淺談城市淺埋暗挖隧道施工技術

1、淺談城市淺埋暗挖隧道施工技術-鐵道建筑技術淺談城市淺埋暗挖隧道施工技術-鐵道建筑技術淺埋暗挖黃土隧道施工降水技術研究扈慧麗1 (1.中鐵七局三公司，咸陽，712000) 摘要：通過對西安地鐵一號線勞玉淺埋暗挖黃土區(qū)間隧道施工降 水進行計算分析，探討各施工工況淺埋暗挖黃土隧道水位變 化規(guī)律。計算結果表明，隧道土體含水量在降水初期比較大、水位 較高，隨著工程的實施，時間的增加，水量逐漸減少，水位 逐漸降低。計算結果與施工效果具有很好的符合性，對控制施工水 位，確保施工安全，節(jié)約工程成本，提高工程效益具有重要 的現(xiàn)實意義。關鍵詞：淺埋暗挖；黃土隧道；施工P水 Construction Techniq

2、ue Study For Dewatering Technology Of Shallow Buried Covered Excavation Loess Tunnel HU HuiLi1 ( 1.the Third Engineering Corp. ,Ltd of China Railway Seventh Group, Xian-Yang, 712000) Abstract: Through carries on the computation analysis to construction dewatering for shallow buried covered excavatio

3、n loess tunnel of Xi -an subway first line Lao-YuSection, probed into in each working condition roadbed shallow buried covered excavation loess tunnel water-level change law. The computed result indicated that the tunnel soil body water content is quite big in the precipitation initial period, the w

4、ater level to be high, along with the project implementation, time increase, the water volume reduces gradually, the water level reduces gradually. The computed result and the construction effect have the very good compliance, to controls the construction water level, ensures the construction securi

5、ty, saves the project cost, raises the project benefit to have the vital practical significance. Key words: shallow buried covered excavation; loess tunnel; construction dewatering 1弓E 淺埋隧道通常位于軟弱、破碎、自穩(wěn)時間極短的圍巖中，若施工 方法不妥，極易發(fā)生冒頂塌方或地表有害下沉。淺埋暗挖法是針對淺埋隧道施工開發(fā)生的一種較成熟的 施工方法。在北京地鐵復興門折返線工程中首次應用取得成功，這是 我國城市地下工程專

6、家和技術人員將新奧法的基本原理和 城市地下隧道開挖的實踐相結合的產(chǎn)物。黃土在干燥狀態(tài)下強度甚高，當含水量達到一定程度后強 度就會顯著降低。伴隨著我國綜合國力的提高，許多大城市現(xiàn)代化建設正在提速，地面上的道路已經(jīng)遠遠不能滿足交通的要求，為緩解日益增加的交通壓力而大規(guī)模進行城市地鐵的建設。由于黃土的遇水易解體坍塌，為此，淺埋黃土隧道開挖圍巖的穩(wěn)定性與否取決于降水施工的成敗。本文結合西安地鐵勞-玉暗挖區(qū)淺埋暗挖區(qū)間降水設計施 工進行研究，為類似工程施工提供借鑒作用。2工程概況 本區(qū)間隧道地下水為第四系孔隙潛水，主要 含水層為第四系晚更新統(tǒng)沖積砂類土層，主要為粉細砂、中 砂和粗砂。第四系孔隙潛水補給源

7、主要為地下徑流，其次為大氣降水 與管網(wǎng)滲漏補給。地下水位埋深為 7.29.8。地下水位與季節(jié)、氣候、地下水賦存、補給及排泄有密切 的關系。豐水期（10月3月）間，地下水位會有所上升； 枯水期, 地下水位會有所下降，水位年變化幅度約為2.0o根據(jù)區(qū)域地質資料，擬建場地地下水流向為自東南向西 北。西安市西城墻外護城河位于該區(qū)間終點東約400 o勘察設計文件中，擬建場地地表未發(fā)現(xiàn)黃土陷穴及人為坑洞，但存在隱伏坑洞的可能性。因此在降水井施工前必須進行普探工作，查明周邊情況。該層土組成物質以粘性土為主，其中雜填土含較多建筑垃 圾及碎磚瓦塊，成份復雜，顆粒粒度極不均勻，土性差異大， 結構較松散，開挖易坍塌

8、，易引起地面變形。區(qū)間右線 YDK17+140280、左線ZDK17+160300段隧 道基底分布中砂，為防止開挖過程中飽和砂層可能產(chǎn)生的突然涌水、涌砂及便于施工，施工前應進行井點降水，為了增 加地下水徑流的長度，施工過程中地下水位宜低于基底開挖 面以下1.01.5。本區(qū)間隧道采用潛埋暗挖法施工，坑壁土體主要為新黃 土、古土壤、粉質粘土及砂類土，施工過程中均可能產(chǎn)生坍 塌，施工過程中需加強支護和排水措施。由于施工周期較長，且施工時須采取降水措施，故可能引 起局部范圍內的地面變形。雖然擬建場地空曠，附近無高大建筑物，但是周圍地下分 布有排污管道、電纜和天然氣管道等，且擬建場地位于綠化 帶中，施工

9、過程中應對周邊進行變形觀測，且應特別注意環(huán) 境保護，必要時對主要地下管線進行改道或加固。3降水方案3.1方案選擇根據(jù)工程地質條件、水文地質 條件及隧道內周邊建筑物環(huán)境條件，勞動路玉祥門區(qū)間的 隧道內降水可以采用坑外管井降水，主要選擇原因如下：(1)隧道施工深度范圍內含水層主要為第四系晚更新統(tǒng)沖積砂類土層等，綜合滲透系數(shù)取12可以采用管井降水方案。（2）根據(jù)研究場地工程和水文地質條件及周邊環(huán)境，采用管井降水方案是有保證的。（3）隧道內工程降水涉及到的因素比較多，為了保證隧道內降水順利進行，以及為了解決后期施工降水生現(xiàn)的問題， 如局部水位下降太慢或降水不符合設計要求等，需要根據(jù)鄰 近降水井附近區(qū)域

10、的觀測井水位資料來判斷（降水時可利用 旁邊沒有開啟的降水井作為觀測井使用）。3.2 降水設計計算 3.2.1計算參數(shù) 根據(jù)工程地質勘察報 告對各含水層滲透系數(shù)的建議值，以及本區(qū)間各含水層的厚 度，計算中取綜合滲透系數(shù)為12。擬采用降水井的參數(shù)為：井徑800,井管外徑600,內徑500o相關計算參數(shù)表見表一。區(qū)間暗挖段隧道涌水量計算參數(shù)表表1分段區(qū)間里程軌頂埋深 （）（）（）（）（）（） 刀 YDK16+684.00 YCK16+987.08 15.0 14.0 12 19.5 7.5 303.1 20 1.04 15.0 14.0 12 19.5 7.5 303.1 20 1.04 YCK16

11、+987.08 YCK17+404.30 14.0 16.8 12 20.5 9.5 417.2 20 1.03 14.0 16.8 12 20.5 9.5 417.2 20 1.03 3.2.2 隧道降水井深計算井深的確定： 降水井的深度按工程地質手冊（第四版）公式（9-5-3）確定：，其中：為隧道內深度；為降水漏斗的水力坡降，計算中取 0.1;,為 隧道內等效半徑，或者是降水井排間距的一半（）；本計算中暫定排間距為20;為設計要求降水水位距離隧道內底的深 度，本設計中取1; L為降水井過濾器工作長度（）；為降水 期間地下水位變幅，取2;為沉砂管長度，取 3;設計單井由水量為360 （）,根

12、據(jù)建筑隧道內支護技術規(guī)程（JGJ120-99）公式8.3.4初步確定： 其中：為滲透系數(shù)，本計算中取值 12;為管井半徑（），本設計中 擬采用0.3。根據(jù)暗挖區(qū)間施工進度安排和施工特點，本計算中暫按30作為一個隧道考慮。則，根據(jù)隧道降水特點，以往工程經(jīng)驗和計算結果，本 區(qū)間擬采用降水井 25.0m。3.2.3降水的計算 根據(jù)本區(qū)間結構特征、周邊建筑物情 況、地層地質特點，周圍水文地質條件及降深，同時結合地 鐵隧道施工降水的特點，本區(qū)間根據(jù)降深分為二部分來考 慮，即 YDK16+684.00 YCK16+987.08 和 YCK16+987.08 YCK17+404.30 部分。由于降水在不同時

13、期涌水量是變化的，初期涌水量大，變 化大，后期涌水量趨于平穩(wěn)，為穩(wěn)定涌水量。因此計算中，分別根據(jù)工程經(jīng)驗，選用（由勘察報告得）計算降水初期的最大涌水量和根據(jù)建筑基坑支護技術規(guī)程（JGJ 120-99）確定降水影響半徑計算穩(wěn)定涌水量。根據(jù)區(qū)間開挖深度范圍內含水層的分布情況及地下水賦存特征，本區(qū)間涌水量計算采用模型為潛水完整井，隧道內遠離邊界，見下圖。根據(jù)建筑隧道內支護技術規(guī)程（JGJ120-99）公式計算:,，。式中：為涌水量（）；為影響半徑（）；為含水層厚度（）；為系數(shù)， 計算方法參見工程地質手冊（第三版）第955頁表9-5-3, 線性插入，具體見表1;其中：為降水等效半徑（）；一隧道寬度，本

14、計算中取隧道兩線平均 寬度20.0m；為基坑（降水井壁外側）水位降深（）；L為隧道計算長度（）；為單井由水量（）；為降水井數(shù)（個）。首先進行 YDK16+684.00YCK16+987.08段降水計算：（1）涌水量計算 降水平穩(wěn)期：根據(jù)規(guī)程F.0.7確定降水影響半徑；根據(jù)工程地質手冊（第三版）公式 9-5-11確定基坑等效半徑：;基坑涌水量為降水初期：根據(jù)勘察報告提供的經(jīng)驗值，降水影響半徑取為70.0;基坑等效半徑；基坑涌水量：（2）降水井數(shù)量計算 按規(guī)程8.3.3計算得：降水初期，單井生水量按 480計算，需要降水井的數(shù)量為（個）；降水平穩(wěn)期，單井由水量按 360計算，需要降水井的 數(shù)量（個

15、）。其次進行 YCK16+987.08YCK17+404.30段降水計算：（1）涌水量計算降水平穩(wěn)期：根據(jù)規(guī)程F.0.7確定降水影響半徑，根據(jù)工程地質手冊（第三版）公式9-5-11確定基坑等效半徑；基坑涌水量：降水初期：根據(jù)勘察報告提供的經(jīng)驗值，降水影響半徑為70.0;基坑等效半徑基坑涌水量：（2）降水井數(shù)量計算 按規(guī)程8.3.3計算得：降水初期，單井生水量按 480計算，需要降水井的數(shù)量為（個）；降水平穩(wěn)期，單井由水量按 360計算，需要降水井 的數(shù)量為（個）。3.3 管井位置確定 根據(jù)暗挖區(qū)間和豎井及橫通道的結構 尺寸等因素綜合考慮確定降水井距的位置?？紤]地下結構施工操作空間及盡量避免降水

16、井置于結構中（以免與結構施工發(fā)生矛盾）。因此，初步確定降水井中心距結構外邊緣不小于3.5。根據(jù)暗挖區(qū)間的地質情況、地下水位埋深、水位降深要求、區(qū)間結構特點和施工特點，結合計算結果和以往工程經(jīng)驗， 擬在線路上布置降水井 64 口，考慮到地裂縫對降水的影響，在地裂縫附近，采用 30.0的降水井，平均井間距約 20.0,其 余地段降水井深度 25.0,平均井間距約21.0o實際采用的泵型應根據(jù)隧道內水位及由水量確定，剛開始 降水時涌水量比較大，可通過適當增加泵量來調節(jié)，待抽水 進入穩(wěn)定期，涌水量減小后，可換用較小流量的水泵。4降水施工保證措施 4.1防止水位下降導致的地面沉降 的措施 處于地下水位之

17、下的土體，當?shù)叵滤皇韪蓵r，浮 力消失，所消失的浮力轉化為自重應力，其自重應力增加值 相當于浮力消失值，并可視等同于原始狀態(tài)下土體附加應力 增加值。土體在附加應力作用下產(chǎn)生壓縮變形的公式如下：式中，為最終沉降量（）；av為壓縮系數(shù)；為孔隙比；為附 加應力（）；為壓縮層厚度（）。從公式中可以得由，沉降量與附加應力成正比，附加應力 與水位下降深度有關。因此，在降水過程中，可采用延長降水周期，減緩降水速 度來控制水位降落曲線，使之平緩下降，減小不均勻沉降。4.2 防止降水井反濾失效導致的地層土顆粒的流失的措 施降水井穿越的地層有粗砂和粉細砂，如果降水井反濾層 沒有處理好，易導致土層中顆粒的流失，隨著

18、降水的時間延 長，有可能導致地面沉降，進而破壞鄰近建筑物的基礎，導 致建筑物產(chǎn)生不均勻沉降。根據(jù)多年來的工程實踐經(jīng)驗，在黃土層中的降水，因反濾 層質量導致的土顆粒的流失情況較少發(fā)生，但在砂層，因反 濾層質量導致的土顆粒的流失情況時有發(fā)生，進而導致地面 沉降。因此，對于本工程采取以下措施對此類問題加以控制：(1)在成井施工時，嚴格控制降水井的濾料粒徑(35礫石)，提高濾料的過濾作用。為防止涌砂，成孔時做好地層描述， 井底填入0.5厚礫石。(2)在抽水時，注意觀測水中的含泥砂量，大于時應停止 抽水，查找原因。4.3 地下結構滲漏封堵措施一般黃土地層中，施工質量控制得當、降水效果良好能有效的降低潛水

19、位?？梢员ＷC隧道內壁的干燥。對于部分地層中夾有砂層的情況，即使?jié)撍唤抵猎O計要 求，由于砂層水平向的導水作用，兩井之間的隧道內壁砂層 可能由現(xiàn)局部滲漏或涌水現(xiàn)象。由現(xiàn)這種情況，一般堵漏方法的選擇取決于漏水的速度、水壓力的大小、滲漏的部位以及漏水點所處的地層等。一般有以下兩種情況：(1)對于漏水點比較小，滲水速度慢，滲水為清水。由現(xiàn)這種情況，可采用加設反濾的排水孔將滲水導入集水 坑，集中抽生。（2）漏水量大，漏水速度快，滲水攜帶地層顆粒流生。由現(xiàn)這種情況時，采取如下措施：先用砂礫石回填反壓滲漏部位，確保地層土顆粒不流失；對于設有帷幕的隧道內條件，在坑內采用速凝型漿體材料（速凝型注漿材料選用水泥漿

20、和水泥-水玻璃雙液漿，配比0.6:11:1）壓力注入，封堵滲漏點；當坑外水壓力較大， 難以從坑內有效封堵時，可利用滲水點外側已有的降水井抽 水，進行短期減壓，然后在坑內注漿封堵。具體的封堵措施根據(jù)地層環(huán)境和外界條件的變化而調 整，并且在補救過程中應加強水位和變形監(jiān)控。在開工前，編制好相應的應急預案和詳細的施工方案。一旦由現(xiàn)漏水，立即組織實施，把滲漏水對進度造成的不 良影響降至最低。4.4 局部水位不滿足施工要求時采取的補救措施本工程隧道內呈線性分布，從勞動路到玉祥門地下水和基礎底呈線 性降落，坑底埋深 15.017.7,降深約5.69.5 （右線）不 等。在降水井工作抽水的情況下，隧道內設計降深最大的局部 區(qū)域可能由