CN113431628A - 一种流沙地层立体式降水方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种流沙地层立体式降水方法，包括步骤：在流沙地层地貌进行隧道施工过程中，针对隧道掌子面和隧顶，采用真空负压降水方法进行降水，针对隧道底部，采用重力式降水井降水方法进行降水。通过本发明，能够有效解决掌子面涌砂及底板砂沸现象，很好的控制地下水位线低于仰拱施工最低点，克服了富水流沙地层仰拱施工困难的问题。通过本发明，能够有效解决掌子面涌砂及底板砂沸现象，很好的控制地下水位线低于仰拱施工最低点，克服了富水流沙地层仰拱施工困难的问题。
Description
技术领域
本发明涉及工程降水施工技术领域，具体为一种流沙地层立体式降水方法。
背景技术
第三系细砂岩地层软性岩，岩质疏松，成岩作用极差，属极软岩，稳定性很差，遇水易软化；当地下水发育或含水率高时，软化围岩现象明显，砂岩多已呈淤沙状，基底有涌水现象发生，受水浸成淤泥，拱部及边墙坍塌掉块均很严重。
隧道随着进洞深度的不断增加，涌水量也不断增大，当水量达到500m³/d以上时，流沙地层所采取的加固措施已经相当复杂，并且很难满足施工的需要，施工进度收到严重制约，由于受到渗水影响，原状砂岩迅速恶化，常呈流砂状外涌，施工风险较大，施工前对掌子面进行降水处理十分必要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种流沙地层立体式降水方法。
本发明提供了一种流沙地层立体式降水方法，包括步骤：
在流沙地层地貌进行隧道施工过程中，针对隧道掌子面和隧顶，采用真空负压降水方法进行降水，针对隧道底部，采用重力式降水井降水方法进行降水。
其中，真空负压降水方法的步骤包括：
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；
采用XY-2B型地质钻机，并将钻机底座改装为可横纵向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；
钻孔采用液压水泵压水通过钻杆中心冲击成孔，对孔口部位扰动大，成孔下管后退钻杆时不得关闭液压水，至孔口1米时关闭液压水；
钻孔完成后先不退钻，将降水管通过空心钻杆中间插入，然后再慢慢退管，将降水管留在钻孔内；
设置主管和支管，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；
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；
在正式运转抽水之前进行试抽，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；
为保持连续降水，应备用双电源，以防断电；出水规律是“先大后小、先浑后清”，过程中定时观测水量、水位、真空度。
其中，降水管每根9m，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；每根降水管设一特殊结构管头，管头长10cm，管头底端采用φ8mm钢筋焊十字头并封底。
其中，在正式运转抽水之前进行试抽的步骤包括：
所有管路连接好后，开动真空泵进行排气，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，检查整个管网的真空度，应达到60kPa以上，方可进行正式抽水。
其中，重力式降水井降水方法的步骤包括：
按预设的井位平面布置图钻取降水井的井孔；
预制降水井，并将预制的降水井放入对应的井孔，同时埋设降水井的护筒；
向降水井中填入碎石料，实时测量碎石料的填补高度，纸质碎石料下至预定位置为止，同时采用膨润土封闭降水井的井口；
填料完成的同时，采用化学药剂浸泡气吹法+活塞抽排方法进行洗井；
降水井施工结束后，及时下入深井泵，铺设排水管道和电缆，抽水与排水系统安装完毕，采用自重式降水抽水，深井泵抽水的方法降低水位。
其中，降水井包括：
井壁管，采用桥式钢管；所述井壁管一端固定连接过滤管一端，过滤管为外侧依序包覆土工布和100目尼龙纱网的管体，管径与井壁管的管径相同；所述过滤管另一端固定连接沉淀管，沉淀管管径与井壁管相同，底口封死。
其中，在将预制的降水井放入对应的井孔的步骤之前，还包括清孔换浆的步骤，具体包括：
在提钻前将钻杆提至离孔底0.50m，清除孔内杂物，同时将孔内的泥浆密度逐步调至1.05，孔底沉淤小于30cm，至返出的泥浆内不含泥块为止。
其中，下降水井前，测量孔深度，孔深符合设计要求后，开始下降水井，下在滤水管上下两端各设一套直径小于孔径5cm的扶正器，以保证滤水管能居中；下到设计深度后，井口固定居中；下井管过程连续进行，不得中途停止，如因机械故障等原因造成孔内坍塌或沉淀过厚，将井管拔出，扫孔、清孔后重新下入，严禁将井管强行插入坍塌孔底。
其中，填碎石料前用测量绳测量降水井内外的深度，两者的差值不超过沉淀管的长度，填碎石料过程中随填随测碎石料的高度；填碎石料工序连续进行，不得中途终止，直至碎石料下入预定位置为止；最终投入滤料量不少于计算量。
其中，在采用膨润土封孔时，为防止围填时产生“架桥”现象，围填前将膨润土做成1cm—3cm泥球；围填时控制下入速度及单次填入量，沿着降水井井管周围按少放慢下的原则围填，然后在井口外做好封闭工作。
区别于现有技术，本发明的流沙地层立体式降水方法，包括步骤：在流沙地层地貌进行隧道施工过程中，针对隧道掌子面和隧顶，采用真空负压降水方法进行降水，针对隧道底部，采用重力式降水井降水方法进行降水。通过本发明，能够有效解决掌子面涌砂及底板砂沸现象，很好的控制地下水位线低于仰拱施工最低点，克服了富水流沙地层仰拱施工困难的问题。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明提供的一种流沙地层立体式降水方法中真空负压降水方法流程示意图。
图2是本发明提供的一种流沙地层立体式降水方法中降水管的结构示意图。
图3是本发明提供的一种流沙地层立体式降水方法中重力式降水井降水方法流程示意图。
图4是本发明提供的一种流沙地层立体式降水方法中井壁管的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明提供了一种流沙地层立体式降水方法，包括步骤：
在流沙地层地貌进行隧道施工过程中，针对隧道掌子面和隧顶，采用真空负压降水方法进行降水，针对隧道底部，采用重力式降水井降水方法进行降水。
如图1所述，真空负压降水方法的步骤包括：
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；
采用XY-2B型地质钻机，并将钻机底座改装为可横纵向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；
钻孔采用液压水泵压水通过钻杆中心冲击成孔，对孔口部位扰动大，成孔下管后退钻杆时不得关闭液压水，至孔口1米时关闭液压水；
钻孔完成后先不退钻，将降水管通过空心钻杆中间插入，然后再慢慢退管，将降水管留在钻孔内；
设置主管和支管，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；
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；
在正式运转抽水之前进行试抽，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；
为保持连续降水，应备用双电源，以防断电；出水规律是“先大后小、先浑后清”，过程中定时观测水量、水位、真空度。
降水管的结构如图2所示，降水管每根9m，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；每根降水管设一特殊结构管头，管头长10cm，管头底端采用φ8mm钢筋焊十字头并封底。
其中，在正式运转抽水之前进行试抽的步骤包括：
所有管路连接好后，开动真空泵进行排气，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，检查整个管网的真空度，应达到60kPa以上，方可进行正式抽水。
如图3所示，重力式降水井降水方法的步骤包括：
按预设的井位平面布置图钻取降水井的井孔；
预制降水井，并将预制的降水井放入对应的井孔，同时埋设降水井的护筒；
向降水井中填入碎石料，实时测量碎石料的填补高度，纸质碎石料下至预定位置为止，同时采用膨润土封闭降水井的井口；
填料完成的同时，采用化学药剂浸泡气吹法+活塞抽排方法进行洗井；
降水井施工结束后，及时下入深井泵，铺设排水管道和电缆，抽水与排水系统安装完毕，采用自重式降水抽水，深井泵抽水的方法降低水位。
其中，降水井的结构如图4所示，包括：
井壁管，采用桥式钢管；所述井壁管一端固定连接过滤管一端，过滤管为外侧依序包覆土工布和100目尼龙纱网的管体，管径与井壁管的管径相同；所述过滤管另一端固定连接沉淀管，沉淀管管径与井壁管相同，底口封死。
在具体实施过程中，首先根据井位平面布置示意图测放井位，如果现场施工过程中遇到障碍或受到施工条件的影响，现场可做适当调整。护筒底口应插入原状土层中，管外应用粘性土填实封严，防止施工时管外返浆，护筒部应高出地面0.30m。
开孔孔径均为￠290mm，一径到底，钻孔施工达到设计深度时，多钻0.3～0.5m。做好钻探施工描述记录，在钻进过程中，如发现实际地质情况与勘察时提供的资料不一致时，需及时通知设计人员，并对井的结构进行及时调整，确保滤水管的安放位置能够有效的进水。轻压慢转，钻进过程中要确保钻机的水平，以保证钻孔的垂直度，成孔施工采用孔内自然造浆，以防止孔壁坍塌。
下井管前的清孔换浆工作是保证成井质量的关键工序，为了保证成孔在进入含水层部位不形成厚的泥皮，当钻孔钻至含水层顶板位置时即开始加清水调浆。钻进至设计标高后，在提钻前将钻杆提至离孔底0.50m，清除孔内杂物，同时将孔内的泥浆密度逐步调至接近1.05，孔底沉淤小于30cm，返出的泥浆内不含泥块为止。第一次清孔换浆是成井质量得以保证的关键，它将直接影响成井质量，因此施工时清孔换浆工作没有达到规定的要求决不允许进入下一道工序的施工。
井管进场后，应检查过滤器的圆孔是否符合设计要求。下管前必须测量深度，孔深符合设计要求后，开始下井管，下管时在滤水管上下两端各设一套直径小于孔径5cm的扶正器（找正器），以保证滤水管能居中，井管焊接要牢固、垂直、不透水，下到设计深度后，井口固定居中。下井管过程应连续进行，不得中途停止，如因机械故障等原因造成孔内坍塌或沉淀过厚，应将井管拔出，扫孔、清孔后重新下入，严禁将井管强行插入坍塌孔底。
填碎石料前应用测量绳测量井管内外的深度，两者的差值不应超过沉淀管的长度，填碎石料过程中应随填随测碎石料的高度。填碎石料工序也应连续进行，不得中途终止，直至碎石料下入预定位置为止。最终投入滤料量不应少于计算量。
在采用膨润土封孔时，为防止围填时产生“架桥”现象，围填前需将膨润土做成1cm—3cm泥球。围填时应控制下入速度及单次填入量，沿着井管周围按少放慢下的原则围填。然后在井口外做好封闭工作。
采用“化学药剂浸泡气吹法+活塞抽排”洗井。洗井应在下完井管、填好滤料后立即进行，一气呵成，以免时间过长，护壁泥皮逐渐老化，难以破坏，影响渗水效果。绝不允许搁置时间过长或完成钻探后集中洗井。
成井施工结束后，应及时下入深井泵，铺设排水管道、电缆等，抽水与排水系统安装完毕，即可开始试抽水。电缆与管道系统在设置时应注意避免在抽水过程中损害，因此，现场要在这些设备上进行标识。
洗井及降水运行时应用管道将水排至集水池内，通过排水管道将水排入场外预设的排水沟渠中，场外预设的排水管道应定时清理，确保排水系统的畅通。
潜水降水井采用自重式降水抽水，深井泵抽水的方法降低水位，每口井单用一台深井泵，要求深井泵的抽水能力大于单井的最大出水量。
降水井施工完一口井即投入运行一口，以及时降低地下水位，确保隧道开挖效果。
试运行之前，需测定各井口静止水位，然后开始试运行，以检查抽水设备、抽水与排水系统能否满足降水要求。
安装前应对泵身和控制系统作一次全面细致的检查。检查电动机的旋转方向，各部螺栓是否拧紧，润滑油是否足够，电缆接头的封口有无松动，电缆线有无破损等情况，然后在地面上转1min左右，如无问题，方可投入使用。潜水发动机、电缆及接头应有可靠绝缘，每台泵应配置一个控制开关。安装完毕应进行试抽水，满足要求转入正常工作。
通过重力式降水井降水，实现了富水流沙地层隧道仰拱开挖时无水流涌出，保证施工面的干净清洁。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种流沙地层立体式降水方法，其特征在于，包括步骤：
在流沙地层地貌进行隧道施工过程中，针对隧道掌子面和隧顶，采用真空负压降水方法进行降水，针对隧道底部，采用重力式降水井降水方法进行降水。
2.根据权利要求1所述的流沙地层立体式降水方法，其特征在于，真空负压降水方法的步骤包括：
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；
采用XY-2B型地质钻机，并将钻机底座改装为可横纵向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；
钻孔采用液压水泵压水通过钻杆中心冲击成孔，对孔口部位扰动大，成孔下管后退钻杆时不得关闭液压水，至孔口1米时关闭液压水；
钻孔完成后先不退钻，将降水管通过空心钻杆中间插入，然后再慢慢退管，将降水管留在钻孔内；
设置主管和支管，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；
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；
在正式运转抽水之前进行试抽，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；
为保持连续降水，应备用双电源，以防断电；出水规律是“先大后小、先浑后清”，过程中定时观测水量、水位、真空度。
3.根据权利要求2所述的流沙地层立体式降水方法，其特征在于，降水管每根9m，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；每根降水管设一特殊结构管头，管头长10cm，管头底端采用φ8mm钢筋焊十字头并封底。
4.根据权利要求2所述的流沙地层立体式降水方法，其特征在于，在正式运转抽水之前进行试抽的步骤包括：
所有管路连接好后，开动真空泵进行排气，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，检查整个管网的真空度，应达到60kPa以上，方可进行正式抽水。
5.根据权利要求1所述的流沙地层立体式降水方法，其特征在于，重力式降水井降水方法的步骤包括：
按预设的井位平面布置图钻取降水井的井孔；
预制降水井，并将预制的降水井放入对应的井孔，同时埋设降水井的护筒；
向降水井中填入碎石料，实时测量碎石料的填补高度，纸质碎石料下至预定位置为止，同时采用膨润土封闭降水井的井口；
填料完成的同时，采用化学药剂浸泡气吹法+活塞抽排方法进行洗井；
降水井施工结束后，及时下入深井泵，铺设排水管道和电缆，抽水与排水系统安装完毕，采用自重式降水抽水，深井泵抽水的方法降低水位。
6.根据权利要求5所述的流沙地层立体式降水方法，其特征在于，所述降水井包括：
井壁管，采用桥式钢管；所述井壁管一端固定连接过滤管一端，过滤管为外侧依序包覆土工布和100目尼龙纱网的管体，管径与井壁管的管径相同；所述过滤管另一端固定连接沉淀管，沉淀管管径与井壁管相同，底口封死。
7.根据权利要求5所述的流沙地层立体式降水方法，其特征在于，在将预制的降水井放入对应的井孔的步骤之前，还包括清孔换浆的步骤，具体包括：
在提钻前将钻杆提至离孔底0.50m，清除孔内杂物，同时将孔内的泥浆密度逐步调至1.05，孔底沉淤小于30cm，至返出的泥浆内不含泥块为止。
8.根据权利要求6所述的流沙地层立体式降水方法，其特征在于，下降水井前，测量孔深度，孔深符合设计要求后，开始下降水井，下在滤水管上下两端各设一套直径小于孔径5cm的扶正器，以保证滤水管能居中；下到设计深度后，井口固定居中；下井管过程连续进行，不得中途停止，如因机械故障等原因造成孔内坍塌或沉淀过厚，将井管拔出，扫孔、清孔后重新下入，严禁将井管强行插入坍塌孔底。
9.根据权利要求5所述的流沙地层立体式降水方法，其特征在于，填碎石料前用测量绳测量降水井内外的深度，两者的差值不超过沉淀管的长度，填碎石料过程中随填随测碎石料的高度；填碎石料工序连续进行，不得中途终止，直至碎石料下入预定位置为止；最终投入滤料量不少于计算量。
10.根据权利要求5所述的流沙地层立体式降水方法，其特征在于，在采用膨润土封孔时，为防止围填时产生“架桥”现象，围填前将膨润土做成1cm—3cm泥球；围填时控制下入速度及单次填入量，沿着降水井井管周围按少放慢下的原则围填，然后在井口外做好封闭工作。
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