城市地鐵隧道富水區試驗段涌水治理

黃學發

(中鐵十四局集團有限公司，山東 濟南 250002)

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城市地鐵隧道富水區試驗段涌水治理

黃學發

(中鐵十四局集團有限公司，山東 濟南 250002)

摘要：大連地鐵東—春區間地下水豐富，巖溶較發育，特別是此區間2#橫通道段水量高達1 000 m3/h；前期采取了橫通道及豎井周邊7口降水井井點降水措施和井內3臺150 m3/h水泵明水抽排措施，降水效果仍不明顯，無法達到預期效果而不能正常開展施工。對此，選取橫通道范圍作為涌水治理試驗段，采用分倉圍堵和降水聯合工法，降水效果明顯。通過介紹此試驗段的涌水治理方案，為后期工程和類似工程降水施工提供了參考。

關鍵詞：地鐵隧道；富水區；圍降聯合；涌水治理

1 工程概況

東緯路站—春光街站區間為大連地鐵一期工程，區間全長1 064.328 m。選此區間2#橫通道段作為本試驗段，橫通道長31.1 m,寬度5.1 m,高9.6 m，采用二臺階留核心土爆破開挖法施工，拱頂埋深21 m，拱部采用?42 mm超前小導管預支護；本豎井凈空尺寸為11.6 m×6 m，深31.8 m，采用倒掛井壁法施工。橫通道及豎井初期支護采用格柵鋼架+C25噴射混凝土支護體系，初支厚度30 cm。

1.1 工程地質狀況

本試驗段主要為第四系覆蓋層及粘土層，巖石主要以灰巖為主，大部分地段斷層、巖溶比較發育。由上至下依次穿越素填土層(層厚約1.0 m)、全風化泥灰巖(層厚約13.5 m)、中風化泥灰巖(層厚約16.5 m)，為巖溶巖蝕發育地段，揭示溶洞標高-4.5～-8.0 m，洞高3.5 m。橫通道穿越的地層為強風化和中風化泥灰巖。

1.2 水文狀況

地下水主要為巖溶發育區的基巖裂隙水，分布在全風化、強風化、中風化等巖層中，由于圍巖裂隙發育且存在較多的斷裂帶，致使地下水具有連通性極強、匯水面積大、水量豐富等特點[1]。地下水位埋深4.3～9.3 m，水位高程3.57～8.3 m。年水位變幅均約1～3 m。詳勘報告中本段滲透系數K=1.193 m/d。

2 前期涌水量及降水情況

大的涌水點主要位于橫通道上臺階掌子面處、橫通道北側壁處、豎井東北角及豎井東南角處，豎井內采用3臺150 m3/h水泵(備用3臺120 m3/h水泵、3臺70 m3/h水泵)進行明水抽排；同時，在橫通道和豎井周圍打設7口井，采用流量80 m3/h水泵(功率22 kW，揚程54 m)進行井點抽水，根據實際使用的抽水水泵流量和數量進行測算，匯集于豎井內的水量約1 000 m3/h，日抽水量高達2萬m3。

前期采取了橫通道及豎井周邊井點降水措施，結合現場實際布設條件，距豎井和橫通道1.5～2 m只能布置打設7口降水井(見圖1所示)。降水井管徑?273 mm，井深33～35 m，其中，橫通道H1～H4號降水井、豎井S1和S3號降水井能持續穩定抽水，抽水量均為80 m3/h；豎井S2號降水井為間斷性抽水，1 h內抽水40 min停止20 min，平均抽水量約為50 m3/h。但橫通道掌子面及側壁處涌水量仍很大，無法進行開挖及支護施工。前期采取橫通道及豎井周邊井點降水措施降水后的涌水照片如圖2所示。

3 試驗段施工方案

3.1 方案選擇及目的

經實地勘察和相關專家論證，采用分倉圍堵和降水聯合工法進行該試驗段涌水治理[2]，目的是在擬建結構迎水側方向以小直徑長28 m碎石樁最大限度封堵地層裂隙，并輔以注漿止水加固措施和圍蔽區內降水措施，最大程度阻止地下水進入暗挖洞室。

圖1 橫通道及豎井周邊原有降水井布置

圖2 橫通道及豎井涌水狀況

3.2 試驗段范圍

本試驗段選取位置處于東春區間2#橫通道范圍，對應的正線里程為右線DK11+209～DK11+264(左線DK11+217～DK11+272)，以包含2#橫通道初襯結構外邊線和圖示樁位線形成的閉合區域，其中樁位中心線總周長約176.7 m。試驗段施工平面布置圖見圖3所示。

圖3 試驗段涌水治理范圍及溶洞示意圖(單位：m)

3.3 施工方案實施

本試驗段地下水處理總體方案為“先圍后降，圍降聯合”。第1步，對試驗段范圍內已探明的溶洞群進行注漿回填固結處理；第2步，打設雙排碎石樁并高壓注漿形成止水帷幕圍蔽區；第3步，在圍蔽區內增設降水井進行抽排水。

3.3.1 溶洞群處理

根據前期地質鉆探，本試驗段范圍溶洞較多，需先對探明的溶洞群進行壓漿回填固結，確保碎石樁正常施工，避免漏漿導致樁體不完整致使封堵不力。試驗段內溶洞處理部位詳見圖3所示。

施工參數為：以探測報告揭示的溶洞鉆孔作為劃分溶洞群的依據，首先施工90 mm的鉆孔(探孔兼作注漿孔)，孔深至隧道底標高以下1 m，約33～35 m,間距@2.0 m×2.0 m正方形布設,對于有管線和建筑物的地方根據實際情況調整布孔間距，然后下設?48 mm鋼管進行注漿。注漿處理步驟為：先進行周邊孔注漿，采用水泥-水玻璃雙液漿，模數m=2.4～3.4，波美度20～40 Be′，形成區域止漿墻，其后進行中間孔注漿，采用水泥單液漿進行充填。注漿參數如下[3]：①注漿壓力0.4～2.0 MPa。②水泥采用42.5級復合硅酸鹽水泥；水灰比=1∶1，水泥—水玻璃雙液漿體積比為1∶1。③注漿擴散半徑設計為1.5 m。④注漿工藝為一次性灌漿，單孔注漿要求少量多次、反復注漿；每個孔注漿至少復灌兩次以上。注漿終壓達到設計終壓、地面隆起高度達到允許值、地面其他部位冒漿等即可結束本次注漿。

3.3.2 形成止水帷幕圍蔽區

在試驗段范圍內溶洞群處理完畢后，采用國產地質鉆機2臺,沿設計樁位線布孔打樁(如圖3所示)。碎石樁鉆孔?230 mm，樁間距300 mm，樁排距300 mm，梅花型布置，樁長自地表處打設至絕對標高-18.0 m。孔內土質地層范圍安設?219 mm、t=6 mm鋼花管(防止塌孔)，巖層不設鋼管。成孔后，下設?48 mm熱軋無縫小導管(花管)作為預留注漿管，孔內采用2～4 mm碎石填充，填充高度至絕對標高+10.0 m處。

每完成8～10 m樁位線長度后，統一進行后續注漿封堵，注漿采用樁內預留的?48 mm鋼管進行，漿液采用1∶1水泥漿液，注漿壓力0.4～2.0 MPa。

雙排碎石樁樁位布置如圖4所示。碎石樁樁內預留注漿管和樁體結構如圖5所示。

3.3.3 圍蔽區內降水

圖4 雙排碎石樁樁位布置示意圖(單位：mm)

圖5 碎石樁樁內預留注漿管和樁體結構(單位：mm)

圍蔽區內降水井主要用以降排基底涌水和圍蔽處漏水，在圍蔽區內先利用現有4口降水井進行抽排降水，涌、漏水有所減少，但仍不理想。據此于左右線線路間增設了3口降水井(Z1、Z2、Z3)，3口降水井通過線路間縱向?50 cm混凝土暗管，排入與暗管相接的排水管內；此外于圍蔽區西北側線路外側增設1口降水井(Z4)。降水井鉆孔?300 mm，并下設?273 mm、t=6 mm鋼花管，鋼花管外裹鋼絲濾網，采用碎石濾料。降水井井底深入隧底不小于6 m。水泵與現有降水井水泵型號相同(流量80 m3/h，功率22 kW，揚程54 m)。圍蔽區區內降水井井位布置如圖6所示。

圖6 圍蔽區內增設降水井井位布置圖

打設完成降水井后，同時開啟增設降水井和現有降水井共8臺進行抽水試驗，經過5 d的抽水試驗，各降水井從持續性抽水變為間斷性抽水，前3 d各降水井持續抽水時間逐漸減少，表明圍蔽區內水量明顯減少；第4天時各降水井抽水持續時間基本趨于穩定，具體抽水試驗情況見表1所示。

表1 試驗抽水平均持續時間 min/h

根據表1抽水試驗結果計算，第5天持續抽水時間合計83 min,8口降水井總抽水量為110 m3/h，較之前的4口降水井抽水量320 m3/h減少了210 m3/h。

4 結束語

在此之前橫通道工作面因原有降水效果不好而長期處于停工狀態，本試驗段通過采用“圍降聯合工法”的治理方案，達到了很好的效果，恢復了正常開挖掘進施工。在開挖過程中地層注漿漿液明晰可見，未見溶洞空腔出現，且未發生突水涌泥情況，地層改良效果較好。橫通道掌子面及北側壁處涌水量明顯減少，通過試驗抽水結果，水量減少為110 m3/h，原周邊7口降水井現只開啟2口，且其中1口為間斷性開啟；原豎井內3臺150 m3/h水泵現只用1臺就能滿足明水抽排。本方案為東—春區間全線選擇降水方案和涌水治理提供了參考和借鑒，具有指導性意義。

參考文獻

[1]吳明玉,寧殿晶,謝軼瓊.隧道涌水的原因分析及治理措施[J].山西建筑,2010(12):318-319

[2]劉家軍,李金求,潘澤球.隧道工程中涌水現象的綜合治理技術[J].建筑施工,2011,33(11):1022-1024

[3]張明慶,彭 峰.地下工程注漿技術[M].北京:地質出版社,2008

On the Treatment of Water Gush in the Rich-Watered Test Section of a Municipal Subway Tunnel

Huang Xuefa

(14th Bureau Group Co. Ltd. of China Railway,Ji′nan 250002,China)

Abstract:Owing to the fact that the Dong—chun Section of the Dalian Subway is rich-watered and comparatively karst-developed,especially the amount of water gush of the 2nd lateral passage of the section is as much as 1,000 m3/h, the water-lowering effect is still not obvious though the technical measures were taken at earlier stages which were seven water-lowering wells were provided around the lateral passage and the vertical shaft,inside which 3 150 m3/h pumps were used to drain.As the desired effect was not achieved,the normal construction could not be carried out as planned.As a result,the range of the lateral passage was chosen as a test section in the treatment of water gush,with technical measures of separating water gush into certain reservoirs and enclosing them,and other combined water-lowering methods adopted.The water-lowering effect thus obtained was obvious.By introducing the water-gush-treating scheme for this test section,the paper aims to provide a useful reference for the water-lowering construction of following and other similar projects.

Key words:subway tunnel;rich-watered district;enclosing-lowering-combined method;treatment of water gush

中圖分類號：U455.49

文獻標識碼：B

文章編號：1672-3953(2016)02-0043-04

DOI：10.13219/j.gjgyat.2016.02.012

作者簡介：黃學發(1981—)，男，工程師，主要從事施工管理工作153151243@qq.com

收稿日期：2015-12-10