盾构法施工中砂层进洞段降水设计与施工

刘广仁，常喜平，寇宝庆，安冬云，李应辉

（中国石油天然气管道局，河北廊坊 065000）

盾构法施工中砂层进洞段降水设计与施工

刘广仁，常喜平，寇宝庆，安冬云，李应辉

（中国石油天然气管道局，河北廊坊 065000）

西气东输二线长江盾构隧道穿越工程采用AVND3080泥水平衡式盾构机施工，盾构机进洞段地质条件复杂，属粉质黏土和细砂地层。细砂层具有中、强透水性，给盾构机进洞带来很大的威胁。经多方案比选论证，采用深井降水方案疏干盾构机进洞段地下水，达到盾构安全进洞的目的。

盾构施工；砂层；深井降水；降水设计

0 引言

在盾构工程中，盾构接收时由于地层卸压，对于稳定性较差的地层很易发生塌方事故，严重影响盾构的安全施工，特别是在含水丰富的砂层地段盾构机进洞极易产生涌水、涌砂等现象，故在盾构机到达接收井时必须采取必要的安全措施[1-2]。本文以西气东输二线长江盾构工程为例，介绍了盾构进洞采用深井降水技术，疏干进洞段地下水，确保盾构机进洞安全。

1 工程概况

西气东输二线管道工程是国家级重要基础设施项目，本文介绍的是西气东输干线在武穴市和九江市之间穿越长江的工程，采用盾构穿越施工，施工区附近覆盖层以第四系冲、洪积层为主。

根据工程地质勘察报告，进洞段揭露覆盖层厚约57 m，岩性复杂，上部13 m主要为粉质黏土，下部为细砂及砾砂层，其中砾砂层距地表30 m以下。粉质黏土层含饱和水，呈可塑及软塑状，具微透水性，渗透系数为3×10-5cm/s；中细砂层含饱和水，松散，具弱～中等透水性，渗透系数为2.35×10-3cm/s；砾砂层含饱和水，中密，具中～强透水性，渗透系数为3.85×10-2cm/s。

2 降水设计

2.1 模型建立

根据水文地质情况和盾构机进洞要求，本次降水工程影响到的主要含水地层为粉质黏土和细砂层；砂砾层埋深较大，降水对其没有影响，设计在细砂地层降水。按照历年资料，11月份武穴段长江水位距地表约7 m，地下水被降到盾构进洞口底以下1 m，地下水水位降深6 m，属于深井降水，降水模型如图1所示。

本次降水主要是降低盾构进洞地下水，模拟的盾构机进洞段为长8 m、宽6 m的矩形开挖基坑，属于矩形基坑内地下水，即盾构进洞段地下水。

2.2 矩形基坑涌水量计算[3-5]

式中Q——基坑出水量/（m3/d）；

K——渗透系数/（m/d），取3.55×10-3cm/s；

M——承压含水层厚度/m，取44 m；

H——承压含水层的水位/m，取16 m；

hc——潜水含水层厚度/m，取0；

R——影响半径/m，R=A+Ri，Ri取55 m；

A——基坑换算半径/m；

a——基坑长度/m，取8 m；

b—基坑宽度/m，取6 m；

η——系数，参照表1。

通过计算可得基坑涌水量为：

Q=5 100 m3/d

表1 基坑参数

2.3 降水井数量[6]

式中n——降水井数量/口；

q——单井抽水量/（m3/d），取50 m3/d。

代入Q、q值可得n=6.4。

考虑到计算误差，共布置7口降水井，1口观测井 （兼备用降水井），合计8口，在盾构隧道两侧均匀布置。

2.4 降水井深度

井点管埋设深度为：

式中H——井点管埋设深度/m；

H1——井点管埋设位置至基坑地面的距离/m，取12 m；

h——基坑底面至降低后的地下水位距离，一般取h=0.5~2 m，根据地下水降到基坑底下1 m的要求，取h为1 m；

J——水力梯度，取1/4；

L——井点管至基坑中心的水平距离/m，第一排取7 m，第二排取11.5 m；

l——过滤管工作部分长度和沉淀管长度/m，取15 m；

s2——井的水头损失/m，取0.5 m。

代入公式可得井点管埋设深度：

第一排井：H′=30.25 m；

第二排井：H″=31.375 m；

统一取两排井的井点管埋设深度：H=32 m。

2.5 降水井位置布置

根据计算，接收井及洞门周围均匀设置7口降水井、1口观测井 （兼备用降水井），其具体布置位置如图2所示。

2.6 降水井结构及配置

根据降水效果要求，降水井开孔直径为600mm，终孔直径为600 mm，井深为32 m。井管采用D 250 mm钢质焊管和缠丝包网填砾过滤管，过滤管长11 m，砾石规格2~3 mm，井管底部为2 m沉淀管，降水井剖面如图3所示。

深井潜水电泵采用总扬程不低于30 m、额定流量50~80 m3/h、泵体最大外径不大于250 mm的类型。降水需8台排量为50 m3/h的深井水泵与若干水泵配件及2个水位计。

深井降水运行期抽排的地下水由承压管道排水至场地管沟内，根据场地情况宜采用直径89 mm钢管将每口井连接至场地管沟内，管道向出水口方向倾斜3‰铺设。

2.7 降水效果预测

根据以上计算，确定了降水井数量为8口，在盾构隧道两侧，各分两排均匀布置，根据以上设计数据并利用软件对8口降水井降低地下水位进行模拟，其降水效果如图4、5所示。

3 结束语

盾构施工是一种先进的施工方法，盾构机进洞经常发生较大的事故，其原因大部分是不稳定的软土地层所致，在一定程度上说，它已成为盾构法隧道施工成败的关键，所以应分析工程所在处地质情况，采取必要的施工措施，保证盾构接收的安全。

[1]杨太华.越江隧道工程大型泥水盾构进出洞施工关键技术[J].现代隧道技术,2005,42（2）：45-48.

[2]贾卫波，汤学峰.西气东输管道工程通过长江的技术方案——盾构施工法[J].2011，（4）：4-7.

[3]吴林高.工程降水设计施工与基坑渗流理论[M].北京：人民交通出版社,2004.

[4]王智勇,周群建.深基坑降水对周边环境影响分析[J].地下工程与隧道，2000,（3）：33-35.

[5]徐秋林.大型建筑深基坑降水设计与施工[J].工程技术，2009,（3）：171-172.

[6]张梅.淤泥质地层下地铁深基坑降水设计与施工[J].工程技术,2009,（11）：158-160.

Water Level Lowering Design and Construction at Shield Tunneling Entrance in Sand Stratum

LIU Guang-ren（China Petroleum Pipeline Bureau,Langfang 065000,China）,CHANG Xi-ping,KOU Bao-qing,et al.

AVND3080 slurry balanced shield machine is used in the Yangtze River tunnel construction of the Second West to East Gas Pipeline Project.The geological condition at the shield tunneling entrance is complex and belongs to silty clay and fine sand stratums.The strong permeability of sand stratum imperils the shield machine when it enters into hole.Through the comparison and discussion for several schemes,the scheme of water level lowering with deep wells is adopted to drain the underground water at the shield tunneling entrance and thus to ensure safety of the shield machine.

shield tunneling;sand stratum;water level lowering with deep wells;water level lowering design

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.01.011

刘广仁 （1977-），男，甘肃人，工程师，2001年毕业于中国石油大学 （北京），从事盾构施工管理工作。

2010-11-09