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作者：杜健昌

l工程概況

    南水北調(diào)穿黃河隧洞從南岸入口到北岸出口全長(zhǎng)3450m，選用泥水平衡盾構(gòu)施工，隧洞內(nèi)徑7.0m，外襯0. 45m。穿黃人口樁號(hào)5+568，中心高程為72. 45m;中心樁號(hào)7 +108，中心高程7lm;出口處樁號(hào)9+108，中心高程67. 00m。

隧洞施工位置位于樁號(hào)7 +762. 80處，擬對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀具進(jìn)行更換。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)布置（見(jiàn)圖1），從圖中可以看出：盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)前方加固區(qū)為15. 25m×4.4m，攪拌樁深度達(dá)到61. 22m高程，刀盤(pán)上方加固深度達(dá)到74. 72m，刀盤(pán)以后部分只采用了1排直徑為850mm的攪拌樁對(duì)地下水進(jìn)行截滲，其深度受已安裝好的隧洞管片的影響不能完全封閉地下水。

盾構(gòu)機(jī)頭位置處在地面高程102.6-1.03. 2m左右，屬黃河漫灘區(qū)，盾構(gòu)機(jī)中心線高程為69. 72m，盾構(gòu)機(jī)頂部埋深約25m。

2基本地質(zhì)

2.1地層結(jié)構(gòu)

    盾構(gòu)機(jī)換刀附近上下地層巖性主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積層和中更新統(tǒng)沖洪積層。隧洞洞身范圍內(nèi)的地層巖性從上至下為粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)壤土。

2.2水文地質(zhì)

    該區(qū)的地下水按其賦存條件及性質(zhì)分為孔隙水及孔隙一裂隙水兩種類(lèi)型：孔隙水分布于上伏第四系砂層中及下伏第三系的未膠結(jié)的砂巖中，主要為潛水；孔隙一裂隙水分布于黏性土及部分下伏第三系的砂巖中，主要為潛水，部分為微承壓水。根據(jù)初設(shè)階段成果及招標(biāo)文件所提供的資料結(jié)合周邊類(lèi)似降水工程的水文地質(zhì)參數(shù)，可知不同巖性的滲透系數(shù)K值：中、細(xì)砂層為30m/d、粉質(zhì)壤土為0.2m/d、粉質(zhì)黏土為0.01m/d、砂巖層為30m/d。

3降排水設(shè)計(jì)

3.1  降水井布置

根據(jù)加固區(qū)布置圖、混凝土攪拌樁的深度及盾構(gòu)機(jī)頭所處的位置與上下地層的關(guān)系，降水井分3個(gè)區(qū)域進(jìn)行布置（見(jiàn)圖2）。．

1區(qū)為攪拌樁加固區(qū)內(nèi)側(cè)即盾構(gòu)機(jī)頭上部；2區(qū)為盾構(gòu)機(jī)尾部，如圖2所示盾構(gòu)機(jī)尾部只有l(wèi)排加固攪拌樁。攪拌樁的底部高于盾構(gòu)機(jī)掌子面頂部，在攪拌樁的底部與盾構(gòu)機(jī)掌子面頂部之間存在滲透通道，在換刀施工當(dāng)中可能存在突涌破壞的危險(xiǎn)，必須將這一帶水位降至盾構(gòu)機(jī)掌子面頂部附近。擬布置5眼井，井深以40m為主，其中l(wèi)眼為28m；3區(qū)為盾前即盾前加固區(qū)外側(cè)，由于盾構(gòu)機(jī)底距離砂巖層只有4m左右，砂巖呈散體砂狀，滲透性較好，具微承壓性，其水位與潛水位相差不大，所以盾構(gòu)機(jī)底部在水位高達(dá)40m的情況下，存在機(jī)底突涌問(wèn)題，故擬布置3眼深井。根據(jù)《南水北調(diào)中線一期穿黃工程初步設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)專(zhuān)題報(bào)告》，下伏基巖為上第三系，上部第四系，中間缺失下更新統(tǒng)。上第四系與下伏上第三系二者呈不整合接觸，而且該地區(qū)上第三系砂巖大多未膠結(jié)或膠結(jié)不好，滲透性極好，砂巖的水位具有微承壓性且與上伏第四系中、細(xì)砂、土地層的水位相差不大，盾構(gòu)機(jī)底部水壓40m，盾構(gòu)機(jī)在開(kāi)倉(cāng)換刀過(guò)程巾存在機(jī)底突涌問(wèn)題，故擬布置3眼深井，2眼井深50m、1眼深28m，主要用于降低砂巖層的水位和輔助降低攪拌樁外側(cè)上部砂層水位。

3.2涌水量計(jì)算

3.2.1  截滲渠估算總涌水量

    根據(jù)要求擬將地下水位降到地面以下23m，即地下水位降深約20m左右。含水層結(jié)構(gòu)從上至下依次為上部中細(xì)砂、中部粉質(zhì)壤土、底部粉質(zhì)黏土。

    按照降水布置方案，截滲渠總長(zhǎng)度為85. 8lm（即2號(hào)至9號(hào)井間直線距離之和），由于沒(méi)有現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)資料，滲透系數(shù)及影響半徑取值參考臨近降水工程值及規(guī)程規(guī)范推薦值，分別取1. 25m/h和l00m。采用上述公式進(jìn)行計(jì)算，水位降深達(dá)到要求并穩(wěn)定后其總涌水量約為608. 2m3/h。

3.2.2單井最大涌水量估算

    當(dāng)降水井位于均質(zhì)、無(wú)限含水層環(huán)境中以穩(wěn)定流方式進(jìn)行降水時(shí)，其單井涌水量計(jì)算公式可以按泰斯公式進(jìn)行計(jì)算。

    根據(jù)黃河灘區(qū)沖積沉積地層的固有特點(diǎn)及臨近工程降水施工經(jīng)驗(yàn)，含水層厚度為24m、水位最大降深22m、降水井井半徑為0.17mm，影響半徑根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取180m。代人泰斯公式計(jì)算可得單井降深22m，穩(wěn)定時(shí)流量為322. 9m3/h。

3.2.3  大井法最大涌水量估算

    根據(jù)日前降水井的平面布置方案，可以把8個(gè)井概化成為1個(gè)大直徑的井，通過(guò)計(jì)算，概化后大井的井半徑為7. 5m，此時(shí)不考慮攪拌樁截滲區(qū)的影響，影響半徑取500m，其他參數(shù)同單井取值，代入泰斯計(jì)算公式，大井涌水量為535. 5m3/h，此時(shí)沒(méi)有考慮大井底的進(jìn)水。

3.2.4  降水穩(wěn)定時(shí)間

由于該工程沒(méi)有做抽水試驗(yàn)，缺少地下水位降落漏斗與時(shí)間的關(guān)系曲線及含水層的給水度等水文地質(zhì)參數(shù)，故不能較準(zhǔn)確地計(jì)算降水達(dá)到要求深度的時(shí)間。根據(jù)臨近工程經(jīng)驗(yàn)，降水達(dá)到預(yù)定深度所需要的時(shí)間為7 –l0d。

4基坑降水方案

4.1  深井降水方案

    根據(jù)不同方案模擬計(jì)算結(jié)果，結(jié)合黃河河道區(qū)具體水文地質(zhì)條件，選擇以下輔助降水方案：在盾尾沿?cái)嚢铇哆吘�外側(cè)3 -5m布置降水井5眼，井深預(yù)計(jì)28 -40m，井徑700mm，過(guò)濾器直徑340mm；盾構(gòu)機(jī)前方擬布置3眼井，井深28 -52m；攪拌樁范圍內(nèi)側(cè)靠近盾構(gòu)機(jī)頭處兩側(cè)各布置1眼降水井。降水井總數(shù)共計(jì)9眼。

4.2深井真空降水方案

    布置真空復(fù)合降水井的主要目的是疏干盾構(gòu)機(jī)頭外側(cè)黏性土層中的孔隙水，確保盾構(gòu)機(jī)機(jī)頭及前側(cè)硐室的開(kāi)挖在干地環(huán)境中施工及硐室圍巖穩(wěn)定。如圖2所示，圖中紅圈為真空復(fù)合降水井的位置，沿盾構(gòu)機(jī)前部機(jī)身與攪拌樁之間的距離為1. 08m、中部為2.28m。前部平行機(jī)身兩側(cè)各布置2個(gè)真空井，中部由于間距較大，擬梅花形或直線形布置真空降水井2個(gè)。單個(gè)真空井的結(jié)構(gòu)為深度40m、井徑350m成孔，過(guò)濾器的放置根據(jù)成孔過(guò)程中的地層變化而設(shè)置，過(guò)濾器擬布置深度為28 - 36m，主要布置在黏性土層中，主要功能是以高度真空的方式疏干黏性土層的孔隙水。

5單井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5.1  過(guò)濾器

    從臨近工程的幾次抽水試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，在抽水過(guò)程中孔壁容易坍塌，為了保護(hù)孔壁，過(guò)濾器及濾料至關(guān)重要，過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)及濾料的級(jí)配直接影響抽水井的出水量及抽水井的壽命。從上述模擬結(jié)果可知，單井最大出水量可達(dá)到150m3/h（考慮各井的相互干擾影響）。

    該項(xiàng)目所處位置為黃河漫灘上，砂層及砂巖分布穩(wěn)定且滲透性非常好，滲透系數(shù)大，降水井管采用外徑470mm、內(nèi)徑400mm的加筋水泥實(shí)管，濾水器采用加筋水泥濾水管，過(guò)濾器的孔隙率不得小于30%，其長(zhǎng)度大于27m。

5.2沉淀管

    根據(jù)臨近降水工程幾次的抽水試驗(yàn)和降水井降水結(jié)束后所測(cè)的井內(nèi)沉淀物來(lái)看，一般沉淀物長(zhǎng)度都小于0. 5m，故沉淀管的長(zhǎng)度按2m考慮是比較合適的，可滿(mǎn)足施工降水過(guò)程中沉淀長(zhǎng)度的要求。

5.3  回填濾料

    回填反濾料的級(jí)配可以根據(jù)含水層的顆粒分析（顆粒分析曲線）和顆粒特征粒徑的含量資料確定。級(jí)配比例按現(xiàn)場(chǎng)單井鉆進(jìn)情況進(jìn)行配制。

6結(jié)語(yǔ)

通過(guò)理論與工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，采用數(shù)值模擬法對(duì)施工降水問(wèn)題進(jìn)行多方案計(jì)算比較，推薦出經(jīng)濟(jì)、合理的降水方案并按計(jì)劃組織實(shí)施，有效保證了盾構(gòu)施工的順利進(jìn)行。

7【摘要】 

 南水北調(diào)穿黃隧洞工程采用世界先進(jìn)的泥水加壓平衡式盾構(gòu)施工，掘進(jìn)至隧洞樁號(hào)7 +762.80處盾構(gòu)機(jī)刀具磨損嚴(yán)重，需要及時(shí)更換。為保證換刀工作能在干旱的基坑中順利進(jìn)行，必須進(jìn)行降排水。本文介紹了降排水方案在該工程中的應(yīng)用，以期為類(lèi)似工程提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。