暗挖地铁隧道的降水施工技术

暗挖地铁隧道的降水施工 技术 陈晓忠 ，张 波 (1．中铁十八局集 团第五 工程有限公司 ．天津 塘沽 300450；2．沈阳地铁建设指挥部 ，辽宁 沈阳 1 10011) 摘要 ：浅埋 暗挖 隧道施工成功与否的关键在于地 下水的处理 ：某隧道工程实施 了洞外管井降水，效果显著 ，创造 了良好 的经济效益 ．同时为同类地铁 隧道施_T-提供 了理论依据和 经验数据 。该技术值得在富含 水地质条件下城 市地铁隧道施X-中推 广应 鼠 关键词 ：浅埋暗挖 ：隧道施工 ：降水 中图分类号 ：U445．49 文献标识码 ：B 文章编号 ：1002—4786(2011)01—0149—04 DoI：10．3869~．issn．1002—4786．2011．O1．032 Dewatering Construction Technology of Subsurface·—-excavation Subway Tunnel CHEN Xiao—zhong ．ZHANG Bo (1．The 5th Engineering Co．，Ltd．，China Railway 1 8th Bureau Group Co．，Ltd．，Tanggu 300450，China； 2．Shenyang Subway Construction Headquarters，Shenyang 1 1001 1，China) Abstract：The key of shallow—embedded subsurface—excavation tunnel construction is the disposal of groundwater．Out—cave tube well dewatering is used in some tunnel engineering，which obtains dis— tinct effect and good economic benefit．Meanwhile it provides theoretic basis and experience data．The {．}_{·H -}_{．}{．} ．}_{·}÷}_{·}÷} ．}{·}_{·}I{·卜{·}_{·} 辱 {·} ·} ·}_{·} ·}{·} ·}_{·}÷ }_{·} ·} ·}_{·}_{·}{·}_{· {·}_{·}_{．}寺}_{·}3·}_{-}_{·}{·} ·}{·} ·}_{·} 类 ：“单独型”板的路面和“连续 型”板的路面。 “单独型”路面就是 由间隔较 长的膨胀缝将路面划分成若干独 立的板块．每个板块分别配置预 应力筋 ，单独施加预压应力的预 应力混凝土路面结构。 “连续型”路面因不设置膨胀 缝的路面而得名 ，这种路面可 以 做得很长 ，按照施加预应力的方 法 可分为 千斤顶加力 和 自加 应 力。 3 小 结 水泥混凝土路面抗裂措施的 作用 ．就是消除或者削弱水泥混 凝土路面开裂破坏过程中不利因 素的影响。针对这一 问题 ，本文 总结性地提出：水泥混凝土路面 的抗裂 ．必须采取减少混凝土的 缺陷、提高混凝土的韧度 、减少 路面板的收缩应力 、减少路面板 的荷载应力等措施。 参考文献 『11 JTJ 013—95，公路 路基设 计 规范fS1． 『21黄勇，郑南翔，田瑞芳．几 种半刚性基层材料抗裂性能的评 价【J1．山西交通科技 ，2000，(增 刊)：l4—20． f31陈玉源．水泥混凝土路面维 修技术研究[D]．广州 ：华南理丁 大学 ．2002． [4】何平 ，牛赫东 ，黄卫．预应 力混凝土路 面的发展与研究 B／ 0 L1．http：#www．ti．js．cn／tw／qnlw／1w 147—151．htm．2006—03—21． 【5】姚祖康 ．水泥混凝土路 面设 计[M】．合肥 ：安徽科学技术 出版 社 ．1999． [6】高慈．水泥混凝土路面裂缝 原因及防治[J】．建材研究与应用 ， 2001，(3)：85-88． 收稿 日期．2010-05—12 TRANSPO R 。 T STANd AR D iZ a TION：．．．．20i~ ；fSSUE t I2 ) f149f technology deserves generalization and appl ication in urban subway tunnel construction with rich-water geological conditions． Key words：shallow-embedded subsurface-excavation；tunnel construction；dewatenng 0 引 言 在经济高速发展的当今社会 中，人们的工作和 出行节奏变快 ，城市交通要求快捷方便 ，为了解决 这一交通问题 ，许多城市在地面无法满足交通需求 的情况下往往选择向地下空间发展 ．而地铁是当今 社会公认 的解决城市交通枢纽问题的唯一途径。在 地铁隧道施工中，由于城市建筑物、管线等原因， 需要对一些隧道进行暗挖法施工 ，必须保证在无水 的环境中作业，那么暗挖隧道施工降水技术就显得 至关重要。该技术主要是设计大 口径 、大间距降水 井，用潜水泵抽水使局部地下水位降至施工作业面 以下，达到无水施工，这为同类地铁施工提供了降 水方法和理论依据 。 1 工程概况 沈 阳地铁二号线起松 区问隧道全长403．298m， 位于黄河北大街下 ，呈南北走 向，为两平行直线 ， 正线线间距为16m．线路纵向为“一”字型上坡 ，隧 道结构底最大埋深17．12m(覆土厚度8．67m)、最小 埋深l6．72m(覆土厚度8．27m)，为单洞单线 、单洞 双线马蹄形 、复合衬砌断面 。初期支护采用钢格 栅 、网喷混凝土联合支护 ， 二次衬砌采用钢筋混 凝土结构。该隧道采用暗挖法施工 。 隧道所处地貌单元为第四纪浑河老扇，上覆第 四纪全新统人工填筑层 、第四纪浑河老扇，下伏第 四系冰碛物 。从上至下主要 穿越 地层 为 ：杂填 土 (揭露厚度1．OOm～2．50m)、粉 质粘土(层厚6．60m～ 9．90m)、中粗砂 (层厚0．70m～7．60m)、砾砂 (层厚 2．50m～12．50m)、圆砾 (层厚1．4m～l1．OOm)、泥砾 (未穿透 )。 地下水主要赋存于浑河老扇冲击形成的中、粗 砂和砾砂层中，为潜水，水位埋深9．8m～15．5m。 地下水的补给主要是大气降水 、地表人工河渠垂向 渗透补给及浑河侧 向渗透补给。场地地下水径流条 件良好 ，地下水流向基本是由东向西流。含水层渗 透性强，渗透系数一般在50m／d～1 lOm／d之间，水力 坡度约为1‰。 根据地质勘查资料 ，区间正线隧道侧墙及仰拱 均在地下水位线以下 因此，必须采取切实有效的 降排水措施 ，将地下水位 降至底板 以下lm，才能 保证隧道的顺利施工。 2 降排水 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 比选 从施工经验来看 ．常用的地下水处理主要有以 下几种方法 ： a)轻型井点降水： b)喷射井点降水： e)电渗井点降水 ： d)管井(深井)井点降水 ； e)洞内全断面注浆止水。 其优缺点比较见表1。 表1 地下水处理方案 比较表 适用渗透 施工 工程 降水 降水名称 适用地层 系数 进度 造价 效果 轻型井 0．1m／d～ 较快 较低 好 土层 、细砂 、 点降水 5．Om／d 粉砂 喷射井 O．1 rn／d～ 快 低 好 粘性土 、粉土 、 点 降水 20．Om／d 砂性土层 电渗井 点降水 <0．1m／d 较快 较低 较好 粘性土层 管井 (深井 ) 1．Om／d～ 快 低 好 砂土 、 碎石土 井点降水 200 m／d 洞 内全断面 粘土 、砂土、 注浆止水 慢 高 较好 岩石 本区间所在区域地下砂层含水量丰富 ，均为强 含水层 ，结合地质水文资料 、施工技术水平 、工程 造价 、_r=程工期等方面综合 比较 ，大 口径深层井点 降水具有降水深度大 、效果好、井点数量少 、设备 简单等特点 ，适用于渗透系数大的砂类土 。因此 ， 采用洞外管井群井降水方案能够实现控制地下水的 目的，达到隧道施工降水的效果 。 3 管井群井降水的设计及施工 3．1 参数计算 3．1．1 计算模型 起松区间隧道采用暗挖法施工，需要降低地下 潜水至结构底板下1．Om，以潜水完整井模型计算其 排水量 。潜水完整井计算模型见图1。 0ss1嘧_u ， 构 图1 潜水完整井计算模型图 基坑涌水量为 ： Q全断 = ．366 詈 ( ) 式中，S为设计水位降深；K为渗透系数(由地 质资料提供)；尺为抽水影响半径，R=I．95SX／gg； X0为基坑的假想半径， 。=、／ ；A为基坑管井所包 围的平 面面积。 单井出水量计算公式为： g=130,rr l· (2) 式 中，f为过滤器有效长度 (m)；r为过滤器半 径(131)；K为渗透系数(m／d)。 3．1．2 参数计算 3．1．2．1 计算思路 由于本区间下覆不透水层泥砾层距离结构底板 较近 ，管井过滤器有效长度受到制约，参数计算时 根据管井井位处结构距离泥砾层的距离计算出过滤 器的有效长度．进而计算出管井单井出水能力，根 据 区间各分段基坑总涌水量计算 所需最少管井 数 量 ，最后根据施工水平和以往丁程降水经验并且考 虑一定的降水富余系数，确定降水井数量，根据降 水井数量及各分 区段长度均匀布置管井井点井位 ， 在实际施工中根据现场地下管线、构筑物等井位进 行适 当调整。 3．1．2．2 基坑涌水量及单井出水能力计算 根据地勘报告提供的室内试验与现场抽水试验 结果 。结合区域水文地质条件确定本工程场地潜水 含水层渗透系数为110m／d。 根据起松区间地质情况、结构底埋深及结构外 轮廓线．起松区间降水井计算及布设分7个区段， 相关计算参数及计算结果见表2。 表2 起松 区间降水井计算参数及计算结果表 区段名称 H(m) S(m) K(m／d) R(m) A(m ) 0(m) Q(m3／d) fm) q(mTd) 第 1区段 11．5 7．16 11O 496．6 3 803．4 34．8 14 762 1．89 739 第2区段 14．1 8．46 11O 649．7 1 775．3 23．8 17 473 3．52 l 377 第3区段 9．6 5．93 1lO 375．8 l 725．8 23-4 9 807 1．67 653 第4区段 l3．2 6．68 11O 496．4 3 685．6 34．3 17 056 4．44 I 737 第5区段 l2．1 7．40 11O 526．4 l 845．7 24．2 13 967 3．40 l 330 第6区段 14．9 8．84 11O 697．9 2 356．2 27．4 l9 802 5．04 l 971 第7区段 13．9 8．84 110 676．2 1 824．1 24．1 17 392 5．97 2 335 3．1．2-3 管井施工参数设计 降水井中心距离结构外轮廓线3．0m，局部井位 可适 当调整 。施 工竖井处布置6口降水井 ，井间距 为5m～6m不等。管井施工参数见表3，管井井点结 构见图2。 3．2 管井群井的施工 表3 起松区间管井施工参数表 位置 井型 井径(mm) 管径(Illm) 井管类型 井深(m) 井 间距 (m) 滤料(mil1) 井数 单井实际出水量 (m3／h) 第1降水 区段 管井 8oo 西400／35 无砂水泥管 25 lO-3 3～15 22 28．o 第2降水 区段 管井 800 击400／35 无砂水泥管 30 6．4 3～15 14 52．0 第3降水区段 管井 800 击40O／35 无砂水泥管 28 5．2 3～15 l6 25．5 第4降水 区段 管井 800 d~400／35 无砂水泥管 3O 14．2 3～15 12 59．2 第5降水区段 管井 800 击400／35 无砂水泥管 28 6．8 3～l5 l2 48 5 第6降水区段 管井 8o0 ~b400／35 无砂水泥管 30 8．2 3～15 l2 68馏 第7降水区段 管井 800 击40O／35 无砂水泥管 28 9 3～15 8 90．6 注：1．管径为：内径，壁厚；2．工程降水井所处含水层以中粗砂为主，水量丰富，为保证单井涌水量 、防止产生流砂现象 ，以降水安全为原 则，确定在降水井滤管接头处缠80目尼龙网，管外填粒径3mm～15ram滤料；3．根据结构施工安排 ，对相应的降水单元提前20d封闭降水 ，随 降水情况对泵量进行合理调整 确 蛹 娜汹啦 她≯肇$驰 Nf)． 强l6) 单位为毫米 2 管 井 井 点 结 构 采用反循环钻机成孑L．成孔后下无砂水泥管 ， 管外填滤料 ，然后用空压机洗井 ，洗到水清砂尽为 止。施工中应达到以下要求 ： a)钻进 中孑L中的泥浆 比重要控制在 1．04左右 ， 泥浆比重过大会减小井壁的透水性，比重过小则容 易坍孔； b)下井管时要保持井管中心位置准确 ，以保证 井管周 围填滤料均匀 ： C)填滤料要填到距地面3m处 ，其上用粘土 回 填夯实 以利于排除上层滞水： d)成井后要马上洗井 ，以免泥浆沉淀 、护壁泥 皮老化 ，洗至水清砂尽为止。 4 地表沉降监测与分析 4．1 单纯降水引起的地表沉降 在井点降水过程中，会随水流带出部分细微土 粒，再加上降水后土层的含水量降低，使土层固 结 ，因而引起周围地面的下沉。由于降水引起的沉 降比较复杂，受到地质条件、降水工艺、降水深度 和降水时间等多方面因素的影响，宜采用简易估算 法计算沉降量 。计算公式如下 ： S=APAH，Eo l也2 式 中：S—— 降水引起 的地表沉降值(m)； △ 降水产生的自重附加应力(kPa)； △ —— 降水深度 (ITI)； E ——降水深度范 围内土层压缩模 量 (kPa)。 AP=AH·"yd4 式中： ——水的容重(kN／m )。 取 最 不 利 值 为 ：△ =8．84m，E。 =10．63 X 103kPa．d-算得到降水引起的地表的最大沉降值 = 18ram。 在正线施T过程中，根据量测结果得到降水引 起的沉降值为20mm左右，基本与计算值相吻合 ， 故可以采用井点降水。 4．2 监测结果分析 引起地表沉降的因素有 ： a)降水造成的土层固结和压缩 ： b)隧道土体随水流失 ，导致周围土体掏空 ； C)初期支护变形及结构在荷载作用下的整体下 沉 ： d)隧道开挖引起的变形。 上述估算和监测结果表明，a)、c)、d)条均不 是 主要 因素 ，b)条才是主要 因素 ，故暗挖 隧道控 制地表下沉的关键是地下水的处理。实践证明，地 表降水技术效果 明显 ，是一种 既经济又实用 的方 法。 5 降水效果 本区间降水井施工30d，施工完成后安泵降水 ， 地下水位稳定后进行区间竖井 、横通道及正线的开 挖支护 ，各开挖掌子面全部达到了无水作业条件 ， 没有发生过一起围岩土体坍塌失稳现象 ．达到了降 水要求。自抽水开始即对邻近建筑物进行沉降观 测 ，建筑物没有因降水而产生明显的沉降。 6 结语 浅埋暗挖隧道施T成功与否的关键在于地下水 的处理 ，起松区间段在施工 中实施 了洞外管井降 水 ，效果显著 ，创造 了良好 的经济效益 ，同时为同 类地铁隧道施工提供了理论依据和经验数据。该技 术值得在富含水地质条件下 的城市地铁隧道施工中 推广应用。 参考文献 【1]江正荣．建筑施工计算手册IM]．北京 ：中国建筑 工业出版社 ．2007． 【2]胡敏 良，徐伟章．流体力学[M]．武汉 ：武汉理工 大学出版社 ．2003． [3]JGJ／T 111—98，建筑与市政降水工 程技术规范 『S1． 作者简介 ：陈晓忠(1969一)，男，高级 工程 师，项 目总工程 师，主要从事轨道交通工程施工 管理方面的研究。 收稿 日期：2010—05—19 1、】 瑷鬟 姻 邺 |2o1j葛 ssuEl 236) 兰一