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      水平真空降水技術(shù)在地鐵隧道施工中的運(yùn)用

      2019-01-31 13:59:29陳兆艷中鐵十五局集團(tuán)第五工程有限公司天津300000
      中國房地產(chǎn)業(yè) 2019年1期
      關(guān)鍵詞:井管井點(diǎn)成孔

      文/陳兆艷 中鐵十五局集團(tuán)第五工程有限公司 天津 300000

      1、工程概況

      北京地鐵14號(hào)線十里河~南八里莊站區(qū)間由十里河站向北,下穿東三環(huán)主路、輔路,向東沿弘燕路下方至南八里莊站,區(qū)間總長度981.95m,起訖里程K25+723~K26+704.95,在K26+164.5處設(shè)置豎井一道。隧道斷面為標(biāo)準(zhǔn)馬蹄形減震斷面,凈高6.82m,凈寬6.58m,線路縱斷面呈“人”字型坡,隧道覆土約7.5~17m,采用淺埋暗挖法施工。沿線地面高層建筑物眾多,地下管線分布密集復(fù)雜。

      2、工程地質(zhì)和水文

      施工范圍根據(jù)勘察結(jié)果按其沉積年代及工程性質(zhì)可分為人工堆積層、第四紀(jì)沉積層,區(qū)間所處地層主要以粉質(zhì)粘土和粉細(xì)砂為主,天然含水率13%~42%,大部分土體處于飽和水狀態(tài)。

      區(qū)間范圍內(nèi)實(shí)測到三層地下水:(1)上層滯水:初見水位深度8.10~11.00m,穩(wěn)定水位深度7.40~10.80m,水位不連續(xù),無明顯含水層,主要接受大氣降水、管溝滲漏補(bǔ)給,以蒸發(fā)為主要排泄方式;(2)潛水:含水層主要為粉細(xì)砂、細(xì)中砂層,初見水位深度12.50~15.30m,穩(wěn)定水位深度12.00~15.10m,主要接受降水及側(cè)向徑流補(bǔ)給,以側(cè)向徑流和向下越流為主要排泄方式。(3)層間水~承壓水:含水層主要為卵石層、中粗砂層及粉土層,初見水位深度19.30~21.80m,穩(wěn)定水位深度16.70~21.00m,主要接受側(cè)向徑流補(bǔ)給,以側(cè)向徑流和越流的方式排泄為主。

      3、降水方法的選擇

      受地面條件制約,無法采取地面管井降水,考慮洞內(nèi)降水的方法。隧道開挖涉及到的含水層為粉土、粉質(zhì)粘土和粉細(xì)砂層,含水層滲透系數(shù)不大,但存在多個(gè)界面,普通降水方法難以疏干,本次降水采用在隧道側(cè)壁打設(shè)超前水平真空井管降水的方式,通過在井中施加負(fù)壓,達(dá)到增加井中水位與地層中水位的水頭差,在不降低井中水位的情況下就能達(dá)到形成水頭差,從而達(dá)到降水的目的。

      4、降水試驗(yàn)

      為了驗(yàn)證洞內(nèi)水平真空降水在此工程地質(zhì)條件下的可行性,在右線小里程K25+950.5~K25+938.5段和左線大里程K26+370.295~K26+382.295段分別做12米試驗(yàn)段進(jìn)行降水試驗(yàn)。

      采用礦用電動(dòng)巖石鉆機(jī),型號(hào)為HKYD125A型,沿隧道縱向方向12.00m作為一個(gè)降排水單元,井點(diǎn)成孔直徑Ф100mm,孔深12m,降水井點(diǎn)外俯角度分別為5°~10°,內(nèi)傾角為10°~15°,上仰擴(kuò)角度均為15°。

      水平井管采用Ф80mm鋼管,管壁厚為3mm,井管長度為12.00m,管井孔底8.00m范圍加固成透水孔,管壁外側(cè)Ф80mm透水孔外包3層60目紗網(wǎng),用鐵絲纏繞固定目紗網(wǎng),外部4.00m采用Ф100mm鋼管封閉孔口;總管采用Ф100mmPVC管,總管兩端密封后通過軟管與各井管連接,然后采用射流式真空泵進(jìn)行抽排水,從而達(dá)到抽排隧道地下水位的效果,保證了隧道無水作業(yè)。

      經(jīng)過降水試驗(yàn)驗(yàn)證該降水方案對(duì)掌子面及拱腰水量明顯改善,除有小量的滲水外無積水,可以達(dá)到對(duì)隧道周邊土層排水固結(jié)的作用,滿足隧道無水開挖的要求。

      5、超前真空管設(shè)計(jì)參數(shù)

      沿隧道深度方向12.00m作為一個(gè)降排水單元,在隧道斷面四周布設(shè)8~12個(gè)井點(diǎn)管,井管成孔直徑Ф100mm,孔深6~12.00m,上部斷面部位井管上仰角度分別為5°~10°,下部斷面井管下俯角度為5°~20°,井管外俯角度均為10°。井管采用Ф80mm鋼管,管壁厚為3mm,井管總長度為12.00m,其中濾管長度8.00m,開孔率不小于30%,濾管長度范圍外包3層60目紗網(wǎng)并用鐵絲纏繞固定。

      6、施工工藝及過程控制

      6.1 施工工藝

      施工主要程序?yàn)椋菏┕?zhǔn)備→測放井點(diǎn)位置→鉆機(jī)就位→成孔施工→井管制作及安裝→井口密封→洗井→井管連接→水泵安裝→電線敷設(shè)布置→抽排水

      6.1.1 施工準(zhǔn)備

      平整場地,放置各種設(shè)備、材料,全部到位后,施工人員進(jìn)行技術(shù)交底,領(lǐng)會(huì)施工設(shè)計(jì)意圖。

      6.1.2 測放井點(diǎn)位置

      根據(jù)設(shè)計(jì)平面圖的坐標(biāo)位置,在施工工作面上依次放點(diǎn),并用鋼筋作孔位標(biāo)記和軸線后視點(diǎn)標(biāo)記,使孔位、角度,施工時(shí)根據(jù)地層情況調(diào)整角度,保證濾水管部位在含水層地層中,以便達(dá)到最好的降排水效果,鉆機(jī)、后視點(diǎn)成一線,保證鉆孔沿設(shè)計(jì)方向延伸。

      6.1.3 鉆機(jī)就位

      采用履帶式液壓潛孔鉆機(jī)(JK580D),該鉆機(jī)輕便靈活,便于操作,其全液壓擺臂機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)全方位鉆孔。該機(jī)總功率為30Kw,有強(qiáng)大的鉆進(jìn)及處理孔內(nèi)事故的能力,動(dòng)力頭可無級(jí)調(diào)速,轉(zhuǎn)速和扭矩都可大范圍調(diào)整,提高了鉆機(jī)對(duì)復(fù)雜地層的適應(yīng)性。

      開鉆前,對(duì)鉆機(jī)的位置、鉆桿、滑架傾角及方位都要認(rèn)真核對(duì),由于各油缸設(shè)有液壓鎖,可以有效避免鉆機(jī)在鉆孔過程中前后、左右移動(dòng),影響開孔傾角和方位。

      6.1.4 成孔施工

      成孔原理是利用液壓油泵組為動(dòng)力裝置,由液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)回旋、推進(jìn)、提升、行走及液壓缸擺角定位等輔助動(dòng)作,JK580D鉆機(jī)在鉆孔作業(yè)時(shí),只有在潛孔沖擊器消耗壓縮空氣,既能實(shí)現(xiàn)螺旋鉆進(jìn)成孔施工,又能實(shí)現(xiàn)潛孔鉆進(jìn)成孔施工。

      粉土地層成孔施工工藝采用螺旋鉆進(jìn)成孔施工,利用液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)回旋、推進(jìn)成孔施工,成孔到達(dá)設(shè)計(jì)要求后安裝井管。

      砂層地質(zhì)采用空氣壓縮進(jìn)行沖擊鉆進(jìn)施工,利用進(jìn)口動(dòng)力頭回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)單作用雙回轉(zhuǎn),即內(nèi)鉆桿、套管(橋式花管)、降水井管同時(shí)回轉(zhuǎn)及沖擊,成孔完成后,套管(橋式花管和井管)留置土體中,然后在井口處進(jìn)行封井處理。

      普通土層采用螺旋鉆進(jìn)成孔施工工藝,復(fù)雜地層(砂層地質(zhì))采用套管跟進(jìn)成孔工藝,套管跟進(jìn)成孔工藝選擇的鉆進(jìn)參數(shù)應(yīng)以低轉(zhuǎn)速、低給進(jìn)壓力、高上返風(fēng)速為原則,施工操作過程中應(yīng)根據(jù)所鉆進(jìn)地層中巖石的硬度、松散程度、含水量等因素控制鉆進(jìn)速度,當(dāng)鉆遇到特別松散或較大裂隙的地層時(shí),尤其要降低給進(jìn)速度和給進(jìn)壓力,反復(fù)排渣清孔。

      結(jié)語:

      該方法適用于降排水工程受施工場地條件的制約,無法在地面進(jìn)行,只能在坑道內(nèi)施工,并且在黏性土、粉土、砂土的交互地層條件下需同時(shí)抽降潛水和承壓水,以最大限度的抽降減少掘進(jìn)面的涌水量,其降水效果好、成本低。

      由于采取有效的降水措施,為隧道開挖的無水作業(yè)創(chuàng)造條件,確保了工程施工正常進(jìn)展,對(duì)今后類似工程降水措施的選擇具有一定借鑒作用。

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