真空降水井在地鐵暗挖隧道施工中的應用

仲軍

摘要：在城市含水地層進行暗挖隧道施工，降水是關鍵。本文通過哈爾濱市軌道交通3號線二期工程松江生態園站～進鄉街站區間暗挖隧道降水施工經驗，闡述了真空降水在含水地層暗挖隧道施工中的應用。

關鍵詞：含水地層；暗挖隧道；真空降水

1工程概述

松江生態園站～進鄉街站區間出松江生態園站后，沿保健路向東敷設，然后以300米半徑轉至通鄉街，進入進鄉街站。區間線路兩側主要為低矮建筑，多為混凝土結構，目前基本在使用中，為商業、企業辦公用地或居民區。

區間起點里程DK15+192.011，區間終點里程DK16+141.921，其中左線區間存在短鏈22.912米，區間右線長949.910米，左線長926.998米，區間覆土11米～21米。為滿足工期要求在DK15+575.775設置1號施工豎井，兼做運營階段聯絡通道及排水泵房，在DK15+804.605設置2號施工豎井及橫通道。

松進區間采用礦山法施工，根據隧道開挖揭露土層顯示，松江生態園站～進鄉街站區間在 1 號豎井至2號豎井區段范圍內存在因管線滲漏引起工程范圍內土體呈軟塑或流塑狀，極大降低土體自穩性，造成施工困難及嚴重的安全隱患。

2 真空降水井原理

真空降水的原理主要是通過真空泵在降水井中產生負壓，使土層里的空隙水、上層滯水在壓力作用下脫離士顆粒，通過濾料滲人到降水井中，再用潛水泵將井內水抽出，隨著滲人水的不斷抽出，降水面積不斷擴大，最后形成以降水井為中心一定半徑的動態穩定漏斗曲線，從而達到普通降水井不能達到的效果。

4 降水設計

（1）真空井管長度計算

根據下式L確定真空井管的長度，同時考慮井管露出地面的富余長度，由此確定真空井管長度。

H≥H1+h+IL

式中

H 真空管長度；

H1 隧道底板至地表的距離，取隧道最大埋深；

H 降低后的地下水位至隧道底板的距離，取1m；

I 地下水降落坡度，單排井點為1/4～1/5，取1/5；

L 降水井井管至隧道另一邊緣的距離。

（2）涌水量的計算

①影響半徑R；根據潛水完整井公式

R=2S

式中

S 水位降深；

K 土的滲透系數，m/d；

H 初始水位至隔水層項的距離。

②基坑等效半徑ro

ro= 0.29（a+ b）

式中

a 根據隧道斷面的開挖寬度以及降水井距隧道邊緣的距離，確定a值。

b 根據影響半徑R，取b=2R。

③基坑涌水量

根據均質含水層潛水完整井基坑涌水量計算公式

Q= 1.366K（2H - S）*S/[1g（1 + R/ro）]

式中

Q 基坑涌水量；

H 潛入含水層的厚度。

④單孔涌水量

q=120*π* rs*L*K1/3

式中

rs 真空井半徑；

L 井內水的高度。

⑤降水井數量

n= 1.1Q/q

（3）降水井布置

根據影響半徑R并考慮相互干擾的作用，真空井沿隧道中線距隧道邊緣2m兩側各布置一口，單邊縱向間距先定為10m，后根據現場實際降水效果調整到8m。

5 施工工藝技術

5.1真空降水井施工工藝流程

5.2 前期準備工作

（1）準備材料、落實人員，提供“四通一平”，鉆機進場。

（2）測放井位：根據降水井平面布置圖及現場情況測放井位，做好標記。如果布設的井點存在地面障礙物，應當設法清除障礙物，以利于鉆井的進行。若地面障礙物不易清除或受其他施工條件的影響，無法在原布設井位進行施工時，應與技術員及時溝通并采取其他措施，必要的時候可對井位作適當調整。

（3）挖井眼、埋設護口管：埋設護口管時，護口管底口應插入原狀土層中，管外應用粘性土或草辮子封嚴，防止施工時管外返漿，護口管上部宜高出地面0.10m～0.30m。

（4）安裝鉆機：安裝鉆機時，為了保證孔的垂直度，機臺應安裝穩固水平，大鉤對準孔中心，大鉤、轉盤與孔的中心三點成一線，嚴把開孔關，鉆頭與鉆桿連接處帶兩根鉆鋌，并且彎曲的鉆桿不得下入孔內。

（5）挖泥漿池：泥漿池的大小按泥漿池計劃共用的打井數量和排渣量綜合確定。一般每2～3口井共用一個泥漿池，必要時可采用泥漿箱。

5.3 成井施工

施工機械設備選用GF-200型工程鉆機及其配套設備。成孔時采用反循環回轉鉆進成孔工藝。

（1）鉆進成孔：因地層含水層顆粒較細，鉆進過程中，泥漿比重宜控制在1.10～1.15，盡量采用地層自然造漿。

（2）清孔換漿：鉆孔到設計深度后，要清孔換漿，把泥漿調整到1.05左右。

（3）下井管：對于鋼管井，采用懸吊下管法，井管底部焊接鋼板封堵牢靠，井管與井管之間焊接牢固，確保焊縫均勻、無砂眼

（4）投濾料、固井：井管下好后，立即按設計要求回填濾料，濾料沿井壁四周均勻填入，并隨填隨測濾料層的頂面高度。

（5）洗井試抽：濾料回填后，應該在8h內用污水泵洗井，直至井水洗清達到規范要求為止。洗井時若出現井水中含有濾料，應停止洗井，檢查原因，進行處理，必要時要報廢掉，并按封井要求進行封井。

5.4 技術要求

（1）井口高度：井口應高于地表以上0.20～0.50m，以防止地表污水滲入井內。

（2）回填濾料：濾料根據施工方案進行充填，必須要高于濾管頂面。

（3）粘土封孔：使用粘土封堵，嚴格按照施工方案進行粘土封孔。

（4）固井：濾料回填后、上部井周邊采用現場泥土回填固井。

（5）成孔偏差：井深（孔深）偏差≤±50cm；井孔應圓正；井位≤±50cm。

（6）出水含砂量：抽水穩定后，出水含砂量達到相關標準。

5.5 排水設施及要求

（1）排水設施應滿足工程降水最大出水量的需求，并保障排水的順暢；

（2）應盡量縮短降水井與排水設施之間的距離，減少降水井排水的沿程水頭損失，降低抽水設備的揚程消耗。

5.6 降水井封井方案

降水工作結束后，需對降水井進行封堵，本工程降水井在隧道外側，可直接回填場地土封井，回填后再根據道路等要求固化地表。

6 總結

真空降水井是結合本工程實際地質情況，而作出的一種新的嘗試。經過不斷的觀察、摸索、分析、總結，從降水設計到降水井施工，通過對井深井距、降水井結構、真空壓力以及洗井、過濾、密封、降水時間等關鍵參數、關鍵工序的調整、改進，做到了隧道無水開挖。事實證明真空降水井能成功解決粉質粘士地層中的降水問題。

（作者單位：中交二航局第三工程有限公司）