真空輕型井點降水方法

2024-03-21 14:12:05 2

專利名稱：真空輕型井點降水方法
技術領域：
本發明涉及一種真空輕型井點降水方法在隧道施工中的運用。
背景技術：
隨著國民經濟的發展，鐵路建設中隧道的修建數量日益增多。國內隧道施工中， 由於隧道受選線條件的限制，個別隧道勢必要經過一些水文、地質條件差，無形中加大了隧道的施工難度。如桃樹坪隧道，地質圍巖為第三系富水、弱膠結粉細砂巖，滲透係數為 8. IX 10_4Cm/S 9. 26X l(T4Cm/S，洞內日平均湧水量在570m3以上，設計為單洞雙線隧道， 隧道長3225m，全隧均為VI級圍巖，施工難度大，為極高風險隧道，被國內隧道專家定性為 「國內罕見，世界難題」。在整個隧道施工中降水是關鍵，降水的成敗直接影響著隧道施工安全質量及進度，針對該種地層，選擇合理的降水工藝顯得尤為重要。在該隧道，降水是建造隧道的關鍵工序，該工序施工技術的優劣將直接影響到隧道施工的整體布局和經濟效果，是工程施工成敗的關鍵。在國內隧道降水的形式有各種各樣，降水一直是隧道修建中的技術難點之一，隨著降水理論與技術裝備的不斷提高，各種各樣的降水工藝在隧道中應用越來越廣泛。如何才能保證降水的最佳效果，是施工不斷改進和研究的方向，而真空輕型井點降水技術在隧道中的應用，在國內類似成功案例較少。

發明內容
本申請人承建了蘭渝鐵路桃樹坪隧道4#斜井中的前期施工遺留的50. 7m斜井和 505m正洞施工。施工中針對該隧道滲透係數小且日湧水量大的特點，摒棄了前期施工中不降水或局部只降開挖輪廓線內的地下水，未形成完整的隧道降水系統且盲目冒進的施工理念，而積極探索，認真研究，針對該種地層經過多次試驗、分析、總結，首次提出「開挖輪廓線外超前降水」的理念，最終確定了本申請的真空輕型井點降水方法，並將該降水方法納入日常工序管理之中，使隧道降水形成一個系統工作正常運轉。該真空輕型井點降水方法利用真空原理，使土中的水分和空氣受真空吸力作用而產生水氣混合液，經管路系統向上被吸入到水氣分離器中。由於空氣比水輕，空氣幾經分離器上部由真空泵排出。在降水深度範圍內，土體的重度由原來的浮重狀態逐步改變為飽和重度，土體內部應力改變，增加了垂直附加土壓力，土層在增加的自重應力作用下逐漸固結，增大土體抗剪強度，提高圍巖的穩定性。根據本發明的一個方面提供了一種斜井用真空輕型井點降水方法，包括以下步驟在掌子面拱頂一定角度範圍內，按照一定的環向間距布設至少一排掌子面超前真空降水管；開挖上臺階，在上臺階拱腳下一定距離處安設至少一排第一真空降水管；以及開挖中臺階，在中臺階拱腳下一定距離處安設至少一排第一真空降水管。進一步，該方法包括開挖下臺階，在下臺階或仰拱底面處安設至少一排第二真空降水管。進一步，該方法包括在斜井上臺階下一定距離處安設至少一根水平超前真空降水管。進一步的，掌子面超前真空降水管、第一和第二真空降水管以及水平超前真空降水管均與集水總管連接，將水通過集水總管排出。進一步的，位於上臺階拱腳下的第一真空降水管、位於中臺階拱腳下的第一真空降水管以及位於下臺階或仰拱底面處的第二真空降水管的縱向間距為0. 5m。進一步的，至少一排掌子面超前真空降水管布設在掌子面拱頂120°範圍內，環向間距0.細，每根掌子面超前真空降水管長度為細，外插角5° 10°，縱向搭接不小於lm。進一步的，在上臺階和中臺階兩側拱腳下50cm處各安設一排長度^!的第一真空降水管，外插角60°。進一步的，在下臺階兩側或仰拱底面兩側各安設一排長度5m的第二真空降水管， 外插角30°。進一步的，在斜井上臺階下50cm處安設3根水平超前真空降水管(8)，每根水平超前真空降水管長度為細。根據本發明的另一方面提供了一種正洞用真空輕型井點降水方法，包括以下步驟在掌子面拱頂一定角度範圍內，按照一定的環向間距布設至少一排掌子面超前真空降水管；開挖左、右側壁I部和III部，在I部和III部拱腳下一定距離處安設至少一排第一真空降水管；以及開挖左、右側壁II部和IV部，在II部和IV部拱腳下一定距離處安設至
少一排第一真空降水管。進一步，該方法包括開挖左、右側壁V部和VI部，在V部和VI部或仰拱底面處安設至少一排第二真空降水管。進一步，該方法包括在正洞左、右側壁的I部和III部下一定距離處安設至少一根水平超前真空降水管。進一步，該方法包括在正洞左、右側壁大跨位置II部和IV部下一定距離處安設至少一根水平超前真空降水管。進一步的，掌子面超前真空降水管、第一和第二真空降水管以及水平超前真空降水管均與集水總管連接，將水通過集水總管排出。進一步的，位於左、右側壁的I部和III部拱腳下的第一真空降水管、位於左、右側壁的II部和IV部拱腳下的第一真空降水管以及位於左、右側壁的V部和VI部或仰拱底面處的第二真空降水管)的縱向間距為0.5m。進一步的，在左、右側壁縱向布置的I部和III部、II部和IV部、以及V部和VI部之間通過水平支撐裝置分隔。進一步的，至少一排掌子面超前真空降水管布設在掌子面拱頂120°範圍內，環向間距0.細，每根掌子面超前真空降水管長度為細，外插角5° 10°，縱向搭接不小於lm。進一步的，在左、右側壁的I部、III部、II部和IV部拱腳下50cm處各安設一排長度細的第一真空降水管，外插角60°。進一步的，在左、右側壁的V部和VI部處或仰拱底面兩側各安設一排長度5m的第二真空降水管，外插角30°。進一步的，在正洞左、右側壁的I部和III部下50cm處安設3根水平超前真空降水管，每根水平超前真空降水管長度為細。
進一步的，在正洞左、右側壁大跨位置II部和IV部下返50cm處安設5根水平超前真空降水管，每根水平超前真空降水管長度為細。由於採用了本發明的真空輕型井點降水方法，保證了隧道開挖正常進行。施工進度是前期的2倍以上，且施做後的初期支護未出現較大變形、開裂，安全質量均得到保證， 施工得到徹底改觀。根據隧道採用的開挖工法有針對性地布置降水管，解決了隧道「水」的難題，給開挖提供了根本保障。且該工藝簡單，施工操作方便；能耗低，施工成本低，降水效果好；施工設備配套簡單，減少了採用其他降水工法時大型設備的安設，安裝簡單，可操作性強，維修保養方便。


圖1為斜井降水管布設圖；圖2為正洞雙側壁施工降水管布設圖；圖3為降水管布設縱斷面圖；
圖4為降水管布設平面圖；圖5為湧水量計算簡圖。圖中1-掌子面超前真空降水管；2-第一真空降水管；3-第二真空降水管；4-初支輪廓線；5-設計中線；6-上臺階；7-集水總管；8-水平超前真空降水管；9-中臺階； 10-下臺階；11-內軌頂面；12-仰拱底面；13-1部；14-11部；15-V部；16-111部；17-IV部； 18-VI部；19-抽水機；20-真空泵；21-降水管；22-連接管；23-掌子面
具體實施例方式下面，以申請人承建的蘭渝鐵路桃樹坪隧道4#斜井中的前期施工遺留的50. 7m 斜井和505m正洞施工工程為例，介紹本申請的真空輕型井點降水方法。其中涉及的角度、 距離、長度、降水管數量以及選材均是根據該具體工程的實際情況，結合本領域的常識確定的。本領域技術人員應該知道，這些角度、距離、長度、降水管數量以及選材不局限於這裡描述的情況，可以根據工程實際需要作出適當的選擇，以達到良好的降水效果。斜井降水管布設具體見圖1，正洞雙側壁施工降水管布設見圖2，降水管布設縱斷面見圖3，降水管布設平面圖見圖4。圖1中洞內水平真空輕型井點降水在掌子面拱頂120°範圍內，按環向間距0. ! 布設長的掌子面超前真空降水管1，外插角5° 10°，縱向搭接不小於Im;如無法滿足拱部開挖要求，拱頂降水管間距調小，進行加密。洞內垂直真空輕型井點降水首先，開挖上臺階6，在上臺階6兩側拱腳下返h = 50cm各安設一排長度^!第一真空降水管2，外插角60°。然後，開挖中臺階9，在中臺階9 兩側拱腳下返h = 50cm各安設一排長度^!第一真空降水管2，外插角60°。為了降低仰拱底部水位，可在開挖下臺階10後，在下臺階10兩側或仰拱底面12 兩側各加設一排第二真空降水管3，外插角30°，長度5m。位於上臺階兩側拱腳下的第一真空降水管2、位於中臺階兩側拱腳下的第一真空降水管2以及位於下臺階兩側或仰拱底面兩側的第二真空降水管3的縱向間距為0. 5m，第一和第二真空降水管均與集水總管7連接，將水通過集水總管7排出。
此外，可在斜井上臺階6下返h = 50cm設3根細長水平超前真空降水管8。圖2中洞內水平真空輕型井點降水在掌子面拱頂120°範圍內，按環向間距0. ! 布設長的掌子面超前真空降水管1，外插角5° 10°，縱向搭接不小於Im;如無法滿足拱部開挖要求，拱頂降水管間距調小，進行加密。洞內垂直真空輕型井點降水首先，開挖左、右側壁I部13和III部16，在I部13 和III部16拱腳下返h = 50cm安設一排長度^!第一真空降水管2，外插角60°。然後， 開挖左、右側壁II部14和IV部17，在II部14和IV部17拱腳下返h = 50cm安設一排長度^!第一真空降水管2，外插角60°。為了降低仰拱底部水位，開挖左、右側壁V部15和VI部18，在V部15和VI部18 或仰拱底面兩側各加設一排第二真空降水管3，外插角30°，長度5m。在左、右側壁縱向布置的I部13和III部16、II部14和IV部17、以及V部15和 VI部18之間通過水平支撐裝置分隔。位於左、右側壁的I、III部拱腳下的第一真空降水管2、位於左、右側壁的II、IV 部拱腳下的第一真空降水管2以及位於左、右側壁的V、VI部或仰拱底面兩側的第二真空降水管3的縱向間距為0. 5m，第一和第二真空降水管與集水總管7連接，將水通過集水總管7 排出。此外，可在正洞左、右側壁的I部13、III部16下返h = 50cm各布設3根細長水平超前真空降水管8 ；在正洞雙側壁大跨位置II部14、IV部17下返h = 50cm各布設5根細長水平超前真空降水管8。如圖3和圖4所示，真空井點系統由降水管21 (管下端有濾管)、連接管22、集水總管7和抽水設備等組成，抽水設備可包括抽水機19和真空泵20。降水管21採用Φ 32mm PP2管，集水總管7採用Φ 75mm PP2管；插入土層的降水管21必須包雙層100目濾網。每排降水管與集水總管連接，集水總管7接入真空泵20。降水管和集水總管之間採用32mm鋼絲軟管連接，並在連接部位加設閥門，控制井管降水；集水總管和真空泵連接採用75mm鋼絲軟管連接。下面，介紹利用該真空輕型井點降水方法的施工方法。一、施工準備 1、編制真空輕型井點降水施工組織設計。2、降水管及集水總管的購置，集水總管的加工；3、根據現場實際情況，對隧道降水量進行建模選型，初步採用均質含水層潛水非完整井湧水量計算模式，計算得出570. 4m3/d，與現場實測湧水量接近。目前，隧道湧水量主要包括四周和坑底流入的水量。各參數取值如下K-滲透係數(m/d)，取0. 75m/d ；h_隧道動水位至含水層底板深度，取IOm ；S-基坑水位降深，取IOm ；R-影響半徑，i = 105·^ ,經計算為86. 6m ；H-潛水位高，取30m ；r0-基坑半徑，取15m。hm_平均深度，取20m ；L-濾水管有效長度取12m ；
權利要求
1.一種斜井用真空輕型井點降水方法，包括以下步驟在掌子面拱頂一定角度範圍內，按照一定的環向間距布設至少一排掌子面超前真空降水管⑴；開挖上臺階(6)，在上臺階(6)拱腳下一定距離處安設至少一排第一真空降水管O)；以及開挖中臺階(9)，在中臺階(9)拱腳下一定距離處安設至少一排第一真空降水管O)。
2.根據權利要求1所述的斜井用真空輕型井點降水方法，該方法進一步包括開挖下臺階(10)，在下臺階(10)或仰拱底面(12)處安設至少一排第二真空降水管(3)。
3.根據權利要求2所述的斜井用真空輕型井點降水方法，該方法進一步包括在斜井上臺階(6)下一定距離處安設至少一根水平超前真空降水管(8)。
4.根據權利要求3所述的斜井用真空輕型井點降水方法，其中掌子面超前真空降水管 (1)、第一和第二真空降水管0，3)以及水平超前真空降水管(8)均與集水總管(7)連接， 將水通過集水總管(7)排出。
5.根據權利要求2所述的斜井用真空輕型井點降水方法，其中位於上臺階(6)拱腳下的第一真空降水管O)、位於中臺階(9)拱腳下的第一真空降水管O)以及位於下臺階 (10)或仰拱底面(12)處的第二真空降水管(3)的縱向間距為0.5m。
6.根據權利要求1所述的斜井用真空輕型井點降水方法，其中至少一排掌子面超前真空降水管(1)布設在掌子面拱頂120°範圍內，環向間距0.細，每根掌子面超前真空降水管 (1)長度為細，外插角5° 10°，縱向搭接不小於lm。
7.根據權利要求1所述的斜井用真空輕型井點降水方法，其中在上臺階(6)和中臺階 (9)兩側拱腳下50cm處各安設一排長度^!的第一真空降水管O)，外插角60°。
8.根據權利要求2所述的斜井用真空輕型井點降水方法，其中在下臺階(10)兩側或仰拱底面(1 兩側各安設一排長度5m的第二真空降水管(3)，外插角30°。
9.根據權利要求3所述的斜井用真空輕型井點降水方法，其中在斜井上臺階(6)下 50cm處安設3根水平超前真空降水管(8)，每根水平超前真空降水管(8)長度為細。
10.一種正洞用真空輕型井點降水方法，包括以下步驟在掌子面拱頂一定角度範圍內，按照一定的環向間距布設至少一排掌子面超前真空降水管⑴；開挖左、右側壁I部(13)和III部(16)，在I部(13)和III部(16)拱腳下一定距離處安設至少一排第一真空降水管O)；以及開挖左、右側壁II部(14)和IV部(17)，在II部(14)和IV部(17)拱腳下一定距離處安設至少一排第一真空降水管O)。
11.根據權利要求10所述的正洞用真空輕型井點降水方法，該方法進一步包括開挖左、右側壁V部(15)和VI部(18)，在V部(15)和VI部(18)或仰拱底面(12)處安設至少一排第二真空降水管(3)。
12.根據權利要求11所述的正洞用真空輕型井點降水方法，該方法進一步包括在正洞左、右側壁的I部(13)和III部(16)下一定距離處安設至少一根水平超前真空降水管(8)。
13.根據權利要求12所述的正洞用真空輕型井點降水方法，該方法進一步包括在正洞左、右側壁大跨位置II部(14)和IV部(17)下一定距離處安設至少一根水平超前真空降水管⑶。
14.根據權利要求12或13所述的正洞用真空輕型井點降水方法，其中掌子面超前真空降水管(1)、第一和第二真空降水管0，3)以及水平超前真空降水管(8)均與集水總管(7) 連接，將水通過集水總管(7)排出。
15.根據權利要求11所述的正洞用真空輕型井點降水方法，其中位於左、右側壁的I 部(1 和III部(16)拱腳下的第一真空降水管( 、位於左、右側壁的II部(14)和IV部 (17)拱腳下的第一真空降水管O)以及位於左、右側壁的V部(1 和VI部(18)或仰拱底面(12)處的第二真空降水管(3)的縱向間距為0.5m。
16.根據權利要求11所述的正洞用真空輕型井點降水方法，其中在左、右側壁縱向布置的I部(13)和III部(16)、11部(14)和IV部(17)、以及V部(15)和VI部(18)之間通過水平支撐裝置分隔。
17.根據權利要求10所述的正洞用真空輕型井點降水方法，其中至少一排掌子面超前真空降水管(1)布設在掌子面拱頂120°範圍內，環向間距0.細，每根掌子面超前真空降水管(1)長度為細，外插角5° 10°，縱向搭接不小於lm。
18.根據權利要求10所述的正洞用真空輕型井點降水方法，其中在左、右側壁的I部 (13)、III部(16)、11部(14)和IV部(17)拱腳下50cm處各安設一排長度^!的第一真空降水管O)，外插角60°。
19.根據權利要求11所述的正洞用真空輕型井點降水方法，其中在左、右側壁的V部 (15)和VI部(18)處或仰拱底面(12)兩側各安設一排長度5m的第二真空降水管(3)，外插角30°。
20.根據權利要求12所述的正洞用真空輕型井點降水方法，其中在正洞左、右側壁的I 部(13)和III部(16)下50cm處安設3根水平超前真空降水管(8)，每根水平超前真空降水管⑶長度為細。
21.根據權利要求13所述的正洞用真空輕型井點降水方法，其中在正洞左、右側壁大跨位置II部(14)和IV部(17)下返50cm處安設5根水平超前真空降水管(8)，每根水平超前真空降水管(8)長度為細。
全文摘要
本發明提供一種真空輕型井點降水方法，包括以下步驟在掌子面拱頂一定角度範圍內，按照一定的環向間距布設至少一排掌子面超前真空降水管；開挖上臺階，在上臺階拱腳下一定距離處安設至少一排第一真空降水管；以及開挖中臺階，在中臺階拱腳下一定距離處安設至少一排第一真空降水管。根據隧道採用的開挖工法布置降水管，工藝簡單，施工操作方便；能耗低，施工成本低，降水效果好；施工設備配套簡單，減少了採用其他降水工法時大型設備的安設，安裝簡單，可操作性強，維修保養方便。
文檔編號E21F16/02GK102278142SQ20111011330
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月4日 優先權日2011年5月4日
發明者李建偉, 李志軍, 楊豔玲, 林琳, 洪開榮, 溫新亮, 王光偉, 王建軍, 王雄文, 陳慶懷, 龔天康 申請人:中鐵隧道集團二處有限公司