纬三路过江通道盾构工作井降水方案探究-行业新闻-福建中天重工机械设备有限公司

新闻资讯

联系我们

福建中天重工机械设备有限公司

电话：0731-89783591

Email：2324467190@qq.com

Q Q：2324467190

营运中心地址：湖南省长沙市天心区芙蓉南路和庄A1-3110

您当前所在的位置：首页>>新闻资讯>>行业新闻行业新闻

纬三路过江通道盾构工作井降水方案探究

盾构掘进在隧道与地下工程修建过程中得到广泛应用。在盾构施工过程中，工作井降水显得尤为重要，对盾构隧道的结构稳定性产生重大影响，决定着隧道施工进度及结构安全性。选取合理的盾构工作井降水方案显得尤为重要，诸多学者对其进行了研究并取得一系列成果。本文以纬三路过江通道为研究对象，采用理论分析和数值模拟等方法，对盾构工作井降水方案进行探究。所得结果可为盾构工作井降水提供借鉴。
1 工程背景
隧道设计为双层双向八车道。隧道在江中段采用双层盾构，左右线分离布置两管，左线长4965m,其中盾构段3433m;右线长5330m,其中盾构段4040.5m。
北岸工作井长约45m、宽约26m、深度约30m。工作井边坡稳定性极差，上部地层以软土为主，下部地层以粉细砂为主。盾构掘进过程中，上部软土地层极易产生失稳变形，下部粉细砂地层易发生流砂、涌水等问题。盾构掘进过程中对工作井采取行之有效的支护措施及降水措施具有重大必要。
2 降水方案探究
2.1 承压水抗突涌稳定性分析
根据渗流力学相关知识，基坑抗突涌稳定性条件见下式（1）：

式（1）中，F_s为安全系数，本工程取1.1；γ_s、γ_w分别为土的饱和重度、水的重度，H_a为基坑开挖底板高程，H_b为含水层顶板高程，h_a为承压水头安全水位高程。
由式(1)可得基坑稳定性分析各区域相关参数,见表1。

2.2 降水方案设计
由于该工程周边没有建筑物，降水对周边环境的影响可以不考虑，同时由于围护结构底端不在同一高程，呈倾斜状，未形成对坑底承压含水层形成全封闭竖向截水，且有些部位的地连墙起不到绕流阻水的作用，所以为既能保证降水效果，又能方便基坑开挖和坑内构筑的修建，基坑降水原则采用以坑外降水为主，坑内降水为辅。
2.2.1 涌水量计算
承压水影响半径较大，基坑涌水量计算选用大井法，水位降深为28.34m，影响半径取300m，含水层厚度取40m。基坑承压水涌水量计算及其结果，见下式（2）：

式（2）中，Q为基坑总涌水量，单位m³/d；k为渗透系数，取26m/d；M为含水层厚度，取40m；S为降深，取20.73m；l为有效过滤器长度，取15m；r₀为引用半径取40m；R₀为引用影响半径，取300m。
2.2.2 降水井结构
盾构工作井内外降水井结构见下表2。

2.2.3 出水能力及数量
单井出水能力计算，见下式(3)：

式（3）中，q为单井出水能力，m³/d；d为滤管直径，取400mm；L为滤管长度，m；α为与含水层厚度及渗透系数有关的经验数据，取70。降水井数量计算，见下式（4）：

式（4）中，n为降水井数量，口；D为基坑涌水量，m³/d；根据式（3）和式（4）可求得降水井数量，见表3。
由表3可知，基坑外布置降压井25口，基坑布置15口备用井观测井，合计40口。
2.3 降水方案比选
经过防突涌计算，工作井位置⑤2层需要降低水位12.63m，基坑降水考虑④1层时也要考虑⑤2层。若能直接降④1层就把⑤1层水位降到设计高程，将大大节省降水费用；若直接降⑤2层，将把④1层顺带降掉，将使降水变得简单。通常情况下，若④1层和⑤2层联通性很好时，直接降④1层的水将会有效降低⑤2层的水；当地层联通不好时，降④1层的水不一定能降低⑤2层的水。根据上述分析，提供3个预选方案，通过理论分析和数值模拟，确定一个最优方案。
2.3.1 方案一
基坑外布置32口、井深40m，基坑内布置15口。方案一下④1层和⑤2层孔隙水压力变化曲线分别见图1、图2。

由于承压水影响半径较大，基坑涌水量计算采取大井法非完整井，含水层厚度取40m，影响半径取300m，水位降深28.34m。
降水井全部布置在④1层，井数32口井，井深40m，渗透系数根据过江隧道经验④1层取18m/d，⑤2层根据抽水试验取32m/d。当抽水量达到38000m³/d时，工作井处⑤2层孔隙水压力下降0.03MPa，水位高程下降3.0m左右，降深远小于设计降深12m的要求。⑤2层水位降不到设计高程，不能起到防止基坑突涌，该方案不可取。
2.3.2 方案二
基坑外布置25口，井深55m，基坑内布置15口。针对方案一对⑤2层水位降深的不足，调整坑外降水井深度，把降水井深度加深到进入⑤2层8m，即井深55m，考虑井深加大后，单井出水能力增大，所以井数减少7口，井数为25口，降水井在④1层位置和⑤2层位置均设置滤管，为两个含水层同时抽水的混合井。方案二下④1层和⑤2层孔隙水压力变化曲线分别见图3、图4。

模拟分析当抽水量达50000m³/d，采用上述公式及有限元计算，工作井处④1层孔隙水压力下降0.2MPa，水位降深达20m，满足设计要求；工作井处⑤2层孔隙水压力下降0.15MPa，水位下降15m，满足水位降深12m的要求。但是⑤2层水位降深过大，超过设计降深3m以上。可见，将坑外降水井全部深入到⑤2层没有必要，易造成浪费。
2.3.3 方案三
基坑外布置25口，井深40m的8口，井深55m的17口，基坑内布置15口。针对方案二的⑤2层降深过大，应调整⑤2层含水层的降水井的数量，但④1层井数不变。所以选择基坑外仍布置25口井，其中井深55m的井17口，井深40m井8口。计算分析，当抽水量达到近40000m3/d，④1层和⑤2层水位均能降到设计高程。方案三下④1层和⑤2层孔隙水压力变化曲线分别见图5、图6。

为防止基坑开挖过程中发生突涌，提高土体抗剪强度，根据基坑的防突涌条件，计算了基坑开挖过程中安全水位，根据安全水位设计了3种防水方案，综合对比3种方案的降深、经济等因素，选择第三种降水方案。
3 结论
（1）盾构工作井不同降水方案下流固耦合分析表明，当基坑外布置8口40m深井，17口55m深井，坑内布置15口55m深井时，降水效果较好。
（2）对深大工作井来讲，支护体系相对复杂，结构设计阶段应考虑地下水的影响；加强盾构工作井施工期整个过程的变形和结构应力监测，并根据变形和应力的监测成果及时调整支撑和围岩的设计参数；同时加强地下水位监测，并根据工作井开挖及安全的需要适时调整降水深度与停止降水时刻。

上一篇：孤石和基岩凸起地层隧道施工技术要点分析
下一篇：华中地区过江隧道盾构掘进相关问题与措施