馬超群

（北京住總集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100000）

0 引言

在地鐵隧道施工過(guò)程中，淺埋暗挖法施工需要保證開(kāi)挖面圍巖土體的穩(wěn)定性以及無(wú)水作業(yè)的環(huán)境[1]。通常在隧道開(kāi)挖前，采用地面打設(shè)降水管井的方式將地下水降至開(kāi)挖面0.5m以下。但是城市地鐵區(qū)間多位于建筑物、城市道路以及管線等設(shè)施的密集區(qū)。地面打設(shè)降水井變得越來(lái)越困難。以北京地鐵12號(hào)線光熙門(mén)站～西壩河站區(qū)間暗挖聯(lián)絡(luò)線為例，該工程1號(hào)豎井及橫通道承壓水（四）水位為24.20～29.40m，高于3層導(dǎo)洞，且水頭高度為3.0～4.0m，并位于粉細(xì)砂層，透水性好，造成開(kāi)挖困難，影響工期及周邊地面安全。針對(duì)上述問(wèn)題，將洞內(nèi)降水技術(shù)成功用于地鐵豎井橫通道施工，成功地解決了降水問(wèn)題。本文對(duì)該技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)，以期對(duì)類(lèi)似工程提供參考。

1 工程概況

光熙門(mén)站～西壩河站區(qū)間起點(diǎn)位于太陽(yáng)宮西橋西側(cè)的光熙門(mén)站，線路出站后沿北三環(huán)東路自西向東敷設(shè)，隨后左線以R-500m曲線、右線以R-450m曲線調(diào)整線路走向繼續(xù)前行，下穿壩河后，到達(dá)位于西壩河?xùn)|側(cè)，北三環(huán)東路與西壩河南路路口的西壩河站，區(qū)間左線設(shè)置與17號(hào)線聯(lián)絡(luò)線。

該區(qū)間1號(hào)施工豎井位于北三環(huán)東路國(guó)美電器停車(chē)場(chǎng)內(nèi)，臨近周邊4層快捷酒店，2層商業(yè)以及西壩河北里201號(hào)院。施工豎井尺寸為4.6m×6.9m，深32.627m，橫通道總長(zhǎng)72.4m分3層導(dǎo)洞均采用臺(tái)階法施工，通道拱頂埋深16.542～22.278m，通道上方有3600×2500熱力管線、DN1050污水管、DN1400上水管、DN1500雨水管等市政管線。1號(hào)豎井橫通道平面圖如圖1所示。

2 工程地質(zhì)及水文情況

2.1 工程地質(zhì)

根據(jù)野外勘探、原位測(cè)試及室內(nèi)土工試驗(yàn)成果，結(jié)合該工程初步勘察成果資料，依據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)范對(duì)所勘探地層進(jìn)行劃分。按成因年代分為人工堆積層和一般第四紀(jì)沖積層兩大類(lèi)，1號(hào)豎井橫通道主要穿越地層施工橫通道，穿越⑥粉質(zhì)黏土層、⑦卵石-圓礫層、⑦2粉細(xì)砂層（如圖1所示）。

圖1 1號(hào)豎井橫通道平面圖

2.2 水文地質(zhì)

本區(qū)間主要賦存有4層地下水，其類(lèi)型分別為上層滯水（一）、層間潛水（二）、層間潛水（三）和承壓水（四）。其中層間潛水（三）位于二層導(dǎo)洞頂部，承壓水（四）位于3層導(dǎo)洞底部以上約4.3m。承壓水（四）含水層巖性為粉細(xì)砂⑦2層，透水性好，水頭高度為3.0～4.0m勘探穩(wěn)定水位標(biāo)高為11.31～13.90m，水位埋深為24.20～29.40m。

3 橫通道降水方案施工

目前光熙門(mén)站～西壩河站區(qū)間1號(hào)豎井橫通道1、2層導(dǎo)洞開(kāi)挖72.4m，現(xiàn)已封端。三層導(dǎo)洞上臺(tái)階開(kāi)挖進(jìn)尺4m后，掌子面出現(xiàn)明流水并伴有涌砂現(xiàn)象，造成開(kāi)挖困難，目前對(duì)三層導(dǎo)洞已封閉掌子面。目前已采用深孔注漿方式自三層橫通道上臺(tái)階沿拱圈進(jìn)行，注漿效果不理想，仍存在涌水涌砂現(xiàn)象，開(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)較大，致使施工受阻。

3.1 降水方案的比選

該工程原降水方案為地面打設(shè)管井進(jìn)行降水，降水井設(shè)計(jì)深度38m，管井材質(zhì)為無(wú)砂管，因場(chǎng)地位于停車(chē)場(chǎng)內(nèi)，周邊構(gòu)筑物林立，交通車(chē)輛密集，受場(chǎng)地影響，降水條件無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，三層橫通道開(kāi)挖后，采用深孔注漿的方式進(jìn)行止水，但受承壓水的影響，效果不佳。橫通道降水方案對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 橫通道降水方案比選

3.2 橫通道降水方案施工

根據(jù)該區(qū)間實(shí)際施工情況，該方案采用洞內(nèi)打設(shè)管井并配合斜向丼點(diǎn)降水的方式進(jìn)行降水。橫通道二層在完成上層拱架安裝后，在開(kāi)挖下部拱架過(guò)程中，拱腳位于卵石層，由于下層粉質(zhì)黏土隔水導(dǎo)致卵石層含層間水，且真空孔插孔困難無(wú)法及時(shí)排水，導(dǎo)致在施工開(kāi)挖過(guò)程中出現(xiàn)滲水，同時(shí)橫通道二層下拱及橫通道三層上拱位于粉細(xì)砂及承壓水層，容易在拱腳兩側(cè)出現(xiàn)坍塌。

4 洞內(nèi)降水施工技術(shù)要點(diǎn)

4.1 洞內(nèi)管井降水

為滿足洞內(nèi)施工要求，在二層橫通道內(nèi)進(jìn)行施做管井施工，采用4節(jié)2m長(zhǎng)無(wú)砂管，打設(shè)深度8m，間距6m，共計(jì)12眼井，見(jiàn)表2所示。

表2 洞內(nèi)降水井設(shè)計(jì)參數(shù)

4.1.1 測(cè)放井位

根據(jù)確定無(wú)誤的井位測(cè)放井位，井位測(cè)放完畢后應(yīng)做好標(biāo)記，方便后期施工。若布設(shè)井位無(wú)法正常施工，及時(shí)與總包、設(shè)計(jì)方溝通處理，必要時(shí)適當(dāng)調(diào)整井位。二層橫通道內(nèi)降水井平面布置及剖面圖見(jiàn)圖2所示。

圖2 二層橫通道內(nèi)降水井平面布置及剖面圖

4.1.2 施工工藝流程

洞內(nèi)打設(shè)降水井施工采用泵吸反循環(huán)鉆機(jī)鉆進(jìn)，具體工藝流程如下：

（1）初支結(jié)構(gòu)破除。對(duì)降水丼點(diǎn)位置上方初支結(jié)構(gòu)進(jìn)行破除，混凝土及格柵破除長(zhǎng)1.245m，寬度1.2m。

（2）圍泥漿池。在距降水井3m左右處圍泥漿池，采用特制的鋼板和塑料布圍成合適大小形狀，一般每2～3口井共用一個(gè)泥漿池。

（3）鉆機(jī)就位。鉆機(jī)就位時(shí)需要采用水平儀找平，做到周正、水平、穩(wěn)固。以保證鉆進(jìn)過(guò)程中鉆機(jī)穩(wěn)定。起落鉆塔必須平穩(wěn)、準(zhǔn)確。鉆機(jī)對(duì)位偏差應(yīng)＜20mm，鉆塔垂直度偏差＜1%。

（4）鑿井。泵吸反循環(huán)鉆進(jìn)過(guò)程中，巖屑經(jīng)鉆頭→鉆桿→主動(dòng)鉆桿→水龍頭→砂石泵吸口排入泥漿池中。鉆進(jìn)過(guò)程中要隨時(shí)觀察沖洗液的流損變化，水的補(bǔ)充應(yīng)隨沖洗液的流損情況及時(shí)調(diào)整，一般應(yīng)保持沖洗液面不低于井口下1m。

鉆進(jìn)過(guò)程中要經(jīng)常觀察排渣口的排渣狀況及返水量大小。發(fā)現(xiàn)鉆渣突然減少或水量減少時(shí)，應(yīng)及時(shí)串動(dòng)鉆具，減小鉆壓，控制進(jìn)尺或暫停鉆進(jìn)，待排渣正常后再鉆進(jìn)。

泵吸系統(tǒng)的連接要做到嚴(yán)密、牢固、通順。每次加接鉆桿前，應(yīng)使反循環(huán)延續(xù)1～2mim，待吸到鉆桿內(nèi)的鉆渣全部排出地表后再停止砂石泵。應(yīng)防止因停泵過(guò)早，鉆桿內(nèi)鉆渣回落到鉆頭吸口處造成堵塞。

（5）替漿。鉆孔至設(shè)計(jì)深度后(一般應(yīng)大于設(shè)計(jì)深度0.5～1.0m)，用抽筒將孔底稠泥漿掏出并測(cè)定孔深。同時(shí)加清水稀釋?zhuān)话阋該Q漿后泥漿不染手為準(zhǔn)。換漿過(guò)程中，應(yīng)安排好泥漿的清運(yùn)或排放工作。

（6）下管。下管時(shí)，采用9節(jié)0.95m長(zhǎng)無(wú)砂管，同時(shí)作業(yè)人員在安全距離包纏1層100目尼龍布，緩緩下放，當(dāng)管口與井口相差200mm時(shí)，接上節(jié)井管，接頭處用尼龍網(wǎng)裹嚴(yán)，以免擠入泥砂淤塞井管，豎向用3～4條30mm寬、長(zhǎng)2～3m的竹條用2道鉛絲固定井管，為防止上下節(jié)錯(cuò)位，在下管前將井管依井方向立直。井管放置要垂直，并保持在井孔中心；為防止泥沙或異物落入井中，井管要高出地面不小于0.5m。

（7）填礫料。井管下入后立即填入礫料，下部采用2～4mm濾料回填，上部采用黏土回填。礫料沿井管外四周均勻填入，宜保持連續(xù)。填礫料時(shí)，應(yīng)隨填隨測(cè)礫料填入高度，當(dāng)填入量與理論計(jì)算量不一致時(shí)，及時(shí)查找原因。不得用裝載機(jī)或手推車(chē)直接填料，應(yīng)用鐵鍬填料，以防不均勻或沖擊井壁，如遇蓬堵可用水沖。

（8）洗井。洗井應(yīng)在下管填礫后4h內(nèi)進(jìn)行，以免時(shí)間過(guò)長(zhǎng)影響洗井效果。洗井后若發(fā)現(xiàn)濾料（黏土面）下沉，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)填濾料至設(shè)計(jì)高度。洗井施工采用空壓機(jī)，由地下潛水位開(kāi)始分段洗，直至水清砂凈，達(dá)到上下含水層水串通，再接管繼續(xù)洗。洗井過(guò)程中應(yīng)觀測(cè)水位及出水量變化情況。

（8）初支結(jié)構(gòu)恢復(fù)。待洗井結(jié)束后，對(duì)初支格柵進(jìn)行修復(fù)，采用上下兩排間距為100mm的C22鋼筋對(duì)降水井前后共3榀格柵進(jìn)行連接，同時(shí)設(shè)置4圈C14鋼筋作為箍筋，間距120mm，修復(fù)鋼筋。

在未進(jìn)行三層導(dǎo)洞施工前進(jìn)行洞內(nèi)抽水，滿足降水深度要求。在開(kāi)挖過(guò)程中，對(duì)已露出降水井進(jìn)行破除，保留三層橫通道底板至井底間降水井，繼續(xù)抽排，在施工完成后采用混凝土回填。

噴混完成后，下泵進(jìn)行抽排，抽出的水通過(guò)橫通道兩側(cè)排水溝排入豎井集水坑中，再用集水坑水泵抽排。

4.2 斜向丼點(diǎn)降水

在三層橫通道施工前采用斜向丼點(diǎn)降水輔助施工，起到阻水的作用，穩(wěn)定拱腳并且防止開(kāi)挖過(guò)程中局部流沙及管涌等不良現(xiàn)象。

三層導(dǎo)洞上臺(tái)階開(kāi)挖前，在二層導(dǎo)洞仰拱上方30cm，斜向下打設(shè)丼點(diǎn)，打設(shè)丼點(diǎn)直徑80mm，打設(shè)深度3.5m，打設(shè)角度15°，丼點(diǎn)間距1m，成井后采用真空泵進(jìn)行輔助降水，確保施工場(chǎng)地內(nèi)無(wú)明顯積水。三層橫通道下臺(tái)階開(kāi)挖前，在上臺(tái)階節(jié)點(diǎn)板位置上方30cm處斜向丼點(diǎn)降水。丼點(diǎn)降水平面布置圖如圖3所示，下臺(tái)階開(kāi)挖前丼點(diǎn)降水側(cè)面及剖面布置圖如圖4所示。丼點(diǎn)管采用外徑Φ40、壁厚3.7mm的聚乙烯管，每根長(zhǎng)度3.5m，外露0.3m。用地質(zhì)鉆機(jī)在橫通道側(cè)壁鉆孔，孔徑80mm，聚乙烯管外包1層濾網(wǎng)，濾網(wǎng)采用編織布，外包100目密目網(wǎng)，每隔50～60mm用10號(hào)鉛絲進(jìn)行綁扎。管口與抽水設(shè)備連接，進(jìn)行抽排降水。

圖3 丼點(diǎn)降水平面布置圖

圖4 下臺(tái)階開(kāi)挖前丼點(diǎn)降水側(cè)面及剖面布置圖

5 降水引起地面沉降計(jì)算

降水引起的地面沉降，計(jì)算公式如下：

式中：s——計(jì)算點(diǎn)的總沉降量，mm；

ψi——沉降經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)；

ΔPi——計(jì)算點(diǎn)因水位變化施加于第i層土的平均附加應(yīng)力，kPa；

Δhi——計(jì)算點(diǎn)第i層土的厚度，m；

Esi——第i層土的壓縮模量，kPa；應(yīng)取土的自重應(yīng)力至自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和的壓力段的壓縮模量值[2]。

經(jīng)計(jì)算，降水引起的地面沉降量不大于4.25mm。

6 降水沉降監(jiān)測(cè)

為了防止在降水施工中引起建筑物沉降過(guò)大，對(duì)降水區(qū)段周邊構(gòu)筑物及地面布置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。為進(jìn)一步確保建構(gòu)筑物的安全，減小觀測(cè)誤差，變形監(jiān)測(cè)應(yīng)采用同一基點(diǎn)；對(duì)共同的監(jiān)測(cè)目標(biāo)，測(cè)點(diǎn)布設(shè)數(shù)量及位置應(yīng)與第三方監(jiān)測(cè)單位保持一致。由于降水施工單位對(duì)于管線監(jiān)測(cè)技術(shù)有限，對(duì)管線沉降監(jiān)測(cè)可借助第三方或是總包單位監(jiān)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行聯(lián)測(cè)[3]。

7 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)際的周邊環(huán)境、施工情況、地質(zhì)水文以及降水井設(shè)計(jì)等，制定了在已成型導(dǎo)洞內(nèi)打設(shè)降水井，并輔以斜向丼點(diǎn)降水的措施，達(dá)到了滿意的降水效果；從打設(shè)洞內(nèi)降水井到竣工，僅用了30d，相較于地面補(bǔ)打降水井,極大地縮短了工期，并且保證了下道工序的順利進(jìn)行，值得類(lèi)似工程借鑒。