濕陷性黃土地區(qū)城市地鐵區(qū)間降水技術(shù)

戴文輝

（中鐵四局集團(tuán)有限公司第七工程分公司，安徽 合肥 230000）

隨著西部的開發(fā)，在西安地區(qū)濕陷性黃土地質(zhì)條件下修建地鐵的數(shù)量也在不斷增加。在濕陷性黃土中修建地鐵，必須解決降水的問題。如何在降水成功的同時，確保沉降符合要求，還是一大難題，尤其在城市環(huán)境中，對沉降的要求高，使得施工更加不易。本文主要是對實(shí)際項(xiàng)目在降水方案的選擇、過程控制及注意措施方面進(jìn)行闡述，對管井降水在實(shí)際應(yīng)用中作用進(jìn)行介紹。通過理論計(jì)算，結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)，不斷調(diào)整降水設(shè)計(jì)參數(shù)，取得了較好的降水效果。

1 工程概況

西安地鐵三號線延興門站～咸寧路站區(qū)間隧道為礦山法施工，區(qū)間單線長度544 米，隧道周邊建筑物較多，地下管線分布密集，且隧道下穿城市立交、人行天橋。區(qū)間隧道主要地質(zhì)有新黃土、老黃土和古土壤，其中有350 米長的飽和軟黃土地層，地下水較為豐富，水位埋深3-5 米，土體滲透系數(shù)為7 米/天。

2 降水方案選擇

區(qū)間所在的西安區(qū)域地下水豐富， 隧道所處地層主要為黃土層，根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告所出工程特性內(nèi)容和對隧道周邊環(huán)境的調(diào)查，選擇隧道外管井降水方案。原因如下：1）管井井點(diǎn)降水具有降水深度大、效果好、井點(diǎn)數(shù)量少、設(shè)備簡單等特點(diǎn)，適用于滲透系數(shù)大的黃土層。因此洞外管井群降水方案在理論上能夠達(dá)到降低地下水位的目的，實(shí)現(xiàn)隧道無水作業(yè)的效果。2） 結(jié)合機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院在西安及周邊地區(qū)的成功降水施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合臨近本項(xiàng)目的成功降水范例，認(rèn)為管井井點(diǎn)降水在本項(xiàng)目使用是可行的。

3 降水參數(shù)設(shè)計(jì)

在降水方案實(shí)施之前，通過對區(qū)間隧道周邊地層重新進(jìn)行取樣試驗(yàn)，并結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，最終確定將地層滲透系數(shù)修訂為5 米/天，同時根據(jù)區(qū)間周邊實(shí)際環(huán)境情況特點(diǎn)，采用下列公式進(jìn)行計(jì)算涌水量。式中：Q為涌水量（m3/d）；r0為隧道等效半徑（m）；k為滲透系數(shù)（m/d）；H為含水層厚度（m）；R為影響半徑（m），計(jì)算中取經(jīng)驗(yàn)值；S為設(shè)計(jì)水位降深（m）；L為基坑通過含水體的長度（m） ；B為基坑寬度（m）； η 為概化系數(shù)；n為降水井個數(shù)。

延興門路～咸寧路站區(qū)間降水計(jì)算表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果并結(jié)合該區(qū)降水經(jīng)驗(yàn)， 在隧道左右線外設(shè)置降水井80 口，同時在豎井和橫通道處設(shè)置14 口，根據(jù)城市管網(wǎng)布置和市政綠化等進(jìn)行細(xì)微調(diào)整。降水井與隧道結(jié)構(gòu)的布置如下圖所示：

在降水實(shí)施的過程中，由于降水帶來的含水量降低、土體顆粒流失、孔隙水壓力減小引起土層固結(jié)，而這個過程也會引起周圍地表的沉降。地表沉降大致可分為分為兩部分，一部分是孔隙水減少及消失引起的沉降，另一部分是土體固結(jié)及次固結(jié)產(chǎn)生的沉降，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，可以估算出土體沉降量，如下式：式中：S 為降水引起的地表沉降值（m）；△P 為降水產(chǎn)生的自重附加應(yīng)力（kpa）；△H 為降水深度（m）；E0.1-0.2 為土層壓縮模量（kpa）

式中：rw 為水的容重（KN/m3）

考慮最壞環(huán)境下取值：△H=12m，E0.1-0.2=10.63×103 kpa，得出S=18.7mm。設(shè)計(jì)值為：

1） 地面沉降30mm；

2） 建（構(gòu)） 筑物沉降30-50mm；

降水井與隧道位置圖

3） 地下管線差異沉降小于2‰。

4 降水施工要點(diǎn)

4.1 實(shí)行階段降水方案措施

降水實(shí)施的過程即是土體固結(jié)的過程，過程中不可避免的發(fā)生變形，如何發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律，那么對如何控制降水帶來的影響就有據(jù)可查了。

從上述關(guān)系中可以得出，要想減小土體沉降量，應(yīng)該從降水的深度和降水的速度進(jìn)行控制，如何控制降水的深度和速度，階段性降水是重要的手段和方法，即將整個降水過程分段進(jìn)行，從而控制水位下降速率，通過對施工區(qū)域周邊環(huán)境的分析，分三次進(jìn)行，第一次水位下降至地下8 米，第二次水位下降到13 米，最后一次水位下降到19.5 米處，實(shí)現(xiàn)水位下降到設(shè)計(jì)底板下1 米的目標(biāo)，過程中注意觀察周邊沉降情況，每次降水前需待沉降基本穩(wěn)定后實(shí)施。

4.2 堅(jiān)持變形監(jiān)測措施

對降水井影響范圍內(nèi)的建（構(gòu)） 筑物實(shí)行監(jiān)測，根據(jù)下表監(jiān)測結(jié)果可以看出，除A4-2 點(diǎn)位沉降超過1cm，其余測點(diǎn)沉降量均在1cm 以內(nèi)，較好的控制了因排水固結(jié)而引起的沉降，施工周邊地表、建筑物、施工主體等均安全可靠，完成了既定目標(biāo)。

由降水引起的沉降，主要在降水的初期，監(jiān)測結(jié)果如下表所示：

5 實(shí)際效果應(yīng)用

5.1 實(shí)現(xiàn)安全無水作業(yè)

通過既定方案的實(shí)施，現(xiàn)場降水效果良好，降水井內(nèi)動水位及施工范圍內(nèi)的土體固結(jié)情況均達(dá)到預(yù)期要求。

降水地表沉降監(jiān)測表

5.2 經(jīng)濟(jì)、社會效益

通過管井降水方案，最終達(dá)到了預(yù)期的降水及排水固結(jié)的目的，也滿足了工期的要求，費(fèi)用方面較輕型井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)及洞內(nèi)全斷面注漿均有較為明顯的優(yōu)勢，在飽和軟黃土地質(zhì)的排水固結(jié)中發(fā)揮了重大的作用，通過對延咸區(qū)間施工數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，節(jié)約工期2.5 個月，同時節(jié)約成本160 萬元。

橫通道轉(zhuǎn)正洞處作業(yè)情況

正洞下臺階施工實(shí)現(xiàn)無水作業(yè)

6 結(jié)語

如何確保黃土地層城市區(qū)間隧道施工順利進(jìn)行，特別是在地下水豐富情況下，能否成功的降水是重點(diǎn)之一，延咸區(qū)間隧道施工降水證明，在降水參數(shù)合理的情況下，開放式的管井降水在飽和軟黃土層、古土壤層能夠達(dá)到很好的降水效果，使土體較快實(shí)現(xiàn)排水固結(jié)。