软弱砂质泥岩修建竖井的处理方法及应用

摘要:软弱砂质泥岩是一种较为特殊的地质构造，在软弱砂质泥岩修建竖井过程中会遇到一些意想不到的施工困难，如何在这种地质条件下修建符合质量的竖井是技术人员必须解决的问题。文章根据软弱砂质泥岩的主要物理特性以及对竖井可能出现的影响，论述软弱砂质泥岩修建竖井的处理方法及应用，以及取得的效益。

关键词:软弱砂质泥岩；竖井设计；隧道；竖井施工安全

中图分类号:TD322　文献标识码:A　文章编号:1009-2374(2011)24-0035-03

一、工程概况

(一)工程简介

某隧道竖井中心里程为ZDK52+190，深度为37.56米。竖井标准断面为8m×8m，扩大段断面为10m×10m，标准段变化到扩大段在2m范围内顺接。竖井支护采用:c25喷射混凝土，厚度为O.5m；φ8@150mm×150mm双层钢筋网；φ32格栅钢架，间距0.5m或O.75m；φ25注浆锚管长5m，问距(环×竖)lm×0.5m或lmX 0.75m。

(二)工程地质

1.地质概况。ZDK50+900～ZDK53+900段，该段覆盖层为表层为Q4ml素填土，(1)0褐灰色，黄褐色，松散，稍湿，由粉质黏土、砂粒及碎块组成。Q4al+pl冲洪积层(2)1～4粉质黏土，褐黄色，硬塑，层厚约1.30～8.90m。(2)0淤泥，灰褐色，黄褐色，饱和，稍密；层厚约1.10～3.00；局部含细圆砾土；Q4el+dl坡残积层(2)2～3粉质黏土，褐黄色，硬塑，层厚约2.00～4.00m。下伏基岩N-E泥质砂岩，局部夹含砾泥质砂岩，紫红色，全风化～中风化，泥质胶结，节理裂隙较发育，属软质岩，岩体风化不均匀，风化界线起伏较大，全风化层多夹强风化或中风化层。竖井的地层主要分为三层，从地面往下依次主要岩层为素填土、粉质粘土、全风化泥质砂岩。各岩层分布如下:

素填土:层厚2.6m，埋深0.O～2.6m。

粉质粘土:厚度1.5m，埋深2.6～4.1m。

全风化泥质砂岩:层厚3 7.2 m，顶面埋深4.1～41.3m。

2.水文概况。根据测区地下水的类型主要为孔隙潜水和基岩裂隙水。空隙潜水主要含水层岩性为第四系粉砂、中砂及细圆砾土层中，分布于隧道址(DK50+370～DK50+850)地段，透水性及富水性好，该区主要富水层，强富水，具有一定的承压性。基岩裂隙水场地内基岩岩性为(N～E)泥质砂岩(局部含砾)，节理裂隙稍发育，地下水量较小。主要靠上层的孔隙潜水下渗补给，贫水～弱富水，基岩裂隙水较贫乏。勘察期间测得地下水稳定水位埋深0.20～20.30m，相应标高0.46～39.58m。地下水主要靠大气降雨及侧向径流补给。

二、竖井设计及问题

(一)竖井

竖井为临时工程，按无水条件设计，因此对防水无特殊要求，主要靠结构自防水，防止结构渗漏，保证竖井内有良好的作业环境。在竖井井壁上设置φ50透水管，间距为2m(横)×2m(竖)，梅花型布置。

其中，设计按无水设计，井壁上设置φ50泄水管，竖井施工穿过富水地层，地下水从泄水管流出。

(二)竖井施工中存在的问题

竖井在施工过程中出现了渗水，且含水量大，给施工工作造成了难以想象的困难，影响了施工进度。主要表现在:

1.施工过程中发现，地下水位维持在高程3.8m位置(即地面下5.2m处)，水位起伏在0.5～O.5m范围内，且竖井内抽水时地下水位无变化，这说明竖井渗水量大，渗水迅速。

2.除了井底渗水以外，竖井井壁渗水，渗出的水顺着井壁下流至工作面，造成工作面作业环境差，导致井壁作业受到很大的影响。

3.竖井旁设置的沉降观测点6#当日最大沉降量为O.71mm，累计最大沉降量为21.72mm，未达到设计允许地面沉降控制值30mm。

三、采取的技术措施

(一)渗水引排

对竖井井壁原来设计的φ50mm泄水管采用堵漏王进行封堵，在对竖井井壁进行“上封、下堵、渗水位置引排”的方式进行处理。“上封”即在锁口下部先钻两圈深孔(孔深2.5m)，进行注浆，形成固结圈，防止浆液沿外壁上窜，迫使浆液沿水平方向或向下扩散，同时加固锁口下部土层，加强外壁吊挂的牢固性。“下堵”即在不透水层(泥质砂岩层)顶面先钻两圈浅孔(孔深0.5m，钻透喷射混凝土层)，进行注浆，使浆液沿喷射混凝土与岩层之问的缝隙向水平或向下扩散，形成治水带，使土层中水不沿喷射混凝土与岩层之间的缝隙向下渗透。“渗水位置引排”即在渗水位置设置将混凝土凿出一个小凹槽，埋设引水排水盲管，再在“下堵”止水带位置设置横向集水管，将上部渗水集中，通过竖向排水管排至基坑底部，用抽水设备抽出基坑。

(二)防竖井倾斜措施

1.安装测装置。采用HCX 2B型测斜仪进行竖井倾斜度的监测。测斜光采用JD 76型PVC高精度测斜管，外径:φ70mm，内径:φ60mm，导槽宽:4.5mm，导槽深:2.2mm，管长:2m，壁厚偏差:≤14％，导槽扭角:≤0.2°/m。

测斜管的安装方法:

(1)钻孔:采用工程钻探机，采用108cm钻头钻孔，为了使40米测斜管顺利地安装到位，钻孔深度为44米。

(2)清孔:钻头钻到预定位置后，不要立即提钻，需用钻探机水泵向下灌入清水，直到泥浆水变成清混水为止，再提钻后立即安装。

(3)安装:安装的全过程可分为三步:连接一调正方向一向孔内回填。

同时在操作中在下管子时为减少其浮力，可向管内充满自来水，一边下管子一边充水，直到能顺利地放到位。水也不能放太多，否则管子会迅速下沉，使人抓不住而掉在孔中，无法继续工作。但管子全部下到位置后，一定要把清水充满，这样做可减少泥浆进入管内形成沉淀。

2.HCX-2B型测斜仪的使用。

(1)测斜仪的测量方法。沿测斜管进行一系列倾斜测量，常规的测斜仪探头有两组滑轮，距离相隔O.5米，将探头放到测斜管底部并开始读数。探头每提升0.5米进行读数，直到到达测斜管的顶部，这组读数被称为A+读数(正测)。把探头从套管中取出，旋转180°。重新放入测斜管中，方法同上，又可得到另一组数据A-，读数(反测)。数据处理时，将上述两组读数(A+、A-)相结合(用一组数据减去另一组数据)，以此来消除倾角传感器零飘的影响。主要计算公式为:

电压U=KSinθ(θ为测斜倾角，K为测斜探头的灵敏度系数)

(2)测量步骤。

输入并设定测孔号、测孔深度、测头参数、日期、时间、存贮器容量等。

连接测斜探头并通电预热。

说明:由于测斜探头采用高精度的测试元件，开机通电需要建立稳定的热平衡状态。因此在每次进行连续测量工作前，需提前20～30分钟开机，否则(在20分钟前使用)会出现轻微的测量值漂移现象。

有关测斜探头操作请详见HCX-2B型智能数显滑动 式测斜仪使用手册。

读数及存贮。

(3)数据处理。有关“位移”及“差值”的计算公式。测头以其导轮沿着测斜管的导槽沉降或提升。测头的传感器可以测量管在每一深度处的倾斜角度，输出一个电压信号在测读仪面板上显示出来，测头测出的信号是以测斜导管导槽为方向基准，在某一深度处，测头上下导轮标准间距L上的倾斜角的函数，该信号可换算成水平位移。

以伺服加速度探头为例，加速度计敏感轴在水平面内时，矢量g在敏感轴上的投影为零，加速度计输出为零，当加速度计敏感轴与水平面存在一个倾角0时，加速度计输出一个电压信号。

(1)+(2)将加速度计的倾角投影值抵消，只留下偏值的2倍，称为“差值”，上述方法称为检查测斜数据质量的“查和”方法。

(三)竖井施工安全基本要求

施工现场的必须布置符合防火、防风、防雷击、防洪、防触电等要求安装防护设备与装置；现场的生产、生活区设足够的消防水源和消防设施网点，消防器材专人管理不得擅自随意挪用，所有施工人员均熟悉并掌握消防设备的性能和使用方法。

1.高处作业时作业台架必须安设牢固，台架周围应设置不低于1.2m的防护栏，凡患有高血压、心脏病等不适应高处作业者不得上台架。

2.钻孔时，钻孔前方安设挡板，严禁在钻孔的轴向后方站人，以防钻具和高压冲出的碎屑、泥沙等伤人。

3.施工现场临时用电，严格按《施工现场临时用电安全技术规范》(JGJ46-2005)的有关规定执行。临时用电线路的安装、维修、拆除，均由经过培训并取得上岗证的电工完成，非电工不得进行电工作业。

4.进入竖井的施工人员必须在井口进行登记，记录下井的时间与出井时间。

5.竖井施工前对施工人员进行严格的施工技术与安全技术措施交底，并形成记录；同时每班上班前进行班前安全教育，告知安全隐患和防范措施。

四、结论

1.软弱砂质泥岩的透水性好，因此在竖井施工中最重要的就是解决竖井渗水问题，在对竖井井壁进行“上封、下堵、渗水位置引排”的方式进行处理以后，竖井渗水情况得到了有效的控制，管壁渗水基本上得到了解决，保证了施工的顺利进行。

2.安装测斜管和测斜仪是保证竖井垂直度的必要措施，其中测斜仪记录相关数据以后要对数据进行分析处理，竖井经测斜仪测定以后，完全符合设计要求。

参考文献

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