西安地铁地裂缝暗挖隧道降水施工工艺

中图分类号：TV698文献标识码： A

一、降水施工方案

1 工程概况，

1.1 工程位置及结构类型

半坡～纺织城区间线路从半坡站出站后，下穿半坡环岛东侧堡子村2＃商住楼，以R=450m的曲线向东北方向前行。下穿电建公司住宅楼群，纺北路，穿越f6地裂缝后，以R=450m半径区间转向东前行。f6地裂缝（纺北路处）采用矿山法处理，预留盾构通过条件。

1.2 工程地质状况

本区间位于堡子村转盘与新寺村之间。沿线地形平缓，局部起伏较大，地面高程介于406.28～427.44m之间。根据《西安城市工程地质图集》和本次勘察结果，本区间线路跨越的地貌单元有灞河一、二、三级阶地。

2 降水方案

2.1 工程地质、水文地质的分析、降水方案的选择

2.1.1 环境分析

A. 建筑物

半坡～纺织城区间沿线建筑物比较多，且多为民宅，多为6～7层的砖混或混凝土结构，且距离隧道比较近。

2.1.2 方案选择

降水设计区间施工方法为矿山法，在矿山法施工段，隧道开挖前需要提前进行降水。根据地质资料及线路平纵断面，该段区间底部位于地下水位线以下，无连续隔水层分布。施工竖井及地裂缝段施工，降水成功与否直接影响施工及周围建筑物安全；地裂缝段地层复杂，需要保证做到无水施工。

拟建工程为地下工程，隧道底埋深约30.65～34.64m，地下水位埋深27.2～30m，基坑水位降深f6地裂缝上盘约为7.14～5.33m，f6下盘约为4.4m，区间在穿越f6地裂缝段采用矿山法施工。根据工程地质条件、水文地质条件、施工方法及基坑周边建筑物环境条件， 结合西安地铁邻近场地基坑降水工程经验，本区间基坑降水拟采用坑外管井降水，主要选择原因如下：

⑴ 基坑深度范围内含水层主要为4-8层粗砂和4-11卵石层，渗透系数较大，采用管井法降水时，降水井可穿透此层，对基坑中水位的下降有利。

(2) 基坑工程降水涉及到的因素比较多，为了保证基坑降水顺利进行，以及为了解决后期施工降水出现的问题，如局部水位下降太慢或降水不符合设计要求等，需要根据邻近降水井附近区域的观测井水位资料来判断（降水时可利用旁边没有开启的降水井作为观测井使用）。

2.2 区间降水设计计算

半坡～纺织城区间，基坑降水设计范围为YCK30+400至YCK30+666.43，里程长度266.43m，水位设计深度按降至隧道底以下1.0～1.5m考虑。根据勘察报告，地下水水位埋深约为28.5m，水位降深7.14～4.43m。

因勘察报告未提供渗透系数，根据勘察报告提供的各含水层土的渗透系数和工程经验选择计算综合渗透系数。由于f6地裂缝上下盘地层条件不同，因此分别计算其涌水量。

各含水层的渗透系数根据勘察报告建议值如下：4-4层粉质粘土：3m/d；4-8层粗砂：30m/d；4-11层卵石土：55m/d。

根据勘察报告，该区间内各钻孔附近（以右线为例）的设计参数如表二.1所示：

表二.1各钻孔附近的设计参数

根据本区间结构特征、周边建筑物情况、地层地质特点，周围水文地质条件及降深，同时结合地铁施工降水的特点，半坡～纺织城区间涌水量计算结果见表二.2所示。本设计中降水井底部在4-4粉质粘土层中，此层为弱含水层，其下粗粒含水层无明显承压性，因此计算采用模型为按潜水完整井，基坑远离边界。

表二.2各分段区间涌水量计算

根据上表二.2计算出的涌水量进行降水井设计。

表二.3 半坡至纺织城区间降水井设计

根据计算结果并考虑地裂缝特点，并结合勘察报告相关涌水量计算，在基坑周边共布设降水井39口，f6地裂缝上盘平均井间距20.0m，f6地裂缝下盘平均井间距13.0m，其中J1-19和J1-20可利用竖井兼联络通道处降水井，降水井中心距离围护结构外缘不小于2.0m。采用理正岩土计算软件检验计算结果，经计算验算，基坑内各点降深均达到设计要求。降水井布置详见图01《半坡～纺织城区间降水井平面布置图》。

2.3 竖井兼联络通道降水计算

本区间在YCK30+664.0处设置f6地裂缝处理临时施工竖井，竖井横通道兼联络通道。临时施工竖井平面净空尺寸8.3×6.7m，位于左线正上方；竖井深34.7m，采用喷锚构筑法施工。初期支护：钢隔栅＋钢筋网＋喷射混凝土，并设置侧向锚杆（厚400mm，钢架间距0.5m/榀）。二衬仅在盾构通过部分及联络通道设置。

竖井及横通道自然地面高程423.9～424.0m，水位埋深27.2m，施工竖井坑底高程为389.117m，开挖深度34.7m；横向通道坑底高程390.117m，开挖深度32.7m；需降水的区域面积为25.60m×10.50m。

竖井及联络通道按等代“大口井”以潜水完整井计算，根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）公式计算。

⑴降水井设计参数

降水井成井直径800mm，井管直径600mm，井管半径取

含水层厚度

水位降深S=8.50m,各含水层综合渗透系数k=14.5m/d。

⑵ 基坑等效半径及影响半径

=(641/3.14)^0.5=14.27m

=2*8.5*(14.5*20)^0.5=289.5m

⑶ 潜水完整井涌水量计算

= 1.366*14.5*(2*20-8.5)*8.5/1.33=3987m3/d

⑷ 单井涌水量

因水位埋藏较深，抽水扬程高，单井出水量按q＝20*24=480m3/d。实际采用的泵型应根据基坑水位及出水量确定，待抽水进入稳定期，涌水量减小后，可换用较小流量的水泵。

⑸ 降水井数量

＝3987/480≈8口，井深度50.0m。降水井平面布置见《半纺区间施工竖井及联络通道降水井平面布置图》。

2.4 防止周围建筑物不均匀沉降措施

降水引起周围建筑物及地面不均匀沉降来自两个方面：①水位下降，引起土层有效应力增加导致土体压缩变形；②降水井反滤层失效导致地层颗粒流失过大，出现地面沉降。

2.4.1 水位下降导致的地面沉降分析

该降水区间地下水埋深在27.2m～30.0m，基坑内要求水位降深最深的只有7.14m，水位上覆盖有古土壤和老黄土，降水引起的附加应力约占上覆土层重量的15%，因而新增压缩变形很小，经较大厚度的土层褥垫消减，传递到地面的不均匀沉降微乎其微，可不予考虑。

2.4.2 防止降水井反滤失效导致的地层土颗粒的流失的措施

降水井穿越的地层有4-8粗砂和4-11卵石层，如果降水井反滤层没有处理好，易导致土层中颗粒的流失，随着降水的时间延长，有可能导致地面沉降，进而破坏邻近建筑物的基础，导致建筑物产生不均匀沉降。

根据多年来的工程实践经验，在黄土层中的降水，因反滤层质量导致的土颗粒的流失情况较少发生，但在砂层，因反滤层质量导致的土颗粒的流失情况时有发生，进而导致地面沉降。因此，对于本工程采取以下措施对此类问题加以控制：

一、在成井施工时，严格控制降水井的滤料粒径（3～5mm砾石），提高滤料的过滤作用。为防止涌砂，成孔时做好地层描述，井底填入0.5m厚砾石。

二、在抽水时，注意观测水中的含泥砂量，大于1/10000时应停止抽水，查找原因。

二、 降水保证措施

1、地下结构渗漏封堵措施

一般黄土地层中，施工质量控制得当、降水效果良好能有效的降低潜水位。可以保证基坑壁的干燥。对于部分地层中夹有砂层的情况，即使潜水位降至设计要求，由于砂层水平向的导水作用，两井之间的基坑壁砂层可能出现局部渗漏或涌水现象。出现这种情况，一般堵漏方法的选择取决于漏水的速度、水压力的大小、渗漏的部位以及漏水点所处的地层等。一般有以下两种情况：

1、对于漏水点比较小，渗水速度慢，渗水为清水。

这种情况在坑（洞）内部进行处理，对于设有帷幕的基坑条件，可采用速凝型浆体材料压力注入，封堵渗漏点，能起到快速止水作用。对于没有帷幕的基坑条件，可采用加设反滤的排水孔将渗水导入集水坑，集中抽出。

2、漏水量大，漏水速度快，渗水携带地层颗粒流出。

出现这种情况时，采取如下措施：①先用砂砾石回填反压渗漏部位，确保地层土颗粒不流失；②对于设有帷幕的基坑条件，在坑内采用速凝型浆体材料压力注入，封堵渗漏点；③当坑外水压力较大，难以从坑内有效封堵时，可利用渗水点外侧已有的降水井抽水，进行短期减压，然后在坑内注浆封堵。

速凝型注浆材料选用水泥浆和水泥-水玻璃双液浆，配比0.6:1～1:1。

具体的封堵措施根据地层环境和外界条件的变化而调整，并且在补救过程中应加强水位和变形监控。在开工前，编制好相应的应急预案和详细的施工方案。一旦出现漏水，立即组织实施，把渗漏水对进度造成的不良影响降至最低。

2、局部水位不满足施工要求时采取的补救措施

本工程两个基坑呈线性分布，坑底的埋深不统一，降深约4.4m～18.5m不等。在降水井工作抽水的情况下，基坑设计降深最大的局部区域可能出现水位无法降低的情况。

出现这种情况时可采取提高水泵的功率或加设双水泵等措施，使局部降水井在单位时间出水量增加，从而降低地下水位。

3、 降水井的封堵

随着隧道施工的进行，隧道结构逐渐成形，此时降水井还处于运行阶段，吊出井及竖井部分待防渗结构施工完成并形成强度后可考虑停止降水，隧道部分待二衬施工完毕后方可考虑停止降水，根据施工情况封堵降水井。降水井封堵措施及步骤如下：

⑴对于坑内降水井，先将待封堵降水井水位尽可能降低，切断电源，提出水泵及水管电缆等，向井内回填砂砾石，回填至井口下2.0左右，采用插入式振捣器使回填料密实，往井内浇筑速凝混凝土至井口。

⑵对于坑外降水井，切断电源，提出水泵及水管电缆等，向井内回填砂砾石，回填至自然地面下1.0左右，采用插入式振捣器使回填料密实，往井内填筑2：8灰土或者浇筑混凝土至井口，恢复原始地面。