6~8m低滲透性粉細砂地層隧道內 水平真空降水井施工技術研究

陳愷

摘 要：地鐵建設工程降水復雜程度及處理難度遠高于一般基坑降水工程。文章以北京地鐵三號線04合同段平房村站～東壩中街站區間為例，對6～8m低滲透性粉細砂地層隧道內降水處理施工技術進行分析，在采取地面管井降水+深孔注漿等措施進行降排水后仍存在層間殘留水情況下，通過采用水平真空降水井施工工藝完成了降水井套管封堵，在接入真空泵以后完成了本次抽水施工。

關鍵詞：低滲透性粉細砂地層;地鐵建設工程;水平真空降水井

中圖分類號：TQ177.4? ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）09-0177-04

Research on Construction Technology of Horizontal Vacuum Drain Well in Tunnel of 6～8m Low Permeability Fine Sand Formation

Chen Kai

（Beijing Rail Transit Construction Management Co.， Ltd.， Bei Jing 100068， China）

Abstract：The complexity and difficulty of dewatering in subway construction engineering is much higher than that in general foundation pit dewatering engineering. The article takes the interval between Pingfangcun Station and Dongbazhongjie Station on Contract 04 of Beijing Metro Line 3 as an example， for 6 to 8 m low permeability silty sand stratum tunnel construction technology in the precipitation were analyzed， and the ground tube well precipitation + deep hole grouting and other measures still exist after draining water interlayer residual water conditions， through the adoption of horizontal vacuum dewatering well construction technology completed the dewatering well casing seal， after the access to the vacuum pump has completed the construction of pumping.

Key words：low permeability silty sand formation; subway construction project; horizontal vacuum dewatering well

0 引言

北京地鐵三號線04合同段平房村站～東壩中街站區間位于東壩中路下方偏西側呈南北向敷設;區間長1137m。覆土深12.7～17.8m，采用暗挖法施工。區間包含停車線大斷面和標準斷面，大斷面長345m，大斷面與標準斷面凈距3.11m。區間共設置3處施工豎井及橫通道，其中1號、2號橫通道兼作區間聯絡通道。

區間主體位于東壩中路下方偏西側呈南北向敷設，東壩中路交通繁忙，地下管線敷設密集，區間存在9個一級風險源，其中整條區間需平行穿越3200m×2500m雨水箱涵、φ1000污水、φ500中壓燃氣、18根10kV電力管線，施工難度大、風險高。在區間隧道進行開挖時，減少對地面、管線的影響，是極為重要的[1-3]。

整個區間地質情況較為復雜，拱頂粉細砂層厚度6～8m，停車線大斷面拱腳處、標準斷面拱頂位于粉細砂層和砂質粉土交接部位，對應交界處存在層間水（局部具有承壓性），粉細砂層滲透性差，施工現場采取地面管井降水+深孔注漿等措施進行降排水，但開挖掌子面仍存在層間殘留水，致使施工難度增加，進度無法保證，存在掌子面易不穩定等安全隱患。

1 水平真空降水井施工技術

1.1 施工工藝原理

施工工藝原理主要由以下3個方面：①選取輕盈、占據空間位置較小、可操作性強、適合在隧道內作業的機械進行施工。②層間殘留水粉細砂層與黏土層互相不滲透，采用梅花套管通過真空泵的自吸力將不滲透處層間殘留水進行吸排出，可以有效的保證施工安全質量。③套管之間連接及封堵采用堵漏靈進行封堵，保證密閉性[4-6]。

1.2 施工工藝流程

隧道內水平真空降水井施工工藝流程如圖1所示。

1.3 施工方法

1.3.1 施工準備與水平真空降水井位置確定

水平真空降水井打設前對施工掌子面進行封閉處理，網噴8cm。根據層間水與施工掌子面的位置關系確定水平真空降水井的位置（如圖2所示），機器調試完成之后，根據現場實際情況及孔位關系合理布置施工平臺，施工平臺固定完成之后采用定滑輪將鉆機吊入指定位置。

1.3.2 水平真空降水井打設

（1）水平真空降水井打設。施工機械采用CSMG40型電動錨固鉆機，將施工機械接入電源，同時準備集水箱并接入水源，水平井鉆頭選用齒輪狀鉆頭，原理類似水鉆方式進行打孔，單根鉆桿鉆入時間大約為3～5min，鉆桿絲扣上磨打黃油后進行連接，鉆桿搭接時間約2min，一根水平井打設完成時間約2h，單根水平井打設長度為15m，現場孔位布置根據實際情況微調，標準斷面一組打設5根，分設在標準斷面上臺階;停車線大斷面一組打設4根，分設大斷面1洞上下臺階處兩側，兩側一邊2根，每根15m，機械調試及打設如圖3所示。

（2）水平真空降水井套管。孔位打設完成之后進行套管，套入Φ50PVC花管，花管提前加工完成，花管孔間距15cm梅花布置，每根花管長4m，管與管之間采用套筒連接（如圖4所示），最外一根套管預留1m實心管，套入完成之后將鉆桿進行拔出，一根水平井打設完成，水平井每一循環打設完成時間1d。

（3）水平真空降水井套管封堵。一組水平真空井打設完成之后通過PVC管接入真空泵進行抽排水，PVC管與水平井搭接1～2m，真空井與PVC管之間采用紗布與堵漏靈進行封堵（如圖5所示），真空泵抽出的水統一排入豎井集水坑中，最后統一抽出，真空泵開始抽水之后，一般抽水2～3d后根據掌子面水量情況進行開挖。

2 應用效果

2.1 水平真空降水井抽水量分析

水平真空降水井施工完成之后接入真空泵進行抽水，打設完成水平水套管之后會有水從管內流出，采用焊接0.5m×0.5m×0.7m小鐵箱進行抽水量統計，小鐵箱體積約為0.18m3，真空泵上裝有壓力表進行壓力統計，可以得出抽水時間與抽水量、抽水壓力變化關系如表1所示。

2.2 水平真空降水井適應性評價

水平真空降水井打設進度較快，約2～3h完成一根。接入真空泵抽水后，隨著抽水時間的增加，抽水壓力會越來越大，抽水量會減小，施工作業掌子面水量會減小，對于施工過程是有利的，可以減小開挖過程的難度[7]，解決了大量因深孔注漿、止水注漿損壞降水井，造成地面隆起形成監測預警。水平真空井打設完成后，深孔注漿只是進行拱頂加固即可，不需要進行止水，可以減少注漿量，縮短注漿時間，縮短對施工周期的影響。

水平真空降水井每循環打設長度為15m，打設完成之后洞內可以抽出大量的殘留水，每循環打設完成后至少能開挖完成9.5m，洞內掌子面情況依然良好，相對于之前開挖狀態（注漿12m，最多開挖4～5m，且伴有少量殘留水）來說，通過打設水平真空井可以有效處理地質情況構造復雜、層間水難降、富水條件下洞內殘留水，可以基本保證無水作業，進一步保證施工過程中的安全質量[8]。水平井使用前后工效指標及開挖過程效果圖6所示，水平真空降水井使用前后工效指標對比如表2所示。

3 效益與前景分析

3.1 效益分析

區間隧道在進行開挖作業的過程中，受到層間殘留水的影響，開挖過程中屢屢出現涌水涌砂的情況，現場施工進度緩慢且安全質量無法得到保障，特別是停車線大斷面1洞施工2個月進尺不到10m。現場進行多次實驗，通過多個方案對比最終采用隧道內水平真空降水井的工程措施對平房村站～東壩中街站區間進行區間開挖作業，施工進度日均增加1.4倍。解決了暗挖隧道地質情況構造復雜、層間水難降、富水條件下進行施工的難題，保證了平房村站～東壩中街站區間施工過程中的安全。

3.2 前景分析

本施工工藝適用于地質情況構造復雜、層間水難降、富水條件下隧道施工，可以基本解決暗挖隧道地質情況構造復雜、層間水難降、富水條件下進行施工的難題，通過此施工工藝，可以有效的提升施工生產進度，保證施工過程中的安全質量，可廣泛應用于地質情況構造復雜、層間水難降、富水條件下隧道施工。

4 結語

綜上所述，本文通過北京地鐵3號線04合同段平房村站～東壩中街站區間施工實踐，對6～8m低滲透性粉細砂地層隧道內水平真空降水井施工工藝關鍵技術及創新點進行總結。施工工藝關鍵技術方面，根據隧道內與層間水的位置關系合理布置孔位，保證抽水效果;隧道內水平真空降水井施工采用輕盈、占據空間位置較小、可操作性強的機械;水平真空降水井套管連接和封堵處理，保證洞內抽水效果;采用清理性較強的真空泵進行抽水。施工工藝創新點方面，在原有洞內真空抽排的基礎之上，增大了抽水影響范圍，增加了抽水距離，增加了角度的變化，同時水平真空井相對于原有插管抽排效果更好[9];水平真空井打設時間較短，縮短對施工周期影響，在原有真空抽排的基礎之上可以減少人工的投入，抽水效果更好;解決了大量因深孔注漿、止水注漿損壞降水井，造成地面隆起形成監測預警，水平真空井打設完成后，深孔注漿只是進行拱頂加固即可，不需要進行止水，可以減少注漿量，縮短注漿時間;水平真空井可以適用于多種不良地質情況（粉細砂、卵石層等）、多種領域;水平真空井鉆機輕盈，占據作業空間小，可操作性強。然而，本次施工仍然暴露出相關技術存在的部分問題，如：水平真空井受限于深孔注漿工藝，深孔注漿注漿長度決定于水平真空井打設長度，一般深孔注漿注漿長度為12m，水平真空井每循環打設為15m，每循環水平真空井打設長度過長深孔注漿過程中會造成管內堵塞，抽水效果降低;水平真空井打設完成后抽水過程中需要安排專人進行看守，防止開挖過程中損壞水平真空井影響密閉性，降低抽水效果;水平真空井鉆桿鉆進過程中容易造成周圍土體不穩定，存在塌孔現象，對作業人員技術性要求較高等。這些問題仍需要在今后的理論實踐中不斷踐行完善。

參考文獻

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