盾构隧道进出洞施工风险

（共同学习之一）

编写人：***

  盾构隧道掘进施工中处于正常掘进状态时，往往工作顺利，不会产生多大的问题。而在进出洞施工时，由于施工环节多，复杂而且要求高，包括洞口地基加固、洞圈密封装置、盾构基座、后盾支撑等，只要某一环节控制不当，带来的危害无法估量。从而形成盾构隧道掘进施工中的一道关键工序。现求有关盾构施工中出现的进出洞事故是如何发生的、造成后果、处理措施，应有怎样的教训，以及盾构进出洞施工各工序应注意的事项逐一列下，供各位施工人员作为工作参考。以求达到共同探讨，共同提高的目的。

一、进出洞事故举例：

  1、某一工程，在区间隧道中间设立一风井，风井地下部分为24.2m×15.6m矩形基坑，深约31.7m。风井围护为厚1.2m、深49.7m地下连续墙。隧道外径6.2m、内径5.5m，管片厚0.35m、宽1.2m。风井盾构进出洞地基处理采用高压旋喷桩加强，要求加强后土体无侧限抗压强度Qu≥0.5Mpa～0.8Mpa。加强范围地面下一直到坑底下3.0m。实际施工检验Qu值达到1.0Mpa以上，满足设计要求。

  2006年5月某日，在盾构安全进出风井一个月后，拆除上行线洞口防水装置时出现了进洞处的下方局部渗水。施工人员当即进行抢险作业，进行堵漏、注双液浆、注聚氨酯等。并在隧道内加支撑、压砂袋，并加强隧道和地面沉降观察。抢险后总算险情得到控制，也未对周围环境、交通造成影响，也无人员伤亡。为消除事故隐患，事后立即采取地面注浆，补打降水井等措施。

  几天后，风井上行线出洞口又发生漏水、涌砂现象，出现第二次险情。抢险人再次抢险，用水泥封堵出洞口漏水点，并在隧道内进行聚氨酯注浆，再次堵漏成功。事后，继续对地面下注浆，以填充流失的土体，并同时降水。

  三天后下午，进洞口附近再次发生漏水涌砂。抢险人员又在隧道内注聚氨酯，直到晚上堵漏成功。

  分析原因认为，加固体与基坑围护体之间，加固体与隧道管片之间存在渗水通道。当洞口止水装置拆除过程中，在地下水压力下，通过渗水通道涌出，造成突涌事故。

  为了处理事故，地面共钻孔46个，地面双液注浆99.7吨，隧道内注双液浆48.15吨，地面和隧道内注聚氨酯17吨。据估算，险情发生时，砂土流失量约260～300m3（因为地面和隧道内总注浆量300m3）。

  险情虽没有造成大的影响，但造成了盾构进出洞段管片变形破损。

  上述事故得出什么教训呢？本人认为：土体加固质量差，存在漏洞，造成加固体与围护体有渗流通道；其次，加固体与隧道外壁不密贴，即进洞时没有很好做到密封工作（超挖、注浆）；再次抢险时降水井不到位，如果到位，第一次渗漏没有预计到，第二次、第三次就不会发生。（本人不能确定另一原因可能是地面向下注浆时，由于注浆压力破坏了堵漏体，使出现第二次、第三次渗漏）。

  从漏水事故发生到三次抢险，用了17吨聚氨酯、99.7＋48.15≈148吨双液浆，及隧道破损加固，损失不小。还要几十号人几天几夜不睡觉，处于紧张状态的精神损伤也不能小看。

  本人依为，不采用降水辅助措施是最大败笔。因为31.7深基坑其水压力多大。

  2、南京地铁某区间盾构进洞事故：

  该区间用一台土压盾构机从区间右线始发，到站后解体吊出，转运到原站第二次左线始发，到站后解体运出。

  地层情况为；上部淤泥质粘土，下部为粉土、粉细砂。上部为潜水，下部砂土有承压性。深部含水层与长江水有一定水力联系。端头井处为中密，局部稍密粉土，上部为流塑状淤泥质粉质粘土。采用高压旋喷桩配合三轴搅拌桩加固土体。

  进洞时，发现盾构刀盘顶上地连墙外侧。开始人工破除混凝土切割钢筋，当操作人员转动刀盘，方便割除钢筋时，刀盘下部出现较大漏水涌砂点，并迅速扩大发展。瞬时涌水涌砂量约达260m3/h。仅10分钟，盾尾急剧沉降，隧道内局部管片角部及螺栓部位产生裂缝。洞内作业人员迅速用方木、木楔，对车架与管片紧邻部位填充加固，控制管片变形。不到一小时，到达段地表沉陷。决定封堵洞门。

  第一天：①紧急抽水；②在洞口外面放置竹胶板，后面用编织袋装土、装水泥封堵。后再用吊车吊入钢钣封堵；③隧道内用方木对车架与管片空隙支顶（无法控制时撤出作业人员）。隧道内再用袋装水泥筑挡墙，共用90吨水泥。在堆砌过程中还有局部渗漏。以后还对始发洞口进行封堵；

  第二天：①端头井洞口用钢钣封堵，在钢钣后架设支撑，并浇筑34.0m3混凝土；②地表向下进行注浆；③始发站洞口叠起袋装水泥挡墙。

  第三天：①端头井洞口架设支撑，再在封闭口内浇入混凝土；②洞门钢环下还出现漏水漏砂，再用袋装水泥、棉被封堵；③右线盾构井内立模板浇2.0m高混凝土封井。

  几天后：始发井水泥堵墙施工完成，并按装钢筋网片，纵横向架设支撑，向洞内灌水；端头井二侧钻孔注双液浆；地表沉陷处回土。

  十天后：在端头井端部再浇混凝土，险情才得到控制。

  对于本次事故我们应接受的教训是什么呢？本人认为有以下几点应吸取：

  ①、没有充分认识到该区域地层中沙土含水量丰富并有压力，与长江水系连通，补给充分这一事实而疏于防范；

  ②、没有采用辅助降水措施是最大败笔；

  ③、加固体封堵不密实，存在很大漏洞，当凿除洞门混凝土时瞬即发生漏水；

  ④、因为凿除洞门混凝土，采用的洞门封闭失效，又没有其他防水措施跟上。砂性土、高水压、与长江水系有联系，这些危险因素在施工管理人员心中没有意识到。

  个人认为，如果管理人员意识到这些危险因素，只要采用一项降水措施，并降水到位，就不会造成上述重大事故。（从事故照片上看出，该车站好像位于郊外）

  二、洞门土体加固方法和效果：

  当盾构机从洞门始发，或盾构机到达接收井，在穿洞门时都必须先凿除端头井洞门口的围护墙。一旦围护墙凿除后，洞门口就暴露出地下的自然土体，该土体在地下10余米深，洞门直径达6.5m，肯定不能自立，并且地下水丰富，如果不采取措施，洞门口连土带水涌入端头井内而形成事故。因此洞门口的土体必须作加强处理，以保证洞门口围护墙凿除后土体能自立。其次还要保持洞外土体与洞门外井壁处于密封状态，使地下水也不会流入井内。以达到安全施工之目的。

  洞门口土体的加固方法选择是根据端头井洞门外土层物理力学指标、隧道直径和埋深、洞门结构、拆除方法、地面及周围环境等因素，来选用合理、安全的地基加固处理方法和范围。常可采用：高压旋喷桩、水泥土搅拌桩、SMW桩、注浆法、冻结法、降水法等。

  各种加固方法其加固土体效果是不同的，包括适用性、经济性、方便性及环境影响等。现分别叙述如下：

  1、水泥土搅拌桩法加固：水泥土搅拌桩法土体加固在SMW工法没有引进之前，上海地铁的洞门口土体加固常采用此法，一般为双轴Φ700mm直径搅拌头，二轴之间距离为500mm，因此搅拌体形成200mm的搭接。由于该设备机作简单，搅拌轴细，搅拌叶片仅在头上几片，垂直度保持差，动力小，加固深度只能在20m以内，相对加固质量差，遇有较硬、较密实土层就搅不动，应用受到限止。自从引进了SMW工法桩，因为该工法设备机体粗壮，搅拌轴粗，垂直度保持好，相对搅拌均匀，并有Φ650mm、Φ850mm、Φ1000mm多种规格可供选用，由于动力大，各种软硬土层都能适用，搅拌轴为螺旋状或叶片状全程搅拌且加固深度可达40m。从而凡采用洞门口水泥土搅拌桩加固法时，多由SMW工法桩替代了。现重点来讨论SMW工法桩的要求、注意点和捡验方法。

  ①、对设备的要求：

a、搅拌驱动电机具有工作电流显示；

b、具有桩架垂直度调整功能；

c、主卷扬机具有无级调速功能；

d、采用电机驱动的主卷扬机应有电机工作电流显示，采用液压驱动的主卷扬机应有油压显示；

e、桩架立柱下部搅拌轴应有定位导向装置；

f、在搅拌深度超过20m时，须在搅拌轴中部位置的立柱导向架上安装移动式定位导向装置。

满足这些要求的目的，就是要做好土体加固这一工作的设备保证。有些承包商，价格很低，采用的是自制土设备，或改装过的设备施工，人为因素大，质量得不到保证，从而引起洞门事故，得不伤失。

②、施工准备：

a、施工场地必须平整，清除表层硬物和地下障碍物，场地满足机械行走要求；

b、要有施工组织设计，包括平面布置、设备材料堆放、配电供水、施工顺序、技术质量安全技术措施等；

c、对测量放样复核、有监理验收签证；

d、要通过成桩试验，确定搅拌机头的下沉、提升速度、水泥浆液水灰比等参数。

  ③、施工：

a、桩机就位对中偏差≤20mm，立柱导向架垂直度偏差≤1/250；

b、搅拌头下沉速度在0.5m/min～1m/min范围内，提升速度在1m/min～2m/min范围内；

c、浆液泵送量应与搅拌机头的下沉或提升速度相匹配，以保证搅拌桩中水泥含量的均匀性；

d、常用浆液水灰比控制在1.5～2.0之间。水泥用量应严格控制，每台班测量水泥浆液比重不少于3次。并填写成桩记录表。

  ④、验收：

   主要是检验水泥土搅拌桩的桩身强度。采用的方法是：浆液试块强度试验（28天无侧限抗压强度），或钻取桩芯强度试验。取芯数量为单桩总数的2％，并不少于3根。每根沿不同深度、不同土层处取芯不少于5组，每组3件试块。用Φ110mm钻头连续钻取全桩长范围内的桩芯，并立即封闭及时做强度试验。

   其实用SMW工法加固土体的效果好坏，重点还在施工时的过程控制，如注浆量与下沉、提升的匹配，供浆的均匀性，尤其是垂直度，不能因为二根桩套接时造成左右偏差而形成搭接间隙（称“开裤衩”）。从而造成盾构机进出洞的风险点。

  2、高压旋喷桩法加固：

  高压喷射注浆最早应用于铁道、冶金、水利部门，再逐渐扩大到建筑部门，获得广泛应用。

   其工艺是先在土层中钻一个孔（可以垂直、也可以倾斜、水平甚至向上），把含有高压喷射头的管子放入需加固土壤的深度处，用高压（20Mpa～40Mpa）浆流或水流去冲切土壤颗粒，使其破坏原有结构，与注入的泥浆颗粒重新组合排列，形成新的固结体。一般来说，压力越大其冲击力越大，土体加固半经越大。土体强度越差，切割土体半径越大。从高压喷射形式来说可以分为最常用旋转喷射，有一定喷射角度的摆动喷射，还有喷射向一个方向不动的定向喷射。

   从高压喷射的方法来说可以分为：单管法、二重管法和三重管法，分别叙述如下：

   ①单管法：仅为一个喷嘴，喷嘴里喷出的是加固的较稀的泥浆，泥浆的压力＞20Mpa，不断地喷射旋转逐渐提升，在需加固的土体中形成一定直径的园柱状固结体。此法设备简单、操作不复杂、材料也省，不足之处就是加固土体范围相对小些，对加固深层土体来说，有点不合算，因为要加固17.0m以下的3.0m的土体，却打了许多钻孔；

   ②二重管法：与单管法不同的是喷嘴处有一个同轴双重喷嘴，喷嘴中间喷出的是水泥浆，中间喷嘴的周围喷出的是高压空气，由于周围高压空气的助喷作用，使中间的高压泥浆流能更有效切割土体，使加固土体直径比单管明显加大。喷射浆液压力＞20Mpa，喷射高压空气≥0.7Mpa；

   ③三重管法：喷嘴处有多了一个喷嘴，不过同轴喷嘴的中心喷口不喷泥浆而改为喷水，同轴喷嘴的周围还是喷空气，喷的高压水达到34～40Mpa，大大提高切割破坏土体的能力，同时喷进去的高压水沿着钻孔冒出地面，并带出需加固土体的部分颗粒，在同轴喷嘴下方10～35cm处再设一个喷嘴，专门用来注入加固土体的水泥浆，且水泥浆的压力仅为1～3Mpa，有的资料介绍仅为0.1～0.3Mpa，因为水泥浆注入机理是在被高压水破坏后的没有强度土体中与土颗粒重新组合排列形成加固体，所以不需要高压。显然三重管的加固效果理论上要比其他二种要好。三重管的缺点是浪费材料，因为注入的水泥颗粒有一部分随着水流带出孔口，浪费常达到10～20％，有的还不止。

真因为三重管有高压水喷射作用，因此在围护墙堵漏上具有独特功能，即在漏洞（漏缝）先用高压水冲洗一下，再垫上水泥浆，把漏洞补好。

   介绍一下各种注浆法加固的技术效果

水：压力为34～40Mpa，压力越大喷射切割土体直径越大，最早旋喷桩压力仅为20Mpa。有些施工单位还用老设备达不到效果，有的设备可以达到38Mpa，在使用时却调到28或30Mpa，垫表却写到35Mpa进行蒙谝要注意，因为在高压情况下使用对机械使用寿命有影响；流量，大家知道，压力虽高，流量很小时，其切割土体效果不好，常用值为80～120L/min，有的设备静止运行能达到压力，一放水压力就下来了，说明该设备动力不足、设备小；喷嘴孔径，2～3mm，与水量配合，孔径小，压力高流量小，相反孔径大，压力低流量大。

浆：压力：双管20～25Mpa、三管1～3Mpa（01～0.5Mpa），双管浆液是压出去的，还承担切割土体和搅拌作用，所以要高压，而三管的浆液是流出去的，仅为渗透填充作用，不需要高压；流量：双重管50～120L/min，三重管50～120L/min，流量涉及到每分钟能进入土体的浆量，进浆量与压力、喷嘴孔径成正比；浆液比重1.6～1.7g/cm3（水灰比）。

空气：常为0.7Mpa，风量：双管1～2m3/min、三管0.5～2m3/min；

提升速度：双管10～20cm/min、三管7～14cm/min；

旋转速度：双管10～20rpm、三管11～18rpm。

先设定土体加固水泥含量，再设定加固体直径，每1米要用多少水泥，按水灰比计算出每m3水泥用量，再按水泥浆流量就能计算出提升速度，据此施工。假如在设定水压等参数试喷结果后，其直径未达到设计要求，对于水泥掺量或提升速度重新调正，直至满足设计要求。

需要浆量计算：Q＝πR2·K1H1＋πR12·K2H2   K1为0.5～0.75。

高压旋喷注浆技术除了土体加固外还用于大霸止水、下水道渗漏止水、沉井抬升、隧道顶加固、盾构进出口土体加固、基坑下暗撑加固、深基坑封底（宝钢1＃铁水坑－22m）、危房加固等永久和临时措施等。

  目前盾构进出洞土体加固，大多都采用SMW三轴搅拌桩工法，因为效果好，相对成本低。可有时候场地狭窄，三轴搅拌机施工空间不够，或者有管线交通影响，再或加固深度太深等原因，就会造选用高压旋喷加固土体的办法。还有的无法在地面进行垂直加固时，就需要采用水平旋喷加固方法加固土体。所以高压旋喷加固土体的应用也越来越广泛。

  现对三重管高压旋喷桩加固土体的施工要求、注意点和捡验方法介绍如下：

  ①、设备：高压旋喷桩施工必须先在地下引孔，在孔内放入喷管，开动高压水、压缩空气、注入水泥浆（预先搅拌好），逐渐提升迥转形成桩体。（介绍一下成桩机理）其设备要求：

  a、钻孔机：常用100型或300型液压钻孔机。为保持垂直度要求不加压钻进。孔径常采用Φ127mm。最小孔径不得小于91mm，以满足不小于旋喷杆直径。旋喷杆常用直径为Φ75mm～Φ90mm～108mm。

  b、高喷台车：具有行走、迥转、整平、调节垂直度功能。并能调节喷杆迥转速度和提升速度。有的还具有摆动式旋转功能。

  C、高压水泵：水泵压力在20～40Mpa、流量在50～120L/min。

  d、空压机：风压在0.7～0.8Mpa、风量8～10m3/min。

  e、泥浆泵：BW系列，压力5～7Mpa、流量40～120L/min。若采用单管或双管旋喷时应采用高压泥浆泵，压力在20～40Mpa、流量在60～150L/min。

  f、泥浆搅拌机、贮浆桶、排浆泵、高压胶管等应与所用设备配套。

  ②、施工准备：

a、场地平整：清除地表及地下障碍物，满足机械行走要求，开挖排浆沟、废浆堆集池等。

b、要有施工组织设计。包括平面布置图、设备材料堆放、配电供水设施、浆液配制要求、施工技术参数和质量安全技术措施等内容。

c、测量、放样、复核、验收。

d、施工前作高压注浆旋喷试验，以作为调整确认各施工参数。

e、各计量器具，如风量计、流量计、压力表、比重计等得到鉴定。

③、施工工艺：

a、钻引孔：孔位的平面偏差≤20mm、引孔的垂直偏差应控制在

≤0.5％。

b、高喷灌浆：先在地面上进行水、气、浆的试喷，合格后将喷管下到孔底，送入水、气、浆并开始迥转，待等到浆液冒出孔口后开始按规定参数，向上提升。提升速度误差要求＜5mm/min。

c、回灌：当孔口液面下降时，逐渐用水泥浆回灌，并多次进行，直至孔口液面不再下降。

d、及时引流清除从孔口上冒的浆液至堆放站。

④、高喷灌浆常用技术参数：

水  水压：20～30Mpa            流量：80～120L/min

浆  浆压：1～3Mpa              流量：100～150L/min

气  气压：0.5～0.7Mpa          风量：0.5～2.0m3/min

提升速度：7～14cm/min          旋转速度11～18rpm

⑤、喷射技术参数之间关系，可按下列方式测算：

a、喷射压力：ｐ＝0.225ρＱ2/（nμΦd02）2

b、喷射泵量：Ｑ1＝2.11nd02μΦ·ｐ/ρ

c、射流功率：Ｗ＝3p1.5d02n

d、三管旋喷注浆量：Ｑ2＝π/4·De2VK1

式中：p—喷射压力（MPa）；

     Ｑ1—喷射泵量（L/min）；

     ρ—喷射液体密度（g/cm3）；

      n—喷嘴个数；

     μ—喷嘴流量系数（圆锥形喷嘴μ≈0.95）；

     Φ—喷射流速系数（Φ≈0.97）；

     ｄ0—喷嘴出口内径（mm）；

     Ｗ—喷射流总功率（KW）；

     Ｑ2—注浆泵量（m3/min）；

   Ｄe—喷射体直径（m）；

   Ｖ—提升速度（m/min）；

   Ｋ1—充填率（0.75～0.9）。

  喷浆量还可以按体积法和喷量法来进行估算：

  体积法：π/4·Ｄe2Ｋ1Ｈ1（1＋β）＋π/4·Ｄ02Ｋ2Ｈ2；

  喷量法：Ｑ＝Ｈ1/Ｖ·ｑ（1＋β）。

式中：Ｑ—需要用的浆量（ｍ3）；

      Ｈ1—喷射长度（ｍ）；

      β—损失系数（0.1～0.2）；

      Ｄ0—注浆管直径（ｍ）；

      Ｋ2—未喷射范围土的充填率（0.5～0.75）；

      Ｈ2—未喷射长度（ｍ）；

      ｑ—单位时间喷射量（ｍ3/min）。

  介绍一下高喷技术用于止水防渗工程较成功例子：

工     程

3、注浆加固法：

  就是从地面上打一个孔，用管子把浆液（水泥浆、化学浆等浆液）注入需要加固的土中，改善土质， 强度提高，满足工程要求。就注浆方法而言，有多种形式，解说如下：

  ①渗透注浆：以渗透形式进入土中孔隙，其适用条件一般为砂性土为好，砂性土孔隙大，渗透材料粒径细小，在一定压力条件下进入土中孔隙而形成复合体， 土体强度提高。如果土体颗粒级配 好，孔隙细密，或粘性土，孔隙极小，注浆材料粒径超过孔隙直径，材料无法进入孔隙，这种工艺就不适用；

  ②劈裂注浆：所谓劈裂注浆，是将注浆压力提高到浆压能克服地层应力，引起地层结构破坏、扰动，使地层中原有孔隙或裂隙扩张，形成新的裂缝，使浆液扩散到土体中，使土体压密，强度提高。该工艺必须要有较高压力；

  ③压密注浆：浆液注入土体，把土体压密，浆液在注浆管周围形成灯泡形圆柱体，使土体中孔隙水，空气压出、土体强度提高（常用双液注浆）；

  ④化学注浆：当颗粒细、裂隙小土体，一般材料无法进入孔隙，可用真溶液的化学浆液注浆，如水玻璃（含水硅酸钠Na2O.nSio2）＋硫酸、聚氨酯系列、丙稀酰胺类，一般土建工程中用得很少。

   灌浆的方法有普通的花管灌浆，直接把打有出浆孔的花管打入土中，适合砂砾石地层；普通地层是先钻孔，孔直径比花管大一些，放入花管，花管出浆口用橡套封闭，花管与土壁之间灌入称为套壳料的水泥＋粘土浆作为封闭，到有一定强度时开始注浆，注浆管出口两边有橡套密封，深入花管任一出口处，压浆时，浆液冲破橡套、套壳料后进入地层；目前简单注浆法就钻孔后插入注浆管，上部孔口封闭，通过双管进入地层，在出浆口设Y型混合器，出浆后立即凝固。如果发生冒浆、串浆时可采用间隙注浆。总之，注浆可解决很多工程问题，然而注浆好坏出入很大。

  水玻璃与水泥浆的配合比例可现场试验决定，现介绍如下配比：

  先了解一下有关水的术语，

   表层潜水：即为地层表面的素填土、在隔水层以上浅层土的滞水，该层水与大气降水有明显关系，与邻近河流相通；

   隔水层：地层土是一种成层结构有多种地层构成，其中有几层为粘性土，其渗水系数很小，水基本通不过，这种地层就称为隔水层，上面水渗不下去，下面承压水层水渗不上来；

   承压水：含有一定压力的水，假如我们打穿隔水层直到承压水层，因为该层水有压力，他就上升上来，如果冲到地面就变成泉水了。

   本工程地下水状况：

①耕土、杂填土            

③砂质粘土                渗透系数1.0～5.0E-3（透水层）

④3淤泥质粘质粉土         渗透系数4.0E-6（隔水层）

⑥3粉砂                   渗透系数4.0E-3（透水层）

⑦粉质粘土                渗透系数9.0E-7（隔水层）

⑧粉质粘土                渗透系数4.0E-6（隔水层）

⑿粉砂、砂砾、园砾。

   每天24小时×60分钟×60秒＝86000秒

   ③土为3×0.001×86000＝258cm/d（在1个水力梯度）

   ④3土为4×0.000001×86000＝0.34cm/d

   ⑥3土为4×0.001×86000＝344cm/d

   上层潜水层：①、③杂填土和砂质粘土层；

   隔水层：④3淤泥质粘质粉土层；

   第一承压水层：⑥3粉砂层

   第二隔水层为：⑦、⑧粉质粘土层

   第二承压水层：⑿粉砂、砂砾、园砾层。

  这些有什么意义呢？

   由于第一承压水层压力能到达地面以下6.0m，当我们在开挖深基坑时，在超过地下6.0m以上时，承压水对基坑造成向上顶托，当顶托力超过基坑下土体到承压水层层面重力时，基坑会发生突涌，即基坑开挖到一定深度时就出事故了，这是不允许的。经计算，第一承压水层必须降到地面下10.0m基坑开挖才不会发生突涌。第二承压水层的压力在地面下8.0m，由于基底到第二承压水层层面较厚，经计算不会发生突涌。为此要安全开挖基坑必须降低承压水层，以安全施工。

   其次，当基坑开挖时，上层土含有潜水，使基坑内都是水，人和机械都下不去，怎么工作，原则上，地下水的水位必须低于施工面0.5～1.0m以下才能工作，所以基坑开挖前必须疏干基坑内的地下水，逐层开挖，逐层疏干。

   ①疏干井与降压井：

   井的构造：有钢管、有塑料，过去用混凝土管。井的构造目前常用300mm直径的塑料管，对疏干井来说，从井口2.0m以下管身上钻孔，孔隙率一般达8％，在管身外缠绕尼龙虑网，井下留出0.5m长沉殿管，以沉殿流入管内的杂质，管身外填充干净的中粗砂，上口2.0m用粘土封口密闭。对降压井来说管身常用３～4mm厚铁皮管，在需要降压的土层段管身上钻孔，钻孔率要求达到30％，再缠绕过滤网，降压土层上部用粘土与其他土层隔理。

   降水原理就是土中的水流向钻孔孔壁，通过填入井口中的中细砂层，再通过滤网及井壁上的孔洞流入井底，流入井底的水用潜水泵泵出地面，土体中水不断流入井内，流入井内的水再泵出地面，土体中水越来越少，不断下降，达到降水目的。正常情况是，开始水量很多，因为全井管在渗水，随着时间推移，上部水没有了，这有下部水，水量就越来越少。至于降压井由于水量丰富，渗水层不断补充，水抽不完，不断抽，才能降低水位，满足施工要求。降压井如果水量很丰富，就要更换大一点泵，以满足需要。

   ②井的做法：钻孔到设计深度——清孔(使泥浆比重下降)——放入做好井管（确保井管在桩孔中间位置）——边向井管内冲水边在井管与孔壁间填砂直至孔口下2.0m（降压井仅垫到承压水层上1.0m）——停止冲水用粘土封口到地面——洗井（喷水活塞或拉活塞真空或压缩空气，目的是去除钻孔壁泥皮、井内泥浆、钻孔时渗入土体中泥浆，使成清洁滤井）—按泵试抽。

  ③井的布置：从理论上说要按照降水的深度、土的渗透系数、计算出出水量，估算单井出水量（或试验），确定井数间距。这种方法科学的，但提供数据出入较大，计算太复杂。常用方法是根据土质情况按经验确定，如砂性土200～400m2一口、粉砂土150～250m2一口来确定，本工程疏干井按15.0m一口，即225m2布置一口来计算（介绍七格污水场降水情况）。

   应注意的问题：井一定要做好，要出好水，出多水，不能出含有粉细砂的混水造成土体流失而引起沉降；要十分重视洗井这一工序，用塑料管的井是不能用活塞洗井的，只能用压缩空气洗井，要知道化了钱一定要做好的井，否则达不到降水疏干目的而影响工程；井管做好后要保护好，不要被设备人为破坏掉；

  ④降水对周围环境的影响：土体是由固体颗粒、空气和水组成，土颗粒周围存在三种水，强结合水、弱结合水和自由水，自由水是可以流动的，所以我们的降水就是土中的自由流动水。

  疏干井降的是地表层的潜水，土体中水被抽出，原来自由水占有空间被颗粒压缩造成土体紧缩，宏观上形成地面沉降，由于地下水位沉降曲线为一向抽水井倾斜漏斗状曲线，其沉降线也是近井处多、远井处少规律。至于沉降量多少就要看⑴降水深度是多少，越深沉得越多，影响范围越大，反之亦然；⑵看土体中含水量多少来定，自由水量丰富，必定沉得多（介绍高速公路大厚度淤泥质土）。

  为减少降水沉降危害，常用对策是：⑴控制降水，使降水漏斗平缓，变差异沉降为均匀沉降；⑵少降水，沉降少，差异沉降也小；⑶采用有影响的区域进行打防渗墙（水泥搅拌桩）隔理；⑷回灌，把抽出的水打到回灌井中再渗入土中，使有影响区域水位不降（介绍七堡污水处理厂工程）；⑸管线的跟踪注浆，当无法隔理可以对管线作跟踪注浆，沉多少，通过注浆抬升多少。今天沉了今天就注，明天沉了明天还注，保持地面沉了而管线不沉。

  对于降压井由于降的是承压水，只是降低水头，土中还有水，相对引起沉降也小，承压水又会源源不断补充，再加上深层土体颗粒紧密接触，压不下去，就是沉降也是均匀的，危害性小。

  ⑤注意点：不能抽出的是混水，混水就是含有土颗粒，土颗粒流失会造成地面大量沉降（要求土颗粒含量：粗砂为：1/5万、中砂为1/2万、细砂为1/1万，这是规范规定的）；泵的大小要调整，出水量大的井用小泵，降水效果差，出水量小的井用大泵，浪费电，弄不好无水运转烧坏电机；注意水位观察，常规一天二次，不要超降，按设计施工要求控制；周围环境的沉降观察必须正确及时，以指导施工，及时作出决策。总之，要求现场施工管理人员必须时刻注意降水施工的各项施工参数是否在设计所允许范围内运行，否则请分析原因，立即采取措施，以达到设计要求。

  关于回灌技术：降水对地下工程施工而言，不论是基坑开挖还是盾构进出洞，都是很好的施工措施，有的还是必不可少的。然而土体是由土颗粒、水和空气组成的。在几万年、几十万年时间里，三者从上到下形成了平衡状态，土体不会有什么变化。倘若我们突然将土体中的水分去除，三者形成不平衡，为了达到新的平衡，土体颗粒去填充流失的水的空间，从而发生了土体沉降。土的密实度大，沉降就小，密实度小沉降就大。沉降值达到一定限度，就会引起降水点周围建筑物、地下管线受到威胁。尤其是不均匀沉降更能引起重大事故。有的工程必须降水，但又不能危害到周围建筑物或地下管线。遇到这种情况时常采用以下二种办法解决。一种是封闭，一种是回灌。

  封闭技术即降水区与需要保护区之间先建造一道隔理屏障，（常用SMW工法桩或高压旋喷桩）使降水时，屏障外的水不会流入降水区，周围建筑和地下管线得到了保护。

  回灌技术即在降水区与需要保护区之间设置一道回灌区。回灌区的做法是，先挖一条高0.5～1.0m，宽0.3～0.6m沟，沟内铺填粗砂或碎石，沟内每隔一定距离打入管壁开孔的注水管，注水管的长度由土质情况决定。降水时，深井抽出的水灌入沟槽内，沟槽内的水通过埋入的注水管渗入地下。由此形成了降水区水位下降到所需要高度，保护区水位由于注水沟槽不断注入地下而保持动态平衡。从而达到工程降水目的而不影响周围环境。

  5、冷冻法：（另设专题讨论）

三、进出洞土体加固施工质量控制与检测

  关于控制：无论是采用高压旋喷法、水泥土搅拌法、冻结法等，其加固土体都需要钻孔这一工序，因此钻孔垂直度是我们关心重点。规范要求钻孔垂直度小于1％，其含意是使二个桩体在地底下不形成“开裤衩”现象。设想一下，如果偏差达1.5％，当加固深度达30m时，又假设一根桩向左偏、一根桩向右偏，就会形成2×30m×1.5％＝0.9m的空隙，而形成开衩，使加固体不密实而形成渗漏点。在盾构进出洞时形成风险；其次是搅拌的均匀性和旋喷的均匀性，不得有断层、断桩，而形成加固死角形成风险。因此现场管理中，搅拌杆、旋喷杆的垂直度是关心重点，其次是供浆泵的压力恒定和泵送的连续性。能掌握这二点，风险大大改小。

  关于检测：高压旋喷桩和水泥土搅拌桩必须现场钻孔取样，并做抗压、抗渗试验，查验桩体的均匀性。特别提醒的是钻孔样芯要密封送检，才能反映加固体真实强度。

  冷冻加固体质量是通过测温孔来检测加固体质量的。测温孔打在二个冻结孔之间和冻结体外侧。通过测温判断冻结柱是否交圈，并推算冻结体强度。冻结加固体质量，最重要的是冻结孔钻孔孔位偏差和垂直度偏差。超过偏差要求时必须重新钻孔。

                         2010-1-30