肖國勝

（南水北調(diào)工程建設(shè)管理河南分局，河南 鄭州 450046）

在隧洞工程施工降水中，根據(jù)地質(zhì)條件情況，有許多不同的降水方式：井點降水、電滲降水、水平降水、真空深井復(fù)合降水等。在南水北調(diào)中線一期穿黃工程退水洞（以下簡稱穿黃退水洞）前期準(zhǔn)備過程中，把井點降水作為主要降水，但多次試驗結(jié)果都表明，降深無法達到預(yù)期水位。施工后結(jié)合實際情況，考慮到穿黃退水洞重要性，且施工降排水的獨特性（國內(nèi)以前沒遇到過的），故將施工降水方案優(yōu)化為真空深井復(fù)合降水。

1 工程概述

穿黃工程退水建筑物由進口段、退水洞、出口消力池與泄水槽等建筑物組成，軸線長度1 019.21 m。其中洞身段長790 m，進口底板高程110.5 m，出口底板高程94.0 m，縱坡為2.09%。隧洞襯砌后斷面為帶仰拱的城門洞型，斷面尺寸4.20 m×5.80 m（寬×高）。

2 地質(zhì)情況

2.1 地形地貌

退水洞穿越黃河南岸邙山嶺，邙山嶺為一呈脊?fàn)罘植嫉狞S土丘陵，高程一般在140～181 m，退水洞附近坡頂高程為161～183 m。邙山南坡度較緩，退水洞出口側(cè)由于黃河的側(cè)向侵蝕作用，坡度較陡，約40°，坡高76～78 m，現(xiàn)已進行開挖削坡處理。

2.2 工程地質(zhì)

根據(jù)招標(biāo)文件提供的地質(zhì)資料，結(jié)合對退水洞補充地質(zhì)勘察情況，隧洞圍土（頂拱）地質(zhì)情況如下：

①樁號0＋068.84～0+416.2（以退水洞與邙山隧洞軸線交點為0點）段隧洞圍土為alQ3黃土狀粉質(zhì)壤土，土質(zhì)均一，呈可塑狀，局部呈軟塑狀，土體強度低洞室穩(wěn)定性差；

②樁號0＋416.2～0+525.29段古土壤層，古土壤呈硬塑狀，強度相對較高；

③0+525.29～0+858.84段為al+plQ2粉質(zhì)壤土，粉質(zhì)壤土呈可塑～軟塑狀，洞室穩(wěn)定性較差。

古土壤和粉質(zhì)壤土層中多富積鈣質(zhì)結(jié)核層，層厚20～80 cm，對隧洞開挖有較大影響。

2.3 水文地質(zhì)

招標(biāo)文件提供的地下水位為135.94～101.95 m，高出隧洞底板8～17 m，實際地下水位140～113 m，高出隧洞底板19～29.5 m。上更新統(tǒng)沖積層黃土狀粉質(zhì)壤土(alQ3)滲透系數(shù)為 1.0×10-5～1.0×10-4cm/s，具弱透水性。在退水建筑物出口為al+plQ2古土壤層和粉質(zhì)壤土層，其滲透系數(shù)分別為 1.0×10-7～1.0×10-6cm/s和 1.0×10-6～1.0×10-5cm/s，具弱透水性。

地下水對隧洞圍土穩(wěn)定性影響較大，另外由于滲透系數(shù)低，造成降水困難。

3 施工降水

退水洞施工區(qū)別于一般黃土隧洞的主要特點就是地下水位高于洞頂，由此導(dǎo)致土體力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，圍土穩(wěn)定性差，隧洞施工變得異常困難。因此，設(shè)法把隧洞周圍的地下水位降低到洞底板以下，使土體疏干比較充分，并通過合理的方法將洞內(nèi)積存的水流輸送到洞外，是該工程要著重解決的問題。

3.1 降水的難點

由于洞身低于原始地下水位近30 m，地下水位高，圍土具飽和性，強度低、自穩(wěn)能力差，圍土滲透系數(shù)為1.0×10-5～1.0×10-4cm/s，為弱透水性。所以該工程施工降排水具有國內(nèi)以前從沒有遇見過的獨特性、難度較大項目。

3.2 方案選擇

國內(nèi)黃土隧洞一般分布在黃土高原地區(qū)，大多為無水施工，地下水位高于洞底板的比較少。從掌握的有關(guān)資料來看，陜西漢村隧洞、少陵園隧洞、洛惠渠灌區(qū)5號隧洞及隴海鐵路甘肅新松樹灣隧道施工中也都面臨地下水問題，處理方式各異，具體情況見表1。

表1 工程實例情況表

漢村隧洞土質(zhì)與退水洞類似，但頂部覆土厚度小，降深??；洛惠渠各個方面與退水洞類似，手掘式盾構(gòu)也是以后發(fā)展的一個方向，只是其洞徑只有退水洞的50%左右，施工進度也不盡人意，難以滿足工期要求；相比之下，新松樹灣工況與退水洞類似，施工速度也比較理想，最具參考價值。

經(jīng)過綜合比選，擬采用真空深井復(fù)合降水技術(shù)，深井沿隧洞兩側(cè)布置兩排，距隧洞中心線一般為7 m，井深一般低于隧洞底板30 m。退水洞深井布置情況見表2。

表2 退水洞施工降水深井布置情況表

3.3 真空深井復(fù)合降水

3.3.1 排水管

1）總管直徑計算。

式中：V——允許流速，m/s，取2；β——沉淀系數(shù)，取1.2；Q——總管抽水量，m3/h。

參考深井抽水試驗流量估算每根排水管排水量約為1 m3/h，則一排排水管流量為8 m3/h。計劃兩排排水管同時運行，總流量為16 m3/h，最終取總管流量Q＝20 m3/h。

通過計算取總管φ＝0.075 m，即φ75 mm。

2）總管擬采用鋼管?？偣荛L度26 m，每節(jié)長3～4 m，節(jié)之間采用法蘭盤連接?？偣艿囊欢酥苯硬捎忙?1 mm的耐壓膠管連接第二排干管；在距離另一端1 m處焊接一個短管（φ51 mm的鋼管，長0.3 m）用來連接第一排干管，這一端因為要與真空罐相連，所以法蘭盤螺孔應(yīng)做成長圓形，以利連接。

3）干管直徑計算。根據(jù)前期深井單井抽水試驗所得流量q為1 m3/h，根據(jù)設(shè)計一排共布置8根降水井。因此一排降水井流量為8 m3/h，所以干管流量取Q＝10 m3/h。

通過計算取干管φ＝0.051 m，即φ51 mm。

4）干管采用φ51 mm的高壓膠管，總長21 m（單排）。為了連接井管，事先要在干管上安裝8個三通作為短管，其中一個連接總管，三通采用φ51 mm的耐壓膠管。

5）連接膠管。均擬采用φ51 mm(內(nèi)徑)的膠管，擬每節(jié)長0.7 m（根據(jù)現(xiàn)場情況定）,膠管應(yīng)用埋鋼絲的高壓膠管,以法蘭盤相連。連接時均要保證接頭處封口嚴密，不許有漏氣現(xiàn)象。否則會大大降低真空度，必將嚴重影響井點管吸水效果。

3.3.2 真空罐

用以收集總管輸入的夾氣地下水，其頂端與真空泵連接,將氣體排出，下端與水泵連接用于排水，真空罐體積直徑0.6 m，高度1.0 m，用2 mm鋼板焊接而成。

3.3.3 水泵選型

選用清水離心泵，型號IS65-50-125，流量22.4 m3/h，揚程16 m，功率2.2 kW。水泵與電動機要求用聯(lián)軸器連接。真空泵采用SZ-1型水環(huán)式真空泵，配4 kW三相異步電動機。真空泵功率為4 kW，最大排氣量為1.5 m3/min，最大工作壓力為0.1 MPa。在運轉(zhuǎn)前應(yīng)該注一定量清水，以便產(chǎn)生水封。

3.3.4 排水設(shè)備運轉(zhuǎn)程序

安裝完畢后，經(jīng)檢查無誤即可開機抽水。開機順序是先打開排氣閥,接著開真空泵，待真空罐水位計中水位上升到中間時再開水泵，水泵運轉(zhuǎn)前可不預(yù)先灌注水，將進水閘閥打開即可。真空泵在運轉(zhuǎn)前應(yīng)在進水口灌注清水，以便在水泵中尚無水時產(chǎn)生水封。停機時，先關(guān)真空泵接著關(guān)水泵及閘閥。

在抽水過程中，罐內(nèi)真空度始終穩(wěn)定在一個數(shù)值上，如真空度小則開大排氣閥，仍不能達到預(yù)計適宜真空度值時，說明管路系統(tǒng)漏氣，查出并用軟皂涂抹堵塞。如果真空值過大產(chǎn)生倒吸時，可關(guān)小排氣閥門，直到預(yù)計適宜真空度。真空度是由裝在罐頂?shù)恼婵毡碜x出，在未抽真空前，指針在“0”值，抽真空后指針逐步上升到預(yù)定值（汞柱毫米數(shù)）。當(dāng)真空度調(diào)到適當(dāng)值時，觀察真空罐水位計，并調(diào)正水泵進入閘閥，控制流量，應(yīng)使水位計中水位始終保持在玻璃管中間部位。

3.4 地下水監(jiān)測

隧洞開挖期間，在水平排水管施工時，同時在掌子面上鉆水平探測孔，孔深15 m，以觀察圍土含水量。一般認為，圍土含水率在17%~22%時即可滿足開挖需要，若距開挖面5 m以內(nèi)有含水率超標(biāo)現(xiàn)象，應(yīng)暫停開挖，等待土體疏干或采取電滲降水。施工中，也可使用洛陽鏟輔助探測。

如果已完成永久襯砌，應(yīng)注意觀察排水管的出水情況，若有較大變化，應(yīng)具體分析原因，采取應(yīng)對措施。若洞壁出現(xiàn)冒汗或有水滲出，應(yīng)檢查排水管是否失效。

4 結(jié)語

由于選擇的真空深井復(fù)合降水合理，技術(shù)、安全性論證充分，施工降水過程中嚴格按施工方案實施，并加強及時安全監(jiān)測，保證了開挖斷面土體疏干，使穿黃退水洞在無水的環(huán)境下順利施工。選擇一個好的降水方案是保證隧洞開挖順利的基礎(chǔ)，為今后在類似隧洞的施工中提供了很好的借鑒。

［1］SDJ212-83，水工建筑物地下開挖工程施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］韓正新.漢村隧洞工程施工方法［J］.陜西水利，1994（S1）.

［3］馬伯恩，賈志勝.談洛惠渠五洞工程手掘式盾構(gòu)法施工［J］.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2005（04）.

［4］李波.松樹嶺隧道復(fù)合式襯砌法中防水層的施工工藝［J］.遼寧省交通高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2009（06）.