试论浅埋暗挖地铁隧道降水的施工技术
摘 要：交通不断发展使得地铁建筑工程变得更加广泛，由于地铁是在隧道中建设施工，这就给工程作业人员带来了很大的难度。而浅埋暗挖隧道施工能否取得成功的效果，其主要还是看地下水处理状况的好坏。本次研究的隧道工程采取了洞外管井降水，取得了施工效果十分理想，这样就获得了良好的施工效果。这也为同类地铁隧道施工提供了理论依据和经验数据。
关键词：浅埋暗挖；地铁隧道；降水；施工技术
1 前言
社会经济的不断发展必然会促进交通行业的进步，这些都给我国现代化城市建设指明了方向。因而，最近几年我国的城市交通建设开始变得更加普遍，从早期的铁路工程到现在的地铁建设，都显现了城市交通方面的需求。为了让城市交通问题的解决，很多城市开始朝着向地下空间发展，而地铁是当今社会公认的解决城市交通枢纽问题的最佳方式。对地铁隧道施工来说，受到城市建筑物、管线等方面的影响，使得隧道暗挖法施工变得更为普遍，由于施工要在在无水的环境中作业，那么暗挖隧道施工降水技术则是很关键的。此技术主要是设计大口径、大间距降水井，用潜水泵抽水使局部地下水位减小到施工作业面以下，这样才能符合无水施工作业的需要。
2 实例概况
某市区的地铁二号线隧道全长410.326m，呈南走向，为两平行直线，正线线间距为16m，线路纵向成“一”字型上坡，隧道结构底最大的埋深在17.21m、最小埋深16.68m，是单洞单线、单洞双线马蹄形、复合衬砌断面。初期支护选择钢格栅、网喷混凝土联合支护，二次衬砌选择钢筋混凝土结构。此隧道选择暗挖法施工。
隧道所处地貌单元是第四纪浑河老扇，上覆第四纪全新统人工填筑层、第四纪浑河老扇，下伏第四系冰碛物。从上至下主要穿越地层经：杂填土（揭露厚度1.00m~2.50m）、粉质粘土（层厚6.60m~9.90m）、中粗砂（层厚0.70m~7.60m）、砾砂（层厚2.50m~12.50m）、圆砾（层厚1.4m~11.00m）、泥砾（未穿透）。
地下水所处的位置多数集中在浑河老扇冲击形成的中、粗砂和砾砂层中，水位埋深一般在9.8m~15.5m。地下水的补给则基本上来源于大气降水、地表人工河渠垂向渗透补给及浑河侧向渗透补给。场地地下水径流状态尤为显著，地下水流向多数是由东向西流。含水层渗透性强，渗透系数通常为50m/d~110m/d之间，水力坡度约为1‰。
结合地质勘查资料显示，区间正线隧道侧墙及仰拱都处于地下水位线以下。因而，我们应该采取有效的措施进行降排水处理，这样才能为施工作业创造良好的环境。施工时应该将地下水位降至底板以下1m，才这对于后面的隧道施工是很有帮助的。
3 降排水方案的选择
根据目前施工技术的条件看，地下水处理常用的方式包括了：（1）轻型井点降水；（2）喷射井点降水；（3）电渗井点降水；（4）管井（深井）井点降水；（5）洞内全断面注浆止水。
此工程的区域不仅地下砂层含水量丰富，且都属于强含水层，通过对工程队方面的对比分析，如：结合地质水文资料、施工技术水平、工程造价、工程工期等，最终确定大口径深层井点降水的特点集中表现为降水深度大、效果好、井点数量少、设备简单等，在渗透系数大的砂类土中的运用较广。因而，选择洞外管井群井降水方案可对地下水进行有效的控制，让隧道施工降水的效果更加理想。
4 管井群井降水的设计及施工
4.1参数计算
4.1.1计算模型：此区隧道采用暗挖法施工，需要降低地下潜水至结构底板下1.0m，以潜水完整井模型计算其排水量。潜水完整井计算模型见图1。
基坑涌水量为：
式中，S为设计水位降深；K为渗透系数（由地质资料提供）；R为抽水影响半径，
；x0为基坑的假想半径,
; A为基坑管井所包围的平面面积。
式中，l为过滤器有效长度（m）；r为过滤器半径（m）；K为渗透系数（m/d）。
4.1.2参数计算：（1）计算思路：由于本区间下覆不透水层泥砾层距离结构底板较近，管井过滤器有效长度受到制约，参数计算时根据管井井位处结构距离泥砾层的距离计算出过滤器的有效长度，进而计算出管井单井出水能力，根据区间各分段基坑总涌水量计算所需最少管井数量，最后根据施工水平和以往工程降水经验并且考虑一定的降水富余系数，确定降水井数量，根据降水井数量及各分区段长度均匀布置管井井点井位，在实际施工中根据现场地下管线、构筑物等井位进行适当调整。（2）基坑涌水量及单井出水能力计算：根据地勘报告提供的室内试验与现场抽水试验结果，结合区域水文地质条件确定本工程场地潜水含水层渗透系数为110m/d。根据此区间的地质情况、结构底埋深及结构外轮廓线，此区间降水井计算及布设分7个区段，相关计算参数及计算结果见表1。
4.2管井群井的施工
4.2.1管井井点结构：降水井中心距离结构外轮廓线3.0m，局部井位可适当调整。施工竖井处布置6口降水井，井间距为5m~6m不等。管井井点结构见图2。
4.2.2管井群井的施工：施工选择反循环钻机成孔，成孔后下无砂水泥管，对管外填滤料，再结合空压机洗井，洗到水清砂尽后才可停止操作。施工过程必须要满足以下条件：（1）钻进中孔中的泥浆比重需控制在1.04左右，泥浆比重过大则导致井壁的透水性减小，比重过小则会出现坍孔；（2）下井管时要确保井管中心位置准确，这样才能维持井管周围填滤料均匀；（3）填滤料要需与地面保持3m的距离，其上用粘土回填夯实能帮助上层滞水；（4）成井后需快速洗井，这是为了防止泥浆沉淀、护壁泥皮老化，洗至水清砂尽为止。
5 地表沉降监测与分析
5.1单纯降水引起的地表沉降在井点降水过程中，会随水流带出部分细微土粒，再加上降水后土层的含水量降低，使土层固结，因而引起周围地面的下沉。由于降水引起的沉降比较复杂，受到地质条件、降水工艺、降水深度和降水时间等多方面因素的影响，宜采用简易估算法计算沉降量。计算公式如下：
S=ΔPΔH/E0.1~0.2
式中：S——降水引起的地表沉降值（m）；
ΔP——降水产生的自重附加应力（kPa）；
ΔH——降水深度（m）；
E0.1~0.2——降水深度范围内土层压缩模量（kPa）。
ΔP=ΔH·γW/4
式中：γw——水的容重（kN/m3）。
取最不利值为：ΔH=8.84m，E0.1~0.2=10.63×103kPa，计算得到引起的地表的最大沉降值S=18mm。
在正线施工过程中，根据量测结果得到降水引起的沉降值为20mm左右，基本与计算值相吻合，故可以采用井点降水。
5.2监测结果分析
导致地表沉降的原因是多个方面的，主要体现在：（1）降水造成的土层固结和压缩；（2）隧道土体随水流失，导致周围土体掏空；（3）初期支护变形及结构在荷载作用下的整体下沉；（4）隧道开挖引起的变形。
通过本次研究及相关检测数据说明了，第（1）、（3）、（4）条均不是主要因素，第（2）则是导致问题出现的关键，故暗挖隧道控制地表下沉的重点则是针对地下水的处理而言。从多个方面的对比分析之后，可以看出地表降水技术效果明显，在施工过程中可以广泛运用这种方式。
6 降水效果
本区间降水井施工作业持续时间在30d，施工完成后安泵降水，地下水位稳定再开始区间竖井、横通道及正线的开挖支护，各开挖掌子面均符合无水作业的实际标准。施工之后未出现一起围岩土体坍塌失稳现象，与降水实际标准相符。自抽水开始即对邻近建筑物进行沉降加以观察检测，建筑物未出现由于降水而导致的沉降。
7 结语
地下水的处理是浅埋暗挖隧道施工的重点，起松区间段在施工中实施了洞外管井降水，取得的施工效果十分理想。此外，运用这类技术对于工程经济效益的创造也有帮助，可以为同类地铁隧道施工提供了理论依据和经验数据，有助于施工技术的改进。
参考文献：
[1]江正荣.建筑施工计算手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.
[2]胡敏良，徐伟章.流体力学[M].武汉：武汉理工大学出版社，2003.
[3]JGJ/T 111-98，建筑与市政降水工程技术规范[S].
[4]李远宁,段玉刚.浅埋软弱地层隧道旋喷预衬砌支护技术的研究[J].探矿工程，2001,(5):58-61.
[5]秦爱芳,李永圃.上海地区基坑工程中的土体注浆加固研究[J].土木工程学，2000,33(1):69-82.
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