復雜地質條件下暗挖隧道地下水控制研究

董慶波

摘 要：本文闡述了控制暗挖隧道中遇到的風化裂隙水的體系（受篇幅限制本文僅介紹降水控制方案），為地鐵暗挖隧道安全施工創造良好的環境。

關鍵詞：裂隙水；地下水控制；高密度電法

1 物探及三維地質建模確定板巖風化裂隙水的位置

1.1 三維地質建模確定基巖情況

建模采用Creatar三維建模及展示系統。建模流程見圖1所示，對于地質體建模導入數據要求為北勘或理正數據格式的鉆孔資料。

基于現場勘察數據，實現了從數據導入至三維模型生成展示的全流程。其地地質建模模塊提供精確高效的三維地質模型建立方法，提供了經由各種鉆孔、剖面圖、平面圖、等值線圖等的自動或半自動構建三維地質體表面模型的功能，可表達如地層、斷層、褶皺、侵入體、透鏡體等復雜三維地質現象，并可進行任意空間剖面切割、部分實體切割，動態切割等。三維地質模型見圖2。

1.2 高密度電法確定基巖裂隙

根據大連地鐵所處地質條件，為了提高探測準確率，采用高密度電阻率剖面法確定裂隙水的位置。觀測參數為視電阻率。測量采用溫納裝置。

測量儀器為重慶地質儀器廠生產的DUK-2高密度測量系統。

數據采集質量采用每個排列均做兩層的重復觀測進行評判控制。重復觀測在每個排列完成后選擇兩列進行，數據相對誤差和數量應符合規范規定。系統檢查量不低于測區總工作量的5%，均方相對誤差≤3.5%。

剖面觀測視電阻率數據與剖面地形測量數據為原始數據，資料處理分別進行原始數據視電阻率剖面成圖、地形改正處理后的視電阻率剖面成圖、剖面電阻率反演計算后的電阻率剖面成圖。

視電阻率剖面的地質解釋通過對本區地層構造和已知的測量與高密度電法測量視電阻率比對，建立本區地層構造的電阻率“標定值”；依據“標定值”對視電阻率剖面進行裂隙劃分；最后將多個剖面劃分的初步結果與地質及勘察鉆孔資料綜合比對，最終確定富水裂隙走向和劃定。

1.3 建模及物探成果轉化至CAD圖

成果圖3河口站至河口車輛段區間左線地質剖面圖，圖4河口站至河口車輛段區間右線地質剖面圖。

2 地下水控制方案

2.1 地下水影響分析

本區間里程DK22+995～DK23+450地下水位高程7.2～12m，風化層與卵石層界面標高約-13.0～-5.0m，設計結構頂板高程約-9.0～-5.0m。結構頂板位于風化層中，鄰近與卵石層界面，需將地下結構施工范圍內的孔隙潛水、全風化及強風化基巖中飽和水基本疏干。并在條件允許的情況下，利用物探手段確定結構施工范圍內的較大富水裂隙，并最大限度控制裂隙水對結構施工的影響

2.2 區間涌水量計算

由于地層的不均勻性，采用斷面法計算區間隧道涌水量。

計算參數及結果見表1區間涌水量計算參數表。

2.3 方案及設計參數

根據勘察資料、現場施工場地條件、場地周圍環境等多方面因素的分析，推薦采用管井降水方案。為保證降水效果，在降水井及排水管線全部施工完畢后進行一次群井抽水試驗及水位恢復試驗，以調整設計參數。

本區間需降水部位劃分為9個降水段，針對每個降水段布設降水井及井身設計。

對于富水裂隙不發育地段，降水井深入中風化基巖2m；若基巖賦水裂隙發育，降水井井深應以穿過富水裂隙2m并進入中風化基巖控制，當富水裂隙范圍超過結構底標高則井深應以進入結構底板以下2m控制。

由于含水層隔水底板位于結構頂板附近，降水無法將結構范圍內潛水完全疏干，對于潛水殘留水建議采用注漿、導流等措施處理。

設計參數見表2降水設計參數表

2.4 降水井平面布置圖及井身設計圖

3 結論與建議

（1）目前地鐵河口站至河口車輛段區間降水段結構施工已順利結束，降水效果得到業主的認可。僅局部存在殘留水，基本保證了結構的“無水”施工。本區間為大連地鐵第一個系統采用降水控制地下水的區間，對其他標段的施工有直接的指導意義。

（2）高密度電法在本區間查找富水裂隙的準確率達到了75%，基本滿足了設計和施工需要。其缺點主要為：需要連續的斷面（通過長度測深度），地面存在連續的建構筑物時無法量測；易受外界干擾：本區間北側為運營中的電車202線，為避免干擾只能在夜間該線路停運時實施。

（3）三維地質建模能很好地展示基巖面的起伏情況，能很好地表現結構與地層之間的相對位置關系，下一步需要研究風化裂隙或者巖溶裂隙的表現方式。

（4）井身結構的設計及施工顛覆了大連地區傳統的采用沖擊鉆施工的傳統設計及工藝。本區間采用的井結構外徑僅183mm，內徑采用140/4的鋼花管，最大出水量本區間達到了11m3/h。降水井施工采用潛孔錘套管鉆進工藝，成井時間最小僅為6h，很好地解決了中山路占路施工的問題。本區間降水井設計主要缺點是外徑偏小，井管纏砂網后在拔套管時易被套管帶出。因此，在今后的設計中均推薦采用外徑194mm的潛孔錘套管工藝施工。

參考文獻

[1]李同斌，鄒立芝.地下水動力學[M].長春，吉林大學出版社，1995.

[2]地質礦產部水文地質工程地質技術方法研究隊.水文地質手冊[M].北京：地質出版社，1978.

[3]張在明.地下水與建筑基礎工程[M].中國建筑工業出版社，2001.

（作者單位：中鐵建大橋工程局集團第一工程有限公司）