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摘 要：地铁建设工程降水复杂程度及处理难度远高于一般基坑降水工程。文章以北京地铁三号线04合同段平房村站～东坝中街站区间为例，对6～8m低渗透性粉细砂地层隧道内降水处理施工技术进行分析，在采取地面管井降水+深孔注浆等措施进行降排水后仍存在层间残留水情况下，通过采用水平真空降水井施工工艺完成了降水井套管封堵，在接入真空泵以后完成了本次抽水施工。
关键词：低渗透性粉细砂地层;地铁建设工程;水平真空降水井
中图分类号：TQ177.4 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）09-0177-04
Research on Construction Technology of Horizontal Vacuum Drain Well in Tunnel of 6～8m Low Permeability Fine Sand Formation
Chen Kai
（Beijing Rail Transit Construction Management Co.， Ltd.， Bei Jing 100068， China）
Abstract：The complexity and difficulty of dewatering in subway construction engineering is much higher than that in general foundation pit dewatering engineering. The article takes the interval between Pingfangcun Station and Dongbazhongjie Station on Contract 04 of Beijing Metro Line 3 as an example， for 6 to 8 m low permeability silty sand stratum tunnel construction technology in the precipitation were analyzed， and the ground tube well precipitation + deep hole grouting and other measures still exist after draining water interlayer residual water conditions， through the adoption of horizontal vacuum dewatering well construction technology completed the dewatering well casing seal， after the access to the vacuum pump has completed the construction of pumping.
Key words：low permeability silty sand formation; subway construction project; horizontal vacuum dewatering well
0 引言
北京地鐵三号线04合同段平房村站～东坝中街站区间位于东坝中路下方偏西侧呈南北向敷设;区间长1137m。覆土深12.7～17.8m，采用暗挖法施工。区间包含停车线大断面和标准断面，大断面长345m，大断面与标准断面净距3.11m。区间共设置3处施工竖井及横通道，其中1号、2号横通道兼作区间联络通道。
区间主体位于东坝中路下方偏西侧呈南北向敷设，东坝中路交通繁忙，地下管线敷设密集，区间存在9个一级风险源，其中整条区间需平行穿越3200m×2500m雨水箱涵、φ1000污水、φ500中压燃气、18根10kV电力管线，施工难度大、风险高。在区间隧道进行开挖时，减少对地面、管线的影响，是极为重要的[1-3]。
整个区间地质情况较为复杂，拱顶粉细砂层厚度6～8m，停车线大断面拱脚处、标准断面拱顶位于粉细砂层和砂质粉土交接部位，对应交界处存在层间水（局部具有承压性），粉细砂层渗透性差，施工现场采取地面管井降水+深孔注浆等措施进行降排水，但开挖掌子面仍存在层间残留水，致使施工难度增加，进度无法保证，存在掌子面易不稳定等安全隐患。
1 水平真空降水井施工技术
1.1 施工工艺原理
施工工艺原理主要由以下3个方面：①选取轻盈、占据空间位置较小、可操作性强、适合在隧道内作业的机械进行施工。②层间残留水粉细砂层与黏土层互相不渗透，采用梅花套管通过真空泵的自吸力将不渗透处层间残留水进行吸排出，可以有效的保证施工安全质量。③套管之间连接及封堵采用堵漏灵进行封堵，保证密闭性[4-6]。
1.2 施工工艺流程
隧道内水平真空降水井施工工艺流程如图1所示。
1.3 施工方法
1.3.1 施工准备与水平真空降水井位置确定
水平真空降水井打设前对施工掌子面进行封闭处理，网喷8cm。根据层间水与施工掌子面的位置关系确定水平真空降水井的位置（如图2所示），机器调试完成之后，根据现场实际情况及孔位关系合理布置施工平台，施工平台固定完成之后采用定滑轮将钻机吊入指定位置。
1.3.2 水平真空降水井打设
（1）水平真空降水井打设。施工机械采用CSMG40型电动锚固钻机，将施工机械接入电源，同时准备集水箱并接入水源，水平井钻头选用齿轮状钻头，原理类似水钻方式进行打孔，单根钻杆钻入时间大约为3～5min，钻杆丝扣上磨打黄油后进行连接，钻杆搭接时间约2min，一根水平井打设完成时间约2h，单根水平井打设长度为15m，现场孔位布置根据实际情况微调，标准断面一组打设5根，分设在标准断面上台阶;停车线大断面一组打设4根，分设大断面1洞上下台阶处两侧，两侧一边2根，每根15m，机械调试及打设如图3所示。 （2）水平真空降水井套管。孔位打设完成之后进行套管，套入Φ50PVC花管，花管提前加工完成，花管孔间距15cm梅花布置，每根花管长4m，管与管之间采用套筒连接（如图4所示），最外一根套管预留1m实心管，套入完成之后将钻杆进行拔出，一根水平井打设完成，水平井每一循环打设完成时间1d。
（3）水平真空降水井套管封堵。一组水平真空井打设完成之后通过PVC管接入真空泵进行抽排水，PVC管与水平井搭接1～2m，真空井与PVC管之间采用纱布与堵漏灵进行封堵（如图5所示），真空泵抽出的水统一排入竖井集水坑中，最后统一抽出，真空泵开始抽水之后，一般抽水2～3d后根据掌子面水量情况进行开挖。
2 应用效果
2.1 水平真空降水井抽水量分析
水平真空降水井施工完成之后接入真空泵进行抽水，打设完成水平水套管之后会有水从管内流出，采用焊接0.5m×0.5m×0.7m小铁箱进行抽水量统计，小铁箱体积约为0.18m3，真空泵上装有压力表进行压力统计，可以得出抽水时间与抽水量、抽水压力变化关系如表1所示。
2.2 水平真空降水井适应性评价
水平真空降水井打设进度较快，约2～3h完成一根。接入真空泵抽水后，随着抽水时间的增加，抽水压力会越来越大，抽水量会减小，施工作业掌子面水量会减小，对于施工过程是有利的，可以减小开挖过程的难度[7]，解决了大量因深孔注浆、止水注浆损坏降水井，造成地面隆起形成监测预警。水平真空井打设完成后，深孔注浆只是进行拱顶加固即可，不需要进行止水，可以减少注浆量，缩短注浆时间，缩短对施工周期的影响。
水平真空降水井每循环打设长度为15m，打设完成之后洞内可以抽出大量的残留水，每循环打设完成后至少能开挖完成9.5m，洞内掌子面情况依然良好，相对于之前开挖状态（注浆12m，最多开挖4～5m，且伴有少量残留水）来说，通过打设水平真空井可以有效处理地质情况构造复杂、层间水难降、富水条件下洞内残留水，可以基本保证无水作业，进一步保证施工过程中的安全质量[8]。水平井使用前后工效指标及开挖过程效果图6所示，水平真空降水井使用前后工效指标对比如表2所示。
3 效益与前景分析
3.1 效益分析
区间隧道在进行开挖作业的过程中，受到层间残留水的影响，开挖过程中屡屡出现涌水涌砂的情况，现场施工进度缓慢且安全质量无法得到保障，特别是停车线大断面1洞施工2个月进尺不到10m。现场进行多次实验，通过多个方案对比最终采用隧道内水平真空降水井的工程措施对平房村站～东坝中街站区间进行区间开挖作业，施工进度日均增加1.4倍。解决了暗挖隧道地质情况构造复杂、层间水难降、富水条件下进行施工的难题，保证了平房村站～东坝中街站区间施工过程中的安全。
3.2 前景分析
本施工工艺适用于地质情况构造复杂、层间水难降、富水条件下隧道施工，可以基本解决暗挖隧道地质情况构造复杂、层间水难降、富水条件下进行施工的难题，通過此施工工艺，可以有效的提升施工生产进度，保证施工过程中的安全质量，可广泛应用于地质情况构造复杂、层间水难降、富水条件下隧道施工。
4 结语
综上所述，本文通过北京地铁3号线04合同段平房村站～东坝中街站区间施工实践，对6～8m低渗透性粉细砂地层隧道内水平真空降水井施工工艺关键技术及创新点进行总结。施工工艺关键技术方面，根据隧道内与层间水的位置关系合理布置孔位，保证抽水效果;隧道内水平真空降水井施工采用轻盈、占据空间位置较小、可操作性强的机械;水平真空降水井套管连接和封堵处理，保证洞内抽水效果;采用清理性较强的真空泵进行抽水。施工工艺创新点方面，在原有洞内真空抽排的基础之上，增大了抽水影响范围，增加了抽水距离，增加了角度的变化，同时水平真空井相对于原有插管抽排效果更好[9];水平真空井打设时间较短，缩短对施工周期影响，在原有真空抽排的基础之上可以减少人工的投入，抽水效果更好;解决了大量因深孔注浆、止水注浆损坏降水井，造成地面隆起形成监测预警，水平真空井打设完成后，深孔注浆只是进行拱顶加固即可，不需要进行止水，可以减少注浆量，缩短注浆时间;水平真空井可以适用于多种不良地质情况（粉细砂、卵石层等）、多种领域;水平真空井钻机轻盈，占据作业空间小，可操作性强。然而，本次施工仍然暴露出相关技术存在的部分问题，如：水平真空井受限于深孔注浆工艺，深孔注浆注浆长度决定于水平真空井打设长度，一般深孔注浆注浆长度为12m，水平真空井每循环打设为15m，每循环水平真空井打设长度过长深孔注浆过程中会造成管内堵塞，抽水效果降低;水平真空井打设完成后抽水过程中需要安排专人进行看守，防止开挖过程中损坏水平真空井影响密闭性，降低抽水效果;水平真空井钻杆钻进过程中容易造成周围土体不稳定，存在塌孔现象，对作业人员技术性要求较高等。这些问题仍需要在今后的理论实践中不断践行完善。
参考文献
[1] 乔马龙.超前水平真空降水在地铁浅埋暗挖隧道施工中的应用[J].石家庄铁道大学学报（自然科学版），2018，31：59-61.
[2] 赵乃志，张苏俊，陈桂凤.超强真空降水技术在基坑疏干降水中的深化设计及施工控制[J].施工技术，2017，46（7）：76-79.
[3] 王繁.真空深井降水技术在地铁施工中的应用研究[J].绿色交通，2017（9）：241-242.
[4] 侯维华.阳城隧道复杂地质方案设计与技术经济研究[J].施工技术，2020，49（S1）：572-579.
[5] 王盛印.水平真空降水在地铁施工中的应用[J].四川水泥，2020（03）：336.
[6] 王胜国.综合降水技术在胡麻岭隧道富水粉细砂地层中的应用[J].国防交通工程与技术，2018，16（02）： 53-58.
[7] 王志杰，徐君祥，徐海岩，等.第四系富水红砂岩地层隧道围岩变形特征研究[J].铁道工程学报，2018（09）：54-60+109.
[8] 丁远振，谭忠盛，马栋.高地应力断层带软岩隧道变形特征与控制措施研究[J].土木工程学报，2017，50（S1）： 129-134.
[9] 王昊.富水地层盾构区间暗挖联络通道及泵房防突涌施工技术研究[J].铁道建筑技术，2018（05）：70-73+115.
关键词：低渗透性粉细砂地层;地铁建设工程;水平真空降水井
中图分类号：TQ177.4 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）09-0177-04
Research on Construction Technology of Horizontal Vacuum Drain Well in Tunnel of 6～8m Low Permeability Fine Sand Formation
Chen Kai
（Beijing Rail Transit Construction Management Co.， Ltd.， Bei Jing 100068， China）
Abstract：The complexity and difficulty of dewatering in subway construction engineering is much higher than that in general foundation pit dewatering engineering. The article takes the interval between Pingfangcun Station and Dongbazhongjie Station on Contract 04 of Beijing Metro Line 3 as an example， for 6 to 8 m low permeability silty sand stratum tunnel construction technology in the precipitation were analyzed， and the ground tube well precipitation + deep hole grouting and other measures still exist after draining water interlayer residual water conditions， through the adoption of horizontal vacuum dewatering well construction technology completed the dewatering well casing seal， after the access to the vacuum pump has completed the construction of pumping.
Key words：low permeability silty sand formation; subway construction project; horizontal vacuum dewatering well
0 引言
北京地鐵三号线04合同段平房村站～东坝中街站区间位于东坝中路下方偏西侧呈南北向敷设;区间长1137m。覆土深12.7～17.8m，采用暗挖法施工。区间包含停车线大断面和标准断面，大断面长345m，大断面与标准断面净距3.11m。区间共设置3处施工竖井及横通道，其中1号、2号横通道兼作区间联络通道。
区间主体位于东坝中路下方偏西侧呈南北向敷设，东坝中路交通繁忙，地下管线敷设密集，区间存在9个一级风险源，其中整条区间需平行穿越3200m×2500m雨水箱涵、φ1000污水、φ500中压燃气、18根10kV电力管线，施工难度大、风险高。在区间隧道进行开挖时，减少对地面、管线的影响，是极为重要的[1-3]。
整个区间地质情况较为复杂，拱顶粉细砂层厚度6～8m，停车线大断面拱脚处、标准断面拱顶位于粉细砂层和砂质粉土交接部位，对应交界处存在层间水（局部具有承压性），粉细砂层渗透性差，施工现场采取地面管井降水+深孔注浆等措施进行降排水，但开挖掌子面仍存在层间残留水，致使施工难度增加，进度无法保证，存在掌子面易不稳定等安全隐患。
1 水平真空降水井施工技术
1.1 施工工艺原理
施工工艺原理主要由以下3个方面：①选取轻盈、占据空间位置较小、可操作性强、适合在隧道内作业的机械进行施工。②层间残留水粉细砂层与黏土层互相不渗透，采用梅花套管通过真空泵的自吸力将不渗透处层间残留水进行吸排出，可以有效的保证施工安全质量。③套管之间连接及封堵采用堵漏灵进行封堵，保证密闭性[4-6]。
1.2 施工工艺流程
隧道内水平真空降水井施工工艺流程如图1所示。
1.3 施工方法
1.3.1 施工准备与水平真空降水井位置确定
水平真空降水井打设前对施工掌子面进行封闭处理，网喷8cm。根据层间水与施工掌子面的位置关系确定水平真空降水井的位置（如图2所示），机器调试完成之后，根据现场实际情况及孔位关系合理布置施工平台，施工平台固定完成之后采用定滑轮将钻机吊入指定位置。
1.3.2 水平真空降水井打设
（1）水平真空降水井打设。施工机械采用CSMG40型电动锚固钻机，将施工机械接入电源，同时准备集水箱并接入水源，水平井钻头选用齿轮状钻头，原理类似水钻方式进行打孔，单根钻杆钻入时间大约为3～5min，钻杆丝扣上磨打黄油后进行连接，钻杆搭接时间约2min，一根水平井打设完成时间约2h，单根水平井打设长度为15m，现场孔位布置根据实际情况微调，标准断面一组打设5根，分设在标准断面上台阶;停车线大断面一组打设4根，分设大断面1洞上下台阶处两侧，两侧一边2根，每根15m，机械调试及打设如图3所示。 （2）水平真空降水井套管。孔位打设完成之后进行套管，套入Φ50PVC花管，花管提前加工完成，花管孔间距15cm梅花布置，每根花管长4m，管与管之间采用套筒连接（如图4所示），最外一根套管预留1m实心管，套入完成之后将钻杆进行拔出，一根水平井打设完成，水平井每一循环打设完成时间1d。
（3）水平真空降水井套管封堵。一组水平真空井打设完成之后通过PVC管接入真空泵进行抽排水，PVC管与水平井搭接1～2m，真空井与PVC管之间采用纱布与堵漏灵进行封堵（如图5所示），真空泵抽出的水统一排入竖井集水坑中，最后统一抽出，真空泵开始抽水之后，一般抽水2～3d后根据掌子面水量情况进行开挖。
2 应用效果
2.1 水平真空降水井抽水量分析
水平真空降水井施工完成之后接入真空泵进行抽水，打设完成水平水套管之后会有水从管内流出，采用焊接0.5m×0.5m×0.7m小铁箱进行抽水量统计，小铁箱体积约为0.18m3，真空泵上装有压力表进行压力统计，可以得出抽水时间与抽水量、抽水压力变化关系如表1所示。
2.2 水平真空降水井适应性评价
水平真空降水井打设进度较快，约2～3h完成一根。接入真空泵抽水后，随着抽水时间的增加，抽水压力会越来越大，抽水量会减小，施工作业掌子面水量会减小，对于施工过程是有利的，可以减小开挖过程的难度[7]，解决了大量因深孔注浆、止水注浆损坏降水井，造成地面隆起形成监测预警。水平真空井打设完成后，深孔注浆只是进行拱顶加固即可，不需要进行止水，可以减少注浆量，缩短注浆时间，缩短对施工周期的影响。
水平真空降水井每循环打设长度为15m，打设完成之后洞内可以抽出大量的残留水，每循环打设完成后至少能开挖完成9.5m，洞内掌子面情况依然良好，相对于之前开挖状态（注浆12m，最多开挖4～5m，且伴有少量残留水）来说，通过打设水平真空井可以有效处理地质情况构造复杂、层间水难降、富水条件下洞内残留水，可以基本保证无水作业，进一步保证施工过程中的安全质量[8]。水平井使用前后工效指标及开挖过程效果图6所示，水平真空降水井使用前后工效指标对比如表2所示。
3 效益与前景分析
3.1 效益分析
区间隧道在进行开挖作业的过程中，受到层间残留水的影响，开挖过程中屡屡出现涌水涌砂的情况，现场施工进度缓慢且安全质量无法得到保障，特别是停车线大断面1洞施工2个月进尺不到10m。现场进行多次实验，通过多个方案对比最终采用隧道内水平真空降水井的工程措施对平房村站～东坝中街站区间进行区间开挖作业，施工进度日均增加1.4倍。解决了暗挖隧道地质情况构造复杂、层间水难降、富水条件下进行施工的难题，保证了平房村站～东坝中街站区间施工过程中的安全。
3.2 前景分析
本施工工艺适用于地质情况构造复杂、层间水难降、富水条件下隧道施工，可以基本解决暗挖隧道地质情况构造复杂、层间水难降、富水条件下进行施工的难题，通過此施工工艺，可以有效的提升施工生产进度，保证施工过程中的安全质量，可广泛应用于地质情况构造复杂、层间水难降、富水条件下隧道施工。
4 结语
综上所述，本文通过北京地铁3号线04合同段平房村站～东坝中街站区间施工实践，对6～8m低渗透性粉细砂地层隧道内水平真空降水井施工工艺关键技术及创新点进行总结。施工工艺关键技术方面，根据隧道内与层间水的位置关系合理布置孔位，保证抽水效果;隧道内水平真空降水井施工采用轻盈、占据空间位置较小、可操作性强的机械;水平真空降水井套管连接和封堵处理，保证洞内抽水效果;采用清理性较强的真空泵进行抽水。施工工艺创新点方面，在原有洞内真空抽排的基础之上，增大了抽水影响范围，增加了抽水距离，增加了角度的变化，同时水平真空井相对于原有插管抽排效果更好[9];水平真空井打设时间较短，缩短对施工周期影响，在原有真空抽排的基础之上可以减少人工的投入，抽水效果更好;解决了大量因深孔注浆、止水注浆损坏降水井，造成地面隆起形成监测预警，水平真空井打设完成后，深孔注浆只是进行拱顶加固即可，不需要进行止水，可以减少注浆量，缩短注浆时间;水平真空井可以适用于多种不良地质情况（粉细砂、卵石层等）、多种领域;水平真空井钻机轻盈，占据作业空间小，可操作性强。然而，本次施工仍然暴露出相关技术存在的部分问题，如：水平真空井受限于深孔注浆工艺，深孔注浆注浆长度决定于水平真空井打设长度，一般深孔注浆注浆长度为12m，水平真空井每循环打设为15m，每循环水平真空井打设长度过长深孔注浆过程中会造成管内堵塞，抽水效果降低;水平真空井打设完成后抽水过程中需要安排专人进行看守，防止开挖过程中损坏水平真空井影响密闭性，降低抽水效果;水平真空井钻杆钻进过程中容易造成周围土体不稳定，存在塌孔现象，对作业人员技术性要求较高等。这些问题仍需要在今后的理论实践中不断践行完善。
参考文献
[1] 乔马龙.超前水平真空降水在地铁浅埋暗挖隧道施工中的应用[J].石家庄铁道大学学报（自然科学版），2018，31：59-61.
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[3] 王繁.真空深井降水技术在地铁施工中的应用研究[J].绿色交通，2017（9）：241-242.
[4] 侯维华.阳城隧道复杂地质方案设计与技术经济研究[J].施工技术，2020，49（S1）：572-579.
[5] 王盛印.水平真空降水在地铁施工中的应用[J].四川水泥，2020（03）：336.
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[8] 丁远振，谭忠盛，马栋.高地应力断层带软岩隧道变形特征与控制措施研究[J].土木工程学报，2017，50（S1）： 129-134.
[9] 王昊.富水地层盾构区间暗挖联络通道及泵房防突涌施工技术研究[J].铁道建筑技术，2018（05）：70-73+115.