真空降水在隧道全风化富水砂层施工中的应用

张军

摘要：阳城隧道 1 号斜井（正洞）在全风化富水砂岩地段施工过程中，结合其他施工先例，现场采用真空降水，能使围岩达到中湿状态，解决了砂岩遇水迅速恶化、涌沙涌水严重、初支易背后形成空洞、控制难度大，施工风险大等困难，并且安全质量得到保证，施工进度明显提升，最后取得圆满成功。

关键词：富水砂层；施工；超前深孔；真空降水

中图分类号：TU753 文献标识码：A 文章编号：1672-9129（2017）09-154-02

Abstract：YangchengTunnelNo.1inclinedshaft（hole）inweatheredwaterrichsandstoneareaconstructionprocess，combinedwithotherconstructionsite precedent by vacuum precipitation， can make the surrounding rock to wet state， to solve the water behind the rapid deterioration of sandstone and gushing sand gushing water seriously， the initial support easy to form a cavity， it is difficult to control the the construction risk is big， difficult， and safety and quality assurance， construction progress significantly， and finally asuccess.

Keywords： water rich sand layer； construction； advanced deep hole； vacuum precipitation

1 项目概况

1.1 概述。阳城隧道位于陕西省榆林市靖边县龙洲乡双城村附近，本项目 为我单位增援项目，兄弟单位施工过程中因施工降水、流沙變形控制差等原 因，进度严重受阻，正洞施工因在富水砂岩地层段降水不利，隧道变形大，进 口掌子面平均每天出水量约 240～260m？，出口掌子面平均每天出水量约

240～300m？，围岩含水量大，涌水涌沙严重等原因，施工进度进展缓慢。

1.2 工程概况。根据剩余施工任务及实际进度指标，我单位主要承担 1 号斜井（DK244+377～DK245+455）860m 的正洞施工任务；其中，小里程方向 510m， 大里程方向 350m。 进场前小里程方向掌子面施工至

DK244+888，大里程方向施工至DK245+095；任务范围内穿越三道古冲沟地质，主要以含水全风化砂岩及土砂互层为主，围岩级别为 V、VI 级，最大埋深187m，最小埋深81m。

1.3 工程地质水文情况

1.3.1 工程地质概况。地质情况，根据最新地质补勘资料显示，阳城隧 道剩余段落处于地下水位线以下，为全风化～强风化白垩系砂岩，掌子面掌子面揭示地层主要为粉细砂层，颗粒松散、饱和，呈流塑状，自稳能力极差；地质条件异常复杂，地层变化较大，古基岩面（土石分界）起伏较大。

1.3.2 水文地质条件。地下水受下游麦家沟水库（现已成淤积坝）人工 蓄水的影响，地下水位抬升。古冲沟内沉积含水砂、土层，顶标高 1305m，稳定地下水标高 1300m；下伏白垩系全风化砂岩，含水，根据掌子面揭示及超前地质钻探和超前深孔泄水结果分析，进口掌子面平均每天出水量约

240～260m？，出口掌子面平均每天出水量约240～300m？，围岩含水量大。

1 号斜井小里程方向 DK244+895～DK244+750 为富水土层夹砂层，

DK244+750～DK244+550为富水黄土段，DK244+550～DK244+350为富

水土层夹砂层，DK244+350～DK244+200为富水土石分界段。

2 工程难题

小里程方向掌子面揭示地层土砂互层，含水量大，局部存在软塑变形，开挖后掌子面及边墙涌水涌砂严重，施工难度大。

大里程掌子面位于古冲沟土石分界面，软硬不均，洞身位于地下水位以下，中、下台阶及仰拱开挖面出水量较大；围岩自稳能力极差，开挖后易 产生涌水涌砂现象；初支封闭后，拱顶沉降及收敛变形大。

3 方案确定

隧道在全风化富水砂层地段施工过程中，由于受到渗水影响，原状砂岩迅速恶化，常呈流砂状外涌，施工风险较大。针对现场实际情况，结合施 工先例，决定治沙先治水，治水采用真空降水。

4 施工思路

真空降水原理为由真空泵产生真空负压，从而达到抽吸地下水的目的，其对砂性岩层降排水效果尤为显著。另外，真空降水易于施工，轻便、灵活，且造价相对较低，便于现场维护和管理，具有较强的适应性，并能根据地层复杂多变、富水岩层发育的特点，即可调整降点的平面分布，灵活抽取、疏干洞内围岩富水，偏于及时开挖支护。

5 降水设计

5.1 真空降水原理。真空降水是由降水管、集水总管、真空泵及连接软 管组成。通过集水总管利用真空泵在管内形成真空，将地下水从管内不断 抽出，从而降低地下水位。

5.2 真空降水管布置

⑴上台阶超前￠32 真空降水管长 12m，每 3m 设置一环，横向间距0.5m，向上倾角15～30°。边墙超前￠32真空降水管长9m，纵向间距0.5m，外插、向前倾角30°。垂直￠32真空降水管长4m，横向间距1.0m，纵向排距3.0m。中台阶底部按间距0.5m布孔，管长12m，纵向间距3m；中台阶垂直￠32真空降水管长3.0m，横向间距1.0m，纵向排距3.0m。中台阶边墙超前￠32真空降水管长9m，纵向间距0.5m，外插、向前倾角30°。下台阶边墙超前￠32真空降水管长9m，纵向间距0.5m，外插、向前倾角30°。

⑵每排真空降水管采用 Φ75mm 主管连接，主管接入真空泵，每台真空泵接入 10 支支管，支管采用 φ32mmPPR 管外包土工布及密目网。支管和主管之间设集水器，集水器采用 Φ75mm 钢管制作，并在连接部位加设阀门，控制井管降水，支管和集水器采用 32mm 钢丝软管连接，主管和真空泵连接采用 75mm 钢丝软管连接。

6 降水施工方案

6.1 施工工艺流程。施工准备→测量定点→钻机成孔→安装井管、滤水管→孔口封堵→管线连接→试抽与检查→正式抽水→排水。

6.2 施工措施

（1） 降水管布设完成后，采用 C25 喷射混凝土全封闭掌子面，厚度

10cm，以防止管壁漏气，影响降水效果。

（2）适用前应进行试抽水，确认无漏水、漏气等异常现象后，应保证连 续不断抽水。应备用双电源，以防断电。

（3）顺坡开挖隧道，排水主要采用顺坡自然排水，只在开挖面与仰拱区 间设抽水设备，将施工废水抽至成形的水沟内自然顺坡排斜井底部泵站集中抽排至洞外污水处理池，经处理达标后排放。

7 真空降水优点及实施效果

7.1 全风化富水砂层围岩采用了真空降水，具有以下优点

（1）沙层孔隙水流抽至中湿状态，不会出现涌水涌沙现象，提高了初 支稳定性，井点根据现场施工情况进行布置，偏于其他工序正常进行。

（2）布置灵活，施工方便，降水效率较高。

（3）施工材料可以反复是使用，施工费用较小，经济效益好。

7.2 施工现场应用效果

（1）掌子面没有涌水涌砂现象，初支背后不会出现空洞，为开挖支护 保证有效的工作面，安全质量得到保证

（2）施工进度明显提升，顺利、安全、且超过了预设的目标，每月平均 至少完成开挖支护由 15m 提高至 30m 以上，为后续施工打下坚实基础。

参考文献：

[1]真空井点降水试验分析与数值模拟[J].贾向新，聂庆科，王英辉，梁书 奇.岩土力学.2014（S2）.