浅谈复杂地质条件下地铁隧道降水工程洞内辅助措施的应用
随着中国经济的急速发展，超大型城市应运而生，但是随着城市规模的不断扩大，交通拥堵问题成为了制约城市经济发展的难题之一。以地铁为代表的轨道交通，成为解决超大城市交通拥堵病一种重要手段，在近二十年中得到了快速发展，以北京为例已开通地铁里程超过500公里，预计2020年达到1000公里。
北京地铁大部分穿行于市区繁华区域，而北京地区地质条件又以厚度较大的第四系堆积物为主，地下水位埋藏较浅，暗挖隧道施工往往受到地下水渗流作用的影响，极易造成隧道内涌水、流砂，严重则引起隧道结构坍塌，造成质量及安全事故，所以暗挖隧道施工往往需辅助于隧道外降水工程，但由于区域地质条件复杂，在多层含水层和隔水层的影响下，隧道内常出现局部残留涌水，对结构施工造成较大影响，因此降水洞内辅助措施的应用就显得尤为必要。
1.工程背景
1.1工程概况
北京地铁X线某区间出入段线采用暗挖法+明挖法施工，区间结构埋深为0～15m。隧道自上而下地层情况为：粉土、粉质粘土、粉细砂、粉质粘土、中粗砂。隧道底部偏上主要为起伏不平的粉质粘土隔水层，中拱上部大部分为粉细砂层，隧道底部以下部分区域揭露中粗砂层。
1.2场区地下水情况
本场区内主要赋存二层地下水，自上至下分别为第一层为上层滞水，仅部分钻孔揭露，第二层为潜水。
第一层：上层滞水（一）：含水层岩性为粉土②层、粉土③层以及局部填土层，水位标高为22.02～21.11m，水位埋深3.4～4.7m，该层水分布不连续，透水性较差。
第二层：潜水（二）：含水层岩性为粉细砂④3层，钻孔揭露含水层厚度0.4～3.8m，水位标高为14.24～11.82m，水位埋深为10.35～13.38m，分布较连续。
2.隧道暗挖过程中受到地下水影响原因分析及处理措施
2.1受到地下水影响原因分析
隧道暗挖段主要受到潜水（二）影响，隧道开挖大部分处于粉细砂层，并且局部隧道底部偏上存在连续的粉质粘土隔水层，隧道与地层关系见图1。暗挖施工过程中，在隧道底部粉细砂与粉质粘土交界面，出现无规律的层间涌水，伴随有流砂现象发生，初支结构后面底部出现局部流空，锚喷混凝土困难，严重影响施工进度，并且有造成上部粉细砂层坍塌的风险。
本工程采用隧道外抽渗结合管井降水，在隧道两侧按6米间隔均匀布置，施工过程中，降水井水位监测结果均满足降水设计要求，可排除降水工程不利造成的影响。由此，在结合地层情况分析可知，层间涌水位置为粉砂层与粉质粘土交界面处，受粉砂层渗透性不良及粉质粘土隔水层起伏不平的双重影响，导致潜水（二）层难以疏干，当隧道结构面临空时，水在自重作用下向临空面流出。
2.2处理措施
在出现粉砂层流砂后，引起了隧道中上部粉细砂层坍塌，增加了初支及锚喷的难度，严重拖延了施工进度，并且从地面沉降监测点监测数据反馈的信息分析，流砂亦加剧了区域地面沉降，对周边环境及隧道施工造成极大的安全隐患。
根据上述原因分析及多次论证，决定采用洞内真空管降水辅助措施，在隧道底部断面粉砂层与粘性粉土交界面及交界面以上50cm处对称布设真空管，斜下向外侧打插，真空管单根长度为5m，外倾及向前下倾角度均为30°。
集水主管采用Φ75mm钢管，按0.5m间距布置支管连接口，支管采用Φ32mm钢管，管身按10cm间距梅花型布置6mm透水孔，管外螺旋包100目滤网，降低粉细砂流失率。
2.3降水效果
采用断面真空降水处理措施后，通过真空抽水，在断面开挖前超前将层间涌水排走，使断面开挖时基本处于无水作业状态，减小了由于层间涌水渗流引起的流砂对结构施工及安全的影响，加快了工程进度，并且由地面沉降监测点的监测结果可知，通过该措施对地面沉降的控制也起到了很好的促进作用。
3.结语
1）在暗挖隧道施工过程中，隧道结构处于含水层与隔水层交替出现的复杂地质条件下，往往在隔水层界面常出现层间涌水，特别是上层含水层颗粒较小，渗透性差，通过洞外降水的方法很难达到疏干的效果，因此为减少由于层间涌水渗流而造成流砂等影响，在洞内采取的真空降水措施是必要的，是对保证结构安全、顺利施工及减少沉降对周边的影响有着积极作用和良好效果的。
2）在结构施工前，通过分析隧道所处的地勘资料，可初步预判出结构易受层间涌水影响的范围，可酌情考虑不采用全隧道范围洞外降水，而是在重点区域采用局部洞外降水配合洞内降水的措施。这样既可以降低工程成本，亦可减少抽排地下水量，降低由于工程降水对周边环境的影响。
3）洞内真空降水措施沿洞壁两侧底部布置，大大减小了降水管对结构开挖施工的影响，并且在施工过程中降水管可反复利用，降水工程维护费用低。
4）暗挖结构施工过程中及时进行超期探测，根据探测结果灵活控制降水管数量及抽水情况，做到边超期探测，边布置降水管，边抽水，可避免不必要的经济及资源浪费。
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