洞内微型降水技术在北京地铁竖井横通道施工中应用

引言地铁已成为当今中国城市的重要交通手段。根据中国城市轨道交通协会数据，截至2019年底，中国内地累计有40个城市开通城轨交通运营，运营线路达到6730.27km，同比增长16.8%；而在地下线路施工过程中，因地铁线路具有点多、线长、施工时间长的特点，且绝大部分线路处于地下水位以下，如何处理好施工中的地下水，减少地表沉降，保证正常施工已然是一大难题。以北京地铁12号线施工为例，初期地勘阶段，四季青站-远大路站区间1号竖井及横通道处层间水（三）水位为25.08m。后因永定河补水、南水北调涵养等原因，导致北京市总体地下水呈上涨趋势，层间水（三）水位已高于原水位近4.0m。原有工程环境由无水状态变为有水状态，施工难度增加，加重地面沉降，甚至影响周围建筑安全。本文针对以上问题，提出有效的降水方案，为类似工程提供可靠施工经验。

1、工程概况

四-远区间起点位于杏石口路与西四环路口西南侧的四季青站，线路出站后沿西四环自南向北敷设至盾构井场地，区间主要穿越西四环北路。1号井场地位于西四环北路主辅路间绿地内，紧邻南水北调水源三场分水口场地，竖井深27.5m。横通道东西向布置，位于辅路下方，通道长28.89m，高14.3m，分4层。通道上方有DN1600、DN600上水管、D1600雨水管、D700污水管等管线，区间总平面图如图1所示。图1四-远区间平面图1.1水文地质情况详勘报告显示观测到两层地下水，主要为潜水（二）、层间水（三）。潜水（二）：初设阶段水位埋深为18.68m，水位标高34.83m，含水层为卵石⑤层、细中砂⑥4层。水量较小，主要接受大气降水及侧向径流补给，以蒸发、侧向径流、向下越流补给的方式排泄。层间水（三）：初设阶段水位埋深为28.79~30.30m，水位标高23.03~24.04m，层间水（三）位于区间隧道底板以下。后因永定河补水、南水北调涵养等原因，北京市总体地下水呈上涨趋势，本标段水位自2020年起呈明显上涨趋势，其水位标高变化历时曲线图如图2示。根据最新水位监测情况，截止2020年7月，本标段地下水位已上涨至29.03m，受地下水影响，四-远区间1号竖井及其横通道处，高出原勘测水位近4m，高于横通道4洞室仰拱1.578m，如图3所示。图2

水位标高变化历时曲线图图3

四-远区间1号竖井及横通道地下水位变化情况1.2四-远区间1号竖井横通道工程施工说明目前，四-远区间1号竖井及横通道123洞室均已开挖完成，现因地下水位上升且水量较大，故最终将4洞室全断面施工改为台阶法施工。由现场勘察，日前4洞室上台阶已开挖完成，并通过锁脚锚杆注浆、增加水泵抽排措施欲尝试下台阶开挖，但由于水流较大治理效果不佳，拱脚处地层松散，砂石在水流冲刷作用下迅速扩散流失，拱脚后部形成空腔，开挖风险较大，致使施工受阻，开挖不能顺利展开，下台阶施工处于停滞状态，如图4所示。图4四-远区间1号竖井及横通道遇水情况

2、横通道不同降水方案比选

目前,在地铁施工过程中，通过长期不断实践和摸索已提出了较成熟的地下水处理经验，形成了以降水为主，堵排为辅的多种地下水处理方法。常用的方法主要有：深孔注浆止水、地面降水、洞内井点降水、洞内微型降井水等。各方法优缺点对比见表1。表1

横通道不同降水方案由表1综合比选可知，洞内微型降水总体施工工期短，且治水效果好，风险最低，同时，该方案可行性、可实施性好，故为最佳方案，且以此作为试验段可为本工程后续附属及区间结构、区间正线结构遇水，以及类似工程提供相关施工治水经验。

3、四-远区间1号竖井横通道洞内微型降水技术应用及效果分析

3.1微型降水方案总体设计根据本项目施工情况，本方案施工过程中采用黄蜂-90钻机、空压机、直径150mm护壁管，选用钻进时直径为160mm，且回收时可缩小截面，可从护壁管内拔出的破片型钻头和钻杆直径为76mm；采用切缝PVC给水管、外缠滤网型井管、6m3/h螺杆潜水泵、流量不小于60m3/h的大功率水泵、尺寸为2m×2m×1.5m的钢制沉淀池、排水管等。根据现场情况，洞内微型降水方案总体施工设计如下：（1）在横通道4洞室竖向格栅中间增加连接节点，增设22号工字钢进行临时横撑，同时4洞室分割为2个小断面（如图5所示），并先开挖无水的上部断面直至永久封端；同时进行洞内小型设备钻井及降水施工。（2）待完成上部无水断面横通道施工后，再进行剩余通道开挖，直至封端；待开挖完成后持续进行降水，直至横通道二衬及降水井影响范围内的正线初支开挖和二衬完成后方可停止抽排。图5

通道增设临时对撑横剖面图（单位：mm）3.2横通道洞道内涌水量计算及井位布置3.2.1涌水量计算根据勘查资料，卵石地层的渗透系数为200m/d，根据DB11/1115—2014《城市建设工程地下水控制技术规范》对基坑拟采用潜水完整井进行排水量计算。具体计算见式（1）～（3）。3.2.2井位布置根据上述计算结果，在28m横通道内需布置40眼降水井，结合洞内打设条件、降水深度等因素，按照间距1.5m，沿通道侧壁及端头布置井位，外倾角10°~15°，井深10m，入水深度7.4m，现场降水井布设及成井情况如图6、图7所示。图6

降水井布设平面图图7

降水井成井图3.3洞内微型降水效果分析本项目于2020年7月起采用上述方案进行降水、止水处理，通过现场40台螺杆潜水泵不间断抽排，日均总排水量约5500m3/d，现场水位呈明显下降趋势，最低点水位为27.642m，超出横通道4洞室约0.15~0.17m，较前述高于横通道4洞室仰拱的1.578m水位下降至1.428m（如图8所示），已大大降低施工风险，满足序开展暗挖施工作业。

图8

水位高度（与底板比较）历时曲线图根据现场监测情况，四-远1号井附近地表监测点累计沉降值最大的点为DB-04-02（如图9所示），本项目自2020年7月开始采用洞内微型降水措施后，截止2020年12月，地表累计沉降变形规律如图10所示，累计沉降值为-8.88～-11.64mm，自降水施工开始至2020年12月其阶段性沉降量为2.76mm，满足沉降控制值±30mm和沉降速率2mm/d的变形要求，故说明，本方案切实可行，止水效果明显。图9

四-远区间1号竖井及横通道地表监测点平面图图10

洞内微型降水后地表沉降历时曲线结论

本文以北京地铁