CN104790419A - 一种适用于富水流沙地层隧道的降水施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于降水施工技术领域，具体是一种适用于富水流沙地层隧道的降水施工方法。解决了流沙地层隧道涌水、涌砂导致围岩稳定性变差，使得隧道无法正常施工这一问题，适用于隧道采用三台阶法或CRD法开挖，在中台阶做超前真空降水和重力式深井降水两种降水措施。本发明型有效地解决了涌水涌砂的难题，易于开挖支护，施工安全系数高，施工质量得到了有效保证，适用于渗水砂层、卵石砂砾层等含泥量相对较低的软弱复杂地质条件下铁路、公路等山岭深埋隧道，市政、电力、水利等地下隧道工程及建筑、土建的基础工程降水、止水施工也可借鉴使用。

Description

一种适用于富水流沙地层隧道的降水施工方法

技术领域

本发明属于降水施工技术领域，具体是一种适用于富水流沙地层隧道的降水施工方法。

背景技术

就目前隧道开挖来说，富水流沙地层中开挖隧道为世界性难题，其中施工技术每前进一步都要面临极大的挑战，同样也是重大的突破。

一般情况下，面对流沙涌水隧道，通常的方法便是真空降水，但如何做到快速有效的降水且降低砂的流失率便成了整个施工过程的关键问题，因此如何解决涌水、涌砂问题便成了富水流沙地层隧道施工急需解决的问题。

发明内容

本发明为了解决流沙地层隧道涌水、涌砂导致围岩稳定性变差，使得隧道无法正常施工这一问题，提出一种适合富水流沙地层隧道施工的降水施工方法。

    本发明采取以下技术方案: 一种适用于富水流沙地层隧道的降水施工方法，适用于隧道采用三台阶法或CRD法开挖，在中台阶做超前真空降水和重力式深井降水两种降水措施。

（1）超前真空降水：

沿隧道纵向（隧道开挖方向为纵向）在中台阶边墙、核心及底板布真空降水孔，每循环进尺进行钻孔降水，隧道采用喷射混凝土全封闭掌子面，真空降水孔内插有降水管总成，降水管总成外端与主管连接，及时将水抽出；

所述降水管总成包括若干降水管，相邻降水管之间由管接头焊接连接，降水管总成内端端部处设有封闭的管头，管头顶部焊接有十字头，降水管管身上钻有小孔，小孔呈梅花形布置，其中降水管总成内端以及外端都有无孔区，每节降水管外侧包裹有土工布，土工布外缠有滤网，滤网由扎丝绑紧。

（2）重力式深井降水：

在中台阶的底部沿隧道竖直方向布设重力式深井降水，每循环进尺进行钻井降水，降水井完成后及时将水抽出，重力式深井包括降水井，降水井内设有出水管以及与真空泵连接的吸气管，出水管上设有传感器，出水管底部连接有水泵，降水井内壁自上而下设井壁管、滤水管以及沉淀管，沉淀管底部封死。

真空降水施工工艺流程如下：

1）放线定位；

2）钻机就位，将钻机底座改装有横纵向可以移动的液压系统底座，调试运行完毕后，对准点位按设计调整钻杆方向、角度；

3）钻孔、成孔并加工降水管总成，钻孔采用液压水泵压水通过中空式钻杆冲击成孔，对孔口部位的扰动大于其他部位，成孔后退钻杆时不得关闭液压水，至孔口1米时关闭液压水；

4）下管，焊接钢管，将需要下放的降水管节段与钻杆式套管对接，然后从钻杆中空部送管，每下放一节降水管节段跟进一节套管，相邻降水管节段焊接连接，送管到位后再退出套管，孔口压实或采用土工布塞紧；

5）降水管安装完毕；

6）铺设总管，安装真空泵，主管采用Φ80mm钢管，按间距0.2m沿管身设置支管连接口，支管和主管之间采用32mm钢丝软管连接，并在连接部位加设阀门，控制井点管降水，主管每1.5m一节，主管一端采用8mm钢板密封焊接牢固，另一端采用Φ80mm钢丝软管与真空泵连接，真空泵悬挂于距操作面高度1.5m左右的两侧边墙或中间操作面上，并整齐摆放固定好；

7）降水管与总管相通，拔出主管连接的支管段木塞，将支管与井点管连接，采用10#铅丝绑扎牢固，并用密封胶布缠紧，检查各管连接情况；

8）开动排气、抽水；

9）投入降水程序；

10）观测水位变化。

重力式深井施工满足以下条件：

A降水井井口：井口高于隧道底面以上0.30m，

b井壁管：井壁管采用桥式钢管，井壁管外径的直径为￠200mm，

c滤水管：滤水管外包一层土工布，一层100目的尼龙纱网，滤水管的内径与井壁管的内径相同，

d沉淀管：沉淀管内径与滤水管内径相同，长度为0.50m，

e填碎石：距降水井井口4.00m以下部位围填碎石，

f填粘性土封孔:在碎石料的围填面以上采用优质粘土围填至地表并夯实，并做好井口管外的封闭工作。

超前真空降水施工中，核心及底板的真空降水孔按间距0.5m布孔，管长10.5m，核心的真空降水孔以角度为15°和0°交错布置，底板的真空降水孔以角度0°和-15°交错布置，沿隧道纵向水平为0度，向上为正；两侧墙的降水管总成间距0.5m，管长10.5m，角度30°和-30°，沿隧道纵向左倾为正，采用C25喷射混凝土全封闭掌子面，厚度10cm，降水管总成内端0.5M以及外端2M处有无孔区。

在CRD法开挖重力式深井降水措施中，中台阶隔墙两侧的底部纵向各设置一排深井，深井沿隧道横向间距为4m，沿隧道纵向间距为5m。

与现有技术相比，本发明型有效地解决了涌水涌砂的难题，易于开挖支护，施工安全系数高，施工质量得到了有效保证，适用于渗水砂层、卵石砂砾层等含泥量相对较低的软弱复杂地质条件下铁路、公路等山岭深埋隧道，市政、电力、水利等地下隧道工程及建筑、土建的基础工程降水、止水施工也可借鉴使用。取得较大的经济和社会效益。

附图说明

图1为本发明型的降水管结构示意图；

图2为本发明型的真空降水布置图；

图3为图2中的I-I断面图；

图4为本发明型的真空降水断面图；

图5为超前深孔真空降水施工工艺流程图；

图6为降水井结构示意图；

图中1-降水管，2-管头，3-小孔，4-全封闭掌子面，5-降水孔，6-降水井，6.1-出水管，6.2-真空泵，6.3-吸气管，6.4-管身，6.5-传感器，6.6-粗砂，6.7-过滤网，6.8-水泵，6.9-沉沙管。

具体实施方式

一种适用于富水流沙地层隧道的降水施工方法，适用于隧道采用三台阶法或CRD法开挖，在中台阶做超前真空降水和重力式深井降水两种降水措施。

（1）超前真空降水：

沿隧道纵向在中台阶边墙、核心及底板布真空降水孔，每循环进尺进行钻孔降水，隧道采用喷射混凝土全封闭掌子面，真空降水孔内插有降水管总成，降水管总成外端与主管连接，及时将水抽出。

所述降水管总成包括若干降水管1，相邻降水管1之间由管接头焊接连接，降水管总成内端端部处设有封闭的管头2，管头2顶部焊接有十字头，降水管1管身上钻有小孔3，小孔3呈梅花形布置，其中降水管总成内端以及外端都有无孔区，每节降水管1外侧包裹有土工布，土工布外缠有滤网，滤网由扎丝绑紧。

（2）重力式深井降水：

在中台阶的底部沿隧道竖直方向布设重力式深井降水，每循环进尺进行钻井降水，降水井完成后及时将水抽出。

重力式深井包括降水井6，降水井6内设有出水管6.1以及与真空泵6.2连接的吸气管6.3，出水管6.1上设有传感器6.5，出水管6.1底部连接有水泵6.8，降水井内壁自上而下设井壁管、滤水管以及沉淀管，沉淀管底部封死。

真空降水施工工艺流程如下：

1超前深孔真空降水

1.1放线定位

对降水段按要求布置参数，对钻孔点位、间距按设计采用红油漆定位标识，对影响钻孔的孔位提前进行准备。

1.2钻机就位

采用XY-2B型地质钻机，并将钻机底座改装有横纵向可以移动的液压系统底座，调试运行完毕后，对准点位按设计调整钻杆方向、角度。

1.3钻孔、成孔

钻孔采用液压水泵压水通过钻杆中心冲击成孔，对孔口部位扰动相对稍大点，成孔后退钻杆时不得关闭液压水，至孔口1米时关闭液压水。

1.4 降水管加工

降水管总成每根6～12m不等，由每节1.5m长钢管分段包扎焊接连接而成。管身钻8mm孔，间距10cm梅花形布置，管端2m及管头0.5m段不设降水钻孔。每节管钻孔完毕后采用土工布包裹两层，外缠100目滤网一层，缠完后每间隔20cm采用扎丝绑紧。φ32mm降水钢管采用25钢管作为每节管接头，焊接连接。每根降水管总成设一管头，管头长10cm，管头底端采用φ8mm钢筋焊十字头并封底。

1.5 下管、焊接钢管

钻孔完毕后退出。将带有管头的降水管与钻杆式套管对接（可点焊），然后开始送管，每下一节降水管跟进一节套管，降水管接头焊连，送管到位后再退出套管，孔口压实或采用土工布塞紧。即降水管安装完毕。

1.6总管与真空泵安装

主管采用Φ80mm钢管，按间距0.2m沿管身设置支管连接口，支管和主管之间采用32mm钢丝软管连接，并在连接部位加设阀门，控制井管降水，主管每1.5m一节，管一端采用8mm钢板密封焊接牢固，一端采用Φ80mm钢丝软管与真空泵连接，真空泵悬挂于距操作面高度1.5m左右的两侧边墙或中间操作面上，并整齐摆放固定好。

1.7主管与支管连接

拔出主管连接的支管段木塞，将支管与井点管连接，采用10#铅丝绑扎牢固，并用密封胶布缠紧。检查各管连接情况。

1.8试抽与检查

所有管路连接好后，开动真空泵进行排气，再开动抽水泵进行试抽，检查集水干管与井点管连接的胶管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或用油腻子堵塞、用密封胶布缠紧，重新拧紧法兰盘螺栓和胶管的铅丝，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，确认无漏水、漏气等异常现象后，应保证连续不断抽水。在水泵进水管上安装一个真空表，在水泵的出水管上安装一个压力表。为了观测降水深度是否达到设计所要求的降水深度，在基坑中心设置一个观测井点，以便于通过观测井点测量水位，并描绘出降水曲线。

在试抽时，应检查整个管网的真空度，应达到550mmHg(73.33kPa)，方可进行正式抽水。

1.9降水、抽水

为保持连续降水，应备用双电源，以防断电。出水规律一般是“先大后小、先浑后清”。过程中应定时观测水量、水位、真空度，并应使真空泵保持在55kPa以上。

1.10洞内真空降水要求

1、真空降水必须根据掌子面开挖及时推进，降水班组与开挖班组必须做好配合工作。

2、在隧道开挖过程中，将隧道底部潜水位降至隧道底以下不少于1.00m的深度，防止洞口涌砂涌水。

3、加强对隧道内水位的观测，每天观测水位，及时掌握水位变化情况，以指导降水运行及隧道的开挖。

4、当土质不良，渗透系数较大时，宜采用双排井点或将真空管间距适当加密。

5、集水总管标高宜尽量接近地下水位线并沿抽水水流方向有0.25%～0.5%的上仰坡度，水泵轴心与总管齐平。

重力式深井施工满足以下条件：

a井口：井口应高于隧道底面以上0.30m，

b井壁管：井壁管均采用桥式钢管，井壁管外径的直径为￠200mm，

c过滤网：滤水管外包一层土工布，1层100目的尼龙纱网，滤水管的直径与井壁管的直径相同，

d沉淀管：沉淀管在滤水管底部，直径与滤水管相同，长度为0.50m，沉淀管底口封死，

e填碎石：潜水降水井底面以下4.00m以下部位围填碎石做为过滤层，

f填粘性土封孔:在碎石料的围填面以上必须采用优质粘土围填至地表并夯实，并做好井口管外的封闭工作。

超前真空降水施工中，核心及底板的真空降水孔按间距0.5m布孔，管长10.5m，核心的真空降水孔以角度为15°和0°交错布置，底板的真空降水孔以角度0°和-15°交错布置，沿隧道纵向水平为0度，向上为正；两侧墙的降水管总成间距0.5m，管长10.5m，角度30°和-30°，沿隧道纵向左倾为正，采用C25喷射混凝土全封闭掌子面，厚度10cm，降水管总成内端0.5M以及外端2M处有无孔区。

在重力式深井降水措施中，中台阶的深井纵向间距为4m，降水管管长均为10.5m。

Claims (5)

1.一种适用于富水流沙地层隧道的降水施工方法，其特征在于：适用于隧道采用三台阶法或CRD法开挖，在中台阶做超前真空降水和重力式深井降水两种降水措施，

（1）超前真空降水：

沿隧道纵向在中台阶边墙、核心及底板布真空降水孔，每循环进尺进行钻孔降水，隧道采用喷射混凝土全封闭掌子面，真空降水孔内插有降水管总成，降水管总成外端与主管连接，及时将水抽出；

所述降水管总成包括若干降水管（1），相邻降水管（1）之间由管接头焊接连接，降水管总成内端端部处设有封闭的管头（2），管头（2）顶部焊接有十字头，降水管（1）管身上钻有小孔（3），小孔（3）呈梅花形布置，其中降水管总成内端以及外端都有无孔区，每节降水管（1）外侧包裹有土工布，土工布外缠有滤网，滤网由扎丝绑紧；

（2）重力式深井降水：

在中台阶的底部沿隧道竖直方向布设重力式深井降水，每循环进尺进行钻井降水，降水井完成后及时将水抽出，重力式深井包括降水井（6），降水井（6）内设有出水管（6.1）以及与真空泵（6.2）连接的吸气管（6.3），出水管（6.1）上设有传感器（6.5），出水管（6.1）底部连接有水泵（6.8），降水井内壁自上而下设井壁管、滤水管以及沉淀管，沉淀管底部封死。

2.根据权利要求1所述的适用于富水流沙地层隧道的降水施工方法，其特征在于：真空降水施工工艺流程如下：

1）放线定位；

2）钻机就位，将钻机底座改装有横纵向可以移动的液压系统底座，调试运行完毕后，对准点位按设计调整钻杆方向、角度；

3）钻孔、成孔并加工降水管总成，钻孔采用液压水泵压水通过中空式钻杆冲击成孔，对孔口部位的扰动大于其他部位，成孔后退钻杆时不得关闭液压水，至孔口1米时关闭液压水；

4）下管，焊接钢管，将需要下放的降水管节段与钻杆式套管对接，然后从钻杆中空部送管，每下放一节降水管节段跟进一节套管，相邻降水管节段焊接连接，送管到位后再退出套管，孔口压实或采用土工布塞紧；

5）降水管安装完毕；

6）铺设总管，安装真空泵，主管采用Φ80mm钢管，按间距0.2m沿管身设置支管连接口，支管和主管之间采用32mm钢丝软管连接，并在连接部位加设阀门，控制井点管降水，主管每1.5m一节，主管一端采用8mm钢板密封焊接牢固，另一端采用Φ80mm钢丝软管与真空泵连接，真空泵悬挂于距操作面高度1.5m左右的两侧边墙或中间操作面上，并整齐摆放固定好；

7）降水管与总管相通，拔出主管连接的支管段木塞，将支管与井点管连接，采用10#铅丝绑扎牢固，并用密封胶布缠紧，检查各管连接情况；

8）开动排气、抽水；

9）投入降水程序；

10）观测水位变化。

3.根据权利要求1或2所述的适用于富水流沙地层隧道的降水施工方法，其特征在于：重力式深井施工满足以下条件：

A降水井井口：井口高于隧道底面以上0.30m，

b井壁管：井壁管采用桥式钢管，井壁管外径的直径为￠200mm，

c滤水管：滤水管外包一层土工布，一层100目的尼龙纱网，滤水管的内径与井壁管的内径相同，

d沉淀管：沉淀管内径与滤水管内径相同，长度为0.50m，

e填碎石：距降水井井口4.00m以下部位围填碎石，

f填粘性土封孔:在碎石料的围填面以上采用优质粘土围填至地表并夯实，并做好井口管外的封闭工作。

4.根据权利要求3所述的适用于富水流沙地层隧道的降水施工方法，其特征在于：超前真空降水施工中，核心及底板的真空降水孔按间距0.5m布孔，管长10.5m，核心的真空降水孔以角度为15°和0°交错布置，底板的真空降水孔以角度0°和-15°交错布置，沿隧道纵向水平为0度，向上为正；两侧墙的降水管总成间距0.5m，管长10.5m，角度30°和-30°，沿隧道纵向左倾为正，采用C25喷射混凝土全封闭掌子面，厚度10cm，降水管总成内端0.5M以及外端2M处有无孔区。

5.根据权利要求4所述的适用于富水流沙地层隧道的降水施工方法，其特征在于：在CRD法开挖重力式深井降水措施中，中台阶隔墙两侧的底部纵向各设置一排深井，深井沿隧道横向间距为4m，沿隧道纵向间距为5m。