降水井技术在隧道下穿水塘段施工中的应用

本文以厦门第二西通道（海沧隧道）工程A1标段行车隧道下穿洞顶水塘富水砂层段施工中采用40m深井管井降水+25m真空管井降水相结合的复合降水系统降水井技术后降水效果为例，证明了采用该降水井技术对降水地下水效果明显，可为隧道安全、平稳下穿水塘段不良地质段落创造有力条件。

1 工程概况

1.1 水塘段地质情况

该段隧道覆盖层厚8.5～11.5 ，主要由杂填土、残积粉质黏土组成，局部夹淤泥及中粗砂透镜体，基岩为花岗岩和辉绿岩，全～强风化层厚 2.2～15.3m；中风化带厚度一般不超过 1.8～5.7m，节理裂隙较发育，岩体呈碎（石）块（石）镶嵌结构；本段基岩微风化面埋深 15.5～19.4 m，结构面结合度较好，岩体以块状砌体结构为主，透水性弱，岩质坚硬。隧道洞身部分处于全～强风化岩中，自稳能力差，洞顶主要为覆盖层及全～强风化岩，微风化岩体较薄。隧道为双洞三车道椭圆形断面，开挖断面面积为163.87m2，采用复合式衬砌结构，超前支护为超前小管棚，开挖工法为CRD法^[3]。

1.2 水塘段水文情况

水塘中分布地表水在隧道开挖前已采用水泵抽排干净。根据含水介质和地下水的赋存条件，水塘段地下水主要包括上层滞水、松散岩类孔隙水与基岩裂隙水^[3]。隧道开挖施工过程中发现，掌子面局部渗水较明显，采用注浆堵水，但收效甚微。因围岩受水影响，软化，掌子面围岩整体自稳能力下降明显，开挖过程中掉块与局部垮塌现象时有发生，造成围岩局部超挖明显，对现场施工质量与安全造成很大的困扰。同时，开挖施工过程中第三方监测数据显示，部分断面拱顶下沉与周边收敛明显，部分拱架发生变形，造成部分段落初支拱架需进行置换，对施工进度产生极为不利影响。由此可见，水塘段地下水十分丰富，这将对行车隧道的下穿开挖施工造成极大施工质量与安全隐患，如何解决地下水对施工的干扰问题迫在眉睫。

2 降水井技术的应用及效果

为解决水塘段地下水对隧道开挖施工造成的种种不利影响，确保施工安全，避免拱顶下沉造成的初支拱架置换，根据隧道洞身开挖后出水情况，现场实际围岩揭示情况以及类似工程经验，并结合已探明该区域地层地质情况，综合分析后决定水塘段采用40m深井管井降水+25m真空管井降水相结合的复合降水系统。即：    25m真空管井降水井：主要疏干土层、填筑土、粉质粘土、强风化花岗岩层中腹水；    40m深井管井降水井：主要疏干基岩节理、裂隙中腹水。

考虑到管井降水时的井损效应，疏干井考虑深入至开挖轮廓线以下13m（5m沉砂空间，8m为漏斗存水空间）。

2.1降水井施工

在行车隧道左线（BZK12+390～BZK12+440）50m与右线50m（BYK12+390～BYK12+440）范围内洞顶水塘沿左、右线开挖轮廓线外2m，纵向间距10m布设降水井，共设置19口降水井，降水井布设真空降水井与深井降水井间隔错开布设，呈“W”型（纵向：深井降水井+真空降水井+深井降水井依次排序，横向：深井降水井+真空降水井+深井降水井依次排序），后续根据现场实际降水情况考虑左、右线隧道洞顶仰坡平台降水井布设（图1、图2）。两种降水井具体施工参数如下：

25m真空降水井：井深为25m，井身结构除上部密封系统外，其余同深井降水井结构一样，钻井直径为700mm，井管采用直径Φ250mm钢管，井管口4m以下加工成滤水管，滤水管侧壁钻孔，孔径16mm，孔距50mm，滤水管外侧包扎纱网以阻止地层细颗粒的流失，采用80目滤网包扎1层，滤水管段回填2～6mm碎石做过虑层，井口0～4m回填粘土密闭；井口与井外真空泵采用φ50PVC排水管密封连接，确保井口段无漏气，PVC排水管下管至距井底5m位置，井底与抽水管口5m作为沉砂空间（图3）。

40m深井降水井：井深为40m，井底为仰拱开挖底下13m（含5m沉沙空间，8m为漏斗存水空间），钻井直径为700mm，井管采用直径Φ250mm钢管，井管口3m以下加工成滤水管，滤水管侧壁钻孔，孔径16mm，孔距50mm，滤水管外侧包扎纱网以阻止地层细颗粒的流失，采用80目滤网包扎1层，滤水管段回填2～6mm碎石做过虑层，井口0～3m回填粘土；水泵底部距离井底5m做为沉砂空间，水泵顶部8m为漏斗存水空间，每口井配置一台2.5KW深孔潜水泵连接φ50PVC管进行抽水。

2.2降水井降水效果

在行车隧道左、右线采用CRD工法下穿水塘段施工期间， 19口降水井有效工作148天。经现场记录、统计并进行数据分析可知，19口降水井共计抽水量为7668.2m3，其中，日平均抽水量51.8m3/天，日最大抽水量111.6 m3/天，单口降水井平均抽水量403.6 m3，单口降水井最大抽水量1360.2 m3（2号井）。

从以上数据可以看出，采用40m深井管井降水+25m真空管井降水相结合的复合降水系统降水井技术对水塘段地下水的降水效果明显。在隧道开挖过程中，掌子面渗水明显减少，甚至消失，掌子面围岩自稳能力得到较大提高，掉块现象较少发生。第三方监测数据显示，拱顶下沉较少，总体趋势平稳，拱架变形得到明显改善。

3 结论

通过实践证明，采用40m深井管井降水+25m真空管井降水相结合的复合降水系统降水井技术对地下水的降水效果显著，有效疏干了隧道左、右线强风化层、全风化层、砂土层、残积黏土层及填土层中含水量，提高了水塘下方隧道内土（岩）体强度, 避免了隧道内发生突泥、突涌，确保施工时开挖面的稳定性及安全性，为左、右线洞口段隧道安全、平稳穿越水塘段不良地质段落创造了有力条件，实现了安全、平稳下穿水塘段的目标，可为今后类似隧道工程施工提供一定的经验借鉴与参考。