某暗挖通道真空降水施工技术

通道中线-4.1中砂粉质粘土-5.93左⑨部⑥部⑤部右⑨部-0.31拱顶标高粉细砂左⑦部左⑧部-2.2现地下水位回填土2.53.9②部④部⑦部右①部③部右⑧部Φ108mm水平真空降水管,L=24m,内设Φ50mm钢管，外包双层100目滤网水平真空降水管横断面布置图青岛东海路暗挖通道真空降水施工技术郭立亚1，孙华胜2(1，中铁隧道集团二处有限公司；2，青岛建工学院监理公司)摘要：本文简要的介绍了青岛国际帆船中心东海路人行地下通道工程大跨浅埋软弱饱和动态含水砂层土建施工方法，通过采用合理得施工方案：重点采用洞内水平斜向真空降水工法；辅助于超前大管棚、超前注浆小导管、全断面及周圈注浆等工法；安全的完成东海路开挖与支护。关键词暗挖通道真空降水1、工程概况青岛国际帆船中心东海路人行地下通道工程位于青岛市市南区，横穿交通繁忙的东海路，北出口与佳世客商业步行街相接，南出口位于原北海船厂院内西北角，距海边300多米。暗挖部分长44.94m，开挖宽度为18.9m，高度为7.179m；顶板埋深3.8m。通道采用复合式衬砌，初支为钢架格栅+网喷砼，二次衬砌为C30·S10钢筋砼结构。工程地质：本工程地层自上而下分为7层：填土层，中砂层、粉细砂层、粉质粘土层、中粗砂层、强风化花岗岩层、中风化花岗岩层。水文地质：本工程地下水稳定水位埋深为1.90～2.30m。暗挖通道开挖主要位于饱和动水中粗砂层、和粉细砂层中。2、暗挖施工总原则1、暗挖施工遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测、先治水”的指导方针。2、暗挖通道应在无水状态下施工。降水过程中，管井、水平、垂直真空降水管均设双层100目滤网，使降水含砂率控制在1/6万～1/10万以内。3、施工方案由原设计方案的二层八部“CRD”工法改为三层十二部“CRD”工法。4、严格执行施工工艺标准，确保工程质量。3、方案选择针对东海路暗挖通道埋深浅、地质条件很差、地下管线较多等特点，如何防止路面沉降过大，防止通道开挖坍塌就显得十分必要。经过方案比较，决定采用超前大管棚、小导管支护、全断面及周边注浆、通道内水平管降水和斜向真空管降水、三层十二部“CRD”工法等作为控制东海路暗挖通道控制沉降、保证开挖安全的主要技术措施，其中真空降水作为关键控制技术。4.通道内水平管轻型井点真空降水⑴降水管布置：由于东海路为青岛市主干道无法施工地面降水井，即在暗挖通道两侧无法形成系统地面管井降水，需要在通道内进行水平和竖向真空降水。以此达到断面开挖时的安全要求。水平真空降水管设置在断面中部，位于粉细砂层和粉质粘土层交界面上10cm，主要目的是将交界面以上的水位降下来，以使通道①、②部及左、右⑦部达到无水开挖条件，满足上断面开挖要求。⑵水平管真空降水施工参数：水平真空降水管外管采用Φ108mm钢管，长度24m，位于砂层与粘土层交界面上100mm左右，水平间距1m，共设19根。外管除出水口1m不钻孔外，剩余管身按照间距200mm梅花型布孔，孔径Φ10mm。外管利用大管棚钻机，采用跟管钻进方式，一次成型。外管内设Φ50mm钢管内管，内管除出水口1m不钻孔外，剩余管身按照间距200mm梅花型布孔，孔径Φ5mm。内管外包裹双层100目滤网，内外管之间填充满透水性滤料。在管口处，用快硬水泥封闭内外管间空隙，内管外接真空降水管路，接入真空泵。由于地下水流来自通道东西两侧，斜向降水管主要设置在东西两侧壁，深度以深入下一分部仰拱下50cm为宜。⑶水平真空降水管布置图⑷降水管结构1、在主通道左、右上分部安设真空降水系统，采用2台真空泵。2、采用SZ-2型真空泵，真空度不小于0.05Mpa。3、内管采用φ50的钢花管，每根长10m，外露10厘米，滤孔φ10@50，梅花型布置。4、外降水管采用Φ108mm钢管,水平间距为1.0米，分别沿砂层与粉质粘土交界面水平布置安设。5、内管外接真空降水管路，接入真空泵。5、通道洞内竖向轻型井点真空降水1、暗挖通道洞内真空降水采用垂直孔分两层进行，每层孔深位于所开挖层底板下50cm。自①、②、⑦部内对③、④、⑧部进行真空降水；自③、④、⑧部内对⑤、⑥、⑨部进行真空降水。通道横向每一分部内设真空降水管一排，真空降水管纵向间距1.0m，每排真空降水管支管用Φ100mm主管连接，接入真空泵。真空降水管支管采用Φ50mm钢管，钢管外包双层100目滤网，钢管壁按照间距200mm梅花型布孔，孔径Φ5mm。支管插入导向管，导向管孔径Φ100mm，导向管外侧壁按照间距100mm梅花型布孔，孔径Φ5mm。通道初期支护采用风钻或风镐成孔，土层中直接顶入。插入支管后，支管与导向管壁间出口、导向管出土面用砼封闭。洞内真空降水示意见下图。洞内真空降水示意图6、降水设计依据通道内以③分部为例竖向降水管设计计算基底埋深：9.1m；水位埋深：1.90m；降水面积A=111.8m2；含水层渗透系数k=5.0m/d；含水层厚度H=8.1m；含水层水位降深S=7.2m；井管半径r=0.2m；过滤器有效进水长度：ι′=0.1m沉砂管长度：hw5=1m计算模型：无压完整井⑴降水井设计计算基坑等效半径：x0=√A/π=√26*4.3/3.14=5.97m降水井影响半径：R=1.95S√kH=1.95*7.2√5*8.1=89.3m通道涌水量计算Q3=1.366K(2H-S)S/[lgR-lgx0]=1.366*5*(2*8.1-7.2)*7.2/(lg89.3-lg5.97)=376.7m3/d=0.00436m3/s单管单位出水量：q=65πrι′3√K=65*3.14*0.2*0.1*3√5=6.98m3/d=0.000081m3/s⑵确定管数量：N=m*Q/q=1.1*L/H=1.1*0.00436/0.000081=59个⑶确定管间距：L=C/n=(24*2+4.3)/59=0.9m(C为通道开挖长度)右右⑦部⑧部⑨部右Φ50mm支管左⑦部⑧部左Φ50mm支管⑨部左Φ100mm主管Φ100mm孔右右⑧部⑨部⑦部右Φ100mm主管Φ50mm支管Φ100mm孔⑧部左⑨部左Φ100mm主管⑦部左Φ50mm支管②部Φ100mm孔④部⑥部Φ100mm主管①部③部⑤部Φ100mm孔②部①部Φ50mm支管④部③部Φ100mm主管⑥部⑤部①、②部内真空降水管布置③、④部内真空降水管布置⑦部内真空降水管布置⑧部内真空降水管布置根据实际情况，管间距按1m布置，按实际场地条件调整，实际布管数59根。⑷确定管深：根据实际场地情况，相应的分部高度，取管深为H=3m。⑸选用机械：真空泵：2台；型号：SZ-2型。7.5kw电机2台。7井点降水引起的地面沉降计算根据多年的施工经验，深层井点降水对周边环境的影响是很小的，其引起的沉降可以忽略不计，不会影响建筑物的安全性。主要影响是在上层滞水层和潜水层。井点降水所引起的地层收缩主要是在竖向出现，可以忽略土体的侧向变形。根据经验公式：LS=∑aiΔuibi/(1+ei)式中ai——第i压缩层的经验压缩系数（1/Kpa）；ui——第i压缩层的孔隙水压力（Kpa）Δui——第i压缩层的孔隙水压力增量（Kpa）；bi——第i压缩层的初始厚度（m）ei——第i压缩层的孔隙比由于地层影响，只考虑粉质粘土以上粉细砂降水的压密的沉降，只一层。LS=∑aiΔuibi/(1+ei)=4.289*10-6*58.3*8.1/(1+0.689)=0.012m=12mm(Δui=γΔh=1*103*5.83=58.3Kpa)从现场实测地层失水沉降与计算吻合。8、真空降水施工中出现的问题、产生原因及处理方法序号问题原因措施1真空度不够管路漏气用粘湿的塑料薄膜掺盖管路接口。2部分支管不出水或很少支管与导向管之间阻塞取出支管清理淤砂3开挖中拱脚处仍有流水外管深度、支管数量不够。重新打设加深长度、加密支管数量。9、结束语：根据监控量测结合现场情况来看：由于施工中对策和措施得当，采用洞内真空降水工法，成功的解决了前海滩地带饱和动态含水砂层的开挖问题，施工对周边环境影响很小，路面下煤气管和自来水管安全无恙，三层十二部开挖分块开挖面土体可以自稳，未出现开挖面坍塌现象，有效的保证了开挖面施工安全。此工程说明浅埋暗挖法完全可以在青岛前海滩进行进行施工，有利的拓宽了浅埋暗挖的应用领域。