城市隧道工程地下降水和管涌处理施工技术的应用研究

赵春发

郑州市市政工程总公司 河南郑州 450000

1 地下水引起的工程问题

1.1 基坑岩土体强度降低

地下水渗流引起岩土体强度降低，主要体现在其化学影响与物理影响。物理影响指水分子容易在土颗粒周围形成水膜，从而对岩土体产生润滑、软化等作用。而化学影响指岩土体与水产生了氧化还原、水化作用等现象，这些现象使得岩土体的结构发生了改变、内聚力减少，从而降低了岩土体的强度[1]。

而有的地下工程在建设过程中，比较注重潜水及承压水的治理，忽视了上层滞水的危害。比如在基坑开挖过程中，随着土方开挖的进行，土层因受到扰动形成了一些裂隙，这些裂隙随着时间的推移不断增大。如果此时降水丰富或者地表水补给情况良好，上层滞水就会沿着裂隙流入基坑坡体内，导致土层塑性增大，土体强度降低，极易出现基坑边坡失稳的现象。

1.2 地面塌陷或地基被破坏

渗透变形是土体在一定水力坡降渗流作用下，土体颗粒发生了移动或者流失，从而使土体发生变形或破坏的现象，而它包括流沙和管涌等破坏形式。而在地下工程建设过程中，流沙会导致土体发生流动，从而出现地面塌陷或地基破坏等现象，甚至影响到地下工程的安全稳定性。管涌是指在渗流作用下，细颗粒沿粗颗粒间形成的孔道发生移动，土的孔隙逐渐增大而最终形成贯通的渗流通道的现象。管涌通常发生在无黏性土中，极易引起基坑变形、失稳。

1.3 造成突涌

突涌指随着基坑开挖的进行，当坑内下部承压水头压力大于上覆土层的自重压力时，基坑底部土体在承压水头作用下发生隆起，进而出现坑底涌水涌砂的现象。

2 城市隧道工程地下降水和管涌处理探讨

2.1 工程概况

某隧道进口里程为DK86+770 ，出口里程为DK87 + 740 ，全长970 m。隧道主要穿越地层依次为卵石、中粗砂、粉细砂、粉土、砾岩、泥岩。顶板土层主要为卵石层、粉土层，围岩级别为Ⅵ级。存在一层层间水，水位埋深25.3～21.6m，标高25.7～27.18m，位于隧道拱顶范围内。含水层主要为卵石层、中粗砂层、粉细砂层，含水层底板主要为砾岩层和泥岩层。

2.2 工程施工重难点

本工程地下水位位于结构中部，且结构上部主要位于砂卵石层，下部位于砾岩层，透水层和不透水层交界面位于结构范围内，界面上渗流水无法抽排干净，对施工影响极大，存在风险[2]。

砂卵石层渗透系数较大，降水井很容易降低地下水位，而下部为砾岩层，在界面上水流难以完全汇集至井内，故在界面上会存在大量残留水，随着开挖，从掌子面渗流出来，给施工造成困难，增加风险，施工中需要采取有效措施确保施工安全。

开挖遭遇地层较差，穿越风险源等，若开挖不当，措施不足，易导致坍塌等施工风险，施工中必须针对不同部位，不同情况，采取注浆加固等措施。

同时，受季节变化的影响，建设区域内的水位存在一定的涨落变化，容易在隧道施工区域造成管涌现象，影响工程的整体防水质量。基于此，进行隧道防水施工中的管涌现象控制尤为关键。

2.3 基坑降水

（1）施工准备：①场地平整，清除施工场地地面以下2米以内的障碍物，不能清除的做好保护措施，然后整平、夯实；同时合理布置施工机械、输送管路和电力线路位置，确保施工场地的“三通一平”。②井位放样，施工前用全站仪测定降水井施工的控制点，放样处井位并做标记，经过复测验线合格后，用钢尺和测线实地布设桩位，并用竹签钉紧，一桩一签。在降水井轴线拐弯处应设固定桩，同时在施工轴线上设控制桩。③ 修建排污系统，降水井施工过程中将会产生废浆，将废浆液引入沉淀池中，沉淀后的清水根据场地条件可进行无公害排放。沉淀的泥土则在开挖基坑时一并运走。沉淀和排污统一纳入全场污水处理系统。

（2）测放井位及挖探井：当布设的井点受地面障碍物或施工条件的影响时，现场可作适当调整。每眼井钻前必须人工挖探井2.5～4m,见原状土，确认无地下管线，并下入护筒，护筒外侧填黏土封隔好表层杂填土层，以防止施工塌孔，必要时随挖随做砼护壁。如遇地下管线，需适当调整井位，重挖探井。

（3）埋设护口管：护口管底口应插入原状土层中，管外应用黏性土和草辫子封严，防止施工时管外返浆，护口管上部应高出地面0.10m～0.30m。

（4）钻进成孔：开孔孔径为φ700mm，一径到底。钻进开孔时应吊紧大钩钢丝绳，轻压慢转，以保证开孔钻进的垂直度，成孔施工采用孔内自然造浆，钻进过程中泥浆密度控制在1.05～1.15，当提升钻具或停工时，孔内必须压满泥浆，以防止孔壁坍塌。

（5）清孔换浆：钻孔至设计标高后，在提钻前将钻杆提至离孔底0.50m，进行冲孔清除孔内杂物，同时将孔内的泥浆密度逐步调至1.05，孔底沉淤〈30cm，返出的泥浆内不含泥块为止[3]。

（6）吊放井管：井管采用无砂混凝土管，在预制混凝土井管下部包缠1层100目尼龙网，缓缓下放，当管口与井口相差200mm时，接上节井管，接头处用尼龙网裹严，以免挤入泥砂淤塞井管，竖向用4条30mm宽、长2～3m的竹条固定井管。为防止上下节错位，在下管前将井管依井方向立直。吊放井管要垂直，并保持在井孔中心，为防止雨水泥砂或异物流入井中，井管要高出地面不小于200mm，并加盖临时保护。

（7）填滤料：井管下入后立即填入滤料。滤料沿井孔四周均匀填入，保持连续，将泥浆挤出井孔。填滤料时，随填随测滤料填入高度，当填入量与理论计算量不一致时，及时查找原因。不得用装载机直接填料，用铁锹下料，以防不均匀或冲击井壁。洗井后，如滤料下沉量过大，进行补填。滤料为2-7mm干净豆石,杂质含量不大于3%。

（8）洗井：采用下泵试抽洗井，用潜污泵反复进行抽洗，直至水清砂净。洗井在成井8小时内进行，以免时间过长，护壁泥皮逐渐老化,难以破坏，影响渗水效果。洗井过程中观测水位及出水量变化情况。

（9）安泵试抽：成井施工结束后，在井内及时下入潜水泵排设排水管道、电缆等，电缆与管道系统在设置时应注意避免在抽水过程中不被挖土机、吊车等碾压、碰撞损坏，因此，现场要在这些设备上进行标识。抽水与排水系统安装完毕，即可开始试抽水。

（10）排水管及电缆铺设：各抽水井排水采用2寸管排水，内径φ300水泥管集水并就近与雨污水井或雨水箅相连,排管水管与电缆合槽铺设，排水向水流方向的倾斜以1‰为宜,排放水达到市政管理部门的要求，及时发现并关停、处理出水含砂量较大的抽水井。根据现场降水井试抽情况，降水井集水管布置在基坑两侧基坑外排水沟旁。每隔90m设一个向排水沟排水的排水口；暗渠往大里程方向集水管每隔150m设一个向排水沟排水的排水口。降水井排水的2寸排水管就近向集水管中排水。

（11）进点抽水2～3天后挖验土坑开始挖沟槽，抽水至沟槽回填至水位以上时结束。

2.4 堵水、加固施工

（1）围岩加固及堵水。根据围岩等级及时调整支护参数，超前支护采用6m 双层超前小导管，并压注水泥-水玻璃双液浆，施工参数为如下：①双层小导管注浆采用Φ50 热扎无缝钢管，δ =5mm，尾部交错设置Φ10 注浆孔。小导管注浆压力为0.5～1MPa，注浆过程中注浆压力应逐级缓慢提升；压注水泥-水玻璃浆液，水泥浆水灰比1：1，水泥浆与水玻璃体积比1：0.5，水玻璃浓度35 波美度，注浆压力不变。②小导管按以下方式布置：第一层与第二层纵向错开一榀钢拱架，钢管环向间距为40cm，第一层与第二层环向错开20cm；外插角：每层超前按纵向间距2.5m设置一次，纵向搭接3.5m，第一层20°～25°，第二层8°～12°。③为确保超前小导管打设方向，可在钢架上打孔，使钢管从钢架腹部穿过，钢管尾部与钢架焊接，施工中必须保证注浆质量[4]。

系统锚杆由设计Φ22 药卷锚杆调整为准42 小导管，并压注水泥-水玻璃双液浆，钢管前端呈尖锥状,尾部焊上Φ6 加劲箍，管壁四周钻10mm 压浆孔，但尾部0.5m不设压浆孔。小导管施工时，钢管径向打入围岩。

（2）隧底加固及堵水。针对隧底冒水，施工采用在隧底冒水点进行压注水泥-水玻璃双液浆堵水，注浆管采用准50×5mm 钢花管，单根长2.5m，间距1.5×1.5m 布设。

3 结语

综上所述，隧道降水施工是整个项目中的关键点，施工技术选用和实施的科学性、有效性将直接关系到隧道防排水的质量，对后期的运营维护、车辆行驶安全等也将起到至关重要的影响。新时期，进行城市隧道工程建设重要高度重视降水施工技术的规范应用，在渗漏水现象原因分析的基础上，针对性的进行控制策略应用，从而确保隧道施工质量的提升，保证隧道工程结构的稳定性和安全性。