浙江杭甬复线宁波一期高速公路有限公司 浙江省宁波市 315100
摘要：随着浅埋暗挖法在隧道施工中的推广，真空降水施工技术在富水砂层的作用也日益突出。本文根据作者多年工作经验，以呼和浩特市轨道交通1号线一期工程施工为例，对富水砂层暗挖法真空降水施工技术进行了分析，供大家采参考和借鉴。
关键词：富水砂层；暗挖法；真空降水施工技术
1.工程概况
呼和浩特市轨道交通1号线一期工程PPP项目，线路总长为21.9km，其中地下线长18.4km，高架线长3.2km，地面线及敞开段长0.3km。共设19座车站（换乘站4座），平均站间距约1.19km，其中地下站16座，高架站3座；1号线一期工程车辆采用B型车，设置三间房车辆段一座，白塔停车场一座；设控制中心1座；位于回民区政府和呼和浩特东站设主变电站2座。
后不塔气站为呼和浩特市轨道交通1号线一期工程一座地下二层框架岛式车站，呈东西走向，车站起止里程：YDK23+247.982～YDK23+734.382，车站长486.4m，有效站台长度118m，站台宽11m，标准段宽19.7m，扩大端宽度24.3m。车站建筑面积约为18136m2，包括4个出入口、2个风亭及1处过街通道，采用明挖法施工，车站西侧为盾构接收端。右线长195.618m，左线长198.085m。
2.工程地质及水文地质条件
2.1地层岩性
场区勘探深度范围内所揭示地层主要为第四系全新统人工堆积层（Qml 4），第四系上更新统至全新统冲洪积层（Qal+pl 3-4），第四系中更新统湖积层（Ql 2）。
2.2地下水
场地范围内地下水为第四系孔隙潜水，勘察期间地下水埋深18.3～26.2m（高程1053.57～1046.8m），开挖深度最深处11.0m（1062.64-1055.92）。地下水主要赋存在第四系上更新统、中更新统砂层、圆砾内，含水层无明显承压性。地下水水位年变化幅度约1.5～2.0m。
3.结构设计情况
3.1断面设计
后不塔气-什兰岱村矿山法区间采用单线单洞马蹄形断面形式，断面尺寸为宽6.48m，高6.72m，正线线间距14m，曲线半径450m，Y（Z）DK23+734.382-Y（Z）DK23+820段为2‰的下坡，Y（Z）DK23+820-Y（Z）DK23+932.467（930）段为2.9‰的上坡。覆土最大厚度在Y（Z）DK23+752.017（752.507）处约为11.0m，最小覆土厚度在Y（Z）DK23+930（23+932.467）处约7.90m，其中过街通道底距隧道拱顶（Y（Z）DK23+746.382起～Y（Z）DK23+784.382）为5.207-5.423m，路面距隧道拱顶为9.807-10.023m，两洞间净距为5.63-7.6m。
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图1暗挖隧道右线洞内断面细部结构断面图
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图2暗挖隧道纵断面结构示意图
3.2结构设计参数
暗挖区间隧道采用钢筋网、喷混凝土、格栅钢架及超前支护联合作为初期支护，施工时辅以临时支护，二次衬砌采用防水钢筋混凝土。依工程类比及结构计算确定初期支护参数如下表所示。
初期支护参数表
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4.现场存在问题及解决措施
4.1 水位变化情况
设计资料提供水位埋深较深，位于隧道底板以下，在右线实际开挖过程中发现仰拱以上至上台阶拱脚以上30cm为含水层，含水量较高。
（1）右线上台阶开挖揭示情况
在上台阶开挖过程中，拱脚处由于水流导致土体（砂层）流失，在小导管超前支护范围外，出现较大“空洞”，致锁脚锚管埋深不足，对格栅钢架的“悬挑”锁定效果不佳。
（2）右线下台阶开挖揭示情况
在下台阶土方开挖时，由于隧道内水位处于上台阶拱脚处，下台阶范围内砂土含水饱和，开挖后呈现“流塑状”，无自稳性，造成临时仰拱下部及上台阶格栅钢架拱脚处“空洞”，掌子面无法形成”自稳层”，随开挖不停向前“滑塌”，影响上台阶核心土完整性及上台阶掌子面围岩稳定性。
（3）左线渗水情况
左线马头门处围护桩尚未破除，通过凿除桩间喷锚层，发现在桩间喷锚层打设泄水孔处，出现空洞，采取沙袋堆砌封堵，埋设排水管，通过统计出水量，无变化，出水量较稳定。
4.2 围岩自稳性情况
上台阶拱部由于围岩为砂层，自稳性差，拱部“超挖”严重，平均达到0.9-1.0m，局部最大达1.7m，格栅钢架与围岩不能密贴，存在较大的安全隐患。
4.3开挖中暴露问题可能引发的后果
开挖过程中，由于上台阶“超挖”造成格栅钢架与围岩不能完全“密贴”，致锁脚锚管埋深不足，对格栅钢架的“悬挑”锁定效果不佳；下台阶掌子面不稳定，造成部分格栅钢架拱脚处不能支撑在能提供有效支撑力的“土体”上。另洞内出水层无法有效封闭，不断带走土体中细颗粒，造成土体重新分布，对土体造成“扰动”，甚至形成局部“空洞”。
目前虽洞内拱顶沉降、水平收敛变形等变形速率及累计变形量较小，但地表沉降及洞顶燃气管线沉降一直无法得到有效控制，存在较大的安全隐患。且隧道掌子面前方存在机场快速路过街人行通道、线路两侧分别为机场快速路及南辅道，若地表沉降等无法控制，势必影响相关构筑物的正常使用。
4.4初步解决方案
鉴于以上现场情况，由于隧道位于机场快速路与机场快速路南辅道之间绿化带范围内，且左线进洞后10m处，存在机场快速路人行过街通道，若施作降水井势必会因降水导致机场快速路及机场快速路南辅道下沉。通过方案综合性比较，建议针对目前左线及右线开洞处的掌子面存在出水问题及上下台阶开挖揭示地质情况，针对现场实际情况，形成意见该段左、右线采取全断面深孔注浆。
经采取初步解决方案后，效果不佳，进一步针对揭示地质情况，建议采取超前真空降水方案
4.5隧道进出洞
暗挖隧道进洞口段埋深11.0m，出洞口段埋深7.9m，埋深浅、易塌方。因此隧道进出洞是本工程施工控制的难点、重点。施工过程中必须认真加以控制，应对措施如下：
（1） 洞口段施做加强环梁，环梁中埋设∅152管棚导向管，环向间距300mm。待加强环梁强度达到100%设计强度后及时打设大管棚并注浆。
（2）洞口段采用三榀格栅钢架密排并喷射混凝土，加强支护，洞口开挖采用两步台阶分部开挖。
（2） 加强监控量测，必要时增设临时支撑，保证结构安全。
5.施工方法与技术措施
5.1总体施工方案
超前水平真空降水采用真空将水泵配套相应管路，根据开挖掌子面“出水”情况，采取局部或全断面埋置过滤管，对掌子面前方土体内地下水进行“超前”水平降水，通过降水及时疏排开挖范围内土层的地下水，使其固结，以提高土体强度和自稳性，防止开挖面土体失稳。
超前水平真空降水由过滤管、集水总管、主管、阀门等组成管路系统，并由抽水设备启动，在过滤管中形成真空，并在过滤管周围一定范围形成一个真空区。在真空力的作用下，过滤管附近的地下水通过砂井，经过滤器被强制性吸入井点系统内而使井点附近的地下水位得到降低。在作业过程中，过滤管附近的地下水位与真空区外的地下水位之间，存在一个水头差，在该水头差作用下，真空区外的地下水是以重力方式流动的。只有在这两个力作用下，开挖掌子面前方土层内地下水才会降低。
5.2施工顺序
（1）降水管路安装
首先沿隧道初期支护侧壁在初期支护侧壁上安装支架，采用集束布置，铺设PPRA25集水毛管，与真空降水泵连接，并采取铅丝绑扎牢固，防止管路不严漏气而降低整个管路的真空度。并根据施工季节气温情况，及时做好降水防冻保温措施。
（2）降水过滤管安装
过滤管采用采用PPRA25制作，采用双层包裹200目碳纤维滤网，埋置于开挖掌子面前方土体内深度为1.5-2.0m，根据开挖掌子面“出水”情况布置过滤管，分为全断面或局部布置两种方式，详见附图4.2-1-5。
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图3真空降水上断面孔位布置示意图
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图4真空降水下断面孔位布置示意图
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图5真空降水裂隙水孔位布置示意图（一）
（3）检查管路
检查集水管与过滤管、集水管与真空降水泵的各个接头在试抽水时是否有漏气现象，发现这种情况应重新连接重新拧紧法兰盘螺栓和管连接处的铅丝，直至不漏气为止。在正式运转抽水之前必须进行试抽，以检查抽水设备运转是否正常，管路是否存在漏气现象。
（4）抽水
降水管网全部安装完毕后进行试抽。当抽水设备运转一切正常后，整个抽水管路无漏气现象，可以投入正常抽水作业。并根据尽可能延长降水情况，确保掌子面开挖中稳定。
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图6真空降水裂隙水孔位布置示意图（二）
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图7真空降水面状（淋）渗水孔位布置示意图
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图8真空降水后下断面施工效果图1
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图2真空降水后下断面施工效果图2
6.结束语
浅埋暗挖法真空降水施工就是常用的一种辅助法，具有较强的适应性，且操作简单，在富水砂层隧道施工中应用将越来越广泛。
参考文献：
[1]富水砂土互层隧道真空降水设计及施工要点[J].何开奎.交通世界. 2019（11）
[2]真空吸水工艺在混凝土施工中的应用[J].李静.民营科技.2013（04）