真空降水井在地铁暗挖隧道施工中的应用

仲军

摘要：在城市含水地层进行暗挖隧道施工，降水是关键。本文通过哈尔滨市轨道交通3号线二期工程松江生态园站～进乡街站区间暗挖隧道降水施工经验，阐述了真空降水在含水地层暗挖隧道施工中的应用。

关键词：含水地层；暗挖隧道；真空降水

1工程概述

松江生态园站～进乡街站区间出松江生态园站后，沿保健路向东敷设，然后以300米半径转至通乡街，进入进乡街站。区间线路两侧主要为低矮建筑，多为混凝土结构，目前基本在使用中，为商业、企业办公用地或居民区。

区间起点里程DK15+192.011，区间终点里程DK16+141.921，其中左线区间存在短链22.912米，区间右线长949.910米，左线长926.998米，区间覆土11米～21米。为满足工期要求在DK15+575.775设置1号施工竖井，兼做运营阶段联络通道及排水泵房，在DK15+804.605设置2号施工竖井及横通道。

松进区间采用矿山法施工，根据隧道开挖揭露土层显示，松江生态园站～进乡街站区间在 1 号竖井至2号竖井区段范围内存在因管线渗漏引起工程范围内土体呈软塑或流塑状，极大降低土体自稳性，造成施工困难及严重的安全隐患。

2 真空降水井原理

真空降水的原理主要是通过真空泵在降水井中产生负压，使土层里的空隙水、上层滞水在压力作用下脱离士颗粒，通过滤料渗人到降水井中，再用潜水泵将井内水抽出，随着渗人水的不断抽出，降水面积不断扩大，最后形成以降水井为中心一定半径的动态稳定漏斗曲线，从而达到普通降水井不能达到的效果。

4 降水设计

（1）真空井管长度计算

根据下式L确定真空井管的长度，同时考虑井管露出地面的富余长度，由此确定真空井管长度。

H≥H1+h+IL

式中

H 真空管长度；

H1 隧道底板至地表的距离，取隧道最大埋深；

H 降低后的地下水位至隧道底板的距离，取1m；

I 地下水降落坡度，单排井点为1/4～1/5，取1/5；

L 降水井井管至隧道另一边缘的距离。

（2）涌水量的计算

①影响半径R；根据潜水完整井公式

R=2S

式中

S 水位降深；

K 土的渗透系数，m/d；

H 初始水位至隔水层项的距离。

②基坑等效半径ro

ro= 0.29（a+ b）

式中

a 根据隧道断面的开挖宽度以及降水井距隧道边缘的距离，确定a值。

b 根据影响半径R，取b=2R。

③基坑涌水量

根据均质含水层潜水完整井基坑涌水量计算公式

Q= 1.366K（2H - S）*S/[1g（1 + R/ro）]

式中

Q 基坑涌水量；

H 潜入含水层的厚度。

④单孔涌水量

q=120*π* rs*L*K1/3

式中

rs 真空井半径；

L 井内水的高度。

⑤降水井数量

n= 1.1Q/q

（3）降水井布置

根据影响半径R并考虑相互干扰的作用，真空井沿隧道中线距隧道边缘2m两侧各布置一口，单边纵向间距先定为10m，后根据现场实际降水效果调整到8m。

5 施工工艺技术

5.1真空降水井施工工艺流程

5.2 前期准备工作

（1）准备材料、落实人员，提供“四通一平”，钻机进场。

（2）测放井位：根据降水井平面布置图及现场情况测放井位，做好标记。如果布设的井点存在地面障碍物，应当设法清除障碍物，以利于钻井的进行。若地面障碍物不易清除或受其他施工条件的影响，无法在原布设井位进行施工时，应与技术员及时沟通并采取其他措施，必要的时候可对井位作适当调整。

（3）挖井眼、埋设护口管：埋设护口管时，护口管底口应插入原状土层中，管外应用粘性土或草辫子封严，防止施工时管外返浆，护口管上部宜高出地面0.10m～0.30m。

（4）安装钻机：安装钻机时，为了保证孔的垂直度，机台应安装稳固水平，大钩对准孔中心，大钩、转盘与孔的中心三點成一线，严把开孔关，钻头与钻杆连接处带两根钻铤，并且弯曲的钻杆不得下入孔内。

（5）挖泥浆池：泥浆池的大小按泥浆池计划共用的打井数量和排渣量综合确定。一般每2～3口井共用一个泥浆池，必要时可采用泥浆箱。

5.3 成井施工

施工机械设备选用GF-200型工程钻机及其配套设备。成孔时采用反循环回转钻进成孔工艺。

（1）钻进成孔：因地层含水层颗粒较细，钻进过程中，泥浆比重宜控制在1.10～1.15，尽量采用地层自然造浆。

（2）清孔换浆：钻孔到设计深度后，要清孔换浆，把泥浆调整到1.05左右。

（3）下井管：对于钢管井，采用悬吊下管法，井管底部焊接钢板封堵牢靠，井管与井管之间焊接牢固，确保焊缝均匀、无砂眼

（4）投滤料、固井：井管下好后，立即按设计要求回填滤料，滤料沿井壁四周均匀填入，并随填随测滤料层的顶面高度。

（5）洗井试抽：滤料回填后，应该在8h内用污水泵洗井，直至井水洗清达到规范要求为止。洗井时若出现井水中含有滤料，应停止洗井，检查原因，进行处理，必要时要报废掉，并按封井要求进行封井。

5.4 技术要求

（1）井口高度：井口应高于地表以上0.20～0.50m，以防止地表污水渗入井内。

（2）回填滤料：滤料根据施工方案进行充填，必须要高于滤管顶面。

（3）粘土封孔：使用粘土封堵，严格按照施工方案进行粘土封孔。

（4）固井：滤料回填后、上部井周边采用现场泥土回填固井。

（5）成孔偏差：井深（孔深）偏差≤±50cm；井孔应圆正；井位≤±50cm。

（6）出水含砂量：抽水稳定后，出水含砂量达到相关标准。

5.5 排水设施及要求

（1）排水设施应满足工程降水最大出水量的需求，并保障排水的顺畅；

（2）应尽量缩短降水井与排水设施之间的距离，减少降水井排水的沿程水头损失，降低抽水设备的扬程消耗。

5.6 降水井封井方案

降水工作结束后，需对降水井进行封堵，本工程降水井在隧道外侧，可直接回填场地土封井，回填后再根据道路等要求固化地表。

6 总结

真空降水井是结合本工程实际地质情况，而作出的一种新的尝试。经过不断的观察、摸索、分析、总结，从降水设计到降水井施工，通过对井深井距、降水井结构、真空压力以及洗井、过滤、密封、降水时间等关键参数、关键工序的调整、改进，做到了隧道无水开挖。事实证明真空降水井能成功解决粉质粘士地层中的降水问题。

（作者单位：中交二航局第三工程有限公司）