城市地铁隧道富水区试验段涌水治理

黄学发

(中铁十四局集团有限公司，山东 济南 250002)



城市地铁隧道富水区试验段涌水治理

黄学发

(中铁十四局集团有限公司，山东 济南 250002)

摘要：大连地铁东—春区间地下水丰富，岩溶较发育，特别是此区间2#横通道段水量高达1 000 m3/h；前期采取了横通道及竖井周边7口降水井井点降水措施和井内3台150 m3/h水泵明水抽排措施，降水效果仍不明显，无法达到预期效果而不能正常开展施工。对此，选取横通道范围作为涌水治理试验段，采用分仓围堵和降水联合工法，降水效果明显。通过介绍此试验段的涌水治理方案，为后期工程和类似工程降水施工提供了参考。

关键词：地铁隧道；富水区；围降联合；涌水治理

1 工程概况

东纬路站—春光街站区间为大连地铁一期工程，区间全长1 064.328 m。选此区间2#横通道段作为本试验段，横通道长31.1 m,宽度5.1 m,高9.6 m，采用二台阶留核心土爆破开挖法施工，拱顶埋深21 m，拱部采用∅42 mm超前小导管预支护；本竖井净空尺寸为11.6 m×6 m，深31.8 m，采用倒挂井壁法施工。横通道及竖井初期支护采用格栅钢架+C25喷射混凝土支护体系，初支厚度30 cm。

1.1 工程地质状况

本试验段主要为第四系覆盖层及粘土层，岩石主要以灰岩为主，大部分地段断层、岩溶比较发育。由上至下依次穿越素填土层(层厚约1.0 m)、全风化泥灰岩(层厚约13.5 m)、中风化泥灰岩(层厚约16.5 m)，为岩溶岩蚀发育地段，揭示溶洞标高-4.5～-8.0 m，洞高3.5 m。横通道穿越的地层为强风化和中风化泥灰岩。

1.2 水文状况

地下水主要为岩溶发育区的基岩裂隙水，分布在全风化、强风化、中风化等岩层中，由于围岩裂隙发育且存在较多的断裂带，致使地下水具有连通性极强、汇水面积大、水量丰富等特点[1]。地下水位埋深4.3～9.3 m，水位高程3.57～8.3 m。年水位变幅均约1～3 m。详勘报告中本段渗透系数K=1.193 m/d。

2 前期涌水量及降水情况

大的涌水点主要位于横通道上台阶掌子面处、横通道北侧壁处、竖井东北角及竖井东南角处，竖井内采用3台150 m3/h水泵(备用3台120 m3/h水泵、3台70 m3/h水泵)进行明水抽排；同时，在横通道和竖井周围打设7口井，采用流量80 m3/h水泵(功率22 kW，扬程54 m)进行井点抽水，根据实际使用的抽水水泵流量和数量进行测算，汇集于竖井内的水量约1 000 m3/h，日抽水量高达2万m3。

前期采取了横通道及竖井周边井点降水措施，结合现场实际布设条件，距竖井和横通道1.5～2 m只能布置打设7口降水井(见图1所示)。降水井管径∅273 mm，井深33～35 m，其中，横通道H1～H4号降水井、竖井S1和S3号降水井能持续稳定抽水，抽水量均为80 m3/h；竖井S2号降水井为间断性抽水，1 h内抽水40 min停止20 min，平均抽水量约为50 m3/h。但横通道掌子面及侧壁处涌水量仍很大，无法进行开挖及支护施工。前期采取横通道及竖井周边井点降水措施降水后的涌水照片如图2所示。

3 试验段施工方案

3.1 方案选择及目的

经实地勘察和相关专家论证，采用分仓围堵和降水联合工法进行该试验段涌水治理[2]，目的是在拟建结构迎水侧方向以小直径长28 m碎石桩最大限度封堵地层裂隙，并辅以注浆止水加固措施和围蔽区内降水措施，最大程度阻止地下水进入暗挖洞室。

图1 横通道及竖井周边原有降水井布置

图2 横通道及竖井涌水状况

3.2 试验段范围

本试验段选取位置处于东春区间2#横通道范围，对应的正线里程为右线DK11+209～DK11+264(左线DK11+217～DK11+272)，以包含2#横通道初衬结构外边线和图示桩位线形成的闭合区域，其中桩位中心线总周长约176.7 m。试验段施工平面布置图见图3所示。

图3 试验段涌水治理范围及溶洞示意图(单位：m)

3.3 施工方案实施

本试验段地下水处理总体方案为“先围后降，围降联合”。第1步，对试验段范围内已探明的溶洞群进行注浆回填固结处理；第2步，打设双排碎石桩并高压注浆形成止水帷幕围蔽区；第3步，在围蔽区内增设降水井进行抽排水。

3.3.1 溶洞群处理

根据前期地质钻探，本试验段范围溶洞较多，需先对探明的溶洞群进行压浆回填固结，确保碎石桩正常施工，避免漏浆导致桩体不完整致使封堵不力。试验段内溶洞处理部位详见图3所示。

施工参数为：以探测报告揭示的溶洞钻孔作为划分溶洞群的依据，首先施工90 mm的钻孔(探孔兼作注浆孔)，孔深至隧道底标高以下1 m，约33～35 m,间距@2.0 m×2.0 m正方形布设,对于有管线和建筑物的地方根据实际情况调整布孔间距，然后下设∅48 mm钢管进行注浆。注浆处理步骤为：先进行周边孔注浆，采用水泥-水玻璃双液浆，模数m=2.4～3.4，波美度20～40 Be′，形成区域止浆墙，其后进行中间孔注浆，采用水泥单液浆进行充填。注浆参数如下[3]：①注浆压力0.4～2.0 MPa。②水泥采用42.5级复合硅酸盐水泥；水灰比=1∶1，水泥—水玻璃双液浆体积比为1∶1。③注浆扩散半径设计为1.5 m。④注浆工艺为一次性灌浆，单孔注浆要求少量多次、反复注浆；每个孔注浆至少复灌两次以上。注浆终压达到设计终压、地面隆起高度达到允许值、地面其他部位冒浆等即可结束本次注浆。

3.3.2 形成止水帷幕围蔽区

在试验段范围内溶洞群处理完毕后，采用国产地质钻机2台,沿设计桩位线布孔打桩(如图3所示)。碎石桩钻孔∅230 mm，桩间距300 mm，桩排距300 mm，梅花型布置，桩长自地表处打设至绝对标高-18.0 m。孔内土质地层范围安设∅219 mm、t=6 mm钢花管(防止塌孔)，岩层不设钢管。成孔后，下设∅48 mm热轧无缝小导管(花管)作为预留注浆管，孔内采用2～4 mm碎石填充，填充高度至绝对标高+10.0 m处。

每完成8～10 m桩位线长度后，统一进行后续注浆封堵，注浆采用桩内预留的∅48 mm钢管进行，浆液采用1∶1水泥浆液，注浆压力0.4～2.0 MPa。

双排碎石桩桩位布置如图4所示。碎石桩桩内预留注浆管和桩体结构如图5所示。

3.3.3 围蔽区内降水

图4 双排碎石桩桩位布置示意图(单位：mm)

图5 碎石桩桩内预留注浆管和桩体结构(单位：mm)

围蔽区内降水井主要用以降排基底涌水和围蔽处漏水，在围蔽区内先利用现有4口降水井进行抽排降水，涌、漏水有所减少，但仍不理想。据此于左右线线路间增设了3口降水井(Z1、Z2、Z3)，3口降水井通过线路间纵向∅50 cm混凝土暗管，排入与暗管相接的排水管内；此外于围蔽区西北侧线路外侧增设1口降水井(Z4)。降水井钻孔∅300 mm，并下设∅273 mm、t=6 mm钢花管，钢花管外裹钢丝滤网，采用碎石滤料。降水井井底深入隧底不小于6 m。水泵与现有降水井水泵型号相同(流量80 m3/h，功率22 kW，扬程54 m)。围蔽区区内降水井井位布置如图6所示。

图6 围蔽区内增设降水井井位布置图

打设完成降水井后，同时开启增设降水井和现有降水井共8台进行抽水试验，经过5 d的抽水试验，各降水井从持续性抽水变为间断性抽水，前3 d各降水井持续抽水时间逐渐减少，表明围蔽区内水量明显减少；第4天时各降水井抽水持续时间基本趋于稳定，具体抽水试验情况见表1所示。

表1 试验抽水平均持续时间 min/h

根据表1抽水试验结果计算，第5天持续抽水时间合计83 min,8口降水井总抽水量为110 m3/h，较之前的4口降水井抽水量320 m3/h减少了210 m3/h。

4 结束语

在此之前横通道工作面因原有降水效果不好而长期处于停工状态，本试验段通过采用“围降联合工法”的治理方案，达到了很好的效果，恢复了正常开挖掘进施工。在开挖过程中地层注浆浆液明晰可见，未见溶洞空腔出现，且未发生突水涌泥情况，地层改良效果较好。横通道掌子面及北侧壁处涌水量明显减少，通过试验抽水结果，水量减少为110 m3/h，原周边7口降水井现只开启2口，且其中1口为间断性开启；原竖井内3台150 m3/h水泵现只用1台就能满足明水抽排。本方案为东—春区间全线选择降水方案和涌水治理提供了参考和借鉴，具有指导性意义。

参考文献

[1]吴明玉,宁殿晶,谢轶琼.隧道涌水的原因分析及治理措施[J].山西建筑,2010(12):318-319

[2]刘家军,李金求,潘泽球.隧道工程中涌水现象的综合治理技术[J].建筑施工,2011,33(11):1022-1024

[3]张明庆,彭 峰.地下工程注浆技术[M].北京:地质出版社,2008

On the Treatment of Water Gush in the Rich-Watered Test Section of a Municipal Subway Tunnel

Huang Xuefa

(14th Bureau Group Co. Ltd. of China Railway,Ji′nan 250002,China)

Abstract:Owing to the fact that the Dong—chun Section of the Dalian Subway is rich-watered and comparatively karst-developed,especially the amount of water gush of the 2nd lateral passage of the section is as much as 1,000 m3/h, the water-lowering effect is still not obvious though the technical measures were taken at earlier stages which were seven water-lowering wells were provided around the lateral passage and the vertical shaft,inside which 3 150 m3/h pumps were used to drain.As the desired effect was not achieved,the normal construction could not be carried out as planned.As a result,the range of the lateral passage was chosen as a test section in the treatment of water gush,with technical measures of separating water gush into certain reservoirs and enclosing them,and other combined water-lowering methods adopted.The water-lowering effect thus obtained was obvious.By introducing the water-gush-treating scheme for this test section,the paper aims to provide a useful reference for the water-lowering construction of following and other similar projects.

Key words:subway tunnel;rich-watered district;enclosing-lowering-combined method;treatment of water gush

中图分类号：U455.49

文献标识码：B

文章编号：1672-3953(2016)02-0043-04

DOI：10.13219/j.gjgyat.2016.02.012

作者简介：黄学发(1981—)，男，工程师，主要从事施工管理工作153151243@qq.com

收稿日期：2015-12-10