石函松

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610065 )

1 引言

新奧法施工的一項(xiàng)重要的前提條件是無(wú)水作業(yè)，遵循“管超前，嚴(yán)注漿，短開(kāi)挖，強(qiáng)支護(hù)，快封閉，勤量測(cè)”十八字方針是暗挖施工過(guò)程中安全與質(zhì)量保證的前提。而地下工程中，要求無(wú)水作業(yè)，由于不同地理位置的地質(zhì)條件不同，加上地下管線的復(fù)雜以及外界環(huán)境的影響等諸多原因，導(dǎo)致施工范圍內(nèi)地下水難以徹底消除，從各種角度增加了施工難度[1]。因此必須采取合理的措施，降除施工范圍地下水。本文通過(guò)對(duì)地鐵暗挖隧道施工洞內(nèi)殘留水的處理，以北京地鐵3號(hào)線平房村站至東壩中街站區(qū)間為例，總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)，并在實(shí)際運(yùn)用中，取得了不錯(cuò)的效果。

2 概況

2.1 工程概況

北京地鐵3號(hào)線平房村站至東北中街站區(qū)間位于東壩中路下方，偏西側(cè)設(shè)置，沿東壩中路呈南北向敷設(shè)；區(qū)間起點(diǎn)里程K42+301.014，終點(diǎn)里K43+438.204，左線長(zhǎng)1137.08 m(短鏈0.011 m)，右線長(zhǎng)1137.19 m。區(qū)間斷面包含停車線大斷面1、停車線大斷面2、人防斷面以及標(biāo)準(zhǔn)斷面4種，覆土深12.7～17.8 m，采用礦山法施工。區(qū)間共設(shè)置3處施工豎井及橫通道，其中1號(hào)、2號(hào)橫通道兼作聯(lián)絡(luò)通道，3號(hào)橫通道僅供區(qū)間結(jié)構(gòu)施工使用。

本區(qū)間沿線西側(cè)為北京奧林匹克花園，區(qū)間下下穿管線較多，沿區(qū)間縱向敷設(shè)的管線主要有：3.2 m×2.5 m雨水箱涵，直徑1 m污水管，直徑0.5 m中壓燃?xì)夤艿龋淮怪眳^(qū)間的橫向管線主要沿東壩南二街分布：直徑2.4 m中水管，5.6 m×3.3 m熱力箱涵等。

2.2 工程地質(zhì)及水文概況

區(qū)間主要穿越細(xì)砂—中砂④層、粉質(zhì)黏土⑤1層以及黏質(zhì)粉土—砂質(zhì)粉土⑤層和黏質(zhì)粉土—砂質(zhì)粉土⑥2層(表1)。

表1 水文概況

3 出水原因分析

3.1 降水井效果一般

降水井設(shè)計(jì)根據(jù)層間水的標(biāo)高來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)[6]，區(qū)間降水井在層間水位標(biāo)高以上濾料采用粘土進(jìn)行填充，降水井從地面以下14 m均為黏土，其它地方濾料采用碎石、中砂進(jìn)行填充，降水井一單元深度為33 m，降水井二單元深度為37 m，開(kāi)挖豎井過(guò)程中，開(kāi)挖至地面以下13 m見(jiàn)水，黏土的滲透系數(shù)較低，影響了降水井的降水效果。

降水井提前打設(shè)完成一部分，降水井打設(shè)完成之后存在時(shí)效性，雖然每周洗一次井，但是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，降水井降水效果逐漸降低，影響降水井降水效果。

3.2 滯水層影響

經(jīng)過(guò)與招標(biāo)圖、地勘圖與地質(zhì)剖面圖對(duì)比分析可以看出，區(qū)間隧道開(kāi)挖過(guò)程中遇到的地層基本上與地質(zhì)圖對(duì)應(yīng)，而3個(gè)橫通道進(jìn)區(qū)間正線的滲水點(diǎn)均為粉細(xì)砂層與黏土層交界處，1、3號(hào)橫通道進(jìn)區(qū)間正線隧道滲水點(diǎn)位于上臺(tái)階，2號(hào)橫通道進(jìn)區(qū)間正線隧道滲水點(diǎn)位于下臺(tái)階，粉細(xì)砂層位于黏土層上方，黏土層形成一個(gè)隔水板[1]，使得賦存于砂層中的地下水成為滯水，增大了降水難度。區(qū)間隧道滲水點(diǎn)[4]如圖1。

圖1 區(qū)間隧道滲水點(diǎn)示意圖

3.3 帶水管線的影響

進(jìn)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，區(qū)間拱頂上方主要存在3.2 m×2.5 m的雨水箱涵、φ1000的污水管、φ400的給水管、φ1020給水管，多次調(diào)查分析，3.2 m×2.5 m雨水箱涵存在滲水現(xiàn)象，雨水箱涵里水深大約在0.3～0.7 m，雨水箱涵為混凝土底板，磚砌箱涵，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的積累與滲透，加之地層粉細(xì)砂層滲透性較大，增大，使得土壤里的含水量增大。

4 施工處理

4.1 改變降水井濾料回填方式

根據(jù)實(shí)際開(kāi)挖出水情況，降水井濾料從地面以下6 m這一段采用黏土進(jìn)行回填，其余濾料回填采用碎石與中砂進(jìn)行混合填充，保證降水井降水效果。

區(qū)間隧道開(kāi)挖過(guò)程中提前50 m進(jìn)行降排水，降水井打設(shè)根據(jù)施工進(jìn)度來(lái)進(jìn)行確定，降水井打設(shè)時(shí)間與降水井啟動(dòng)時(shí)間間隔不能超過(guò)10 d，打設(shè)完成的降水井增大洗井頻率，由一周1次增加為一周2次，保證降水井時(shí)效性及降水效果。

4.2 洞內(nèi)真空降水

針對(duì)洞內(nèi)殘留水采用真空泵抽排水，對(duì)于開(kāi)挖過(guò)程中遇到的滲水點(diǎn)插入φ20PVC管，PVC管頭采用100尼龍布包裹，將插入的PVC管接入15 kW真空泵，抽出的水經(jīng)過(guò)兩側(cè)排水溝排出，流入集水坑，采用污水泵進(jìn)行統(tǒng)一抽排，對(duì)于滲漏水不嚴(yán)重可采用7.5 kW真空泵，真空泵功率越大，自身吸力增大，將粉細(xì)砂層中殘留水吸出，施做初期支護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)實(shí)際開(kāi)挖滲水點(diǎn)、滲水量合理選擇不同功率的真空泵。

4.3 洞內(nèi)殘留水引排結(jié)合

洞內(nèi)底板初支側(cè)邊以下設(shè)置集水坑，集水坑采用φ400波紋管或者采用磚砌，預(yù)埋深度為0.4 m，集水坑標(biāo)準(zhǔn)斷面每40 m設(shè)置一個(gè)，停車線大斷面每20 m設(shè)置一個(gè)，采用排水盲管連接集水坑，排水盲管埋設(shè)底板仰拱初支以下，跟區(qū)間正線隧道坡度一致，集水坑相連，匯水后集中抽排[2]。每個(gè)集水坑位置處上方鋪設(shè)10 mm后鋼板，并在兩側(cè)邊墻上噴紅漆標(biāo)記，保證正常施工輸送渣土，對(duì)于初支滲水較嚴(yán)重的埋設(shè)引流管進(jìn)行引排水。

4.4 深孔注漿進(jìn)行止水加固土體

由于拱頂滲水，加上管線較多，為確保施工過(guò)程中掌子面及拱頂土體穩(wěn)定，可采取深孔注漿進(jìn)行止水加固，深孔注漿12 m，開(kāi)挖10 m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)掌子面及拱頂漿液情況進(jìn)行開(kāi)挖，標(biāo)準(zhǔn)斷面深孔注漿范圍為拱頂120°范圍內(nèi)，停車線大斷面深孔注漿范圍為拱頂180°范圍內(nèi)。注漿范圍：初支外1.5 m，初支內(nèi)0.5 m，停車線大斷面1、3、5洞室上臺(tái)階為砂層，采取全斷面注漿，注漿示意圖如圖2。

圖2 注漿示意圖

4.4.1 施做止?jié){墻

本工程實(shí)際開(kāi)挖滲水比較嚴(yán)重，為了保證注漿質(zhì)量，采用φ18工字鋼與網(wǎng)片、連接筋施做止?jié){墻，厚度為25 cm[9]。

4.4.2 測(cè)量定位

鉆孔施工前，按照設(shè)計(jì)圖中孔位設(shè)計(jì)位置，在現(xiàn)場(chǎng)用自噴漆圈畫(huà)出預(yù)鉆位置。

4.4.3 鉆孔

(1)鉆機(jī)采用直徑為42 mm的合金鉆頭。

(2)當(dāng)鉆機(jī)安裝完成后，在技術(shù)人員指導(dǎo)下按照指定位置就位，通過(guò)鉆桿上安裝的角度尺，采用角度測(cè)量?jī)x調(diào)整鉆入角度，對(duì)準(zhǔn)孔位后，不得移動(dòng)鉆機(jī)。

(3)鉆進(jìn)施工時(shí)采用清水作為循環(huán)液帶出泥漿；采用絲扣將相鄰鉆桿連接成整體。

(4)當(dāng)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度或位置時(shí)，停止鉆進(jìn)，利用注漿泵將混合漿液注入地層中[7]。

4.4.4 成孔試注

先試注水泥+水玻璃雙液漿，當(dāng)漿液充滿孔道空隙，觀察孔眼端頭有無(wú)冒漿現(xiàn)象。當(dāng)無(wú)冒漿現(xiàn)象時(shí)，繼續(xù)注漿作業(yè)；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)冒漿，需停止試注，采用化學(xué)漿進(jìn)行補(bǔ)注，待孔眼端頭凝固后再繼續(xù)正常注漿作業(yè)。

4.4.5 配置漿液

漿液配置是深孔注漿最重要的環(huán)節(jié)，本工程的加固區(qū)域的地質(zhì)條件中以粉細(xì)砂層為主，按設(shè)計(jì)要求采用雙液漿(水泥+水玻璃)為主；若涌水比較大，可多注一些改性水玻璃漿液(水玻璃+磷酸)。體積比都為1∶1，具體漿液配比如下。

4.4.5.1 水泥漿的配制

水泥漿采用在水中加入水泥的方法攪拌而成。規(guī)范要求水泥和水的質(zhì)量比為0.8∶1～1∶1，現(xiàn)場(chǎng)取1∶1，查得此時(shí)水泥漿的比重(密度)為1512 kg/m3?，F(xiàn)場(chǎng)注漿攪拌機(jī)的體積為0.33 m3，求得一攪拌桶水泥漿的質(zhì)量為m=1512×0.33=498.96 kg≈500 kg。所以水的質(zhì)量等于水泥的質(zhì)量等于500/2=250 kg。袋裝水泥一袋50 kg，所以一鍋水泥漿需要加入5袋水泥。需要加入水的體積為250/1=250 L=0.25 m3。

即在攪拌機(jī)內(nèi)加水至0.25 m3刻度線，然后加入5袋水泥攪拌即可。

4.4.5.2 水玻璃漿的配制

水玻璃進(jìn)場(chǎng)時(shí)用婆梅氏比重計(jì)測(cè)得比重d原=1.36。根據(jù)換算公式求得此時(shí)的Be值為37，符合要求。現(xiàn)場(chǎng)配制水泥-水玻璃雙液漿時(shí)先試驗(yàn)混合漿液凝結(jié)時(shí)間，所需漿液凝結(jié)時(shí)間為30 s左右，測(cè)得此時(shí)試驗(yàn)的水玻璃漿比重為d配=1.18，Be值為22。

現(xiàn)場(chǎng)攪拌桶為0.211 m3，即V配(需要配制的漿液的體積)=0.211 m3。根據(jù)公式求出V原(原漿液的體積)。

V原=(d配-1)/(d原-1)×V配

(1)

求得需要加入的水玻璃原漿液為0.1055 m3，即半桶攪拌桶。所以在配制水玻璃漿液的時(shí)候倒入半桶水玻璃加入半桶水?dāng)嚢杓纯伞?/p>

4.4.5.3 磷酸漿液的配制(磷酸的稀釋)

進(jìn)場(chǎng)磷酸的濃度為98%，一桶磷酸的質(zhì)量為30 kg，體積為22 L?，F(xiàn)場(chǎng)配制改性水玻璃漿液的時(shí)候先進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)試漿液，為了注漿效果，現(xiàn)場(chǎng)要求膠凝時(shí)間為5 s左右，測(cè)得此時(shí)的磷酸濃度為7%。根據(jù)質(zhì)量守恒定律列出:

33×98%=7%×(30+M水)

求得M水=390 kg，V水=390 L=0.39 m3。由于現(xiàn)場(chǎng)磷酸攪拌桶為0.21m3，0.39+0.022=0.412≈2×0.21。

所以配制磷酸漿液時(shí)1桶磷酸稀釋成2桶攪拌桶。

注漿量由加固土體方量或漿液注漿量來(lái)計(jì)算，下列公式是單孔加固土體方量與漿液注漿量之間的關(guān)系式：

設(shè)計(jì)注漿范圍：拱頂外1.5 m，拱內(nèi)0.5 m，擴(kuò)散半徑0.5 m時(shí)：q=ηαβV

(2)

式(2)中：q—土體加固注漿量m3；V—要加固的總土體方量m3；η—地層孔隙率(粉細(xì)砂采用0.4)；α—漿液在地層中的有效充填系數(shù)0.6～1.0；(本工程取0.87)β—漿液損耗量，取1.2～1.4，；(本工程取1.3)L—注漿長(zhǎng)度m。

各孔累計(jì)注漿量Q=Σq=ΣηαβV。

4.4.6 注漿作業(yè)

4.4.6.1 注入漿液

噴入管設(shè)置完畢后，將端點(diǎn)進(jìn)行關(guān)閉而進(jìn)行橫噴射切換。一般噴射量為30～80 L/min，將噴入材料施加壓力，可以實(shí)現(xiàn)水平滲透效果。止水加固范圍內(nèi)注漿壓力P值控制在0.3～1 MPa，當(dāng)液漿壓力值達(dá)到終壓0.8～1 MPa或該縱向深度的注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)值80%時(shí)，回抽一段鉆桿(注漿管)，通過(guò)控制分段凝固時(shí)間來(lái)控制縱向不同距離的漿液噴射位置而開(kāi)始新一輪注漿?；爻殂@桿(注漿管)長(zhǎng)度控制在0.3～0.5 m范圍內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)可0.5 m。

4.4.6.2 處理異常情況

在注漿過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題影響注漿效果，需要隨時(shí)排除。

(1)冒漿：注漿過(guò)程中要認(rèn)真觀察地層變化情況，由于漿液的進(jìn)入，引起地層變化，封閉強(qiáng)度較低的地方，首先可能會(huì)冒出漿液，此時(shí)應(yīng)當(dāng)立即調(diào)整漿液，注入化學(xué)漿，加快雙液漿凝固速度，將注漿孔道縫隙堵塞封閉。

(2)注漿量異常[9]：當(dāng)隨著注漿量的不斷增加，注漿壓力始終未達(dá)到設(shè)計(jì)終壓值，且現(xiàn)場(chǎng)觀察沒(méi)有漏漿的縫隙，則迅速調(diào)整漿液，改注化學(xué)漿將孔道堵塞封閉，并在附近補(bǔ)孔注漿。若實(shí)際注漿量不足設(shè)計(jì)注漿量80%，在該孔附近補(bǔ)孔注漿。

(3)注漿壓力變化：注漿過(guò)程中，壓力要在控制范圍之中，過(guò)大或過(guò)小的注漿壓力都不能滿足施工需要，如果壓力過(guò)低應(yīng)該檢查是否有漏漿之處，或漿液通過(guò)地下某些管道流走，壓力過(guò)高應(yīng)檢查是否管路或混合器被堵塞。一般來(lái)說(shuō)，注漿開(kāi)始?jí)毫^低，隨著圍巖空隙被填充，需要一定壓力劈開(kāi)裂隙才能繼續(xù)進(jìn)漿。施工時(shí)需要觀察好注漿終壓不能高于規(guī)定的注漿壓力值[3]。

(4)注漿泵異常：在注漿過(guò)程中，注漿泵會(huì)由于管路故障而提高壓力，機(jī)器發(fā)出異常的聲音，壓力表指示壓力上升，如果不及時(shí)處理會(huì)產(chǎn)生高壓傷人危險(xiǎn)事故。此時(shí)必須停泵卸下注漿高壓軟管，沖洗清理管路，或者清理混合器，檢查出故障部位，并予以處理，沖洗干凈，然后再繼續(xù)工作。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述隧道內(nèi)一系列滲漏水處理措施，淺埋暗挖隧道內(nèi)滲漏水問(wèn)題基本得到了控制，為后續(xù)類似問(wèn)題的解決提供了經(jīng)驗(yàn)和借鑒。