管井降水在區(qū)間地鐵施工中的應(yīng)用

摘　要:介紹在深圳地鐵一期工程區(qū)間隧道設(shè)計(jì)和施工中采取的輔助性降排水技術(shù)措施,并對(duì)降水而引起的地面沉降問(wèn)題進(jìn)行分析、探討。
關(guān)鍵詞:地鐵; 隧道; 管井降水; 地面沉降

1 　工程概況
深圳地鐵一期工程由規(guī)劃的地鐵一號(hào)線東段和四號(hào)線南段組成,其中采用淺埋暗挖法施工的總長(zhǎng)度約8.8 km , 均位于城市交通干線下,地面交通繁忙,地下各種管線縱橫交錯(cuò)。
深圳地鐵一期工程暗挖隧道所處地層為上覆第四系人工堆積素填土,沖積、海積粘性土、砂類(lèi)土,第四系殘積礫質(zhì)粘性土,下伏燕山期花崗巖,部分區(qū)段存在富水飽和砂層,流塑狀粘土層及通過(guò)洪積沖溝的淤泥雜質(zhì)等不良地質(zhì)狀況,地質(zhì)條件復(fù)雜。地鐵沿線的地下水按其賦存條件,主要為第四系松散巖類(lèi)孔隙水,賦存于溝谷平原、河岸沖積平原、沖洪積階地、沖海積平原的第四系松散地層中,局部微具承壓性,受大氣降水和地表水補(bǔ)給。
2 　施工降水方案
深圳地鐵暗挖區(qū)間隧道最初的施工設(shè)計(jì)并未采取大范圍的降水措施,而是采用以小導(dǎo)管注漿作為超前支護(hù)的基本輔助工法,在施工過(guò)程中,多個(gè)區(qū)間隧道出現(xiàn)拱部坍塌、涌泥涌砂險(xiǎn)情,施工安全難以保證,工程進(jìn)度緩慢。為此,經(jīng)過(guò)技術(shù)論證,提出了以地面降水為主、洞內(nèi)引排水為輔,保證淺埋暗挖施工在基本無(wú)水狀態(tài)下施工的思路。實(shí)踐證明, 這是確保施工安全、進(jìn)度、質(zhì)量的有效措施,取得了很好的工程效果。
3 　降水設(shè)計(jì)的理論依據(jù)
(1) 土的透水性在地下水位以上土體中存在毛細(xì)水。毛細(xì)水的存在,增加了土粒間的接觸壓力,這對(duì)土體的穩(wěn)定是有利的。地下水位以下土體中的自由水稱(chēng)為地下水,它連續(xù)充滿(mǎn)所有孔隙,對(duì)土粒產(chǎn)生浮力作用。
(2) 降水對(duì)地層的加固作用
設(shè)原地層在自重應(yīng)力作用下已完全固結(jié),降水后, 地下水位降低ΔH = H1-H2,使得下臥層承受相當(dāng)于ΔH·γW 的垂直附加應(yīng)力,下臥層的有效應(yīng)力隨著空隙水壓力的消失而增長(zhǎng)。對(duì)降水深度ΔH 范圍內(nèi)的土層,其含水量因降水而顯著減小,其重度從浮重度γ′ 提高到飽和重度γsat ,這部分土層在增加的自重應(yīng)力作用下逐漸固結(jié),土體抗剪強(qiáng)度相應(yīng)增加。
(3) 降水對(duì)防止?jié)B流破壞的作用
在未降水的條件下,開(kāi)挖位于地下水位以下的隧道,水壓平衡被打破,產(chǎn)生水頭差,出現(xiàn)流砂、流土現(xiàn)象。有時(shí)土體雖然暫時(shí)是穩(wěn)定的,但細(xì)顆粒被水從粗顆粒之間帶走,便會(huì)形成孔道,惡性循環(huán),孔道不斷擴(kuò)大、加深,最終也會(huì)造成嚴(yán)重破壞。因此,作為防止?jié)B流破壞的根本措施,應(yīng)盡可能降水,減小水力坡度。
4 　降水設(shè)計(jì)
(1) 降水井布置
深圳地鐵一期工程區(qū)間隧道降水多采用管井降水,由于隧道穿過(guò)的地下含水層較復(fù)雜,而隧道兩側(cè)布井降水適用性最強(qiáng),適合于地下含水層任意分布,所以采用在隧道兩側(cè)間隔布井的方式。
(2) 降水井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
① 井深　根據(jù)隧道結(jié)構(gòu)深度確定井深,但井底不進(jìn)入隔水層。
② 井徑　在道路上施工,管井井徑不宜設(shè)計(jì)得太大,以減小清渣、清漿量。井徑大了,出水量也不會(huì)增加多少,井徑設(shè)計(jì)以600～650 mm 為宜。
③ 井管　<350～ <400 mm 的骨架纏絲包網(wǎng)濾水管可以使用,單包網(wǎng)目數(shù)不宜太小,否側(cè)井內(nèi)容易涌砂, 以一層60 目、一層40 目為宜。但這種井管造價(jià)較高, 有條件時(shí)使用水泥礫石濾水管,這種濾水管成本低、質(zhì)量好。
④ 濾料　針對(duì)中砂～ 礫砂含水層,以3～7 mm 級(jí)配碎石子為好。
(3) 降水井檢查井設(shè)計(jì)
道路上施工降水井(不能暴露于地面),可按市政標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)檢查井,蓋上承重井蓋后與路面平齊,能經(jīng)受汽車(chē)攆壓。
(4) 施工方法
上鉆前應(yīng)確實(shí)探明地下管線,上鉆機(jī)前對(duì)井位要人工挖至原狀土,破除路面用切割機(jī)比風(fēng)鎬要好,如遇到地下水可釬探,確定無(wú)管線時(shí)再上鉆機(jī)施工。采用泵吸反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行成井施工為好,理由是清水水壓鉆進(jìn),不用造漿,成井效率高,質(zhì)量好。鉆進(jìn)過(guò)程中,應(yīng)注意觀察液面變化,及時(shí)補(bǔ)水,防止塌孔埋鉆。洗井一般采用空壓機(jī)洗井,反水量較小時(shí)可適當(dāng)注入清水,驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是水清砂靜。排水管線要求不漏不滲,回填面與路面平齊。
5 　降水與地面沉降
降水引起的地表沉降屬于再固結(jié)沉降,在砂性土中呈現(xiàn)較快,在粘性土中則較慢,在總的地表沉降量中,因降水而產(chǎn)生的地層固結(jié)沉降,約占因施工引起的地表總沉降量的37 % 左右。在花崗巖或其他巖石中降排其風(fēng)化裂隙水時(shí),可不考慮降水壓縮問(wèn)題。
(1) 在降水前做好對(duì)周?chē)h(huán)境調(diào)研的工作
① 查清工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況,即對(duì)該地段應(yīng)有完整的地質(zhì)勘探資料,包括地層分布、透水層和透鏡體情況,以及其與水體的聯(lián)系和水體水位變化情況,各層土的滲透系數(shù),土體的孔隙比和壓縮系數(shù)等。
② 查清地下儲(chǔ)水體,如周?chē)牡叵鹿藕拥?、古水池之?lèi)的分布情況。
③ 查清周?chē)ㄖ镆约暗叵赂鞣N管、線的分布和類(lèi)型,根據(jù)其重要性及對(duì)差異沉降的承受能力,考慮是否要預(yù)先采取加固措施等。
(2) 合理進(jìn)行井點(diǎn)降水,盡可能減少對(duì)周?chē)h(huán)境的影響
① 防止抽水帶走土層中的細(xì)顆粒。抽出的水中帶走細(xì)顆粒不但會(huì)增加周?chē)乇淼某两?而且還會(huì)使井管堵塞、井點(diǎn)失效。為此,首先應(yīng)根據(jù)周?chē)翆拥那闆r選用合適的濾網(wǎng),同時(shí)應(yīng)重視埋設(shè)井管時(shí)的成孔和回填砂濾料的質(zhì)量。
② 適當(dāng)放緩降水漏斗線的坡度。在同樣的降水深度前提下,降水漏斗線的坡度越平緩,影響范圍越大, 而所產(chǎn)生的不均勻沉降就越小,因而降水影響區(qū)內(nèi)的地下管線和建筑物受損傷的程度也越小。
③ 井點(diǎn)應(yīng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),盡量避免間歇和反復(fù)抽水。
④ 降水深度范圍內(nèi)的土層強(qiáng)度在降水?dāng)?shù)天之后就有明顯增長(zhǎng),對(duì)降水線以下的土層,尤其是粘性土,其強(qiáng)度的增長(zhǎng)需要有一定的土體固結(jié)時(shí)間。為防止隧道整體沉降,應(yīng)將水位降至隧道仰拱下1～1.5 m 。
(3) 沉降監(jiān)測(cè)
① 基點(diǎn)布置a1 基點(diǎn)　遠(yuǎn)離降水區(qū)域布置,一般大于800 m , 埋設(shè)深度不小于10 m 。b1 工作基點(diǎn)　靠近降水區(qū)域布置,一般為200～ 300 m , 埋設(shè)深度不小于1 m 。c1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)　布置于地鐵沿線高大建筑物的各個(gè)角點(diǎn)上,測(cè)點(diǎn)用鉆孔插入鋼筋固定。
② 監(jiān)測(cè)要求
初期3～5 d 測(cè)1 次,一段時(shí)間之后可10 d 監(jiān)測(cè)1 次,較為穩(wěn)定時(shí)延長(zhǎng)監(jiān)測(cè)周期,有突變可縮短監(jiān)測(cè)周期,監(jiān)測(cè)結(jié)果定時(shí)報(bào)監(jiān)理和設(shè)計(jì)方。
6 　結(jié)語(yǔ)
暗挖區(qū)間隧道的問(wèn)題主要是地下水的問(wèn)題,通過(guò)深圳地鐵一期工程的實(shí)踐,在降水設(shè)計(jì)方面有以下經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)。
(1) 從深圳地區(qū)的地質(zhì)條件判斷,降水引起的地面沉降量是極其有限的,也是比較均勻的,只要施工方法得當(dāng),降水井質(zhì)量過(guò)硬,降水對(duì)沿線高大建筑物及地下管線不會(huì)有大的影響,但應(yīng)加強(qiáng)沉降觀測(cè),用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)說(shuō)話。
(2) 不同標(biāo)段降水方案和井位位置,要與地鐵沿線不同的水文地質(zhì)條件相結(jié)合,不能千篇一律,尤其要注意地鐵穿越的南北向的地下水強(qiáng)徑流帶。
(3) 重視降水的區(qū)域效應(yīng),即在全線統(tǒng)一開(kāi)展降排水工程,使地下水在地鐵沿線形成一個(gè)狹長(zhǎng)漏斗,可以使降水的工程量不致于太大,并減輕初期局部降水的難度。
(4) 重視降水的時(shí)間效應(yīng),即超前采取降排水措施,因?yàn)楣こ虉?chǎng)地存在較厚的、飽水的礫質(zhì)粘性土層, 其疏干需較長(zhǎng)時(shí)間。
(5) 重視降水工作的洞內(nèi)外相結(jié)合,即在地下水強(qiáng)徑流段,地面降水沒(méi)有完全控制,或在地面無(wú)法打開(kāi)的地段,適當(dāng)采用洞內(nèi)大口井或水平井降水技術(shù)。