武吉高速 A19標何市隧道出口段降水施工

郭明宇

1 概述

大慶—廣州高速公路武吉線A 19標何市隧道出口段，位于淺埋區，其圍巖為軟弱Ⅴ級全風化花崗閃長巖，該巖遇水軟化呈砂土狀，水穩性差，呈松軟 ～松散結構，極易坍塌變形。開挖后，發現圍巖節理裂隙發育，工作面滴、滲、涌水和潛流嚴重，加劇圍巖軟化，變形，坍塌等，從而加大隧道開挖難度。為加快工程進度，項目部采用降水方案，降低隧道的潛水水位，攔截地下潛水，以增大圍巖的水穩定性和強度。確定在K83+400～K 83+380段的右線隧道兩側施工降水井四口，進行超前降水。以觀察降水對圍巖的增強，增穩和疏干效果，并進行相關的水文地質實驗，以了解地層的水文地質參數。

2 水文地質

施工段的水文地質情況如下:1)在 3號，4號井接近終孔處打出微風化花崗閃長巖。2)造孔時揭露的地層自上而下分別為:強風化花崗閃長巖，揭穿厚度 4m～6m。弱風化花崗閃長巖，揭穿厚度15.2m～22m。3)地下水。該區段存在豐富的地下潛水，風化裂隙水，局部地段發育空隙水和構造裂隙水。

3 降水井型的選擇

按隧道設計圖可知，井深為 31m～82m。滿足此要求的降水井當屬管井，并用深井泵抽水。

4 降水方式的選擇

針對本工程降水的目的，擬采用超前降水，以二列井點布設于擬挖區(隧道)的兩側，井軸線距隧道外輪廓邊線為1 700mm。

5 降水試驗

為使降水效果明顯、降水井布置合理，滿足施工要求，采用試驗法進行降水設計。結合隧道周邊環境，在右線隧道距隧道開挖邊界1.7m平行設置4口300mm的降水試驗井，兩端3口兼作觀測井，井間距離為10m，井深至隧道仰拱以下8m，觀測井距降水井為 10m。通過水位觀測孔水位變化的測定和管井內抽水量的量測，確定降水影響半徑R，實際土層的滲透系數K，從而確定井點數量及井的距離。

5.1 試驗方法

1)降水井施工。砌筑泥漿槽，泥漿泵安裝就位，工作平臺搭建。鋼筋籠焊接完畢安裝過濾網。鉆孔至深度，清孔、孔底沉碴，下鋼筋籠、鋼管，井壁與濾水管之間回填3mm～7mm干凈石屑濾料，空壓機洗井。安設水泵，布置抽水管路。2)觀測試驗。從降水井抽水開始，抽水深度控制在隧道仰拱以下，記錄每小時抽水量，并連續測量觀測孔水位下降情況。經實驗測得單井涌水量，在連續抽水，形成穩定的降落曲線后，停止抽水查明水位恢復情況，到水位完全恢復時，測得潛水水位埋深。

5.2 參數計算

1)滲透系數K。

其中，K為實際滲透系數，m/d;Q為實際涌水量，m3/d;r2，r1均為水位觀測孔距管井的距離，m;h2，h1均為觀測孔的水位值，m。

2)影響半徑R。

其中，S為抽水井的水位降低值，m;H為含水層厚度，m。

6 降水井結構和參數的確定

井徑為300mm，下入φ127mm濾管，濾管外纏鐵絲和包濾網，外層為中、粗砂濾料層，底部下入自動控制的 4″電動深井泵，泵量為4m3/h～6m3/h，揚程60m～90m。縱距10m，井深為超過隧道底板 8m。降水深度暫定為隧道底板下 1m。

7 降水井施工程序和質量監控

降水井按以下程序作業，并嚴格控制施工質量。

1)造孔:用鉆井設備，在提供的坐標及設計的井位上鉆孔，孔徑300mm，深度應達到預定深度，并應清除孔內沉碴，以免濾管下入深度不足。

2)下濾管:先按要求加工好 φ127的濾管，即先在管上鉆φ10mm小孔，焊上直筋條外包鐵質或塑料質濾網，再用鐵絲沿外圈綁扎，按序將濾管下到設計深度。

3)下濾料:在濾管外下入中、粗砂作濾料層，濾料在下入過程中一定要保證充滿整根濾管外圍，不得架橋、架空等。

4)洗井:用機械活塞和壓縮空氣反復多次對全井進行清洗，直至抽出的水清澈，無泥無沙，必要時可加入六偏焦磷酸鈉等化學試劑進行化學洗井，以便達到最好的降水效果。

5)試抽:洗凈降水井后，開始試抽，用不同的降源和不同的水泵淹沒深度進行抽水，得出最大抽水量的參數，以便有最佳的抽水效果。

6)抽水:用最佳抽水參數進行超前抽水，直至此段隧道開挖施工完成。如此重復推進，超前抽水直至整個淺埋段隧道竣工。

8 資料整理分析

1)所進行的各次抽水實驗相關曲線和水位恢復曲線，現對其分析如下:

a.1號井進行了三次抽水實驗。兩次水位恢復測定，第一次抽水時由于井內、空隙和裂隙未充分疏通，所以其變化跳動十分明顯，這是水力通道變化的最好例證。第二次抽水時該井的水量較大，變化大大減緩，可供抽水時間較長。第三次抽水時，大量潛水已由水頭更低的工作面排走，故此時該井已成為非完整井了，所以水量、水位雖然仍較平穩。但水量大不如前了，最后只能以0.72m3/h的水量連續地抽水，其抽出量僅為第二次實驗的 24%。

b.2號井由于水泵故障，未能進行群井抽水實驗，但在 10月9日抽水中，其抽水時間不長，只能抽20min，就停抽待恢復了。

c.3號井為典型的干井，雖然水位經數小時的恢復回到 14.30m。但只抽了10m in，水位馬上降到30.10m，降深達15.80m，而抽出水量僅為 0.12m3。換言之，只是抽出井管內的 10多米水柱就干了。就是典型的缺乏水源。

d.4號井是低補給井，可供抽出的水量雖仍穩定，但水量低至1.5m3/h(12m3/d)。而且水位仍只能維持在 22.10的低水位狀況，可以認為該井的補給量和可供抽出的水量均在很低水平。

e.總體來說由于水文地質條件各不相同，特別是作為水力通道裂隙節理發育程度及連通狀況的差異和水源補給的大小，使四口井的抽水效果不一樣，但它們均能抽出地下潛水，及時的抽走在其影響范圍內的地下水，從而減少工作面的水頭壓力和滴、涌、滲水，實現超前降水的目的。因此，亦能達到降低隧道的潛水水位，疏干圍巖，增加其強度及水穩定性，減少其變形、坍塌、軟化的效果。

2)該施工區地層的相關水文地質參數按《供水水文地質勘察規范》計算如下，計算使用第二次抽水實驗的資料。

a.滲透系數K(m/d)。

其中，Q為出水量，經計算為48m3/d;tk為抽水開始至停抽時間，為90min;tT為停抽后水位恢復到開始抽水位的時間為100min;h為水位恢復時的潛水層厚，為 22.72 m;H為自然情況下潛水層厚，為33.47m。代入K=0.008 12m/d。

b.影響半徑R(m)。

由式(1)R=2S H?K估算，其中，S為抽水降深，為1.05m; H為含水層厚，為33.47m;K為滲透系數，為0.008 12m/d，代入R= 1.09m。

由式(2)R=[K(l+S)h/0.366Q]+r，其中，K為滲透系數，為0.008 12m/d;l為過濾長度，為28m;S為水位降深，為1.05m;h為潛水層水位恢復時厚度，為22.72m;Q為抽水量，為48m3/d;r為降水量井半徑，為0.075m。代入R=2.399m取為2.4 m，式(1)，式(2)兩式結果不同，現取式(2)，即R=2.4m。

9 降水施工效果評價

1)如前所述，本次施工的四口降水實驗井，初步達到降水的預想效果。起到了攔截地下潛水;降低開挖區段的水位;部分的疏干工作面;增大圍巖的水穩定性和強度;減少圍巖軟化、變形、坍塌;減少工作面滴、涌水的作用。1號井在花崗巖地區，能連續48h抽出 48m3/d的水量;并能較好地降低潛水的水位，使圍巖起到部分疏干的作用，從而實現增大其水穩定性和增加圍巖強度的預計目的;經一段超前降水后，在隧道工作面上，已明顯減少滴、涌水現象。其余三口井雖然其抽水量不如 1號井，但仍能起到超前降水，降低潛水水位、疏干圍巖的效果。2)通過降水井施工，加強了解圍巖的變化情況，有利于指導施工。

[1] 李洪學.新麒麟隧道進口涌水治理措施[J].山西建筑，2009，35(7):325-326.