砂層地質淺埋暗挖隧道施工降水措施

計克偉

摘要：淺埋暗挖隧道施工過程中最重要的就是對場地地下水的處理。本工程淺埋暗挖隧道埋深在地下水位以下，無法直接進行開挖施工，需提前進行降水，且在地下水位下降后開挖過程中掌子面穩定，砂層地質情況因含水率降低未出現涌砂現象。并對今后類似情況的項目施工提供參考和借鑒。

Abstract： The most important thing in the construction of shallow-buried excavation tunnels is the treatment of groundwater in the site. The shallow-buried excavation tunnel of this project is buried below the groundwater level， and cannot be directly excavated. It is necessary to lower the water level in advance， and the palm face is stable during the excavation process after the groundwater level drops. There is no a phenomenon of sand gushing due to reduced moisture content. It provides reference for the construction of similar projects in the future.

關鍵詞：降水;淺埋暗挖;砂層;抗突涌

Key words： lower the water level;shallow-buried excavation;sand layer;anti-surge

中圖分類號：U455.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）20-0155-03

0? 引言

經濟發展后各類車輛急劇發展，交通壓力逐漸加大，擁堵及限號成為常態化。地下軌道工程可有效緩解城市交通壓力，充分利用地下空間，淺埋暗挖隧道已成為目前主要施工方法，但西安地區水資源較豐富，大部分需進行降水施工，否則容易造成開挖涌水坍塌事故。因此繼續深入研究和改進降水施工工藝及方法對于地下工程的施工發展具有重要意義。

1? 工程概況

1.1 工程簡介? 文教園～張旺渠區間隧道暗挖段位于灃東新城馮三村境內，線路位于規劃道路昆明二路下方，下穿已建成灃涇大道，終點接張旺渠站，設計里程YDK14+100～YDK14+300.01，長度200.01m。在YDK14+207.866處設置有1座區間風井，并作為隧道施工豎井。張旺渠站前YDK14+286～YDK14+300.01段設計為人防段，長度14.01m。隧道線間距11.0～17.0m，線路含有兩處平曲線，曲線半徑均為1500m，線路含一處豎曲線，線路最大縱坡29.556‰。隧道埋深5.98～9.14m，主要穿越細沙、中砂層，地下水位位于軌面線附近。

1.2 工程地質及水文情況

1.2.1 地下水類型及水位? 本工程施工現場勘查得知地下水類型為第四系孔隙潛水，含水層主要是第四系全新統砂層，隔水層不連續。地下水位高程介于375.54～381.26m，水位年變幅為2.0～3.0m。降水施工前地下水平均水位高程為378.5m，地面高程在391.0m左右，地下水埋深約為12.5m。高出隧道底部2～3m，開挖前需采取人工降水措施。地下工程設計抗浮水位387.5m。

1.2.2 地下水位的特征? 施工場地地下水主要來自自然降水、地表水及地下水補給，隨季節變化而漲落。地下水的徑流方向與地形坡度一致，主要向地勢較低的灃河流動。地下水的排泄方式主要為人工用水、徑流排泄及自然蒸發排泄等。

1.2.3 滲透性系數的取值? 根據水文地質資料顯示，結合西安地區降水經驗，基坑16m滲透系數選用25.67m/d。

2? 降水設計及總體布局

2.1 降水井及排水設計? ①根據現場周邊環境及場地水文地質條件，降水施工采用大口徑管井法的降水方案。擬將地下水位降低至隧道開挖面以下不小于1.0m。②根據計算及現場查勘，場地共布置降水井30個（含明挖段降水井），井間距約為20.0m，井深度為30.0m，降水井直徑為800mm。③濾水管采用無砂混凝土預制管，內徑不小于400mm，孔隙率不小于15%。濾料采用含泥量不大于5%的天然圓礫，圓礫粒徑2～6mm，井底設1.50m長的沉淀管。④排水管采用鋼管，外徑219mm，采用法蘭盤連接，沿排水方向坡度不小于1%，每隔一定間距應設置排砂檢修口和支墩。排水管末端設置沉淀池，井水經沉淀后排入灃涇大道綠化帶內市政管網。（圖1）

2.2 沉淀池設計? 沉淀池為實心粘土磚砌筑，砌體厚240mm，灰縫應飽滿，沉淀池內表面應采用M10防滲砂漿抹面，厚度15mm，砂漿層表面再涂抹一層聚氨酯防水涂料，確保沉淀池不滲漏。（圖2～圖3）

3? 降水施工工藝

3.1 場地準備

3.1.1 現場狀況調查? ①降水施工前已完成圍護樁施工，現場臨建設施完好，可直接進場施工。②施工前已對地下管線及地下管道進行清除及改建。③施工前已完善設備停放、材料堆放等場地，已做好材料、設備進場驗收。

3.1.2 技術準備? ①測量人員現場進行放樣，并在地面進行標記，施工人員進行現場核查，確保無地下管線及構筑物影響施工。②由現場技術人員向施工工人進行技術交底。

3.1.3 設備物資準備? ①施工設備進場前進行全面檢修，檢修合格后上報監理審批備案。②施工前對各種所需試驗檢驗的材料送檢測單位檢驗核定，杜絕不合格材料進入現場。

3.2 降水井施工

施工工藝流程：測量放樣→確定井位位置→挖泥漿池→鉆機就位→鉆孔→成孔→下降水井管→填濾料→粘土封井→下潛水泵洗井。

3.2.1 挖泥漿池? 每口井設置一個泥漿池，距降水井距離應大于3m。

3.2.2 成孔? 采用反循環鉆機成孔，泥漿護臂成孔。孔徑0.8m，孔深為30m。

3.2.3 井管安裝? 成孔后應向監理單位報驗孔深，驗收合格后立即安裝井管，在砼預制托底上入置井管，在底部中心設導中器，四周采用鐵絲捆綁固定，緩緩下放，當管口與孔口相差20cm時，接上節井管，接頭處可用塑料編織袋進行包裹嚴實，以免擠入泥砂淤塞井管，豎向用3～4竹桿固定井管。井管吊放要垂直，并保持中心位置，為防止雨水泥砂或異物流入井中，井管要高出地面30cm，并采用護欄進行封閉。

3.2.4 填濾料? 井管安裝完成后，應立即進行濾料填入。應一邊填濾料一邊測量填入高度，確保填料準確性。應使用人工鐵鍬下料，以保證填料均勻和保護井壁不受沖擊。洗井后，如濾料下沉量過大，應補填或用粘土填實封填。

3.2.5 洗井? 井管安裝完畢后應即時進行洗井，要連續清洗，直至井水變清。

3.3 排水施工

3.3.1 排水施工原則? ①利用市政管網排水系統排水。文教園～張旺渠區間灃涇大道雨水管線，降水井水排往此處管線內。②排水方式。根據計算要求，采用流量不小于20m3/h且揚程不小于40m潛水泵抽排水。每個抽水井埋設單根排水管與集水管連接，統一排入市政雨水管道。

3.3.2 排水管線? 為觀測單井抽水水量變化，每個抽水井埋設單根排水管，排水管道布置采用鋼集水管，全部架設于地面以上，用于后期檢查維護修理。

3.3.3 排水管線及電纜鋪設? ①排水管焊接：排水管應分段焊接接長，焊接焊口應完整結實，拐彎處平滑。②排水管鋪設：排水管鋪設前應對磚托臺標高進行測量，坡度符合排水要求后進行架設。③電纜鋪設及配電箱安裝。1）主電纜延排水管下部放置并固定或掩埋，各降水井電線放置井口，電纜應預留適量長度。2）配電箱安放在降水管南側，配電箱必須固定牢靠，按施工用電規范要求進行安裝放置，并有專人進行檢查看管。3）配電系統應設置三級保護裝置，電力開關要有漏電保護器，并有專人進行檢查看管。④備用電源及其管理細則。降水井電纜由東南角配電房引出，但為了防止突發情況，造成斷電，給降水井接入一條電纜，并在配備一臺150kW發電機，防止突發情況發生，具體細則為：

在線路接通后對備用電源進行調試。在主電源斷電后，備用電源能立即啟動保證正常降水。備用電源遠離危險區域。電源管理有專人負責，進行日常維護和線路檢修。

3.3.4 排水施工? ①排水施工主要是指由井口到主排水口之間的集水管的施工，還包括進入主排水管的入井、管線鋪設等工作內容。有市政雨水管線在正常情況下，其富余排水量大部分可以滿足降水排水的要求。②降水井成井工作完成后架設場內排水管網線路;抽水開始時，井點抽出的水經排水管管網進入場內中轉蓄水池，后再排放到市政雨水管線內。

3.4 降水運行

3.4.1 降水試運行? ①降水試運行前要準確測定每口井的原地面標高、管井內靜止水位，記錄后開始試運行，以此檢查各抽水設備、排水系統是否能滿足場地降水要求。②成井施工階段應邊施工邊抽水，每完成一口降水井施工就開啟該口井進行降水，確保在土方開挖前，將基坑內地下水降到設計深度。

3.4.2 降水施工? ①降水井在開挖施工前三十天進行，確保場地地下水位低于隧道底1m以下。②降水井應24小時無間隔抽水，直至水位降到設計位置后，對降水井水位深度進行保持維護，防止水位上升影響施工。③降水過程中，要做好水位觀測，實時掌握各井地下水位的高低變化情況。④降水運行的同時應對降水記錄及時進行分析整理，指導現場降水施工。每天應對抽水井內水位測量1～2次，并及時進行記錄。降水異常時應及時找出原因并處理。

3.4.3 降水運行技術措施? ①降水用配電箱及電線的排設與安裝應提前規劃，不得影響后期土方開挖作業。②潛水泵為降水施工的主要設備，應在施工前做好調試，并進行試抽水，以確保設備在使用時正常運轉。③降水運行過程中應經常檢查潛水泵的工作狀態，并預備3臺未使用新泵，一旦發現不正常應及時更換，并對損壞潛水泵進行維修。

4? 降水設計計算

4.1 抗滲透穩定性分析? 地下圍護結構滲漏水在地下結構施工時的重難點。在對抗滲透穩定分析設計時要考慮兩方面。除了計算抗滲流還要做突涌驗算。

4.2 抗滲流穩定性計算? 在基坑中有時候會因為坑內外水頭差的緣故，對基坑底造成破壞。其破壞的現象主要表現在管涌與流土。因此抗滲流驗算對基坑穩定性很重要。

抗滲流穩定性計算圖式如圖4。

式中：Ks——抗滲流或抗管涌穩定性的安全系數，本工程取1.5～2.0;

本工程驗算時抗滲流穩定性安全系數取2.0;

ic——坑底土體的臨界水力坡度，ic=■，根據坑底土的特性計算;i——坑底土的滲流水力坡度;i=hw/L;Gs——坑底土的比重;e——坑底土的天然孔隙比;hw——基坑內外土體的滲流水頭（m），取坑內外地下水位差;L——最短滲徑流線總長度（m），■;∑Lh——滲徑水平段總長度（m）;∑Lv——滲徑垂直段總長度（m）;m——滲徑垂直段換算水平段的系數。

4.3 抗突涌穩定性計算

基坑開挖過程中有時坑底下不透水層會遭受下層承壓水破壞。這些不透水層在會被承壓水沖潰，從而造成基坑突涌的災害。在對基坑穩定性考慮分析時需對其進行驗算。

抗突涌穩定性計算如圖5。

計算公式如下：

式中：K——抗承壓水頭的穩定性安全系數，取1.1;Δt+t——透水層頂面距基坑底面的深度（kN/m3）;pw——含水層水壓力（kPa），水的重度，取10kN/m3;依據巖土勘察報告的水文地質條件結合設計規范《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）。

5? 施工監測

為確保西安地鐵5號線二期工程文教園～張旺渠區間降水設計與施工安全，在施工期間第三方測量單位應對站點進行嚴格觀測觀察，根據降水設計方案對灃涇大道建構筑物、地下管線進行沉降監測，本次監測工作從降水工程開始直至降水工程結束，防止意外事故發生。

本工程監測項目主控內容統計如表1。

6? 結論

隨著淺埋暗挖隧道提前降水施工在西安地鐵5號線二期工程文教園站～張旺渠站區間全斷面砂層開挖過程中的成功應用，降水過程中地層穩定，開挖順利，未發生不良現象。可以看出施工降水對砂層隧道的安全施工尤為重要，控制著隧道施工的開挖進度，為確保砂層地質隧道開挖面圍巖的穩定性，降水工作必須滿足要求，在隧道開挖掘進中，對地下水位深度必須時刻進行監控量測，發現問題及時進行處理，這樣才能確保隧道開挖的安全性和進度施工。

參考文獻：

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