浅谈城市浅埋暗挖隧道施工技术

1、浅谈城市浅埋暗挖隧道施工技术-铁道建筑技术浅谈城市浅埋暗挖隧道施工技术-铁道建筑技术浅埋暗挖黄土隧道施工降水技术研究扈慧丽1 (1.中铁七局三公司，咸阳，712000) 摘要：通过对西安地铁一号线劳玉浅埋暗挖黄土区间隧道施工降 水进行计算分析，探讨各施工工况浅埋暗挖黄土隧道水位变 化规律。计算结果表明，隧道土体含水量在降水初期比较大、水位 较高，随着工程的实施，时间的增加，水量逐渐减少，水位 逐渐降低。计算结果与施工效果具有很好的符合性，对控制施工水 位，确保施工安全，节约工程成本，提高工程效益具有重要 的现实意义。关键词：浅埋暗挖；黄土隧道；施工P水 Construction Techniq

2、ue Study For Dewatering Technology Of Shallow Buried Covered Excavation Loess Tunnel HU HuiLi1 ( 1.the Third Engineering Corp. ,Ltd of China Railway Seventh Group, Xian-Yang, 712000) Abstract: Through carries on the computation analysis to construction dewatering for shallow buried covered excavatio

3、n loess tunnel of Xi -an subway first line Lao-YuSection, probed into in each working condition roadbed shallow buried covered excavation loess tunnel water-level change law. The computed result indicated that the tunnel soil body water content is quite big in the precipitation initial period, the w

4、ater level to be high, along with the project implementation, time increase, the water volume reduces gradually, the water level reduces gradually. The computed result and the construction effect have the very good compliance, to controls the construction water level, ensures the construction securi

5、ty, saves the project cost, raises the project benefit to have the vital practical significance. Key words: shallow buried covered excavation; loess tunnel; construction dewatering 1弓E 浅埋隧道通常位于软弱、破碎、自稳时间极短的围岩中，若施工 方法不妥，极易发生冒顶塌方或地表有害下沉。浅埋暗挖法是针对浅埋隧道施工开发生的一种较成熟的 施工方法。在北京地铁复兴门折返线工程中首次应用取得成功，这是 我国城市地下工程专

6、家和技术人员将新奥法的基本原理和 城市地下隧道开挖的实践相结合的产物。黄土在干燥状态下强度甚高，当含水量达到一定程度后强 度就会显著降低。伴随着我国综合国力的提高，许多大城市现代化建设正在提速，地面上的道路已经远远不能满足交通的要求，为缓解日益增加的交通压力而大规模进行城市地铁的建设。由于黄土的遇水易解体坍塌，为此，浅埋黄土隧道开挖围岩的稳定性与否取决于降水施工的成败。本文结合西安地铁劳-玉暗挖区浅埋暗挖区间降水设计施 工进行研究，为类似工程施工提供借鉴作用。2工程概况 本区间隧道地下水为第四系孔隙潜水，主要 含水层为第四系晚更新统冲积砂类土层，主要为粉细砂、中 砂和粗砂。第四系孔隙潜水补给源

7、主要为地下径流，其次为大气降水 与管网渗漏补给。地下水位埋深为 7.29.8。地下水位与季节、气候、地下水赋存、补给及排泄有密切 的关系。丰水期（10月3月）间，地下水位会有所上升； 枯水期, 地下水位会有所下降，水位年变化幅度约为2.0o根据区域地质资料，拟建场地地下水流向为自东南向西 北。西安市西城墙外护城河位于该区间终点东约400 o勘察设计文件中，拟建场地地表未发现黄土陷穴及人为坑洞，但存在隐伏坑洞的可能性。因此在降水井施工前必须进行普探工作，查明周边情况。该层土组成物质以粘性土为主，其中杂填土含较多建筑垃 圾及碎砖瓦块，成份复杂，颗粒粒度极不均匀，土性差异大， 结构较松散，开挖易坍塌

8、，易引起地面变形。区间右线 YDK17+140280、左线ZDK17+160300段隧 道基底分布中砂，为防止开挖过程中饱和砂层可能产生的突然涌水、涌砂及便于施工，施工前应进行井点降水，为了增 加地下水径流的长度，施工过程中地下水位宜低于基底开挖 面以下1.01.5。本区间隧道采用潜埋暗挖法施工，坑壁土体主要为新黄 土、古土壤、粉质粘土及砂类土，施工过程中均可能产生坍 塌，施工过程中需加强支护和排水措施。由于施工周期较长，且施工时须采取降水措施，故可能引 起局部范围内的地面变形。虽然拟建场地空旷，附近无高大建筑物，但是周围地下分 布有排污管道、电缆和天然气管道等，且拟建场地位于绿化 带中，施工

9、过程中应对周边进行变形观测，且应特别注意环 境保护，必要时对主要地下管线进行改道或加固。3降水方案3.1方案选择根据工程地质条件、水文地质 条件及隧道内周边建筑物环境条件，劳动路玉祥门区间的 隧道内降水可以采用坑外管井降水，主要选择原因如下：(1)隧道施工深度范围内含水层主要为第四系晚更新统冲积砂类土层等，综合渗透系数取12可以采用管井降水方案。（2）根据研究场地工程和水文地质条件及周边环境，采用管井降水方案是有保证的。（3）隧道内工程降水涉及到的因素比较多，为了保证隧道内降水顺利进行，以及为了解决后期施工降水生现的问题， 如局部水位下降太慢或降水不符合设计要求等，需要根据邻 近降水井附近区域

10、的观测井水位资料来判断（降水时可利用 旁边没有开启的降水井作为观测井使用）。3.2 降水设计计算 3.2.1计算参数 根据工程地质勘察报 告对各含水层渗透系数的建议值，以及本区间各含水层的厚 度，计算中取综合渗透系数为12。拟采用降水井的参数为：井径800,井管外径600,内径500o相关计算参数表见表一。区间暗挖段隧道涌水量计算参数表表1分段区间里程轨顶埋深 （）（）（）（）（）（） 刀 YDK16+684.00 YCK16+987.08 15.0 14.0 12 19.5 7.5 303.1 20 1.04 15.0 14.0 12 19.5 7.5 303.1 20 1.04 YCK16

11、+987.08 YCK17+404.30 14.0 16.8 12 20.5 9.5 417.2 20 1.03 14.0 16.8 12 20.5 9.5 417.2 20 1.03 3.2.2 隧道降水井深计算井深的确定： 降水井的深度按工程地质手册（第四版）公式（9-5-3）确定：，其中：为隧道内深度；为降水漏斗的水力坡降，计算中取 0.1;,为 隧道内等效半径，或者是降水井排间距的一半（）；本计算中暂定排间距为20;为设计要求降水水位距离隧道内底的深 度，本设计中取1; L为降水井过滤器工作长度（）；为降水 期间地下水位变幅，取2;为沉砂管长度，取 3;设计单井由水量为360 （）,根

12、据建筑隧道内支护技术规程（JGJ120-99）公式8.3.4初步确定： 其中：为渗透系数，本计算中取值 12;为管井半径（），本设计中 拟采用0.3。根据暗挖区间施工进度安排和施工特点，本计算中暂按30作为一个隧道考虑。则，根据隧道降水特点，以往工程经验和计算结果，本 区间拟采用降水井 25.0m。3.2.3降水的计算 根据本区间结构特征、周边建筑物情 况、地层地质特点，周围水文地质条件及降深，同时结合地 铁隧道施工降水的特点，本区间根据降深分为二部分来考 虑，即 YDK16+684.00 YCK16+987.08 和 YCK16+987.08 YCK17+404.30 部分。由于降水在不同时

13、期涌水量是变化的，初期涌水量大，变 化大，后期涌水量趋于平稳，为稳定涌水量。因此计算中，分别根据工程经验，选用（由勘察报告得）计算降水初期的最大涌水量和根据建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-99）确定降水影响半径计算稳定涌水量。根据区间开挖深度范围内含水层的分布情况及地下水赋存特征，本区间涌水量计算采用模型为潜水完整井，隧道内远离边界，见下图。根据建筑隧道内支护技术规程（JGJ120-99）公式计算:,，。式中：为涌水量（）；为影响半径（）；为含水层厚度（）；为系数， 计算方法参见工程地质手册（第三版）第955页表9-5-3, 线性插入，具体见表1;其中：为降水等效半径（）；一隧道宽度，本

14、计算中取隧道两线平均 宽度20.0m；为基坑（降水井壁外侧）水位降深（）；L为隧道计算长度（）；为单井由水量（）；为降水井数（个）。首先进行 YDK16+684.00YCK16+987.08段降水计算：（1）涌水量计算 降水平稳期：根据规程F.0.7确定降水影响半径；根据工程地质手册（第三版）公式 9-5-11确定基坑等效半径：;基坑涌水量为降水初期：根据勘察报告提供的经验值，降水影响半径取为70.0;基坑等效半径；基坑涌水量：（2）降水井数量计算 按规程8.3.3计算得：降水初期，单井生水量按 480计算，需要降水井的数量为（个）；降水平稳期，单井由水量按 360计算，需要降水井的 数量（个

15、）。其次进行 YCK16+987.08YCK17+404.30段降水计算：（1）涌水量计算降水平稳期：根据规程F.0.7确定降水影响半径，根据工程地质手册（第三版）公式9-5-11确定基坑等效半径；基坑涌水量：降水初期：根据勘察报告提供的经验值，降水影响半径为70.0;基坑等效半径基坑涌水量：（2）降水井数量计算 按规程8.3.3计算得：降水初期，单井生水量按 480计算，需要降水井的数量为（个）；降水平稳期，单井由水量按 360计算，需要降水井 的数量为（个）。3.3 管井位置确定 根据暗挖区间和竖井及横通道的结构 尺寸等因素综合考虑确定降水井距的位置。考虑地下结构施工操作空间及尽量避免降水

16、井置于结构中（以免与结构施工发生矛盾）。因此，初步确定降水井中心距结构外边缘不小于3.5。根据暗挖区间的地质情况、地下水位埋深、水位降深要求、区间结构特点和施工特点，结合计算结果和以往工程经验， 拟在线路上布置降水井 64 口，考虑到地裂缝对降水的影响，在地裂缝附近，采用 30.0的降水井，平均井间距约 20.0,其 余地段降水井深度 25.0,平均井间距约21.0o实际采用的泵型应根据隧道内水位及由水量确定，刚开始 降水时涌水量比较大，可通过适当增加泵量来调节，待抽水 进入稳定期，涌水量减小后，可换用较小流量的水泵。4降水施工保证措施 4.1防止水位下降导致的地面沉降 的措施 处于地下水位之

17、下的土体，当地下水被疏干时，浮 力消失，所消失的浮力转化为自重应力，其自重应力增加值 相当于浮力消失值，并可视等同于原始状态下土体附加应力 增加值。土体在附加应力作用下产生压缩变形的公式如下：式中，为最终沉降量（）；av为压缩系数；为孔隙比；为附 加应力（）；为压缩层厚度（）。从公式中可以得由，沉降量与附加应力成正比，附加应力 与水位下降深度有关。因此，在降水过程中，可采用延长降水周期，减缓降水速 度来控制水位降落曲线，使之平缓下降，减小不均匀沉降。4.2 防止降水井反滤失效导致的地层土颗粒的流失的措 施降水井穿越的地层有粗砂和粉细砂，如果降水井反滤层 没有处理好，易导致土层中颗粒的流失，随着

18、降水的时间延 长，有可能导致地面沉降，进而破坏邻近建筑物的基础，导 致建筑物产生不均匀沉降。根据多年来的工程实践经验，在黄土层中的降水，因反滤 层质量导致的土颗粒的流失情况较少发生，但在砂层，因反 滤层质量导致的土颗粒的流失情况时有发生，进而导致地面 沉降。因此，对于本工程采取以下措施对此类问题加以控制：(1)在成井施工时，严格控制降水井的滤料粒径(35砾石)，提高滤料的过滤作用。为防止涌砂，成孔时做好地层描述， 井底填入0.5厚砾石。(2)在抽水时，注意观测水中的含泥砂量，大于时应停止 抽水，查找原因。4.3 地下结构渗漏封堵措施一般黄土地层中，施工质量控制得当、降水效果良好能有效的降低潜水

19、位。可以保证隧道内壁的干燥。对于部分地层中夹有砂层的情况，即使潜水位降至设计要 求，由于砂层水平向的导水作用，两井之间的隧道内壁砂层 可能由现局部渗漏或涌水现象。由现这种情况，一般堵漏方法的选择取决于漏水的速度、水压力的大小、渗漏的部位以及漏水点所处的地层等。一般有以下两种情况：(1)对于漏水点比较小，渗水速度慢，渗水为清水。由现这种情况，可采用加设反滤的排水孔将渗水导入集水 坑，集中抽生。（2）漏水量大，漏水速度快，渗水携带地层颗粒流生。由现这种情况时，采取如下措施：先用砂砾石回填反压渗漏部位，确保地层土颗粒不流失；对于设有帷幕的隧道内条件，在坑内采用速凝型浆体材料（速凝型注浆材料选用水泥浆

20、和水泥-水玻璃双液浆，配比0.6:11:1）压力注入，封堵渗漏点；当坑外水压力较大， 难以从坑内有效封堵时，可利用渗水点外侧已有的降水井抽 水，进行短期减压，然后在坑内注浆封堵。具体的封堵措施根据地层环境和外界条件的变化而调 整，并且在补救过程中应加强水位和变形监控。在开工前，编制好相应的应急预案和详细的施工方案。一旦由现漏水，立即组织实施，把渗漏水对进度造成的不 良影响降至最低。4.4 局部水位不满足施工要求时采取的补救措施本工程隧道内呈线性分布，从劳动路到玉祥门地下水和基础底呈线 性降落，坑底埋深 15.017.7,降深约5.69.5 （右线）不 等。在降水井工作抽水的情况下，隧道内设计降深最大的局部 区域可能由