武吉高速 A19標(biāo)何市隧道出口段降水施工

郭明宇

1 概述

大慶—廣州高速公路武吉線A 19標(biāo)何市隧道出口段，位于淺埋區(qū)，其圍巖為軟弱Ⅴ級全風(fēng)化花崗閃長巖，該巖遇水軟化呈砂土狀，水穩(wěn)性差，呈松軟 ～松散結(jié)構(gòu)，極易坍塌變形。開挖后，發(fā)現(xiàn)圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，工作面滴、滲、涌水和潛流嚴(yán)重，加劇圍巖軟化，變形，坍塌等，從而加大隧道開挖難度。為加快工程進(jìn)度，項目部采用降水方案，降低隧道的潛水水位，攔截地下潛水，以增大圍巖的水穩(wěn)定性和強度。確定在K83+400～K 83+380段的右線隧道兩側(cè)施工降水井四口，進(jìn)行超前降水。以觀察降水對圍巖的增強，增穩(wěn)和疏干效果，并進(jìn)行相關(guān)的水文地質(zhì)實驗，以了解地層的水文地質(zhì)參數(shù)。

2 水文地質(zhì)

施工段的水文地質(zhì)情況如下:1)在 3號，4號井接近終孔處打出微風(fēng)化花崗閃長巖。2)造孔時揭露的地層自上而下分別為:強風(fēng)化花崗閃長巖，揭穿厚度 4m～6m。弱風(fēng)化花崗閃長巖，揭穿厚度15.2m～22m。3)地下水。該區(qū)段存在豐富的地下潛水，風(fēng)化裂隙水，局部地段發(fā)育空隙水和構(gòu)造裂隙水。

3 降水井型的選擇

按隧道設(shè)計圖可知，井深為 31m～82m。滿足此要求的降水井當(dāng)屬管井，并用深井泵抽水。

4 降水方式的選擇

針對本工程降水的目的，擬采用超前降水，以二列井點布設(shè)于擬挖區(qū)(隧道)的兩側(cè)，井軸線距隧道外輪廓邊線為1 700mm。

5 降水試驗

為使降水效果明顯、降水井布置合理，滿足施工要求，采用試驗法進(jìn)行降水設(shè)計。結(jié)合隧道周邊環(huán)境，在右線隧道距隧道開挖邊界1.7m平行設(shè)置4口300mm的降水試驗井，兩端3口兼作觀測井，井間距離為10m，井深至隧道仰拱以下8m，觀測井距降水井為 10m。通過水位觀測孔水位變化的測定和管井內(nèi)抽水量的量測，確定降水影響半徑R，實際土層的滲透系數(shù)K，從而確定井點數(shù)量及井的距離。

5.1 試驗方法

1)降水井施工。砌筑泥漿槽，泥漿泵安裝就位，工作平臺搭建。鋼筋籠焊接完畢安裝過濾網(wǎng)。鉆孔至深度，清孔、孔底沉碴，下鋼筋籠、鋼管，井壁與濾水管之間回填3mm～7mm干凈石屑濾料，空壓機(jī)洗井。安設(shè)水泵，布置抽水管路。2)觀測試驗。從降水井抽水開始，抽水深度控制在隧道仰拱以下，記錄每小時抽水量，并連續(xù)測量觀測孔水位下降情況。經(jīng)實驗測得單井涌水量，在連續(xù)抽水，形成穩(wěn)定的降落曲線后，停止抽水查明水位恢復(fù)情況，到水位完全恢復(fù)時，測得潛水水位埋深。

5.2 參數(shù)計算

1)滲透系數(shù)K。

其中，K為實際滲透系數(shù)，m/d;Q為實際涌水量，m3/d;r2，r1均為水位觀測孔距管井的距離，m;h2，h1均為觀測孔的水位值，m。

2)影響半徑R。

其中，S為抽水井的水位降低值，m;H為含水層厚度，m。

6 降水井結(jié)構(gòu)和參數(shù)的確定

井徑為300mm，下入φ127mm濾管，濾管外纏鐵絲和包濾網(wǎng)，外層為中、粗砂濾料層，底部下入自動控制的 4″電動深井泵，泵量為4m3/h～6m3/h，揚程60m～90m?？v距10m，井深為超過隧道底板 8m。降水深度暫定為隧道底板下 1m。

7 降水井施工程序和質(zhì)量監(jiān)控

降水井按以下程序作業(yè)，并嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。

1)造孔:用鉆井設(shè)備，在提供的坐標(biāo)及設(shè)計的井位上鉆孔，孔徑300mm，深度應(yīng)達(dá)到預(yù)定深度，并應(yīng)清除孔內(nèi)沉碴，以免濾管下入深度不足。

2)下濾管:先按要求加工好 φ127的濾管，即先在管上鉆φ10mm小孔，焊上直筋條外包鐵質(zhì)或塑料質(zhì)濾網(wǎng)，再用鐵絲沿外圈綁扎，按序?qū)V管下到設(shè)計深度。

3)下濾料:在濾管外下入中、粗砂作濾料層，濾料在下入過程中一定要保證充滿整根濾管外圍，不得架橋、架空等。

4)洗井:用機(jī)械活塞和壓縮空氣反復(fù)多次對全井進(jìn)行清洗，直至抽出的水清澈，無泥無沙，必要時可加入六偏焦磷酸鈉等化學(xué)試劑進(jìn)行化學(xué)洗井，以便達(dá)到最好的降水效果。

5)試抽:洗凈降水井后，開始試抽，用不同的降源和不同的水泵淹沒深度進(jìn)行抽水，得出最大抽水量的參數(shù)，以便有最佳的抽水效果。

6)抽水:用最佳抽水參數(shù)進(jìn)行超前抽水，直至此段隧道開挖施工完成。如此重復(fù)推進(jìn)，超前抽水直至整個淺埋段隧道竣工。

8 資料整理分析

1)所進(jìn)行的各次抽水實驗相關(guān)曲線和水位恢復(fù)曲線，現(xiàn)對其分析如下:

a.1號井進(jìn)行了三次抽水實驗。兩次水位恢復(fù)測定，第一次抽水時由于井內(nèi)、空隙和裂隙未充分疏通，所以其變化跳動十分明顯，這是水力通道變化的最好例證。第二次抽水時該井的水量較大，變化大大減緩，可供抽水時間較長。第三次抽水時，大量潛水已由水頭更低的工作面排走，故此時該井已成為非完整井了，所以水量、水位雖然仍較平穩(wěn)。但水量大不如前了，最后只能以0.72m3/h的水量連續(xù)地抽水，其抽出量僅為第二次實驗的 24%。

b.2號井由于水泵故障，未能進(jìn)行群井抽水實驗，但在 10月9日抽水中，其抽水時間不長，只能抽20min，就停抽待恢復(fù)了。

c.3號井為典型的干井，雖然水位經(jīng)數(shù)小時的恢復(fù)回到 14.30m。但只抽了10m in，水位馬上降到30.10m，降深達(dá)15.80m，而抽出水量僅為 0.12m3。換言之，只是抽出井管內(nèi)的 10多米水柱就干了。就是典型的缺乏水源。

d.4號井是低補給井，可供抽出的水量雖仍穩(wěn)定，但水量低至1.5m3/h(12m3/d)。而且水位仍只能維持在 22.10的低水位狀況，可以認(rèn)為該井的補給量和可供抽出的水量均在很低水平。

e.總體來說由于水文地質(zhì)條件各不相同，特別是作為水力通道裂隙節(jié)理發(fā)育程度及連通狀況的差異和水源補給的大小，使四口井的抽水效果不一樣，但它們均能抽出地下潛水，及時的抽走在其影響范圍內(nèi)的地下水，從而減少工作面的水頭壓力和滴、涌、滲水，實現(xiàn)超前降水的目的。因此，亦能達(dá)到降低隧道的潛水水位，疏干圍巖，增加其強度及水穩(wěn)定性，減少其變形、坍塌、軟化的效果。

2)該施工區(qū)地層的相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)按《供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范》計算如下，計算使用第二次抽水實驗的資料。

a.滲透系數(shù)K(m/d)。

其中，Q為出水量，經(jīng)計算為48m3/d;tk為抽水開始至停抽時間，為90min;tT為停抽后水位恢復(fù)到開始抽水位的時間為100min;h為水位恢復(fù)時的潛水層厚，為 22.72 m;H為自然情況下潛水層厚，為33.47m。代入K=0.008 12m/d。

b.影響半徑R(m)。

由式(1)R=2S H?K估算，其中，S為抽水降深，為1.05m; H為含水層厚，為33.47m;K為滲透系數(shù)，為0.008 12m/d，代入R= 1.09m。

由式(2)R=[K(l+S)h/0.366Q]+r，其中，K為滲透系數(shù)，為0.008 12m/d;l為過濾長度，為28m;S為水位降深，為1.05m;h為潛水層水位恢復(fù)時厚度，為22.72m;Q為抽水量，為48m3/d;r為降水量井半徑，為0.075m。代入R=2.399m取為2.4 m，式(1)，式(2)兩式結(jié)果不同，現(xiàn)取式(2)，即R=2.4m。

9 降水施工效果評價

1)如前所述，本次施工的四口降水實驗井，初步達(dá)到降水的預(yù)想效果。起到了攔截地下潛水;降低開挖區(qū)段的水位;部分的疏干工作面;增大圍巖的水穩(wěn)定性和強度;減少圍巖軟化、變形、坍塌;減少工作面滴、涌水的作用。1號井在花崗巖地區(qū)，能連續(xù)48h抽出 48m3/d的水量;并能較好地降低潛水的水位，使圍巖起到部分疏干的作用，從而實現(xiàn)增大其水穩(wěn)定性和增加圍巖強度的預(yù)計目的;經(jīng)一段超前降水后，在隧道工作面上，已明顯減少滴、涌水現(xiàn)象。其余三口井雖然其抽水量不如 1號井，但仍能起到超前降水，降低潛水水位、疏干圍巖的效果。2)通過降水井施工，加強了解圍巖的變化情況，有利于指導(dǎo)施工。

[1] 李洪學(xué).新麒麟隧道進(jìn)口涌水治理措施[J].山西建筑，2009，35(7):325-326.