浅谈真空降水在地铁暗挖隧道施工中的应用

2017-09-07吴铁志

中国新技术新产品 2017年17期

关键词：井点滤网真空泵

吴铁志

摘要：本文简要论述了地铁暗挖隧道工程在砂类地层，隧道开挖等地下水较发育地段，对降深要求不高，含水量要求不高的施工项目采用真空降水施工方案。该方案确保施工安全、质量、进度等顺利进行，效果良好，可为今后类似工程提供参考和借鉴。

关键词：地铁；暗挖；隧道；砂层；真空降水

中图分类号：U455 文献标识码：A

1.工程概况

西安地铁四号线市中医医院站～行政中心站区间位于凤城八路～未央路之间。道路两侧为居民区和政府办公楼。区间分为盾构区间、矿山法区间和明挖区间。其中矿山法暗挖区间长40.924m，埋深14m～15m，隧道采用CRD法进行开挖及初支。

2.工程地质及水文地质

2.1 工程地质条件

区间地貌单元属渭河一级阶地。根据钻孔揭露，在勘探深度50.0m范围内的地层主要为第四系堆积物，即由全新统杂填土（Q4ml ）、素填土（Q4ml）、冲积（Q4al）黄土状土、粉质黏土、粉细砂、中砂、粗砂、砾砂组成。

2.2 水文地质条件

根据勘查结果，该场地所揭露的地下水为第四系松散层孔隙潜水，含水层主要为第四系全新统冲积粉质黏土、粉细砂、中砂、粗砂及砾砂。地下水潜水位埋深15.90m～17.00m，水位高程366.15m～367.87m。

3.实施真空降水的原因

右线暗挖隧道降水方案设计J1-1～J1-11共11口降水井（如图1所示），井深40m，在实施过程中由于地下管线及道路交通疏解无法满足，实际实施了6口降水井（J1-2、4、5、6、8、11）和明暗挖接口位置有4口降水井（J01-J04）目前正在运行，动态水位在地面以下32m～37m，降水后静态水位在地面以下22.6m（在隧道开挖面以上1.25m，详见图2隧道开挖断面与水位关系图），在区间暗挖隧道2号导洞下台阶开挖施工过程中，距离开挖最底面剩1.25m出现流沙情况，给施工安全、质量、进度造成极大的影响，根据现场突发情况，紧急采取真空降水措施，确保施工安全、质量、进度等顺利进行。

4.拟采取真空降水方案

4.1 真空降水工作原理

采用真空射流降水泵为降水作业主要机械，具体原理为：水箱6灌满水后，开动离心泵1，离心泵驱动工作水运转，当水流流过水力喷射器2（如图3所示），到喷嘴11时，由于喷腔狭窄，流速突然增大，当水力继续经过12时，形成真空腔，在井点5周围产生真空，把地下水吸出，同时回入水箱。水箱6内的水呈一个大气压的天然状态。

4.2 施工方法

4.2.1 总体部署

对2号、4号导洞进行真空降水，导洞上台阶进尺5m后开始实施真空降水，真空降水井点随上台阶开挖进尺进行布设，下台阶初支达到设计强度后拆除井点管。

4.2.2 沉管

井点管埋设采用导杆冲枪式水冲法成孔。导杆式冲枪的由高压水泵、两端开口带有变径的镀锌铁管、高压橡胶软管等组成。将冲枪枪口端略插入地面下，开启冲枪水泵，枪口喷射高压水流冲击土体成孔，枪体跟进枪头下沉，一直达到设计孔深。成孔深度略深于井点管长度，井点管的长度应满足设计要求。冲孔直径一般为30mm，水冲法成孔后，关闭冲枪水泵，拔出冲枪，及时将井点管沉放孔中，用砂土将井点管与孔壁之间的缝隙填充密实，以防漏气。该井管埋设结束后进行下一井点管的埋设。

在下台阶开挖面安放两根集水总管，总管长度为6m和4m以搭配使用，直径为65mm。井点管间距为纵向1.5m，横向1m，最外排井点管倾斜30°，内排垂直布设，规格为25mmPVC管，长度为3m。井点管下部2m为滤水管，管壁上钻直径8mm的孔呈梅花形分布。管壁外包两层滤网，内层为细滤网，采用30～50孔/cm的生丝布；外层用8～10孔/cm的尼龍丝布。在管壁和滤网间用铁丝缠成螺旋隔开。滤网外围再缠一层8号粗铁丝保护滤网。如图4所示：真空降水井点布置图。

4.2.3 连接与试抽

主管在井点管处接一变径三通，变径规格同井管，主管的变径端与井管端采用透明软塑管连接，连接时用胶封堵接头孔隙，软塑管两端的连接部位再用薄膜束缚，防止接头漏气影响抽水效果。

井点系统全部安装完毕后，进试抽。抽水时，先开真空泵抽取管路中的空气，使之形成真空。空气经真空泵排出后，当集水箱有了相当多的水时，再开动离心泵抽水，抽出的水排放到排水系统。试抽后，必须出清水，如达不到要求，必须查明原因，不允许长期抽混浊水，以使降水区域泥砂大量流失而造成事故。

4.2.4 井点运行与监测

井点运行后，要求连续工作，发现漏气应及时修补。每班配备一人专门常规保养。在运行过程中，应对出水流量、地下水位及周边沉降加强观测。

4.2.5 注意事项

每根井点管埋设完成后应检查其渗水性能，检查方法为：在正常情况下，井点口应有地下水向外冒出；否则从井点管口向管内灌清水，看管内水下渗情况，如果下渗越快，说明该管质量优良。Φ40的橡胶软管连接，两头用铁丝拧紧，外涂抹黄泥，以防漏气，最后连接真空水泵进行试抽。

试抽的主要目的是检查接头的质量，井点的出水状况，真空泵的运转情况，如发现漏水、漏气现象，应及时进行加固或采用黄泥封堵处理，因为漏气会影响整套系统的正常工作，影响整体的降水效果。井点降水在使用时，要求不间断的连续抽水，需配有备用发电机，一旦停电，立即要进行恢复，否则可能造成导洞坍塌，井点降水的正常规律是“先大后小，先混后清”原则应立即检查纠正，在降水过程中，要派专人观测水的流量，对井点系统的维护观察。

4.2.6 人员安排

操作真空泵两人、埋设抽水管4人、电工1人、控制压力表1人、积水处理1人、详细记录、拍摄照片、观察掌子面变化情况1人。

5.质量控制

降水系统施工完毕后，应试运转，如发现井管失效，应采取措施使其恢复正常，如无法恢复，则需报废，另埋设新的井管。

质量检验：

（1）井点管垂直度 <1%

（2）井点管插入深度（和设计相比） ≤150mm

（3）砂料填满（与计算值相比） ≤5mm

（4）井点真空度 >60kPa

6.真空降水效果分析

（1）根据目前西安地铁四号线市-行区间真空泵施工降水情况分析，真空降水可以有效地疏干井点管2.5m范围内残留水，实现局部范围内的无水作业，能有效地保证地铁暗挖隧道施工安全，工程质量及工程进度。

（2）在做真空泵过程中存在工序衔接，在上台阶进尺5m后，需重新布置降水管埋设位置，布置及调试耗时近2个小时，要提前做好施工组织计划。