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作者；張毅                 

   正在修建的北京地鐵昌平線二期工程昌平新區(qū)站一南邵站區(qū)間暗挖段，由于地下水豐富并且穿越裂隙發(fā)育地層（水平滲透系數(shù)和縱向滲透系數(shù)相差25倍以上），無法實(shí)現(xiàn)無水作業(yè)。經(jīng)過多次專家論證，按要求采取相應(yīng)技術(shù)措施后，暗挖區(qū)間在帶水作業(yè)環(huán)境下，安全、順利地完成了隧道貫通，二襯封閉后進(jìn)行注漿，500多m的隧道沒有出現(xiàn)滲漏點(diǎn)。

1  工程概況

1.1  隧道結(jié)構(gòu)形式及開挖方法

  隧道為單洞單線馬蹄形斷面，開挖斷面面積約為35. 36m2，隧道單線長度557. 8m，采用淺埋暗挖法施工，隧道平均埋深11.4~17. 6m。隧道豎向以0.  64%坡度自區(qū)間風(fēng)井向南邵站爬升，南邵站處為暗挖段高程最高點(diǎn)，區(qū)間風(fēng)井為暗挖段最低點(diǎn)，區(qū)間風(fēng)井與廢水泵房合建。

  隧道結(jié)構(gòu)采用復(fù)合式襯砌（初期支護(hù)+二次襯砌）。初期支護(hù)由噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)及鋼格柵（縱向間距0. 5m）組成，二次襯砌為模筑鋼筋混凝土，初期支護(hù)與二次襯砌之間鋪設(shè)EVA防水層。超前支護(hù)采用直徑32mm、壁厚3.25 mm、長度2.5m的超前小導(dǎo)管(環(huán)向間距0. 3m，縱向間距1m，縱向搭接1. 5m)并預(yù)注漿，采用水泥單漿液。初期支護(hù)背后采用無收縮水泥漿液注漿回填。隧道采用正臺(tái)階預(yù)留核心土法開挖。隧道剖面如圖1所示。

1.2  工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

  隧道段屬于山前沖積平原，其間分布東沙河一級(jí)階地、河床及河漫灘，表層主要以黏性土、砂土及碎石類土交互土層為主，其下伏基巖為侏羅紀(jì)凝灰?guī)r。

  隧道頂板大部分區(qū)段穿過的土層為⑥粉質(zhì)黏土層、⑥2黏土層、⑤卵石層和⑤1中粗砂層，上部的卵石和粉土均為含水層，圍巖等級(jí)為VI級(jí)。

  邊墻圍巖主要為⑥粉質(zhì)黏土層、⑥2粉土層、⑦卵石層、⑦1中粗砂層和強(qiáng)風(fēng)化凝灰質(zhì)礫巖層，圍巖等級(jí)為VI級(jí)。

  結(jié)構(gòu)底板圍巖主要為⑥粉質(zhì)黏土層、⑥2粉土層、⑧粉質(zhì)黏土層和強(qiáng)風(fēng)化凝灰質(zhì)礫巖層，圍巖等級(jí)為VI級(jí)。

  暗挖隧道穿越的⑥，⑧層主要為硬塑~堅(jiān)硬狀態(tài)固結(jié)土層，豎向孔洞及裂隙發(fā)育，豎向滲透性好，且局部夾有較多卵石；豎向滲透系數(shù)1. 01 m/d，水平滲透系數(shù)0. 04m/d。

  根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，存在2層地下水，地下水類型為潛水（二）和承壓水（三）。潛水（二）水頭埋深9. 62~15. 30m，位于隧道拱頂上3.3m至拱頂下0. 9m。承壓水（三）水頭埋深11. 70~12. 80m，位于隧道仰拱以上約1. 8m。開挖后，隧道仰拱2m以上無明流水，但土質(zhì)潮濕，隧道仰拱2. 8m以下有較大明流水。

1.3原降水設(shè)計(jì)

  根據(jù)隧道埋深及地下水情況，里程K9+600. 100-K10+0.000段布置降水井101眼，井深

26. 0m，井間距7.0~8.0m；里程K10 +0. 000-K10+150. 373段布置降水井42眼，井深23. 0m，一般井間距為8. 0m。井底距隧道開挖面2.3~7.2m。

2施工中遇到的問題

  1)下臺(tái)階絕大部分位于⑧粉質(zhì)黏土層，小部分位于⑥粉質(zhì)黏土層及強(qiáng)風(fēng)化凝灰質(zhì)礫巖層。⑧粉質(zhì)黏土層土體強(qiáng)風(fēng)化，孔隙多，豎向裂隙明顯。豎向滲透系數(shù)1. 01m/d，水平滲透系數(shù)0.04m/d。水平、豎向滲透系數(shù)相差25倍以上，土體中豎向裂隙發(fā)育、橫向裂隙較少，上層潛水通過豎向裂隙進(jìn)入開挖掌子面處。而由于橫向裂隙少，降水井周邊地下水不能通過橫向裂隙匯入降水井內(nèi)，降水井影響半徑小、降水效果差。僅靠井點(diǎn)降水無法疏干土層內(nèi)的地下水，在隧道底以上2. 8m范圍內(nèi)，滲水、涌水明顯，掌子面附近大量積水，嚴(yán)重影響隧道仰拱初支噴射混凝土質(zhì)量，且施工效率極低。

  2)滲水點(diǎn)位于仰拱以上2. 8m范圍內(nèi)，仰拱錨噴料中的膠凝材料（水泥）因地下水沖刷流失，造成仰拱部位錨噴料不能快速凝固，在出渣、進(jìn)料車輛的碾壓下很快呈離散狀態(tài)，仰拱部位格柵外露，不能起到初期支護(hù)封閉成環(huán)作用，施工風(fēng)險(xiǎn)極大。

  3)上臺(tái)階開挖下來的土體和掌子面下部的積水混在一起，如果用挖掘機(jī)裝運(yùn)，由于挖掘機(jī)的碾壓、攪合，裝運(yùn)后剩余大量淤泥，很難清理，每開挖一榀需要3~ 4h，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且淤泥運(yùn)輸困難、效率低。

  4)二襯施工時(shí)如不采取排水措施，EVA防水層施工后會(huì)在防水面后形成空鼓的水囊、拱底EVA防水板上浮，二襯施工時(shí)水流竄動(dòng)擾動(dòng)混凝土初凝過程、使其結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)度和耐久性降低，并且空鼓的防水層容易被混凝土擠破，起不到防水效果。

3  計(jì)劃采取的地下水控制措施及經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較

  根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，施工單位主要采取5種措施防治地下水的危害。

  1)增加臨時(shí)仰拱+洞內(nèi)降水在上、下臺(tái)階交界處設(shè)置臨時(shí)仰拱，并由臨時(shí)仰拱向下打設(shè)降水井、降低地下水位，保證下臺(tái)階無水作業(yè)。該方法工期影響大、造價(jià)高，因此未采取此措施。

  2)洞內(nèi)真空泵降水在下臺(tái)階范圍內(nèi)、隧道兩側(cè)打設(shè)斜向超前抽水管并用真空泵抽排水。該方法真空泵達(dá)到額定抽水能力，開挖面滲水有所減少但效果達(dá)不到預(yù)期，且真空泵降水影響工期、掌子面封閉推遲增加風(fēng)險(xiǎn)。

  3)掌子面注漿止水在下臺(tái)階范圍內(nèi)、隧道兩側(cè)超前打設(shè)注漿管、注水泥單液漿。該方法注漿量小，注漿壓力增大時(shí)漿液竄出，不能注入土體。

  4)降水井加深、加密  在原設(shè)計(jì)降水井中間增加1口降水井并增加降水井深度。該方法掌子面滲水高度降低、滲水量減少，但仍不能達(dá)到無水施工。

  5)洞內(nèi)排水施工①土方開挖過程中，增加仰拱初支噴射混凝土厚度，在隧道兩側(cè)設(shè)置明排水溝并設(shè)集水坑、用污水泵接力排水。②開挖完成后，鑿除臨時(shí)仰拱、對(duì)仰拱進(jìn)行初襯背后注漿，減少初襯滲水。③在仰拱中間設(shè)置排水溝、鋪設(shè)鋼板并預(yù)留注漿管，保證EVA防水板背后無水囊，待二襯施工完成后通過注漿管將排水溝回填。

  效果如下：①由于開挖土體密實(shí)，雖然帶水作業(yè)但掌子面穩(wěn)定、無坍塌現(xiàn)象。增加仰拱初支噴射厚度，保證了仰拱初支質(zhì)量、施工安全及文明施工要求。②仰拱初襯背后注漿填充了噴射混凝土間隙、減小滲水量，為防水及二襯施工打好基礎(chǔ)。③仰拱中間設(shè)置排水溝，將滲水排走，保證防水順利施工。在EVA防水板封閉后，滲水由排水溝流走，不會(huì)因水壓過大在放水后形成水囊，保證隧道凈空和二襯混凝土順利施工。④二襯施工完成后，注漿封閉防水后排水溝，減少二襯滲水。⑤此措施對(duì)工期影響小、造價(jià)低，經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)，土方開挖時(shí)未發(fā)生坍塌、初支質(zhì)量未降低、防水施工順利，隧道完成后滲水少，達(dá)到預(yù)期效果。

3.1計(jì)劃增加臨時(shí)仰拱、洞內(nèi)降水

  隧道上臺(tái)階施工可保證無水作業(yè)，下臺(tái)階滲水量大、施工風(fēng)險(xiǎn)大。因此，計(jì)劃在上、下臺(tái)階交界面處增加臨時(shí)仰拱，并在隧道兩側(cè)增加洞內(nèi)降水井。上臺(tái)階先行開挖，定時(shí)觀測(cè)下臺(tái)階水位，待降水井疏干掌子面層間水后，再開挖下臺(tái)階。

  此措施可最大程度保證施工安全及洞內(nèi)無水作業(yè)，但對(duì)工期影響大、造價(jià)高，因此未采取此措施。

3.2洞內(nèi)真空泵降水

  為滿足洞內(nèi)無水作業(yè)要求，增加了洞內(nèi)輔助真空降水措施。掌子面超前真空降水采用真空泵抽水，采用便攜式鉆機(jī)成孔，鉆桿直徑40mm，成孔深度6m，外插角度為150。插入土層的PVC水管直徑25 mm，真空泵排水管直徑600mm，正線隧道內(nèi)兩側(cè)墻各放置1臺(tái)。

  橫通道馬頭門破除時(shí)即發(fā)現(xiàn)掌子面下臺(tái)階滲水嚴(yán)重，因此隧道正線開挖時(shí)立即采取真空泵降水。真空泵降水總流量1.5 m3／h，達(dá)到真空泵額定抽水能力，由于降水周期只有3d左右，掌子面滲水還是很嚴(yán)重，效果不顯著。而且真空泵降水影響正常開挖，造成掌子面不能及時(shí)封閉，加大施工難度和風(fēng)險(xiǎn)。

3.3掌子面注漿止水

  開挖面共計(jì)進(jìn)行3次注漿試驗(yàn)，漿液擴(kuò)散半徑小，竄孔現(xiàn)象明顯，漿液沿相鄰注漿管回流，無法達(dá)到注漿止水效果。在下臺(tái)階范圍內(nèi)、隧道兩側(cè)各打3個(gè)注漿孔，注漿孔豎向間距1m、打設(shè)深度5m、外插角度100，注入1:1水泥漿液。成孔后緩慢加壓，壓力<0. 5MPa時(shí)，漿液注入量非常小，每孔不到0.5 m3。壓力在0.5~ 1MPa時(shí)，漿液從注漿孔和相鄰注漿孔竄出，不能注入土體。

3.4降水井加密、加深

  初步分析，降水井設(shè)計(jì)間距過大、深度不夠可能是造成隧道內(nèi)滲、涌水的主要原因。因此，決定在試驗(yàn)段進(jìn)行降水井加密、加深，觀察降水效果。

  第1次試驗(yàn)段長度約40m（里程左K9 +877-左K9+912、右K9+891-右K9+918），于設(shè)計(jì)降水井中間加設(shè)l口降水井，降水井加深到隧道底板下8m（井深30m）。隧道開挖至加密區(qū)后，掌子面下臺(tái)階滲水區(qū)域降低約1m（滲水點(diǎn)由仰拱以上2. 3m處降至1.3m處），且滲水量減小。

  根據(jù)第1次試驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)討論及改進(jìn)，進(jìn)行第2次降水井加密、加深試驗(yàn)段。試驗(yàn)段長度約80m(里程左K9+772-左K9+856、右K9+762-右K9 +846)，于隧道兩側(cè)設(shè)計(jì)降水井中間加設(shè)1口降水井，降水井加深到隧道底板下12m（井深34m）。成井后且剛開始抽水時(shí)，左線（平均日抽水70m3/口）日抽水量比右線（平均日抽水30m3/口）大；正常抽水40d后，出水量逐漸減少，最終穩(wěn)定在平均日抽水10m3／口以內(nèi)。隧道開挖進(jìn)入第2次降水井加密、加深（井深34m）試驗(yàn)段后僅掌子面仰拱底以上0. 6m范圍內(nèi)存在滲水現(xiàn)象且滲水明顯減少，掌子面東側(cè)（靠近降水井側(cè)）土體滲水明顯小于西側(cè)。

  通過降水井加深、加密到30，34m兩次試驗(yàn)段內(nèi)掌子面的滲水情況分析，區(qū)間暗挖通過第1次試驗(yàn)段時(shí)掌子面滲水高度由仰拱以上2. 3m降低到仰拱以上1. 3m范圍，滲水量減小。進(jìn)入第2次試驗(yàn)段降水井加深到34m后，掌子面滲水高度由仰拱以上1. 3m降低到仰拱以上0.6m范圍內(nèi)，滲水量明顯減小，但滲水仍然存在，無法達(dá)到隧道內(nèi)的無水作業(yè)要求。

3.5  洞內(nèi)排水施工

  在洞內(nèi)真空泵降水、掌子面注漿止水、降水井加密、加深效果不佳的情況下，隧道土方開挖及初襯施工只能帶水作業(yè)。為了達(dá)到安全、質(zhì)量、文明施工的要求，需對(duì)仰拱錨噴采取技術(shù)保證措施，并在洞內(nèi)采取排水措施。

  噴射混凝土中的水泥漿成分大部分被土體中滲出的明流水帶走，造成仰拱部位錨噴混凝土質(zhì)量差，初支混凝土不能封閉。對(duì)仰拱錨噴層厚度由300mm增加至600mm。待初期支護(hù)全部完成后，將仰拱錨噴混凝土分段鑿除、分段復(fù)噴，可以保證仰拱混凝土質(zhì)量，并為防水施工創(chuàng)造條件。

  仰拱兩側(cè)設(shè)置排水溝（見圖2），排水溝排水坡度與隧道設(shè)計(jì)坡度(6. 4%)相同，自橫通道向北區(qū)段每50m設(shè)置1個(gè)集水坑，每個(gè)集水坑放置1臺(tái)1. 5kW潛水泵，采用逐級(jí)接力抽水方式匯水至豎井集水坑，然后從設(shè)在豎井內(nèi)的集水坑抽出經(jīng)沉淀并達(dá)到市政排污標(biāo)準(zhǔn)后排入市政管網(wǎng)，抽排水量達(dá)3. 2m3／h。橫通道向南區(qū)段，在掌子面設(shè)置水泵將掌子面底部的積水抽排至明排水溝，自流至施工豎井。

4綜合控制措施

  經(jīng)過多次方案、措施試驗(yàn)、比選，最終決定采用地面井點(diǎn)降水+隧道洞內(nèi)明排、隧道仰拱部位增加初支保護(hù)層等綜合措施。

  1)因豎井橫通道處出渣、進(jìn)料車輛進(jìn)出頻繁，只噴射C20的混凝土料強(qiáng)度太低，且難以清理，故對(duì)橫通道進(jìn)行了C25混凝土地面硬化。在橫通道兩側(cè)預(yù)留排水溝，隧道內(nèi)滲水通過排水溝匯人豎井內(nèi)的集水坑，再用污水泵排入地面市政管道。

  2)在正線隧道開挖過程中，掌子面下臺(tái)階滲水較大，仰拱部位積水嚴(yán)重影響初支噴射混凝土質(zhì)量和初支安全，且施工效率極低，為了保證仰拱初支噴射混凝土質(zhì)量，防止拱頂下沉，施工過程中在仰拱部位噴射60cm厚C20噴射混凝土料初支保護(hù)層，隧道兩側(cè)設(shè)置明排水溝，同時(shí)在隧道掌子面使用排水泵將仰拱部位積水交替接力排出洞外。

  3)由于地下水的沖刷造成噴射混凝土中的膠凝材料流失，噴射混凝土松散、孔隙率大。當(dāng)60cm厚的噴射混凝土料初支保護(hù)層鑿除后，地下水仍會(huì)在仰拱及拱腰處滲出，影響下道工序施工。因此在初支仰拱內(nèi)預(yù)埋注漿管，注漿管長0. 8m、環(huán)向間距1m、縱向間距1m，注1:1水泥單液漿，注漿壓力0.2~0. 5MPa。由隧道上游向下游依次注漿，將滲水通道封閉。為保證注漿效果，實(shí)行單孔多次注漿。

  4)仰拱注漿減少了滲水量，但不能杜絕滲水。因此，防水層施工前，在仰拱中部增設(shè)深10cm、寬50cm的排水盲溝，盲溝內(nèi)回填碎石排水，盲溝上方覆蓋寬80cm、厚5mm鋼板，防止盲溝內(nèi)碎石破壞防水層，保證二襯防水的正常施工。二襯施工時(shí)由南邵站向昌平新區(qū)站方向澆筑，自坡度最高點(diǎn)向坡度低點(diǎn)施工，使?jié)B出的水向坡度低的方向流。在防水施工時(shí)，埋設(shè)帶法蘭的注漿管（見圖3），二襯結(jié)構(gòu)施工后對(duì)盲溝回填注漿。漿液為水泥一水玻璃雙液漿，實(shí)際注漿壓力為0. 15MPa，注漿量為0.7m3／m。

  5)初支開挖過程中，由正常開挖6人／班組增加至11人／班組，加快施工工序銜接，做到“及時(shí)封閉、及時(shí)成環(huán)”，做好文明施工。

  6)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)密度及頻率，以數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工。初支拱頂下沉、初支凈空收斂由設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)頻率2次/d增加至4次/d。初支拱頂下沉值<20mm，地表沉降值<15mm。

  從隧道正線土方開挖至初支全部完成，仰拱部位一直帶水作業(yè)，仰拱部位土體雖存在滲、涌水，但是未發(fā)生過滑坡、坍塌現(xiàn)象，隧道內(nèi)拱頂收斂、地面沉降等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在規(guī)范允許范圍內(nèi)，帶水作業(yè)環(huán)境下隧道施工安全可控。

5  結(jié)語

  1)在裂隙發(fā)育、孔隙多的富水固結(jié)狀黏土地層，降水井加深加密、洞內(nèi)超前真空泵排水、掌子面注漿止水均不能達(dá)到無水施工條件，并且效率低，費(fèi)用高。

2)綜合考慮施工安全、費(fèi)用、工期等因素，在裂隙發(fā)育、孔隙多的富水固結(jié)狀黏土地層中進(jìn)行暗挖隧道施工，地面井點(diǎn)降水+隧道洞內(nèi)明排、隧道仰拱部位增加初支保護(hù)層等綜合措施，暗挖帶水作業(yè)也可以滿足相關(guān)的安全、質(zhì)量要求。

6[摘要]北京地區(qū)淺埋暗挖法隧道通常采用普通管井降水，但是對(duì)于裂隙發(fā)育的富水固結(jié)狀黏土地層，由于地層中裂隙的存在，垂直滲透系數(shù)和水平滲透系數(shù)差異巨大，普通管井降水半徑小、形不成漏斗效應(yīng)，效果極差。需采取地面井點(diǎn)降水結(jié)合隧道內(nèi)明排的方式，才能保證隧道開挖及初期支護(hù)的質(zhì)量、安全和施工效率。