真空降水在隧道全風化富水砂層施工中的應用

張軍

摘要：陽城隧道 1 號斜井（正洞）在全風化富水砂巖地段施工過程中，結合其他施工先例，現場采用真空降水，能使圍巖達到中濕狀態，解決了砂巖遇水迅速惡化、涌沙涌水嚴重、初支易背后形成空洞、控制難度大，施工風險大等困難，并且安全質量得到保證，施工進度明顯提升，最后取得圓滿成功。

關鍵詞：富水砂層；施工；超前深孔；真空降水

中圖分類號：TU753 文獻標識碼：A 文章編號：1672-9129（2017）09-154-02

Abstract：YangchengTunnelNo.1inclinedshaft（hole）inweatheredwaterrichsandstoneareaconstructionprocess，combinedwithotherconstructionsite precedent by vacuum precipitation， can make the surrounding rock to wet state， to solve the water behind the rapid deterioration of sandstone and gushing sand gushing water seriously， the initial support easy to form a cavity， it is difficult to control the the construction risk is big， difficult， and safety and quality assurance， construction progress significantly， and finally asuccess.

Keywords： water rich sand layer； construction； advanced deep hole； vacuum precipitation

1 項目概況

1.1 概述。陽城隧道位于陜西省榆林市靖邊縣龍洲鄉雙城村附近，本項目 為我單位增援項目，兄弟單位施工過程中因施工降水、流沙變形控制差等原 因，進度嚴重受阻，正洞施工因在富水砂巖地層段降水不利，隧道變形大，進 口掌子面平均每天出水量約 240～260m？，出口掌子面平均每天出水量約

240～300m？，圍巖含水量大，涌水涌沙嚴重等原因，施工進度進展緩慢。

1.2 工程概況。根據剩余施工任務及實際進度指標，我單位主要承擔 1 號斜井（DK244+377～DK245+455）860m 的正洞施工任務；其中，小里程方向 510m， 大里程方向 350m。 進場前小里程方向掌子面施工至

DK244+888，大里程方向施工至DK245+095；任務范圍內穿越三道古沖溝地質，主要以含水全風化砂巖及土砂互層為主，圍巖級別為 V、VI 級，最大埋深187m，最小埋深81m。

1.3 工程地質水文情況

1.3.1 工程地質概況。地質情況，根據最新地質補勘資料顯示，陽城隧 道剩余段落處于地下水位線以下，為全風化～強風化白堊系砂巖，掌子面掌子面揭示地層主要為粉細砂層，顆粒松散、飽和，呈流塑狀，自穩能力極差；地質條件異常復雜，地層變化較大，古基巖面（土石分界）起伏較大。

1.3.2 水文地質條件。地下水受下游麥家溝水庫（現已成淤積壩）人工 蓄水的影響，地下水位抬升。古沖溝內沉積含水砂、土層，頂標高 1305m，穩定地下水標高 1300m；下伏白堊系全風化砂巖，含水，根據掌子面揭示及超前地質鉆探和超前深孔泄水結果分析，進口掌子面平均每天出水量約

240～260m？，出口掌子面平均每天出水量約240～300m？，圍巖含水量大。

1 號斜井小里程方向 DK244+895～DK244+750 為富水土層夾砂層，

DK244+750～DK244+550為富水黃土段，DK244+550～DK244+350為富

水土層夾砂層，DK244+350～DK244+200為富水土石分界段。

2 工程難題

小里程方向掌子面揭示地層土砂互層，含水量大，局部存在軟塑變形，開挖后掌子面及邊墻涌水涌砂嚴重，施工難度大。

大里程掌子面位于古沖溝土石分界面，軟硬不均，洞身位于地下水位以下，中、下臺階及仰拱開挖面出水量較大；圍巖自穩能力極差，開挖后易 產生涌水涌砂現象；初支封閉后，拱頂沉降及收斂變形大。

3 方案確定

隧道在全風化富水砂層地段施工過程中，由于受到滲水影響，原狀砂巖迅速惡化，常呈流砂狀外涌，施工風險較大。針對現場實際情況，結合施 工先例，決定治沙先治水，治水采用真空降水。

4 施工思路

真空降水原理為由真空泵產生真空負壓，從而達到抽吸地下水的目的，其對砂性巖層降排水效果尤為顯著。另外，真空降水易于施工，輕便、靈活，且造價相對較低，便于現場維護和管理，具有較強的適應性，并能根據地層復雜多變、富水巖層發育的特點，即可調整降點的平面分布，靈活抽取、疏干洞內圍巖富水，偏于及時開挖支護。

5 降水設計

5.1 真空降水原理。真空降水是由降水管、集水總管、真空泵及連接軟 管組成。通過集水總管利用真空泵在管內形成真空，將地下水從管內不斷 抽出，從而降低地下水位。

5.2 真空降水管布置

⑴上臺階超前￠32 真空降水管長 12m，每 3m 設置一環，橫向間距0.5m，向上傾角15～30°。邊墻超前￠32真空降水管長9m，縱向間距0.5m，外插、向前傾角30°。垂直￠32真空降水管長4m，橫向間距1.0m，縱向排距3.0m。中臺階底部按間距0.5m布孔，管長12m，縱向間距3m；中臺階垂直￠32真空降水管長3.0m，橫向間距1.0m，縱向排距3.0m。中臺階邊墻超前￠32真空降水管長9m，縱向間距0.5m，外插、向前傾角30°。下臺階邊墻超前￠32真空降水管長9m，縱向間距0.5m，外插、向前傾角30°。

⑵每排真空降水管采用 Φ75mm 主管連接，主管接入真空泵，每臺真空泵接入 10 支支管，支管采用 φ32mmPPR 管外包土工布及密目網。支管和主管之間設集水器，集水器采用 Φ75mm 鋼管制作，并在連接部位加設閥門，控制井管降水，支管和集水器采用 32mm 鋼絲軟管連接，主管和真空泵連接采用 75mm 鋼絲軟管連接。

6 降水施工方案

6.1 施工工藝流程。施工準備→測量定點→鉆機成孔→安裝井管、濾水管→孔口封堵→管線連接→試抽與檢查→正式抽水→排水。

6.2 施工措施

（1） 降水管布設完成后，采用 C25 噴射混凝土全封閉掌子面，厚度

10cm，以防止管壁漏氣，影響降水效果。

（2）適用前應進行試抽水，確認無漏水、漏氣等異常現象后，應保證連 續不斷抽水。應備用雙電源，以防斷電。

（3）順坡開挖隧道，排水主要采用順坡自然排水，只在開挖面與仰拱區 間設抽水設備，將施工廢水抽至成形的水溝內自然順坡排斜井底部泵站集中抽排至洞外污水處理池，經處理達標后排放。

7 真空降水優點及實施效果

7.1 全風化富水砂層圍巖采用了真空降水，具有以下優點

（1）沙層孔隙水流抽至中濕狀態，不會出現涌水涌沙現象，提高了初 支穩定性，井點根據現場施工情況進行布置，偏于其他工序正常進行。

（2）布置靈活，施工方便，降水效率較高。

（3）施工材料可以反復是使用，施工費用較小，經濟效益好。

7.2 施工現場應用效果

（1）掌子面沒有涌水涌砂現象，初支背后不會出現空洞，為開挖支護 保證有效的工作面，安全質量得到保證

（2）施工進度明顯提升，順利、安全、且超過了預設的目標，每月平均 至少完成開挖支護由 15m 提高至 30m 以上，為后續施工打下堅實基礎。

參考文獻：

[1]真空井點降水試驗分析與數值模擬[J].賈向新，聶慶科，王英輝，梁書 奇.巖土力學.2014（S2）.