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技術(shù)分享:隧道工程超前深孔真空降水技術(shù)研究【堵漏施工華鑫網(wǎng)】
發(fā)布時(shí)間:2023-04-15 來源:涌達(dá)建工 瀏覽次數(shù):6222
在坡度較大的斜井采用超前深孔真空降水技術(shù),能有效地降低砂巖含水率,使砂巖處于基本穩(wěn)定狀態(tài),通過降水有效地控制了第三系富水砂巖涌水涌砂影響,降低了施工難度,使得開挖及支護(hù)作業(yè)正?;?、常態(tài)化,有效地確保了施工安全、質(zhì)量,大大提高了工程施工進(jìn)度。
程兒山隧道穿越成巖作用差的第三系富水砂巖地層時(shí),砂巖含水率較大,局部存在股狀水帶砂涌出,開挖擾動(dòng)后圍巖易軟化失穩(wěn),初支易變形坍塌,處理不當(dāng)甚至?xí)l(fā)生工程事故.在其他類似地質(zhì)隧道中一般采用真空輕型井點(diǎn)降水技術(shù)[1],因受降水管材、設(shè)備、布管參數(shù)等局限性影響,在程兒山隧道富水砂巖應(yīng)用效果不理想,且降水和開挖工序相互干擾較大.經(jīng)過多次對(duì)降水管材、布管參數(shù)摸索優(yōu)化及論證,最終形成了超前深孔真空降水技術(shù),有效降低了砂巖含水率,降水后砂巖處于基本穩(wěn)定狀態(tài),有效保證了施工安全、質(zhì)量和進(jìn)度要求.
隧道堵漏 
工程概況
程兒山隧道位于寧夏固原市郊,是中鋁寧夏能源集團(tuán)有限公司投資建設(shè)的原州區(qū)至王洼鐵路運(yùn)煤專線控制性工程,設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為地方鐵路I級(jí),單線隧道,建設(shè)單位為寧夏六盤山鐵路有限公司。
程兒山隧道地處黃土梁峁區(qū),進(jìn)口位于清石河右岸,出口位于大莊溝邊,隧道正洞起訖里程為DK5+345~DK11+788,全長(zhǎng)6443m(6m明洞),進(jìn)出口埋深較小,最小埋深為9m,平均埋深130~140m,最大埋深290m。
隧道設(shè)2座斜井輔助施工,1#斜井長(zhǎng)1038m,2#斜井長(zhǎng)1036m,斜井綜合縱向坡度為10.6%,最大坡度為12%,隧道正洞及斜井均穿越第三系富水砂巖地層,斜井進(jìn)入正洞后形成4個(gè)掌子面向前掘進(jìn),斜井及時(shí)穿越第三系富水砂巖地層進(jìn)入正洞Ⅳ級(jí)圍巖施工,是保障隧道按計(jì)劃工期貫通的關(guān)鍵所在.
隧道堵漏 
程兒山隧道斜井圍巖主要為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積砂質(zhì)黃土、第三系富水砂巖.地下水為裂(孔)隙水,大氣降水通過溝谷及第四系孔隙垂向滲入補(bǔ)給深層基巖裂(孔)隙或沿基巖面徑流,季節(jié)性變化較明顯,局部砂巖膠結(jié)不均,地下水從膠結(jié)較差的砂巖處涌出,水路無規(guī)律性,常出現(xiàn)較大的集中涌水涌砂情況。
第三系富水砂巖在含水率低或無地下水地層,圍巖穩(wěn)定性較好,開挖支護(hù)順利,當(dāng)砂巖含水率增大,原狀砂巖迅速惡化,呈流砂狀外涌,開挖擾動(dòng)后砂巖結(jié)構(gòu)迅速破壞,工程性質(zhì)迅速惡化,砂巖呈飽和的細(xì)砂狀,圍巖穩(wěn)定性迅速變差,開挖支護(hù)困難.1#斜井斜4+64~斜1+90段為第三系富水砂巖區(qū),由于斜井為12%反坡,砂巖整體含泥量低,滲透性強(qiáng),四周地下水匯集到掌子面,砂巖隨滲涌水被帶出,形成較大的空洞,拱部及邊墻易變形及坍塌,且危及施工人員及設(shè)備的安全.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水表測(cè)水量得出:砂巖最大涌水量為1570m3/d,平均涌水量為800~1000m3/d。
隧道堵漏 
降水設(shè)計(jì)方案
01、超前深孔真空降水
超前深孔真空降水?dāng)嗝娌贾?.
(1)上臺(tái)階拱部降水管布置:沿拱部開挖線布孔,管長(zhǎng)12m,環(huán)向間距0.3m,沿開挖線外插角15°~30°,每4m設(shè)置1環(huán).
(2)上臺(tái)階核心土降水管布置:管長(zhǎng)12m,橫向間距0.5m,向上傾角15°~30°,每4m設(shè)置1環(huán).
(3)上臺(tái)階底部降水管布置:管長(zhǎng)12m,橫向間距0.5m,向下傾角15°,每4m設(shè)置1環(huán).
(4)下臺(tái)階邊墻降水管布置:沿上臺(tái)階拱腳兩側(cè)斜豎向各設(shè)1排,管長(zhǎng)9m,縱向間距0.5m,向外傾角30°,向前傾角30°,每4m設(shè)置1環(huán).
隧道堵漏 
(5)斷面截?cái)嘟邓懿贾茫捍怪毕屡_(tái)階邊墻兩側(cè)橫向布控,管長(zhǎng)6m,間距1m,每隔20m設(shè)置1排.
(6)降水管連接方法:主管采用準(zhǔn)75mm鋼管,按間距0.2~0.5m沿管身設(shè)置支管連接口,支管(準(zhǔn)32mm)和主管之間采用32mm鋼絲軟管連接,采用10#鉛絲綁扎牢固,密封膠布纏緊,并在連接部位加設(shè)閥門,控制井管降水,主管每1.5m一節(jié),管一端采用8mm鋼板密封焊接牢固,一端采用準(zhǔn)75mm鋼絲軟管和真空泵連接,真空泵懸掛于距操作面高度1.5m左右的兩側(cè)邊墻上,并整齊擺放固定好.
(7)降水管加工:降水管每根長(zhǎng)6~12m,采用每節(jié)長(zhǎng)1.5m的準(zhǔn)32高頻焊管分段包扎焊接連接而成.降水管壁鉆8mm透水孔,間距10cm梅花形布置(管端1.5m不設(shè)透水孔),并包雙層過濾層,即土工布包裹一層,再包100目濾網(wǎng)一層,降低砂巖的流失率,包完后每間隔20cm采用扎絲綁緊.準(zhǔn)32mm降水鋼管采用準(zhǔn)25mm鋼管作為每節(jié)管接頭,焊接連接.管頭底端采用3mm鋼板封底,并焊接準(zhǔn)8mm圓鋼.
(8)降水要求:
①降水前應(yīng)進(jìn)行試抽水試驗(yàn),確認(rèn)無漏水和漏氣異常現(xiàn)象,降水過程中,真空負(fù)壓控制在-0.06MPa以下,真空泵壓力控制在55kPa以上,為保證連續(xù)不斷抽降水,應(yīng)備用雙電源,以防斷電[1];
②降水必須根據(jù)掌子面開挖及時(shí)推進(jìn),降水班組與開挖班組必須做好配合工作;
③在隧道開挖過程中,將隧道底部潛水位降至隧道底以下不少于1m的深度,防止仰拱開挖涌砂涌水;
④加強(qiáng)對(duì)隧道內(nèi)水位的觀測(cè),每天觀測(cè)水位,及時(shí)掌握水位變化情況,以指導(dǎo)降水運(yùn)行及隧道的開挖;
⑤當(dāng)砂巖滲透系數(shù)變大,涌水量增加時(shí),宜將真空管間距適當(dāng)加密;
⑥集水總管標(biāo)高宜盡量接近地下水位線,水泵軸心與總管齊平.
02、掌子面后方截排水
斜井為12%反坡,如果掌子面后方滲涌水匯集到掌子面,會(huì)破壞圍巖穩(wěn)定性,影響降水效果,因此需對(duì)后方自流水經(jīng)橫縱向截排水溝匯集到集水井,再由泵站排出洞外,橫縱向截排水溝及集水井尺寸按匯水量大小確定.
降水成果
01、未采取降水措施前施工情況
第三系富水砂巖含水率高,開挖擾動(dòng)后呈淤砂狀態(tài),砂巖在水的作用下工程性質(zhì)迅速變差,基本無自穩(wěn)性,開挖時(shí)涌水涌砂現(xiàn)象嚴(yán)重,初支易變形、背后易形成空洞,仰拱底部淤沙厚,承載力降低,存在很大的安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn).施工過程中采取了旋噴樁、帷幕注漿、輕型井點(diǎn)真空降水等施工方案措施均未達(dá)到預(yù)期效果,現(xiàn)場(chǎng)基本處于半施工半停工狀態(tài).
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02、采取降水措施后施工情況
經(jīng)過各參建單位不斷摸索優(yōu)化,采取了超前深孔真空降水措施后,將富水砂巖含水率控制在砂巖塑性變形含水率10%以下,使圍巖基本處于穩(wěn)定狀態(tài),初支變形減小,降水后采用常規(guī)隧道施工技術(shù)就可以正常掘進(jìn),每月進(jìn)尺由原來5m提高至15~20m.4結(jié)論
(1)在第三系富水砂巖地層施工中,地下水處理是重中之重,只有采用合理的降水措施才能保證正常開挖掘進(jìn),避免因地下水造成圍巖結(jié)構(gòu)破壞、圍巖軟化變形,甚至發(fā)生工程事故.
(2)超前深孔真空降水措施解決了第三系富水砂巖地層施工難題,有效降低了砂巖含水率,保持圍巖處于基本穩(wěn)定狀態(tài),降水后砂巖基本達(dá)到潮濕狀態(tài),易于開挖支護(hù),施工安全系數(shù)高,并有效保證了施工安全、質(zhì)量和進(jìn)度要求.
(3)超前深孔真空降水技術(shù)打破了常規(guī)的真空輕型井點(diǎn)降水施工工藝的思路,沿兩側(cè)已支護(hù)拱墻及底部布孔,大大降低了開挖過程中降水管的影響,確保了邊開挖、邊降水的效果,工序相互影響小
.(4)在坡度較大的斜井施工中,掌子面后方匯集水嚴(yán)重影響掌子面砂巖穩(wěn)定性及降水效果,利用橫縱向截排水系統(tǒng)很好地解決了此問題.
(5)超前深孔真空降水技術(shù)效果理想,很好地解決了程兒山隧道第三系富水砂巖開挖支護(hù)困難等技術(shù)難題,1#斜井成功穿越富水砂巖地層,于2015年1月份進(jìn)入正洞Ⅳ級(jí)圍巖施工.
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【完】
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