友根.真空降水在淺埋暗挖法中的應用[J].市政技術，2016（4）：150-152.endprint