疏堵結合降排水在地鐵暗挖法區間隧道施工中的應用

宮雷

北京地鐵12號線起點—四季青站區間三聯拱斷面，因受地下水回灌影響，目前水位高于仰拱約3.8m，含水量較大，致使施工嚴重受阻。本文針對三聯拱斷面遇水施工受阻問題，通過有效論證和分析，最終提出“以降為主、以堵為輔、疏堵結合、綜合治理”的施工方案，實現了掌子面開挖有序、安全可控。

一、工程概況

北京地鐵12號線起點—四季青站區間起始點位于通匯路與西四環輔路交口，線路整體沿西四環北路西側向南敷設約500m后，沿京門鐵路北側向西敷設，最終到達田村停車場。區間暗挖段長度為1175m，根據線路需要線路在四季站南端設置交叉渡線，渡線采用9號道岔。分別采用單洞隧道、雙聯拱隧道、三聯拱隧道斷面，斷面尺寸斷面開挖寬度7.9m～28.78m；區間側壁以卵石層為主，主要為卵石層和卵石層，三聯拱斷面整體位于地下水位以上。

起點—四季青站區間3號井三聯拱斷面中洞二襯已全部施工完成，施工至邊洞開挖時水位已上漲至30.31m，三聯拱邊洞入水最大深度約為3.8m，為保障開挖安全計劃采取降水施工，但因邊洞結構分別平行下穿西四環輔路和西郊機場鐵路，無法進行地面降水，故調整開挖方案將邊洞上層洞室初支全部完成，利用上層洞室進行洞內微型降水，由于水流補給較快，抽排降水效果不佳，砂卵石中的中粗砂在降水井施工時和水流沖刷下流失較多，臨近初支外壁易出現空腔，且水流較大，致使暗挖作業暫時停滯。

二、起—四區間三聯拱邊洞降水方案對比

在城市軌道交通建設中，通過長期實踐已形成相對成熟有效的地下水治理經驗，例如地面降水、洞內井點降水、深孔注漿止水、洞內微型降水井等，上述幾項方案在本項目三聯拱邊洞降水籌劃時期對比詳見表1。

表1 降水方案比選

由表1可知，因場地原因和風險考慮，洞內微型降水井可作為主要降水方式，同時輔助深孔注漿止水，對水流補給方向進行部分截流，對已完成初支仰拱滲漏點進行補注漿液封堵，達到疏、堵結合綜合治理的治水效果，且該項措施風險可控，可行性較高，因此采用該項措施，并以此為試驗段結果為后續降水項目提供經驗。

三、起—四區間三聯拱邊洞地下水治理

1.洞內微型降水設計

根據本項目情況，降水方案施工采用黃蜂-90跟管鉆機、揚程≥15m流量16m3/h螺桿泵、直徑150mm壁厚4mmPVC材質護壁管（濾網為1層60目）、3～7mm濾料、揚程≥50m流量60m3/h污水潛水泵、尺寸為1.5m＊1.5m＊9m的沉淀水箱等。

根據現場，洞內微型降水方案總體施工設計如下：（1）將三聯拱邊洞上層洞室開挖全部完成，下層洞室采用工字鋼封面暫做堵水處理。（2）利用上層洞室空間進行降水井施工，根據現有情況最大化進行降水。

（1）涌水量計算

抽水影響半徑計算：根據結構平剖面設計資料，依據構筑物的埋深和涉及抽降含水層，計算含水層涌水量：

等效半徑對于不規則面狀基坑

Ro—基坑等效半徑，m；

A—降水面積，m2。

對于矩形基坑

ro—基坑等效半徑，m；

η—概化系數；

L—降水井圍成的矩形長度，m；

B—降水井圍成的矩形寬度，m；

按抽水影響半徑計算，潛水影響半徑采用下式：

式中：R—降水影響半徑，m；

S—設計水位降深，m；

H—潛水含水層厚度，m。

K—滲透系數，m/d(滲透系數根據勘察報告取值，卵石層等綜合滲透系數取120m/d)。

承壓水影響半徑采用下式：

R—降水影響半徑，m；

s—設計水位降深，m；

k—滲透系數，m/d，根據勘察報告取值，細中砂2層、卵石層等綜合滲透系數取150m/d。

涌水量（Q）計算：潛水非完整井計算公式：

Q—基坑涌水量，m3/d；

K—滲透系數，m/d；

H—潛水含水層初始厚度，m；

M—承壓含水層厚度，m；

h—降水后剩余含水層厚度，m；

s—基坑水位降深，m；

R—降水影響半徑，m；

r0—基坑等效半徑，m。

涌水量計算結果見表2。

表2 涌水量計算參數表

預估總抽水量（Qz）：預計總抽水時間為180天，潛水層折減系數：前29天為β=0.85，30天到100天為β=0.85，剩余為β=0.65。則抽水總量計算如下：

層間潛水（三）：Q=∑βQd=1×9063.2×29+0.85×9063.2×71+0.65×9063.2×80=1281077.5m3；

預估總排水量Q=128萬方（單洞）。

（2）降水系統設計

根據上述計算分析及施工經驗，采用洞內微型降水降低水位，滿足結構開挖要求，降水設計參數見表3。為更準確監測降水效果，在結構內外均布置水位監測孔，根據監測數據調整泵型泵量，進一步加強降水效果。

表3 降水設計參數表

洞內打井標高以上導洞或中導洞底板標高控制，井深14m，井底標高按21.20m控制，周邊降水井傾角以10°～30°為宜，中間降水井豎直。避免與已施工結構沖突。降水井距暗挖小導洞結構外輪廓線1m。降水井局部可以調整。

（3）排水系統設計

排水管網：采用鋼管、硬質PVC管作為排水主管路，主排水管直徑不小于所連接排水支管總截面面積之和。集水支管管徑應與潛水泵出水口口徑相匹配，避免變徑連接。排水管布設時傾斜度≥3‰。采用暗排的形式，埋設深度≥1m。

排水口保證：本項目排水為市政管線，排水口采用暗埋形式。由于排水量較大且防止雨季排水不暢，根據現場調查結果，現存有φ1000和φ1600的雨水管，能夠滿足現場排水需求，這樣也減輕排水系統的壓力。

（4）施工工藝

降水井成井擬采用黃蜂-90跟管鉆機成井工藝，施工工藝流程為：施工準備→放樣井位，固定鉆機角度→鉆進施工（鉆頭與鉆桿連接，鉆桿外套護壁管）→鉆進至設計深度后，逐節拔出鉆桿，最后拔出鉆頭→下井管（井管外纏濾網）→拔出護壁管→放入螺桿潛水泵→排水管路連接→大揚程水泵抽排至豎井上排入市政管網中。

（5）洞內微型降水效果分析

本項目自采取上述方案進行降水處理，現場水位呈明顯下降趨勢，最低水位點為27.1m，相較于施工前30.31m水位下降約3m，水量補給超過預期，雖未達到降水一步到位的效果，但已降低施工風險，且通過降水期施工地面監測點整體趨于穩定無監測預警。

2.深孔注漿止水方案總體設計

針對區間三聯拱斷面降水井抽排降水情況，以及現場水量分析，臨近南水北調管涵側水量補給大于遠離側，考慮在該方向進行深孔注漿，意在減少孔隙率，形成臨時止水帷幕的效果，由于開挖方向為下坡，且首段開挖后觀察已完成初支仰拱部分向開挖面有明顯水流補給，因此在已完成初支部位及時跟進背后注漿，且根據水量大小分段進行深度為4m的深孔注漿，形成臨時止水帷幕，該方案既減小了開挖面水量，達到降水效果，同時為后續二襯施工以及結構防水進一步提供保障，因此提出總體疏、堵結合的理念。

（1）注漿施工工藝流程

后退式分段注漿是鉆、注交替作業的一種注漿方式，每次鉆孔注漿分段長度0.8～1.5m，采用孔口管法蘭盤止漿。

后退式注漿流程如下：測量定位—鉆機就位—開鉆孔位、調鉆桿角度—試配漿液—鉆至孔底壓漿。

為了滿足注漿固結的目的，需要按照一定的次序進行漿液配制。

①水泥漿稀釋：在攪拌桶加入所需的水，開動攪拌機，再加入水泥攪拌3分鐘以上。

②注漿泵試運轉：開動注漿泵壓水試驗，檢查注漿泵液壓情況，系統、注漿管路是否暢通。

③漿液注入：漿液通過雙重管壓入地層中，采用一次整體注漿方式。

④壓力、注漿量控制：觀察注漿壓力，檢查隨注漿量增加壓力表變化情況。注漿過程中采用壓力控制，注漿壓力達到2.0MPa時停止注漿。

（2）注漿加固方案

注漿止水帷幕加固如圖1所示：

圖1 注漿止水帷幕加固示意

注漿加固設計參數：注漿范圍為潛水層，且水層較深，因此采用速凝、濃度大的漿液即A液（水泥漿添加一定比例的添加劑）和B液（改性水玻璃）及C液（速凝劑）的混合漿液注入地層。注漿終壓為1.5～2.0MPa。漿液擴散半徑為0.8m。漿液使用流動性強、滲透性強、濃度高、速凝等特征的漿液。

A液：水泥漿采用普通硅酸鹽P.O42.5水泥,配合比為水：水泥=1∶0.8

B液：水玻璃采用濃度42Be′，配合比為水玻璃：水=1∶1

C液：固化劑。

漿液類型及配比：磷酸-水玻璃化學漿和水泥-水玻璃雙液漿相結合，并摻加外加劑（速凝劑、減水劑）；A液：水：水泥=1：0.8；B液：水：水玻璃=1：1；C液：水：磷酸=1：0.06；A液：B液=1：1；B液：C液=1：1。

（3）深孔注漿堵水效果分析

通過深孔注漿堵水，有效減少降水范圍水流補給，提高降水井效果，使開挖面水位居于仰拱以下約0.5m，保證了掌子面施工安全，同時為后期二襯施工以及結構防水提高質量保障，且注漿期間地面監測點整體趨于穩定無監測預警。

四、結論

本文以某軌道項目水位上漲問題為研究背景，經過現場試驗最終提出疏、堵結合降排水的措施，并通過水位監測及地表監測，結果證明該方案可行有效。施工期間，深孔注漿注意壓力的控制，做好已完成洞室初支的預加固施工，避免因注漿壓力過大，出現初支變形的情況，其次如開挖進度較緩，考慮注漿實效性，可分段、分循環施工，在初支開挖完成后，二襯施工前，應結合現場情況，對漿液失效后出現滲漏水的初支結構進行補充注漿，確保二襯施工質量。