李鹏1
(中铁十八局集团市政工程有限公司 天津河西区 300222)
摘 要 结合某地铁区间竖井、横通道及暗挖隧道降水施工难点及该工程水文地质情况,根据所采用的坑外管井降水方法,讨论了区间竖井、横通道及暗挖隧道降水计算模型及其参数的取值,计算出降水井的施工深度和布设点位,最终确定降水施工方案,可为今后类似工程施工提供参考。
关键词 地铁 降水 方案
中图分类号 文献标识码
Discussion on Precipitation Scheme in special section of Metro
Li peng
( China Railway 18th Bureau Group Municipal Engineering CO.,LTD., hexi tianjin 300222)
Abstract Combined with the difficulties in dewatering construction of shaft, cross channel and underground tunnel in a metro section and the hydrogeological conditions of the project, according to the dewatering method of pipe well outside the pit adopted, the dewatering calculation model and parameter values of shaft, cross channel and underground tunnel in the section are discussed, the construction depth and location of dewatering well are calculated, and the dewatering construction scheme is finally determined, which can be used for similar projects in the future Provide reference for construction.
Keywords Metro;Precipitation;Scheme
1 工程概况
某地铁隧道埋深约11.7m~25.4m,左右线间距为17.2m~25.0m。本区间在空地内设置施工竖井,施工竖井采用倒挂井壁法施工,竖井深度为26.368米,横通道全长42.965米,继续采用矿山法施工。暗挖隧道于YCK24+115.364穿过f1地裂缝。区间Y(Z)CK23+965.454~Y(Z)CK24+120.000采用矿山法施工,全长154.546米,断面为马蹄形。
2 降水施工难点
2.1 地下水位难以下降
水泵的排水能力是比较强的,但实际情况是降水井的出水量却比较少,难以达到地下水位下降的目的[1]。产生该问题的主要原因:一是砂滤层含泥量过高,孔壁泥皮在洗井过程中尚未冲刷损毁,临近孔壁土层在钻孔时遗留下泥浆没有清理干净,最终使地下水向井内渗漏的道路不通,单井集水能力有所下降;二是水文地质资料与实际降水施工情况不符,井点滤管施工埋设位置没有在透水性比较好的含水层中[2];三是降水井的深度、直径和垂直度难以全部达标,井内沉淀物居多,井孔容易堵塞。
2.2 地下水位降深不足
地下水位降深不够,降水井降水后的水位没有完全达到设计的要求。产生该问题的主要原因:部分地段的井点数量少、单井降水效能没有充分发挥、水泵型号选择不合适导致井点排水能力减小、水文地质资料没有达到一定的详细程度造成实际涌水量大于计算涌水量。
2.3 地面不均匀沉降难以控制
该工程降水沉降监测工作共包含两个方面:一是井点之间的联测和附近的建筑物与地面的沉降监测,二是监测工作时间从降水施工开始前,一直持续到暗挖隧道二衬施工结束。
根据分层观测资料证实,开采含水层间及其以上的粘性土失水是造成地层压缩、发生沉降的主要原因。按照类似工程的施工经验,大面积地区沉降的风险,短期内呈现不太明显,而不均匀沉降造成的危害是比较大的,这也是广堡区间降水施工的一个难点。
3 工程地质及水文地质
3.1 工程地质
此次勘探深度范围内各层土从上到下综合描述见表1。
表1 地层描述
土层编号 |
土层名称 |
层厚 |
1-1 |
杂填土 |
0.50~11.80m |
1-2 |
素填土 |
0.50~1.50m |
3-1-1 |
水上新黄土 |
3.60~13.50m |
3-2 |
古土壤 |
0.90~6.20m |
4-1 |
水上老黄土 |
1.00~11.40m |
4-4 |
粉质粘土 |
1.00~25.00m |
4-6 |
细砂 |
0.90~4.30m |
4-7 |
中砂 |
0.50~17.70m |
4-8 |
粗砂 |
1.20~23.70m |
4-10 |
圆砾 |
0.90~14.30m |
3.1.1 地形地貌
施工场地原主要为民房、厂房及苗圃,现在已经拆除完毕,场地内表面分布较多的建筑垃圾,地面以下可能残留较多的建筑物基础。
3.1.2 不良地质作用
在该区段地裂缝f1呈隐伏状分布,地表及地面建(构)筑物均无明显破坏形迹。根据初勘阶段地裂缝f1勘探结果,f1地裂缝与区间隧道相交。
3.2 水文地质
3.2.1 地下水位
勘察期间(2019.8~2019.10),该区域地下水位埋深约为18.2~30.8m,地下水位高程介于 374.44~386.29m之间。
3.2.2 地下水流向、流速
根据某勘察研究院提供的《地铁抗浮设防水位专题研究报告》,场地地下水的总体流向由东南向西北。按照区域地质资料反映,地下水流动的速率小于2.00m/d。
4 降水方案的选择
为有效解决该工程施工难点,根据本区间水文、地质条件,本场地降水采用坑外管井降水方案。计算模型按照潜水完整井,基坑远离边界状态[3]。配泵量为25m³/h,扬程为50.0m。由勘察报告可以得知,本工点降水施工综合渗透系数k取值 25m/d。
4.1 计算模型及参数
竖井及横通道降深为 8.8~10.3m,暗挖段降深为 8.1~9.1m。按照结构设计要求,施工时应将此位置地下水位降至既有结构底板以下 1.0m。
根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)潜水完整井,基坑远离边界时,涌水量按规范中公式[4]E.0.1计算。
(1)井深计算
公式:
式中,H为管井埋置深度(m),H0为地面至基坑底面的距离(m),hi为基坑中央最深挖掘面至降水曲线最高点的安全距离(m),i为降水曲线坡度,对于环状或双排井点可取1/10~1/15,取1/10,L为井点管中心至基坑中心短边距离,l为滤水管长度(m),l0为井底沉砂管长度,取值3m[5]。
经计算,最终本工点降水井深取值 38m。
(2)基坑涌水量
公示: (E.0.1)
式中, Q为基坑涌水量;不规则块状基坑的等效半径 ,A 为基坑面积;降水井影响半径或用户指定;Sd 为降水井水位降深(小于10时取10);k为渗透系数;H为潜水含水层厚度。
(3)管井单井出水量设计值
公式:q=120πrsl
式中, rs为过滤器半径;k为渗透系数。
(4)降水井个数计算
公式:
式中,Q为基坑涌水量;n为降水井数量;q为单井出水量(m3/d)。
根据结构特点、周边建(构)筑物情况、地层地质特征、周围水文地质条件及降水深度等因素,同时结合地铁施工降水的特点,按潜水完整井,基坑远离边界的特点进行设计[6]。用理正降水软件对降水进行计算分析,最终,确定本工点布设降水井43 口,降水井井深为45m;观测井 7 口,井深为40m,观测井的结构与降水井的结构相同。
4.2 降水井点位布置
根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012),经平水期和涌水期基坑涌水量计算确定,本工点布设43口降水井(J1~J43),井深为45m,降水井平均井间距为10~17m,为便于观测降水效果及降水深度,设置7口观测井,井深为40m。降水井与观测井的结构相同,降水井直径为700mm,井管直径为500mm,采用无砂混凝土滤水管,滤料采用3~5mm圆砾。降水施工剖面图见图1,降水井结构图见图2。
图1 降水施工剖面图
图2 降水井构造图
5 降水方案采取的应对措施
为有效解决本工点降水施工三大难点,在确定降水井选型、深度、井径及点位布置的基础上,特在降水方案中提出具体的应对措施。
5.1 有效降低地下水位
一是在降水井点管周围灌砂滤层后当即洗井,在清理出孔内的泥浆之后,采用重力式洗井法,使用泥浆泵多次抽水直至水清为止,从而冲刷粉碎深井孔壁附着的泥皮,并把周围土层中剩余的泥浆排出,然后立即开始尝试抽水,使周围土层中没有吸附和排干净的泥浆依托地下水连续向井内涌动而完成清洗。二是若存在需要疏干的含水层,要考虑设置滤管,按照含水层土的颗粒来确定滤网和滤料的大小规格。三是在降水井内首次装设或者更换水泵之前,应测量降水井的实际深度和井底沉渣的厚度,若降水井深不够或沉渣厚度超标,则需要对降水井进行冲洗,排除降水井内的沉淀物。
5.2 解决地下水位降深不足问题
依据实际地质水文资料来计算并复核降水范围内的降水井数量、降水井间距、单个降水井出水量、抽水时需要过滤部分的长度、降水井单位降水效率、总涌水量及特定点降水深度要求。当选择水泵时,充分考虑到季节因素及大气降水影响导致不同时期的涌水量,以达到降水深度的要求,同时,优化和提升单个降水井费排水效率,依据含水层的条件安装适当长度的滤水管,增加滤层厚度。在降水深度不够的位置增加降水井的口数,在单个降水井能承受的最大集水量使用排量较高的水泵。要求井管下垂直周正,填滤料充实均匀。填滤料要求在潜水位以下地段使用含砂土小于3%规格为3~5mm的纯净河床砾石(或二次破碎的),禁止使用碳酸盐岩屑。井孔及抽水井设置要基本均匀对称,抽水井的潜水泵要求下放距井底1.0~1.5m处,同时要求泵量扬程合理匹配适当降低抽水强度。
5.3 控制地面沉降,确保地下管线及周围建筑物安全
制定完善的地面沉降监测方案,并依据监测方案严格实施,是控制地面沉降的有效方式。在该工点降水方案中,重点说明了地面沉降监测的措施。降水维护阶段经常巡回检查,发现出水含砂量较大的抽水井要立即关停,查找原因研究处理,并结合降水动态,调整抽水井开启位置和数量。此外,沉降监测与抽降水同步进行,定期监测及时反馈信息资料,研究沉降值较大的监测点及发生的原因,提高警惕,必要时通报建设单位、监理单位和设计单位。
6 结束语
采用坑外管井降水方式进行降水,要充分利用计算模型分析计算井深、基坑涌水量、管井单井出水量等数据,从而得出施工时所需的降水井及观测井个数及点位布置,并根据该地铁区间竖井、横通道及暗挖隧道工程降水施工的难点,采取具体的应对措施,进一步确定降水方案的可行性。本文计算模型中参数的取值来自于经验值,可以满足施工的要求精度。
参考文献
[1] 蒲亚平.厦门地铁一号线天水路站基坑降水技术研究[J].路基工程,2015,59(02):166-170.
[2] 建设部人事教育司, 城市建设司组织.质量检查员专业与实务[M].北京:中国建筑工业出版社,2006:15-18.
[3] 袁丹丹.西安地铁四号线大唐芙蓉园站深基坑降水工程设计方案及施工技术研究[D].西安:西安理工大学,2016.
[4] 顾岳.管井降水施工技术[J].城市建设理论研究,2015,23(02):26-27.
[5] 刘康辉.下穿既有建筑物暗挖地铁隧道围岩及地表变形规律研究[D].西安:西安科技大学,2017.
[6] 范迪.地铁深基坑开挖对既有管线变形影响规律研究[D].西安:西安科技大学,2018.