浅谈复杂地质条件下地铁隧道降水工程洞内辅助措施的应用

【摘要】浅谈了地铁暗挖隧道结构处于含水层与隔水层交替出现的复杂地质条件下，由于层间水的渗流作用，引起隧道隔水层界面流砂，进而造成结构施工困难，严重影响结构施工工期及施工安全时，在洞内采取真空降水措施，可有效的解决由于层间残留水对结构施工的影响问题，降低工程风险。

【关键词】地铁隧道施工；洞内降水；真空降水；辅助措施

随着中国经济的急速发展，超大型城市应运而生，但是随着城市规模的不断扩大，交通拥堵问题成为了制约城市经济发展的难题之一。以地铁为代表的轨道交通，成为解决超大城市交通拥堵病一种重要手段，在近二十年中得到了快速发展，以北京为例已开通地铁里程超过500公里，预计2020年达到1000公里。

北京地铁大部分穿行于市区繁华区域，而北京地区地质条件又以厚度较大的第四系堆积物为主，地下水位埋藏较浅，暗挖隧道施工往往受到地下水渗流作用的影响，极易造成隧道内涌水、流砂，严重则引起隧道结构坍塌，造成质量及安全事故，所以暗挖隧道施工往往需辅助于隧道外降水工程，但由于区域地质条件复杂，在多层含水层和隔水层的影响下，隧道内常出现局部残留涌水，对结构施工造成较大影响，因此降水洞内辅助措施的应用就显得尤为必要。

1.工程背景

1.1工程概况

北京地铁X线某区间出入段线采用暗挖法+明挖法施工，区间结构埋深为0～15m。隧道自上而下地层情况为：粉土、粉质粘土、粉细砂、粉质粘土、中粗砂。隧道底部偏上主要为起伏不平的粉质粘土隔水层，中拱上部大部分为粉细砂层，隧道底部以下部分区域揭露中粗砂层。

1.2场区地下水情况

本场区内主要赋存二层地下水，自上至下分别为第一层为上层滞水，仅部分钻孔揭露，第二层为潜水。

第一层：上层滞水（一）：含水层岩性为粉土②层、粉土③层以及局部填土层，水位标高为22.02～21.11m，水位埋深3.4～4.7m，该层水分布不连续，透水性较差。

第二层：潜水（二）：含水层岩性为粉细砂④3层，钻孔揭露含水层厚度0.4～3.8m，水位标高为14.24～11.82m，水位埋深为10.35～13.38m，分布较连续。

2.隧道暗挖过程中受到地下水影响原因分析及处理措施

2.1受到地下水影响原因分析

隧道暗挖段主要受到潜水（二）影响，隧道开挖大部分处于粉细砂层，并且局部隧道底部偏上存在连续的粉质粘土隔水层，隧道与地层关系见图1。暗挖施工过程中，在隧道底部粉细砂与粉质粘土交界面，出现无规律的层间涌水，伴随有流砂现象发生，初支结构后面底部出现局部流空，锚喷混凝土困难，严重影响施工进度，并且有造成上部粉细砂层坍塌的风险。

本工程采用隧道外抽渗结合管井降水，在隧道两侧按6米间隔均匀布置，施工过程中，降水井水位监测结果均满足降水设计要求，可排除降水工程不利造成的影响。由此，在结合地层情况分析可知，层间涌水位置为粉砂层与粉质粘土交界面处，受粉砂层渗透性不良及粉质粘土隔水层起伏不平的双重影响，导致潜水（二）层难以疏干，当隧道结构面临空时，水在自重作用下向临空面流出。

2.2处理措施

在出现粉砂层流砂后，引起了隧道中上部粉细砂层坍塌，增加了初支及锚喷的难度，严重拖延了施工进度，并且从地面沉降监测点监测数据反馈的信息分析，流砂亦加剧了区域地面沉降，对周边环境及隧道施工造成极大的安全隐患。

根据上述原因分析及多次论证，决定采用洞内真空管降水辅助措施，在隧道底部断面粉砂层与粘性粉土交界面及交界面以上50cm处对称布设真空管，斜下向外侧打插，真空管单根长度为5m，外倾及向前下倾角度均为30°。

集水主管采用Φ75mm钢管，按0.5m间距布置支管连接口，支管采用Φ32mm钢管，管身按10cm间距梅花型布置6mm透水孔，管外螺旋包100目滤网，降低粉细砂流失率。

2.3降水效果

采用断面真空降水处理措施后，通过真空抽水，在断面开挖前超前将层间涌水排走，使断面开挖时基本处于无水作业状态，减小了由于层间涌水渗流引起的流砂对结构施工及安全的影响，加快了工程进度，并且由地面沉降监测点的监测结果可知，通过该措施对地面沉降的控制也起到了很好的促进作用。

3.结语

1）在暗挖隧道施工过程中，隧道结构处于含水层与隔水层交替出现的复杂地质条件下，往往在隔水层界面常出现层间涌水，特别是上层含水层颗粒较小，渗透性差，通过洞外降水的方法很难达到疏干的效果，因此为减少由于层间涌水渗流而造成流砂等影响，在洞内采取的真空降水措施是必要的，是对保证结构安全、顺利施工及减少沉降对周边的影响有着积极作用和良好效果的。

2）在结构施工前，通过分析隧道所处的地勘资料，可初步预判出结构易受层间涌水影响的范围，可酌情考虑不采用全隧道范围洞外降水，而是在重点区域采用局部洞外降水配合洞内降水的措施。这样既可以降低工程成本，亦可减少抽排地下水量，降低由于工程降水对周边环境的影响。

3）洞内真空降水措施沿洞壁两侧底部布置，大大减小了降水管对结构开挖施工的影响，并且在施工过程中降水管可反复利用，降水工程维护费用低。

4）暗挖结构施工过程中及时进行超期探测，根据探测结果灵活控制降水管数量及抽水情况，做到边超期探测，边布置降水管，边抽水，可避免不必要的經济及资源浪费。

参考文献

[1]工程地质手册.北京：中国建筑工业出版社，2007.

[2]张建奇.降水措施在第三系富水砂岩隧道施工中的应用[J].铁道建筑，2013（8）：76-78.

[3]建设部综合勘察设计研究设计院，建筑与市政降水工程技术规范（JGJ/T111-98）.北京：中国建筑工业出版社，1999.

[4]张在明.地下水与建筑基础工程.北京：中国建筑工业出版社，2001.

作者简介

张新伟（1982-），男，北京市地质工程勘察院，工程师。