新建铁路隧道试验段真空轻型井点降水设计方案集水坑降水 深井井点降水.docx

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新建铁路隧道试验段真空轻型井点降水设计方案集水坑降水深井井点降水

新建铁路

XX至XX线

XX至XX段

XX、XX隧道试验段

降水设计方案

XX勘察设计院集团有限公司

2011年1月西安

目录

一、工程概况-2-

1、XX隧道-2-

2、XX隧道-2-

二、工程地质和水文地质-3-

1、工程地质-3-

2、水文地质-4-

三、气象条件-5-

四、施工揭示第三系粉砂岩概况-5-

五、降水方案-6-

一、工程概况

1、XX隧道

XX隧道进口位于XX东站东端，出口位于XX市XX县XX村。

起讫里程：

DK3+430～DK6+655，全长3225m。

根据施组安排和工程需要，XX隧道共设置5座斜井，其中除0#斜井已进入正洞外，其他4座斜井均未进入正洞。

以下为辅助坑道表和斜井设置示意图：

XX隧道辅助坑道表

序号

斜井

相交里程

长度（m）

平面夹角

线路关系

备注

1

0#斜井

DK3+660

75

74°49′53″

左侧

单车道加错车道

2

1#斜井

DK4+210

420

57°0′7″

左侧

单车道加错车道

3

2#斜井

DK4+740

621

91°12′42″

右侧

单车道加错车道

4

3#斜井

DK5+280

325

45°0′0″

左侧

单车道加错车道

5

4#斜井

DK5+885

445

55°14′27″

左侧

单车道加错车道

XX隧道辅助坑道平面布置示意图

2、XX隧道

XX隧道位于甘肃省境内XX县与XX市，进口位于XX县XX乡XX村，出口位于XX县苦河左岸，主要穿行于黄土高原的黄土梁、峁区。

起讫里程：

DK68+626～DK82+237,全长13611m。

根据施组安排和工程需要，XX隧道共设置7座辅助坑道，其中除1#、2#、5#斜井已进入正洞外，其他4座辅助坑道均未进入正洞。

以下为辅助坑道表和斜井设置示意图：

XX隧道辅助坑道表

序号

项目

相交里程

长度（m）

平面夹角

线路关系

备注

1

坡上斜井（1#）

DK71+500

1103

59°31′48″

右侧

单车道加错车道

2

骡子沟斜井（2#）

DK74+200

1114

74°42′21″

右侧

单车道加错车道

3

东古路斜井（3#）

DK77+400

770

51°10′7″

左侧

双车道

4

歇地山斜井（4#）

DK79+500

664

44°50′26″

左侧

单车道加错车道

5

新增坡底下斜井（5#）

DK76+000

705

34°30′8″

左侧

单车道加错车道

6

新增7#竖井

DK78+190

30

---

左线

---

7

新增8#斜井

DK78+800

450

40°

右侧

单车道加错车道

XX隧道辅助坑道平面布置示意图

二、工程地质和水文地质

1、工程地质

（1）XX隧道

根据调查及钻探揭露，XX隧道工程涉及的主要地层为：

1）砂质黄土（Q3eol3）：

主要分布于山坡上部，淡黄色，厚度15～50m，土质较均，稍湿，稍密，Ⅱ级普通土。

2）砂质黄土（Q3al3）：

主要分布于高阶地，淡黄色，厚度10～50m，土质较均，稍湿，中密为主，Ⅱ级普通土。

2）砂质黄土（Q2eol3）：

主要分布于山坡上部，浅黄色，厚度15～80m，土质较均，稍湿，中密-密实，Ⅲ级硬土。

3）粗圆砾土（Q2al6）：

分布于洞身及出口风积砂质黄土底部，厚度0.4～40m不等，青灰色，颗粒成分主要以砂岩、石英岩等为主，浑圆状，粒径大于60mm约占15%，60～40mm约占30%，40～20mm约占30%，余为细圆砾及杂砂土充填，潮湿-饱和，密实，局部钙质胶结，Ⅳ级软石。

4）卵石土（Q2al7）：

分布于进口端，厚度0.5～4.5m不等，青灰色，颗粒成分主要以砂岩、石英岩等为主，浑圆状，粒径大于200mm约占5%，粒径200～60mm约占55%，余为圆砾及杂砂土充填，潮湿，密实，Ⅳ级软石。

5）砂岩（N2Ss）:

浅红色为主，矿物成分以石英、长石等为主，细粒砂状结构，泥质弱胶结，成岩作用差，Ⅳ级软石。

（2）XX隧道

XX隧道3#、4#斜井洞身和DK76+350～DK79+600段正洞地层以上第三系砂岩为主，夹有泥岩、砾岩薄层，成岩作用差，泥质弱胶结，岩质软。

XX隧道正洞及斜井大部分段落和XX隧道正洞部分段落（DK76+350～DK79+600）及3#、4#、8#斜井、7#竖井穿越第三系富水弱胶结粉细砂岩地层，浅红色，粉细粒结构，成岩性差，泥质弱胶结，局部形成钙质半胶结或胶结的透镜体，岩质软，无地下水时，围岩整体稳定性较好。

当地下水发育时，此类砂岩经开挖扰动、受水长时间浸润或浸泡后，围岩软化现象明显，在地下水富集地段，掌子面还出现涌水、涌砂现象，隧道掌子面前施工扰动后基底多呈粉细砂状，基底软化，拱部及边墙变形、收敛及塌落掉块均很严重。

2、水文地质

（1）XX隧道

隧道通过区地表水不发育；地下水主要为上部第四系孔隙潜水和下部砂岩裂隙（孔隙）水，主要受大气降水补给，预测最大涌水量为1116.8m3/d。

环境地下水对混凝土具氯盐、硫酸盐及镁盐侵蚀性，环境作用等级分别为L2、H2和H2。

（2）XX隧道

隧道通过区地表水较发育，主要为石门水库上游水塘长年积水和奶长沟长年流水。

受大气降水补给；地下水主要为下部第三系基岩裂隙水，水量不大。

主要受大气降水及地表水补给。

该段隧道洞身设计预测正常涌水量为1429m3/d，最大涌水量为4287m3/d。

根据环境水对混凝土侵蚀判定标准属硫酸盐侵蚀及氯盐侵蚀，环境作用等级H2、L1。

三、气象条件

（1）XX隧道

XX隧道位于温带半干旱气候区。

年平均气温9.5℃，极端最高气温39.8℃，极端最低气温-21.7℃，最热月平均气温22.4℃，最冷月平均气温-6.1℃；年平均降水量319.6mm，年最大降水量546.7mm，年最小降水量189.2mm；年平均蒸发量1457.7mm，年最大蒸发量1883.9mm；平均风速0.9m/s（主导风向E），最大瞬时风速为29.5m/s（主导风向NNW），年平均大风日数（≥8级）5.7天；年最大积雪厚度10cm；土壤最大冻结深度103cm。

（2）XX隧道

XX隧道位于甘肃省境内XX县与XX市，线路所经地区属温带半干旱气候区，蒸发量远大于降水量。

温差变化大，多风。

年平均气温6.7℃，极端最高气温35.8℃，极端最低气温－29.7℃，最热月平均气温18.9℃，最冷月平均气温－7.8℃；年平均相对湿度64mb；年平均降水量395.3mm，年最大降水量720.1mm，年最小降水量245.7mm；年平均蒸发量1606.4mm，年最大蒸发量1847.4mm；平均风速1.8m/s（主导风向SE），最大瞬时风速为24.8m/s（主导风向NW），年平均大风日数（≥8级）6.3天；年最大积雪厚度17cm；土壤最大冻结深度126cm。

四、施工揭示第三系粉砂岩概况

根据隧道施工揭示的情况，结合补充地质勘察工作，经综合分析，对第三系含水粉细砂岩具有以下工程特性:

1、通过对XX隧道进行补充钻探（3孔/280m），揭示地层结构与原设计基本相符，粉细砂岩大部分为泥质弱胶结，局部夹有钙质胶结的薄层，成岩性极差，结构较紧密,渗透系数小，其工程性质更接近于具压密作用的粉细砂层。

其主要物理力学指标见下表。

物理力学指标统计表

隧道

名称

颗分定名

含水率

（%）

比重

Gs

孔隙比

e

压缩

系数

a1-2

黏粒

含量

（%）

渗透系数Kt

（cm/s）

XX

粉细砂岩

3.2～24.2

2.63

0.38～0.42

0.08

4～10

1.0×10-3～3.5×10-4

XX

粉细砂岩

4.3～19.5

2.60

0.36～0.48

0.07

8～22

2.0×10-4～5.2×10-5

2、钻孔揭示圆砾土中未见地下水，下部砂岩中有少量地下水，说明地下水以孔隙水为主，且分布具有不均匀性，仅局部地段砂岩含水偏高或地下水相对富集。

隧道正洞及斜井内地下水应以大气降水入渗和岩体容积储量水为主要补给来源。

3、砂岩的成分组成、胶结及含水情况具有不均一性，且开挖后受水体浸泡及外部条件的影响，稳定性随时间延续具有显著变差的特点。

如通过对部分掌子面砂岩含水率的延时变化分析，上台阶含水率变化不大，稳定时间相对较长，而中下台阶开挖后含水率在3～5小时后就会达到饱和状态，且局部发生流变，使台阶失稳。

五、降水方案

第三系粉细砂岩地层岩性软，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，砂岩多已呈泥状，基底有涌水现象发生，基底被水浸成淤泥，基底软化，拱部及边墙塌落掉块均很严重。

XX、XX隧道在第三系富水弱胶结粉细砂岩地段施工过程中，由于受到渗水影响，原状弱胶结粉细砂岩工程条件迅速恶化，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。

结合现场试验和专家意见，第三系富水弱胶结粉细砂岩地层斜井采用真空轻型井点降水+集水坑降水方案；正洞采用真空轻型井点降水+深井井点降水方案。

1、真空轻型井点降水

（1）洞内竖向轻型井点真空降水。

斜井和正洞上、中台阶开挖后，在上、中台阶两侧拱脚下返50cm安设长度4米降水管，外插角60°，同时为了降低仰拱底部水位，特在斜井底部两侧加设两根降水管，外插角30°，长度5米；三排真空降水管纵向间距0.75m，支管与主管连接，将水通过主管排出。

（2）洞内水平真空轻型井点降水

根据斜井及正洞掌子面渗水具体情况，在掌子面渗水较大、掌子面自稳能力差、施工难度较大条件下，必要时增设水平真空轻型井点降水。

1）斜井降水管布置

从上台阶下返50cm，在掌子面中间部位加设3根4m长真空降水管，打设角度与斜井纵坡一致；如无法满足拱部开挖要求，拱顶降水管间距调小，进行加密。

拱部降水管与中台阶部位主管连接，及时将水抽出。

主要目的是上台阶的水位降下来，以达到无水施工条件，满足上断面开挖要求。

2）正洞双侧壁法施工降水管布置

从双侧壁上部台阶下返50cm，在掌子面中间部位各布设3根4m长真空降水管，沿水平方向打设；从双侧壁下部台阶下返50cm，在掌子面中间部位各布设5根4m长真空降水管，沿水平方向打设；如无法满足拱部开挖要求，拱顶降水管间距调小，进行加密。

拱部降水管与中台阶部位主管连接，及时将水抽出。

主要目的是将隧道双侧壁上部及正洞中部的水位降低，达到无水施工条件，满足上断面开挖要求。

3）正洞三台阶法施工降水管布置

从上台阶下返50cm，布设11根4m长真空降水管，打设角度与正洞纵坡一致；从中台阶下返50cm，布设13根4m长真空降水管，打设角度与正洞纵坡一致。

如无法满足拱部开挖要求，拱顶降水管间距调小，进行加密。

拱部降水管与中台阶部位主管连接，及时将水抽出。

主要目的是上、中台阶的水位降下来，以达到无水施工条件，满足上、中断面开挖要求。

（2）真空轻型井点降水材料及连接说明

真空井点系统由井点管（管下端有滤管）、连接管、集水总管和抽水设备等组成。

支管采用Φ32mmPP2管，主管采用Φ75mmPP2管；插入土层的支管必须包双层100目滤网。

每排支管与主管连接，主管接入真空泵。

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；主管和真空泵连接采用75mm钢丝软管连接；

降水管采用高压水成孔，在冲孔的过程中降水管跟进。

降水管在冲孔时，必须控制外插角，同时，降水管必须向掌子面前方斜插，主要考虑解决掌子面前方降水。

降水过程中，真空负压控制在-0.06MPa以下，如果压力升高，必须对降水管进行逐根排查，看有无漏气，同时必须检查插入土层中的钢管密封是否到位，漏气部位必须采用胶布缠紧。

（3）真空轻型井点降水泵

真空泵由真空泵、离心式水泥、水气分离器等组成，这种真空井点真空度高（67～80kPa），带动井点数多，降水深度较大（5.5～6.0m）；但设备复杂，维修管理困难，耗电多，适用于较大的工程降水。

真空泵真空井点抽水设备工作简图

1-井点管；2-弯联管；3-集水总管；4-过滤箱；5-过滤网；6-水气分离器；

7-浮筒；8-挡水布；9-阀门；10-真空表；11-水位计；12-副水气分离器；

13-真空泵；14-离心泵；15-压力箱；16-出水管；17-冷却泵；18-冷却水管；

19-冷却水箱；20-压力表；21-真空调节阀

真空泵型真空井点系统设备规格与技术性能

名称

数量

规格技术性能

往复式真空泵

1台

V5型（W6型）或V6型；生产率4.4m3/min，真空度100kPa，电动机功率5.5kW，转速1450r/min

离心式水泵

2台

B型或BA型；生产率30m3/h，扬程25m，抽吸真空高度7m，吸口直径50mm，电动机功率2.8kW，转速2900r/min

水泵机组配件

1套

井点管100根，集水总管直径75～l00mm，每节长1.6～4.0m，每套29节，总管上节管间距0.8m，接头弯管100根；冲射管用冲管1根；机组外形尺寸2600mm×1300mm×1600mm，机组重1500kg

（3）井点管的埋设

井点管的埋设采用冲孔法成孔，井孔直径不宜大于300mm，孔深宜比滤管底深0.5～1.0m。

在井管与孔壁间及时用洁净中粗砂填灌密实均匀。

投入滤料数量应大于计算值的85%，在地面以下1m范围内用粘土封孔；

（4）井点使用

井点使用前应进行试抽水，确认无漏水、漏气等异常现象后，应保证连续不断抽水。

应备用双电源，以防断电。

一般抽水3～5d后水位降落漏斗渐趋稳定。

出水规律一般是“先大后小、先浑后清”。

在抽水过程中，应定时观测水量、水位、真空度，并应使真空泵保持在55kPa以上。

（5）洞内轻型井点真空降水要求

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）井点管距斜井侧壁不应小于1.0～1.5m，距离太小，易漏气。

6）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。

7）一套抽水设备的总管长度一般不大于100～120m。

当主管过长时，可采用多套抽水设备；井点系统可以分段，各段长度应大致相等，宜在拐角处分段，以减少弯头数量，提高抽吸能力；分段宜设阀门，以免管内水流紊乱，影响降水效果。

2、深井井点降水

深井井点降水是在深基坑的周围埋置深于基底的井管，通过设置在井管内的潜水泵将地下水抽出，使地下水位低于坑底。

该法具有排水量大，降水深（＞15m）；井距大，对平面布置的干扰小；不受土层限制；井点制作、降水设备及操作工艺、维护均较简单，施工速度快；井点管可以整根拔出重复使用等优点；适于渗透系数较大（10～250m/d），土质为砂类土，地下水丰富，降水深，面积大，时间长的情况，降水深可达50m以内。

主要由深井井管和潜水泵等组成。

（1）、深井降水设计

深井降水采用自然降水方式，降水井深度10～16m，布设于斜井及正洞的两侧边墙部位，斜井单侧间距10m，正洞单侧间距8m，两侧梅花形布设。

降水井成孔直径60cm，井径35cm，井管采用PVC管，滤水管为圆孔式滤水管，滤料采用粗砂，封孔材料采用粘性土，封孔深度4m。

（2）、深井降水具体措施

1）成井施工

成孔施工机械设备选用国产正循环工程钻机（改装）及其配套设备。

采用正循环回转钻进泥浆护壁的成孔工艺及下井壁管、虑水管、围填填砾、粘性土等成井工艺。

其工艺流程如下：

测放井位

埋设护口管

安放钻机

钻进成孔

清孔换浆

下井管

填砾料

井口封闭

洗井

安泵试抽

排水

测放井位：

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。

埋设护口管：

护口管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，护口管上部应高出地面0.10m～0.30m。

安装钻机：

机台应安装稳固水平，大钩对准孔中心，大钩，转盘与孔的中心三点成一垂线。

钻进成孔：

开孔孔径均为￠600mm，一径到底，钻孔施工达到设计深度时，宜多钻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，确保虑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。

清孔换浆：

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，进行冲孔，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。

下井管：

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，下管时在虑水管上下两端各设一套直径小于孔径5cm的扶正器（找正器），以保证虑水管能居中，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，应将井管重新拔出，扫孔、清孔后重新下入，严禁将井管强行插入坍塌孔底。

填砾料：

填砾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，填砾料过程中应随填随测砾料的高度。

填砾料工序也应连续进行，不得中途终止，直至砾料下入预定位置为止。

最终投入滤料量不应少于计算量。

井口封闭：

在采用粘性土封孔时，为防止围填时产生“架桥”现象，围填前需将粘土捣碎（粒径小于3cm为宜）后填入。

围填时应控制下入速度及数量，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。

洗井：

采用“联合洗井法”洗井，即活塞洗井+空压机洗井。

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。

安泵试抽：

成潜水降水井施工结束后，应及时下入潜水泵，接真空管、铺设排水管道、电缆、地面真空泵安装等，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。

排水：

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。

2）降水井结构

①井口：

井口应高于隧道底面以上0.30m，以防止地表污水渗入井内。

②井壁管：

井壁管均采用PVC管，井壁管的直径为￠350mm（外径）。

③过滤器（虑水管）：

虑水管外包二层60目的尼龙纱网，虑水管的直径与井壁管的直径相同。

④沉淀管：

沉淀管主要起到过滤器不致因井内沉砂堵塞而影响进水的作用，沉淀管在虑水管底部，直径与虑水管相同长度为0.50m，沉淀管底口封死。

⑤填砾料（粗砂）：

潜水降水井底面以下4.00m以下部位围填粗砂做为过滤层，填入部位详见“降水井结构示意图”。

⑥填粘性土封孔:

为防止地面污水的渗入及确保真空效果，在砾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，其封闭深度详见“降水井结构示意图”。

⑦各井结构及过滤器的安装部位详见“降水井结构示意图”。

3）深井降水运行

①抽水方法

潜水降水井本次拟采用真空抽水，潜水泵抽水的方法降低潜水位，每口井单用一台潜水泵，一台真空泵带两口降水井，要求潜水泵的抽水能力大于单井的最大出水量，真空管路的真空度大于-0.06MPa，潜水泵和真空泵同时开启，要求开挖前的真空抽水时间不能少于2天。

②降水运行

潜水降水井施工完一口井即投入运行一口，以及时降低地下潜水水位，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、抽水于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，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1mim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，满足要求始转入正常工作。

降水运行期间，现场实行24小时值班制，值班人员应认真做好各项质量记录，做到准备齐全。

③降水运行的注意事项

降水的设备（主要是潜水泵、深井泵和真空泵）在施工前及时做好调试工作，确保降水设备在降水运行阶段运转正常。

工地现场要备足抽水泵，数量多于井数的10％.使用的潜水泵要做好日常保养工作，应经常检查泵的工作状态，一旦发现不正常应及时换泵，坏泵应立即修复，无法修复的应及时更换。

降水工作应与隧道开挖施工密切配合。

降水井在降水运行阶段，电源必须保证，必要时设置双电网，确保降水井正常运行。

做好井口的保护工作，严禁将井管碰坏以及杂物掉入井内，经常检查排水管、沟是否畅通。

3、集水坑

集水坑设置在基底部位，主要汇集掌子面及已施做支护地段斜井渗水，作为斜井轻型井点降水的辅助措施。

为尽量减少掌子面渗出的水流对边墙的影响，集水坑设置在距离斜井边墙不小于1米处，集水坑采用4mm厚度薄钢板焊接而成，尺寸为1.0*0.8*1.2m（长*宽*深），施工时应设置井盖。

仰拱施做前应先行设置好集水坑，确保基底渗水能顺畅流入集水坑。