CN217233586U

CN217233586U - 一种暗挖掌子面超前降水系统

Info

Publication number: CN217233586U
Application number: CN202220342380.7U
Authority: CN
Inventors: 袁强
Original assignee: Guangdong Construction Engineering Co Ltd of China Railway No 3 Engineering Group Co Ltd
Current assignee: Guangdong Construction Engineering Co Ltd of China Railway No 3 Engineering Group Co Ltd
Priority date: 2022-02-18
Filing date: 2022-02-18
Publication date: 2022-08-19
Anticipated expiration: 2032-02-18

Abstract

本实用新型公开了一种暗挖掌子面超前降水系统，涉及隧道施工技术领域，包括深入地层结构的降水井，地层结构包括填土层、粘土层、全风化层、强风化层模块和微风化层模块；所述强风化层模块包括第一强风化层和第二强风化层；所述微风化层模块包括第一微风化层和第二微风化层；从地面至地底深处依次为填土层、粘土层、全风化层、第一强风化层、第一微风化层、第二强风化层和第二微风化层；所述粘土层包括洪积粘土层和残积粘土层；所述降水井在隧道两侧施工，且降水井一端位于填土层，另一端延伸至地层结构的第二微风化层。本实用新型在隧道两侧平行对称布置垂直降水井，掌子面布置水平泄水孔，对开挖掌子面进行超前降水，确保了开挖安全性。

Description

一种暗挖掌子面超前降水系统

技术领域

本实用新型涉及隧道施工技术领域，尤其是涉及一种暗挖掌子面超前降水系统。

背景技术

暗挖工程均位于地面以下，当地下水水位高于开挖掌子面时，随着隧道掌子面的开启与掘进，地下水将不断的向掌子面汇集，并由掌子面不断渗出，若掌子面地层软弱、地层裂隙发育或者砂层较多，在地下水丰富的情况下施工时，隧道内文明施工难以保证、施工进度极慢，最主要的是存在极大的隧道坍塌风险。

为保证施工进度及施工安全，目前主要采取的措施是掌子面超前注浆加固，但该措施一方面是注浆所用的水泥、水玻璃、磷酸等材料具有一定的污染性，会造成地下水一定程度上的污染，另一方面是注浆涉及钻孔、埋管、制浆、注浆、效果检查等多道工序，耗费时间长，施工成本高，并且一次性达标的可能性不高。采用掌子面前方地面降水井超前降水是一种治本的措施，可以有效降低掌子面地下水水位，达到掌子面干爽无水的条件。

在降水措施实施前，需根据工程详细勘察报告获取地层渗透系数、各地层厚度、隧道计划降深、地下水补给情况、稳定流水利坡度等，确定初步设计方案，包括井平面布置方式、井深、井直径、井间距、过滤器长度及直径等，计算隧道理论涌水量、设计单井流量及单井出水能力，设计单井流量值与单井出水能力比较，初步确定设计参数的可行性，计算降水井的设计降深、降水井设计深度、降水井的理论降深，降水井设计降深和降水井的理论降深比较，确定方案可行性。若周边地表水系发达，地下水较丰富，施工过程中掌子面渗水量较大，严重影响开挖进度及施工安全，需超前掌子面30-50m开始施工降水井，并提前7～10天降水，井位一般在隧道两侧，距离隧道轮廓边3-5m，太远影响降水效果，太近存在开挖风险。

中国专利CN204676518U涉及一种基坑降水保护系统，设于待挖基坑的外缘，所述基坑降水保护系统包括：深入地层结构的第一回灌井，所述地层结构包括自上而下依次设置的填土层、粘土层、微承压含水层、粉质粘土层、粉质粘土粉土层、以及上层微承压水层，所述第一回灌井深入所述微承压含水层之下，且位于所述粉质粘土层内，为所述微承压含水层回灌水；深入所述上层微承压水层之下、且为所述上层微承压水层回灌水的第二回灌井。采用第一回灌井和第二回灌井设于基坑的外缘，为基坑外侧的地层结构回灌水，保护基坑外缘的地层结构，控制基坑外缘的地表沉降，保护基坑的周边环境不受基坑施工的影响，特别是保护地铁隧道结构和地面建筑结构，但是该专利仍存在降水效果差和开挖风险较高的问题。

中国专利CN111764932A公开了一种泥质富水破碎浅埋隧道低风险施工方法，属于隧道施工技术领域，包括如下步骤：S1：地表处理；S2：洞侧处理，隧道两侧设置井点降水井，降水井侧壁上开设孔径为60mm排水孔，并在排水孔的上表面插入注浆小导管，下表面防排水处理，排水孔与隧道走向相互垂直，且排水孔与水平面之间夹角呈45度-60度；S3：洞内处理；S4：增强隧道后期防排水。过排水孔可以在隧道施工过程中，以及隧道施工之后对隧道方向富水泥土中的水分进行引流，减小隧道壁受到的来自隧道上方和侧方的水压，提高隧道施工的安全性。但该专利在隧道开挖过程中，仍存在掌子面渗漏水水量较大的问题。

中国专利CN208183777U公开了一种暗挖掌子面超前降水系统，包括基坑，基坑周围设置降水井，降水井内设置降水井管，降水井管的下端下至降水井的最底端，且上端与基坑的底端齐平。降水井管内设置抽水管，抽水管连接有水泵，抽水管底部设有泥沙过滤网。还包括四通管接头，四通管接头的顶端与抽水管的底端连通，四通管接头的左右两端均连接进水管，四通管接头的底端连接有用于收集泥沙的集沙管。降水井管内填充有碎石，且碎石将进水管包裹。该实用新型降水效果明显，经济性突出，同时可以过滤地下水中的泥沙，降低抽水管内水体的含砂量，但是该专利仍存在在隧道开挖过程中，掌子面渗漏水水量较大，长时间暴露后掌子面出现局部掉块等技术问题。

实用新型内容

为了解决在隧道开挖过程中，掌子面渗漏水水量较大，长时间暴露后掌子面出现了局部掉块以及安全风险性较高的技术问题，本实用新型提供了一种暗挖掌子面超前降水系统。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种暗挖掌子面超前降水系统，包括掌子面、深入地层结构的降水井和深入掌子面的水平泄水孔，地层结构包括填土层、粘土层、全风化层、强风化层模块和微风化层模块；

所述强风化层模块包括第一强风化层和第二强风化层；

所述微风化层模块包括第一微风化层和第二微风化层；

从地面至地底深处依次为填土层、粘土层、全风化层、第一强风化层、第一微风化层、第二强风化层和第二微风化层；

所述粘土层包括洪积粘土层和残积粘土层；

所述降水井在隧道两侧平行对称设置，且降水井一端位于填土层，另一端延伸至地层结构的第二微风化层，且降水井设于基坑内部。

进一步地，所述降水井分组沿隧道走向布置，每组两口井，两口井以隧道中线呈镜像设置。

进一步地，所述降水井超前掌子面30m布置。

进一步地，所述降水井与隧道边线之间的距离为3m。

进一步地，所述降水井为管井，单侧降水井间距rij＝15m，地面钻孔直径为300mm，降水井的管直径为150mm，降水设计深度为18.8m。

进一步地，所述钻孔内放置有直径为300mm的钢管，且钢管下部延伸至钻孔内6m，钻孔的孔径为5mm，相邻钻孔之间的孔间距为@100mm*100mm，梅花型布置的钢管作为滤管，滤管外包裹有滤网，且滤管与孔之间形成有空隙，空隙内填充有瓜米石。

进一步地，所述降水井的井口位置采用黏土填实，填充的深度为500mm。

进一步地，所述水平泄水孔开设于左洞下导洞和右洞下导洞，距离上导洞和下导洞之间的分界线为1m，且距离隧道开挖轮廓线为1m，水平泄水孔的直径为 42mm，深度为30m。

进一步地，所述第一强风化层的一端和第二强风化层的一端连通。

进一步地，所述第一微风化层架设于第一强风化层和第二强风化层的另一端，且第一微风化层的面积小于第一强风化层的面积。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果具体体现在：

本实用新型从确保施工安全和生产进度两方面，同时考虑地下水抽排对环境的影响角度出发考虑，采取了地面降水为主，洞内泄水引排为辅的掌子面降水方案，将洞内水位降至掌子面上导洞以下，从而实现了掌子面上导洞渗水明显减少，随着降水的继续，最终上导洞掌子面接近干爽，拱顶无掉块现象，消除了地下暗挖工程中最危险的拱顶开挖风险，超挖控制到位，施工进度也明显提升的效果，且在隧道两侧梅花型布置垂直降水井，辅以洞内水平泄水措施，对开挖掌子面进行超前降水，确保了开挖安全性。

附图说明

图1为本实用新型的剖面示意图；

图2为本实用新型中的降水井与基坑的平面关系示意图；

附图标记：1.降水井；2.填土层；3.粘土层；4.全风化层；5.第一强风化层； 6.第二强风化层；7.第一微风化层；8.第二微风化层；10.水平泄水孔；11.左洞下导洞；12.右洞下导洞；13.钻孔；14.左洞上导洞；15.右洞上导洞；16.滤管；17. 潜水泵；18.瓜米石；19.地面线；20.排水管。

具体实施方式

为使本实用新型的目的和技术方案更加清楚，下面将结合实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

如图1和图2所示一种暗挖掌子面超前降水系统，包括掌子面、深入地层结构的降水井1和深入掌子面的水平泄水孔10，地层结构包括填土层2、粘土层3、全风化层4、强风化层模块和微风化层模块；强风化层模块包括第一强风化层5 和第二强风化层6；微风化层模块包括第一微风化层7和第二微风化层8；从地面至地底深处依次为填土层2、粘土层3、全风化层4、第一强风化层5、第一微风化层7、第二强风化层6和第二微风化层8；粘土层3包括洪积粘土层3和残积粘土层3；降水井1在隧道两侧平行对称设置，且降水井1一端位于填土层2，另一端延伸至地层结构的第二微风化层8，且降水井1设于基坑内部。所述填土层2位于地面线19下方，从地面线19向下延伸至地面深处依次为填土层2、粘土层3、全风化层4、第一强风化层5、第一微风化层6、第二强风化层7和第二微风化层8。

降水井1分组沿隧道走向布置，每组两口井，两口井以隧道中线为中心呈镜像设置。降水井1超前掌子面30m布置。降水井1与隧道边线之间的距离为3m。降水井1为管井，单侧降水井1间距距rij＝15m，地面钻孔直径为300mm，降水井1的管直径为150mm，降水井1深度为18.8m。所述钻孔的孔内放置有直径为 300mm的钢管，且钢管下部延伸至孔内6m，钻孔的孔径为5mm，相邻钻孔之间的孔间距为@100mm*100mm，梅花型布置的钢管作为滤管，滤管外包裹有滤网，且滤管与孔之间形成有空隙，空隙内填充有瓜米石18。且降水井1内安装有排水管20，排水管20一端伸出地面端上方，另一端与潜水泵17固定连接，潜水泵17位于第二微风化层8内，降水井1的井口位置采用黏土填实，填充的深度为500mm。水平泄水孔10开设于左洞下导洞11和右洞下导洞12，距离上导洞和下导洞之间的分界线为1m，其中下导洞包括左洞下导洞11和右洞下导洞 12，上导洞包括左洞上导洞14和右洞上导洞15，且距离隧道开挖轮廓线为1m，水平泄水孔10的直径为42mm，深度为30m。第一强风化层5的一端和第二强风化层6的一端连通。第一微风化层7架设于第一强风化层5和第二强风化层6 的另一端，且第一微风化层7的面积小于第一强风化层5的面积。采用深井潜水泵17进行管井降水，水泵流量为15m³/h，扬程为30m，功率为4.5Kw，水管管径为5cm。

其中图2中的降水井1周向圆圈为单井降水影响的范围，优选范围为3-15m；范围相交处的周围，也即是矩形所代表的为暗挖隧道的范围，优选范围为0-24m

具体的，(1)根据《建筑基坑支护技术规程》承压水完整井的基坑降水总涌水量计算公式：

式中：

Q表示的是基坑降水总涌水量(m3/d)；

k表示的是渗透系数(m/d)，取强风化层系数0.9m/d；

M表示的是承压水含水层厚度(m)，取14.63m；

Sd表示的是基坑地下水位的设计降深(m)，取降至隧道上下导洞分界线以下 1m，为18.8m；

R表示的是降水影响半径(m)；

r₀表示的是基坑等效半径(m)；

A表示的是基坑面积，为280.5㎡。

将以上数据代入公式：Q＝5.562*275.04/2.937＝529.29m3/d；

(2)根据《建筑基坑支护技术规程》降水井1的设计单井流量可按下式计算：

式中：Q表示的是基坑降水总涌水量为529.29m³/d；n表示的是基坑模型总降水井1数量，n＝2；将以上数据代入公式：

(3)根据《建筑基坑支护技术规程》可知，隧道处管井单井出水

式中：q₀表示的是单井出水能力，单位为m³/d；r_s表示的是过滤器半径，设计为0.15m；l表示的是过滤器进水部分长度，取5m；k表示的是含水层渗透系数，隧道断面含水层的厚度加权平均值0.9m/d；将以上数据代入公式：

(4)采取隧道两侧边线以外3m布置降水井1，降水井1间距15m，单口降水井1降水需辐射最远距离为L＝24/2＝12m，根据水平距离L、基坑地下水位的设计降深S_d和水力坡度i，计算降水井1水位设计降深S_w。

s_w＝s_d+iL＝18.8+0.19*12＝21.08m；

(5)管井设计深度：H_井＝h₁+h₂+h₃+iL+h₄；

式中：H井表示的是管井降水井1设计深度(m)；h₁表示的是基坑开挖深度，取地面至隧道上下导洞交界面距离h₁＝21.1m；h₂表示的是井点露出地面的高度 h₂＝0.2m；h₃表示的是基底降水线至基底的距离h₃＝1m；h₄表示的是管井滤管长度h₄＝6m；i表示的是水力坡度0.2；L表示的是单口降水井1降水需辐射最远距离L＝12m；将以上数据代入公式H井＝30.7m。

以上仅为本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种暗挖掌子面超前降水系统，其特征在于，包括掌子面、深入地层结构的降水井和深入掌子面的水平泄水孔，地层结构包括填土层、粘土层、全风化层、强风化层模块和微风化层模块；

所述强风化层模块包括第一强风化层和第二强风化层；

所述微风化层模块包括第一微风化层和第二微风化层；

所述粘土层包括洪积粘土层和残积粘土层；

2.根据权利要求1所述的一种暗挖掌子面超前降水系统，其特征在于，所述降水井分组沿隧道走向布置，每组两口井，两口井以隧道中线为中心呈镜像设置。

3.根据权利要求1所述的一种暗挖掌子面超前降水系统，其特征在于，所述降水井超前掌子面30m布置。

4.根据权利要求1所述的一种暗挖掌子面超前降水系统，其特征在于，所述降水井与隧道边线之间的距离为3m。

5.根据权利要求1所述的一种暗挖掌子面超前降水系统，其特征在于，所述降水井为管井，单侧的相邻降水井之间的间距r_ij为15m，地面钻孔直径为300mm，降水井的管直径为150mm，降水井埋入地底的深度为18.8m。

6.根据权利要求5所述的一种暗挖掌子面超前降水系统，其特征在于，所述钻孔内放置有直径为300mm的钢管，且钢管下部延伸至钻孔内6m，钻孔的孔径为5mm，相邻钻孔之间的孔间距为@100mm*100mm，布置的钢管作为滤管，滤管外包裹有滤网，且滤管与钻孔之间形成有空隙，空隙内填充有瓜米石。

7.根据权利要求1所述的一种暗挖掌子面超前降水系统，其特征在于，所述降水井的井口位置采用黏土填实，填充的深度为500mm。

8.根据权利要求1所述的一种暗挖掌子面超前降水系统，其特征在于，所述水平泄水孔开设于左洞下导洞和右洞下导洞，距离上导洞和下导洞之间的分界线为1m，且距离隧道开挖轮廓线为1m，水平泄水孔的直径为42mm，水平泄水孔的深度为30m。

9.根据权利要求1所述的一种暗挖掌子面超前降水系统，其特征在于，所述第一强风化层的一端和第二强风化层的一端连通。

10.根据权利要求9所述的一种暗挖掌子面超前降水系统，其特征在于，所述第一微风化层架设于第一强风化层和第二强风化层的另一端，且第一微风化层的面积小于第一强风化层的面积。