疏堵结合降排水在地铁暗挖法区间隧道施工中的应用

宫雷

北京地铁12号线起点—四季青站区间三联拱断面，因受地下水回灌影响，目前水位高于仰拱约3.8m，含水量较大，致使施工严重受阻。本文针对三联拱断面遇水施工受阻问题，通过有效论证和分析，最终提出“以降为主、以堵为辅、疏堵结合、综合治理”的施工方案，实现了掌子面开挖有序、安全可控。

一、工程概况

北京地铁12号线起点—四季青站区间起始点位于通汇路与西四环辅路交口，线路整体沿西四环北路西侧向南敷设约500m后，沿京门铁路北侧向西敷设，最终到达田村停车场。区间暗挖段长度为1175m，根据线路需要线路在四季站南端设置交叉渡线，渡线采用9号道岔。分别采用单洞隧道、双联拱隧道、三联拱隧道断面，断面尺寸断面开挖宽度7.9m～28.78m；区间侧壁以卵石层为主，主要为卵石层和卵石层，三联拱断面整体位于地下水位以上。

起点—四季青站区间3号井三联拱断面中洞二衬已全部施工完成，施工至边洞开挖时水位已上涨至30.31m，三联拱边洞入水最大深度约为3.8m，为保障开挖安全计划采取降水施工，但因边洞结构分别平行下穿西四环辅路和西郊机场铁路，无法进行地面降水，故调整开挖方案将边洞上层洞室初支全部完成，利用上层洞室进行洞内微型降水，由于水流补给较快，抽排降水效果不佳，砂卵石中的中粗砂在降水井施工时和水流冲刷下流失较多，临近初支外壁易出现空腔，且水流较大，致使暗挖作业暂时停滞。

二、起—四区间三联拱边洞降水方案对比

在城市轨道交通建设中，通过长期实践已形成相对成熟有效的地下水治理经验，例如地面降水、洞内井点降水、深孔注浆止水、洞内微型降水井等，上述几项方案在本项目三联拱边洞降水筹划时期对比详见表1。

表1 降水方案比选

由表1可知，因场地原因和风险考虑，洞内微型降水井可作为主要降水方式，同时辅助深孔注浆止水，对水流补给方向进行部分截流，对已完成初支仰拱渗漏点进行补注浆液封堵，达到疏、堵结合综合治理的治水效果，且该项措施风险可控，可行性较高，因此采用该项措施，并以此为试验段结果为后续降水项目提供经验。

三、起—四区间三联拱边洞地下水治理

1.洞内微型降水设计

根据本项目情况，降水方案施工采用黄蜂-90跟管钻机、扬程≥15m流量16m3/h螺杆泵、直径150mm壁厚4mmPVC材质护壁管（滤网为1层60目）、3～7mm滤料、扬程≥50m流量60m3/h污水潜水泵、尺寸为1.5m＊1.5m＊9m的沉淀水箱等。

根据现场，洞内微型降水方案总体施工设计如下：（1）将三联拱边洞上层洞室开挖全部完成，下层洞室采用工字钢封面暂做堵水处理。（2）利用上层洞室空间进行降水井施工，根据现有情况最大化进行降水。

（1）涌水量计算

抽水影响半径计算：根据结构平剖面设计资料，依据构筑物的埋深和涉及抽降含水层，计算含水层涌水量：

等效半径对于不规则面状基坑

Ro—基坑等效半径，m；

A—降水面积，m2。

对于矩形基坑

ro—基坑等效半径，m；

η—概化系数；

L—降水井围成的矩形长度，m；

B—降水井围成的矩形宽度，m；

按抽水影响半径计算，潜水影响半径采用下式：

式中：R—降水影响半径，m；

S—设计水位降深，m；

H—潜水含水层厚度，m。

K—渗透系数，m/d(渗透系数根据勘察报告取值，卵石层等综合渗透系数取120m/d)。

承压水影响半径采用下式：

R—降水影响半径，m；

s—设计水位降深，m；

k—渗透系数，m/d，根据勘察报告取值，细中砂2层、卵石层等综合渗透系数取150m/d。

涌水量（Q）计算：潜水非完整井计算公式：

Q—基坑涌水量，m3/d；

K—渗透系数，m/d；

H—潜水含水层初始厚度，m；

M—承压含水层厚度，m；

h—降水后剩余含水层厚度，m；

s—基坑水位降深，m；

R—降水影响半径，m；

r0—基坑等效半径，m。

涌水量计算结果见表2。

表2 涌水量计算参数表

预估总抽水量（Qz）：预计总抽水时间为180天，潜水层折减系数：前29天为β=0.85，30天到100天为β=0.85，剩余为β=0.65。则抽水总量计算如下：

层间潜水（三）：Q=∑βQd=1×9063.2×29+0.85×9063.2×71+0.65×9063.2×80=1281077.5m3；

预估总排水量Q=128万方（单洞）。

（2）降水系统设计

根据上述计算分析及施工经验，采用洞内微型降水降低水位，满足结构开挖要求，降水设计参数见表3。为更准确监测降水效果，在结构内外均布置水位监测孔，根据监测数据调整泵型泵量，进一步加强降水效果。

表3 降水设计参数表

洞内打井标高以上导洞或中导洞底板标高控制，井深14m，井底标高按21.20m控制，周边降水井倾角以10°～30°为宜，中间降水井竖直。避免与已施工结构冲突。降水井距暗挖小导洞结构外轮廓线1m。降水井局部可以调整。

（3）排水系统设计

排水管网：采用钢管、硬质PVC管作为排水主管路，主排水管直径不小于所连接排水支管总截面面积之和。集水支管管径应与潜水泵出水口口径相匹配，避免变径连接。排水管布设时倾斜度≥3‰。采用暗排的形式，埋设深度≥1m。

排水口保证：本项目排水为市政管线，排水口采用暗埋形式。由于排水量较大且防止雨季排水不畅，根据现场调查结果，现存有φ1000和φ1600的雨水管，能够满足现场排水需求，这样也减轻排水系统的压力。

（4）施工工艺

降水井成井拟采用黄蜂-90跟管钻机成井工艺，施工工艺流程为：施工准备→放样井位，固定钻机角度→钻进施工（钻头与钻杆连接，钻杆外套护壁管）→钻进至设计深度后，逐节拔出钻杆，最后拔出钻头→下井管（井管外缠滤网）→拔出护壁管→放入螺杆潜水泵→排水管路连接→大扬程水泵抽排至竖井上排入市政管网中。

（5）洞内微型降水效果分析

本项目自采取上述方案进行降水处理，现场水位呈明显下降趋势，最低水位点为27.1m，相较于施工前30.31m水位下降约3m，水量补给超过预期，虽未达到降水一步到位的效果，但已降低施工风险，且通过降水期施工地面监测点整体趋于稳定无监测预警。

2.深孔注浆止水方案总体设计

针对区间三联拱断面降水井抽排降水情况，以及现场水量分析，临近南水北调管涵侧水量补给大于远离侧，考虑在该方向进行深孔注浆，意在减少孔隙率，形成临时止水帷幕的效果，由于开挖方向为下坡，且首段开挖后观察已完成初支仰拱部分向开挖面有明显水流补给，因此在已完成初支部位及时跟进背后注浆，且根据水量大小分段进行深度为4m的深孔注浆，形成临时止水帷幕，该方案既减小了开挖面水量，达到降水效果，同时为后续二衬施工以及结构防水进一步提供保障，因此提出总体疏、堵结合的理念。

（1）注浆施工工艺流程

后退式分段注浆是钻、注交替作业的一种注浆方式，每次钻孔注浆分段长度0.8～1.5m，采用孔口管法兰盘止浆。

后退式注浆流程如下：测量定位—钻机就位—开钻孔位、调钻杆角度—试配浆液—钻至孔底压浆。

为了满足注浆固结的目的，需要按照一定的次序进行浆液配制。

①水泥浆稀释：在搅拌桶加入所需的水，开动搅拌机，再加入水泥搅拌3分钟以上。

②注浆泵试运转：开动注浆泵压水试验，检查注浆泵液压情况，系统、注浆管路是否畅通。

③浆液注入：浆液通过双重管压入地层中，采用一次整体注浆方式。

④压力、注浆量控制：观察注浆压力，检查随注浆量增加压力表变化情况。注浆过程中采用压力控制，注浆压力达到2.0MPa时停止注浆。

（2）注浆加固方案

注浆止水帷幕加固如图1所示：

图1 注浆止水帷幕加固示意

注浆加固设计参数：注浆范围为潜水层，且水层较深，因此采用速凝、浓度大的浆液即A液（水泥浆添加一定比例的添加剂）和B液（改性水玻璃）及C液（速凝剂）的混合浆液注入地层。注浆终压为1.5～2.0MPa。浆液扩散半径为0.8m。浆液使用流动性强、渗透性强、浓度高、速凝等特征的浆液。

A液：水泥浆采用普通硅酸盐P.O42.5水泥,配合比为水：水泥=1∶0.8

B液：水玻璃采用浓度42Be′，配合比为水玻璃：水=1∶1

C液：固化剂。

浆液类型及配比：磷酸-水玻璃化学浆和水泥-水玻璃双液浆相结合，并掺加外加剂（速凝剂、减水剂）；A液：水：水泥=1：0.8；B液：水：水玻璃=1：1；C液：水：磷酸=1：0.06；A液：B液=1：1；B液：C液=1：1。

（3）深孔注浆堵水效果分析

通过深孔注浆堵水，有效减少降水范围水流补给，提高降水井效果，使开挖面水位居于仰拱以下约0.5m，保证了掌子面施工安全，同时为后期二衬施工以及结构防水提高质量保障，且注浆期间地面监测点整体趋于稳定无监测预警。

四、结论

本文以某轨道项目水位上涨问题为研究背景，经过现场试验最终提出疏、堵结合降排水的措施，并通过水位监测及地表监测，结果证明该方案可行有效。施工期间，深孔注浆注意压力的控制，做好已完成洞室初支的预加固施工，避免因注浆压力过大，出现初支变形的情况，其次如开挖进度较缓，考虑注浆实效性，可分段、分循环施工，在初支开挖完成后，二衬施工前，应结合现场情况，对浆液失效后出现渗漏水的初支结构进行补充注浆，确保二衬施工质量。