浅埋暗挖隧道施工中的地下水处理

浅埋暗挖隧道施工中的地下水处理

0地铁隧道暗挖法施工技术在经济快速发展的当今社会中，人们的工作和交通速度加快，城市交通需要快速、方便的交通。为了解决这个交通问题，许多城市往往选择在地面上无法满足交通需求的情况下发展地下空间。地铁是社会各界公认的解决城市交通问题的唯一途径。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期支护方案及地下水条件沈阳地铁二号线起松区间隧道全长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16.72m(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1.00m~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~11.00m)、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~110m/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1m,才能保证隧道的顺利施工。2井深井井点降水从施工经验来看,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;c)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。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、工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井内降水的设计和施工3.1参数计算3.1.1设计进出水量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1.0m,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。基坑涌水量为:式中,S为设计水位降深;K为渗透系数(由地质资料提供);R为抽水影响半径,单井出水量计算公式为:式中,l为过滤器有效长度(m);r为过滤器半径(m);K为渗透系数(m/d)。3.1.2参数计算3.1.2.管井单井出水能力及井位布置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工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.地质条件分析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。3.1.2.局部井位调整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井管与井管集中连接采用反循环钻机成孔,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)钻进中孔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监测和分析地表沉降4.1地表沉降量的计算在井点降水过程中,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:式中:S———降水引起的地表沉降值(m);E式中:γ取最不利值为:ΔH=8.84m,E在正线施工过程中,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酶监测结果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开挖围岩质量本区间降水井施工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地下井水资源概况浅埋暗挖隧道施工成功与否的关键在于地下水的处