專利名稱：真空輕型井點(diǎn)降水方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種真空輕型井點(diǎn)降水方法在隧道施工中的運(yùn)用。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鐵路建設(shè)中隧道的修建數(shù)量日益增多。國(guó)內(nèi)隧道施工中， 由于隧道受選線條件的限制，個(gè)別隧道勢(shì)必要經(jīng)過一些水文、地質(zhì)條件差，無形中加大了隧道的施工難度。如桃樹坪隧道，地質(zhì)圍巖為第三系富水、弱膠結(jié)粉細(xì)砂巖，滲透系數(shù)為 8. IX 10_4Cm/S 9. 26X l(T4Cm/S，洞內(nèi)日平均涌水量在570m3以上，設(shè)計(jì)為單洞雙線隧道， 隧道長(zhǎng)3225m，全隧均為VI級(jí)圍巖，施工難度大，為極高風(fēng)險(xiǎn)隧道，被國(guó)內(nèi)隧道專家定性為 “國(guó)內(nèi)罕見，世界難題”。在整個(gè)隧道施工中降水是關(guān)鍵，降水的成敗直接影響著隧道施工安全質(zhì)量及進(jìn)度，針對(duì)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(guān)鍵工序，該工序施工技術(shù)的優(yōu)劣將直接影響到隧道施工的整體布局和經(jīng)濟(jì)效果，是工程施工成敗的關(guān)鍵。在國(guó)內(nèi)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(shù)難點(diǎn)之一，隨著降水理論與技術(shù)裝備的不斷提高，各種各樣的降水工藝在隧道中應(yīng)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(jìn)和研究的方向，而真空輕型井點(diǎn)降水技術(shù)在隧道中的應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)類似成功案例較少。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)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(duì)該隧道滲透系數(shù)小且日涌水量大的特點(diǎn)，摒棄了前期施工中不降水或局部只降開挖輪廓線內(nèi)的地下水，未形成完整的隧道降水系統(tǒng)且盲目冒進(jìn)的施工理念，而積極探索，認(rèn)真研究，針對(duì)該種地層經(jīng)過多次試驗(yàn)、分析、總結(jié)，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(qǐng)的真空輕型井點(diǎn)降水方法，并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(gè)系統(tǒng)工作正常運(yùn)轉(zhuǎn)。該真空輕型井點(diǎn)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(chǎn)生水氣混合液，經(jīng)管路系統(tǒng)向上被吸入到水氣分離器中。由于空氣比水輕，空氣幾經(jīng)分離器上部由真空泵排出。在降水深度范圍內(nèi)，土體的重度由原來的浮重狀態(tài)逐步改變?yōu)轱柡椭囟?，土體內(nèi)部應(yīng)力改變，增加了垂直附加土壓力，土層在增加的自重應(yīng)力作用下逐漸固結(jié)，增大土體抗剪強(qiáng)度，提高圍巖的穩(wěn)定性。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種斜井用真空輕型井點(diǎn)降水方法，包括以下步驟在掌子面拱頂一定角度范圍內(nèi)，按照一定的環(huán)向間距布設(shè)至少一排掌子面超前真空降水管；開挖上臺(tái)階，在上臺(tái)階拱腳下一定距離處安設(shè)至少一排第一真空降水管；以及開挖中臺(tái)階，在中臺(tái)階拱腳下一定距離處安設(shè)至少一排第一真空降水管。進(jìn)一步，該方法包括開挖下臺(tái)階，在下臺(tái)階或仰拱底面處安設(shè)至少一排第二真空降水管。進(jìn)一步，該方法包括在斜井上臺(tái)階下一定距離處安設(shè)至少一根水平超前真空降水管。進(jìn)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(jìn)一步的，位于上臺(tái)階拱腳下的第一真空降水管、位于中臺(tái)階拱腳下的第一真空降水管以及位于下臺(tái)階或仰拱底面處的第二真空降水管的縱向間距為0. 5m。進(jìn)一步的，至少一排掌子面超前真空降水管布設(shè)在掌子面拱頂120°范圍內(nèi)，環(huán)向間距0.細(xì)，每根掌子面超前真空降水管長(zhǎng)度為細(xì)，外插角5° 10°，縱向搭接不小于lm。進(jìn)一步的，在上臺(tái)階和中臺(tái)階兩側(cè)拱腳下50cm處各安設(shè)一排長(zhǎng)度^!的第一真空降水管，外插角60°。進(jìn)一步的，在下臺(tái)階兩側(cè)或仰拱底面兩側(cè)各安設(shè)一排長(zhǎng)度5m的第二真空降水管， 外插角30°。進(jìn)一步的，在斜井上臺(tái)階下50cm處安設(shè)3根水平超前真空降水管(8)，每根水平超前真空降水管長(zhǎng)度為細(xì)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面提供了一種正洞用真空輕型井點(diǎn)降水方法，包括以下步驟在掌子面拱頂一定角度范圍內(nèi)，按照一定的環(huán)向間距布設(shè)至少一排掌子面超前真空降水管；開挖左、右側(cè)壁I部和III部，在I部和III部拱腳下一定距離處安設(shè)至少一排第一真空降水管；以及開挖左、右側(cè)壁II部和IV部，在II部和IV部拱腳下一定距離處安設(shè)至
少一排第一真空降水管。進(jìn)一步，該方法包括開挖左、右側(cè)壁V部和VI部，在V部和VI部或仰拱底面處安設(shè)至少一排第二真空降水管。進(jìn)一步，該方法包括在正洞左、右側(cè)壁的I部和III部下一定距離處安設(shè)至少一根水平超前真空降水管。進(jìn)一步，該方法包括在正洞左、右側(cè)壁大跨位置II部和IV部下一定距離處安設(shè)至少一根水平超前真空降水管。進(jìn)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(jìn)一步的，位于左、右側(cè)壁的I部和III部拱腳下的第一真空降水管、位于左、右側(cè)壁的II部和IV部拱腳下的第一真空降水管以及位于左、右側(cè)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(jìn)一步的，在左、右側(cè)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(jìn)一步的，至少一排掌子面超前真空降水管布設(shè)在掌子面拱頂120°范圍內(nèi)，環(huán)向間距0.細(xì)，每根掌子面超前真空降水管長(zhǎng)度為細(xì)，外插角5° 10°，縱向搭接不小于lm。進(jìn)一步的，在左、右側(cè)壁的I部、III部、II部和IV部拱腳下50cm處各安設(shè)一排長(zhǎng)度細(xì)的第一真空降水管，外插角60°。進(jìn)一步的，在左、右側(cè)壁的V部和VI部處或仰拱底面兩側(cè)各安設(shè)一排長(zhǎng)度5m的第二真空降水管，外插角30°。進(jìn)一步的，在正洞左、右側(cè)壁的I部和III部下50cm處安設(shè)3根水平超前真空降水管，每根水平超前真空降水管長(zhǎng)度為細(xì)。
進(jìn)一步的，在正洞左、右側(cè)壁大跨位置II部和IV部下返50cm處安設(shè)5根水平超前真空降水管，每根水平超前真空降水管長(zhǎng)度為細(xì)。由于采用了本發(fā)明的真空輕型井點(diǎn)降水方法，保證了隧道開挖正常進(jìn)行。施工進(jìn)度是前期的2倍以上，且施做后的初期支護(hù)未出現(xiàn)較大變形、開裂，安全質(zhì)量均得到保證， 施工得到徹底改觀。根據(jù)隧道采用的開挖工法有針對(duì)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(jiǎn)單，施工操作方便；能耗低，施工成本低，降水效果好；施工設(shè)備配套簡(jiǎn)單，減少了采用其他降水工法時(shí)大型設(shè)備的安設(shè)，安裝簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，維修保養(yǎng)方便。


圖1為斜井降水管布設(shè)圖；圖2為正洞雙側(cè)壁施工降水管布設(shè)圖；圖3為降水管布設(shè)縱斷面圖；
圖4為降水管布設(shè)平面圖；圖5為涌水量計(jì)算簡(jiǎn)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(shè)計(jì)中線；6-上臺(tái)階；7-集水總管；8-水平超前真空降水管；9-中臺(tái)階； 10-下臺(tái)階；11-內(nèi)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(jī)；20-真空泵；21-降水管；22-連接管；23-掌子面
具體實(shí)施例方式下面，以申請(qǐng)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(qǐng)的真空輕型井點(diǎn)降水方法。其中涉及的角度、 距離、長(zhǎng)度、降水管數(shù)量以及選材均是根據(jù)該具體工程的實(shí)際情況，結(jié)合本領(lǐng)域的常識(shí)確定的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知道，這些角度、距離、長(zhǎng)度、降水管數(shù)量以及選材不局限于這里描述的情況，可以根據(jù)工程實(shí)際需要作出適當(dāng)?shù)倪x擇，以達(dá)到良好的降水效果。斜井降水管布設(shè)具體見圖1，正洞雙側(cè)壁施工降水管布設(shè)見圖2，降水管布設(shè)縱斷面見圖3，降水管布設(shè)平面圖見圖4。圖1中洞內(nèi)水平真空輕型井點(diǎn)降水在掌子面拱頂120°范圍內(nèi)，按環(huán)向間距0. ! 布設(shè)長(zhǎng)的掌子面超前真空降水管1，外插角5° 10°，縱向搭接不小于Im;如無法滿足拱部開挖要求，拱頂降水管間距調(diào)小，進(jìn)行加密。洞內(nèi)垂直真空輕型井點(diǎn)降水首先，開挖上臺(tái)階6，在上臺(tái)階6兩側(cè)拱腳下返h = 50cm各安設(shè)一排長(zhǎng)度^!第一真空降水管2，外插角60°。然后，開挖中臺(tái)階9，在中臺(tái)階9 兩側(cè)拱腳下返h = 50cm各安設(shè)一排長(zhǎng)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(tái)階10后，在下臺(tái)階10兩側(cè)或仰拱底面12 兩側(cè)各加設(shè)一排第二真空降水管3，外插角30°，長(zhǎng)度5m。位于上臺(tái)階兩側(cè)拱腳下的第一真空降水管2、位于中臺(tái)階兩側(cè)拱腳下的第一真空降水管2以及位于下臺(tái)階兩側(cè)或仰拱底面兩側(cè)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(tái)階6下返h = 50cm設(shè)3根細(xì)長(zhǎng)水平超前真空降水管8。圖2中洞內(nèi)水平真空輕型井點(diǎn)降水在掌子面拱頂120°范圍內(nèi)，按環(huán)向間距0. ! 布設(shè)長(zhǎng)的掌子面超前真空降水管1，外插角5° 10°，縱向搭接不小于Im;如無法滿足拱部開挖要求，拱頂降水管間距調(diào)小，進(jìn)行加密。洞內(nèi)垂直真空輕型井點(diǎn)降水首先，開挖左、右側(cè)壁I部13和III部16，在I部13 和III部16拱腳下返h = 50cm安設(shè)一排長(zhǎng)度^!第一真空降水管2，外插角60°。然后， 開挖左、右側(cè)壁II部14和IV部17，在II部14和IV部17拱腳下返h = 50cm安設(shè)一排長(zhǎng)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(cè)壁V部15和VI部18，在V部15和VI部18 或仰拱底面兩側(cè)各加設(shè)一排第二真空降水管3，外插角30°，長(zhǎng)度5m。在左、右側(cè)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。位于左、右側(cè)壁的I、III部拱腳下的第一真空降水管2、位于左、右側(cè)壁的II、IV 部拱腳下的第一真空降水管2以及位于左、右側(cè)壁的V、VI部或仰拱底面兩側(cè)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(cè)壁的I部13、III部16下返h = 50cm各布設(shè)3根細(xì)長(zhǎng)水平超前真空降水管8 ；在正洞雙側(cè)壁大跨位置II部14、IV部17下返h = 50cm各布設(shè)5根細(xì)長(zhǎng)水平超前真空降水管8。如圖3和圖4所示，真空井點(diǎn)系統(tǒng)由降水管21 (管下端有濾管)、連接管22、集水總管7和抽水設(shè)備等組成，抽水設(shè)備可包括抽水機(jī)19和真空泵20。降水管21采用Φ 32mm PP2管，集水總管7采用Φ 75mm PP2管；插入土層的降水管21必須包雙層100目濾網(wǎng)。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采用32mm鋼絲軟管連接，并在連接部位加設(shè)閥門，控制井管降水；集水總管和真空泵連接采用75mm鋼絲軟管連接。下面，介紹利用該真空輕型井點(diǎn)降水方法的施工方法。一、施工準(zhǔn)備 1、編制真空輕型井點(diǎn)降水施工組織設(shè)計(jì)。2、降水管及集水總管的購(gòu)置，集水總管的加工；3、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)隧道降水量進(jìn)行建模選型，初步采用均質(zhì)含水層潛水非完整井涌水量計(jì)算模式，計(jì)算得出570. 4m3/d，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)涌水量接近。目前，隧道涌水量主要包括四周和坑底流入的水量。各參數(shù)取值如下K-滲透系數(shù)(m/d)，取0. 75m/d ；h_隧道動(dòng)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(jīng)計(jì)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(zhǎng)度取12m ；
權(quán)利要求
1.一種斜井用真空輕型井點(diǎn)降水方法，包括以下步驟在掌子面拱頂一定角度范圍內(nèi)，按照一定的環(huán)向間距布設(shè)至少一排掌子面超前真空降水管⑴；開挖上臺(tái)階(6)，在上臺(tái)階(6)拱腳下一定距離處安設(shè)至少一排第一真空降水管O)；以及開挖中臺(tái)階(9)，在中臺(tái)階(9)拱腳下一定距離處安設(shè)至少一排第一真空降水管O)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜井用真空輕型井點(diǎn)降水方法，該方法進(jìn)一步包括開挖下臺(tái)階(10)，在下臺(tái)階(10)或仰拱底面(12)處安設(shè)至少一排第二真空降水管(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的斜井用真空輕型井點(diǎn)降水方法，該方法進(jìn)一步包括在斜井上臺(tái)階(6)下一定距離處安設(shè)至少一根水平超前真空降水管(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的斜井用真空輕型井點(diǎn)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(jù)權(quán)利要求2所述的斜井用真空輕型井點(diǎn)降水方法，其中位于上臺(tái)階(6)拱腳下的第一真空降水管O)、位于中臺(tái)階(9)拱腳下的第一真空降水管O)以及位于下臺(tái)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(jù)權(quán)利要求1所述的斜井用真空輕型井點(diǎn)降水方法，其中至少一排掌子面超前真空降水管(1)布設(shè)在掌子面拱頂120°范圍內(nèi)，環(huán)向間距0.細(xì)，每根掌子面超前真空降水管 (1)長(zhǎng)度為細(xì)，外插角5° 10°，縱向搭接不小于lm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜井用真空輕型井點(diǎn)降水方法，其中在上臺(tái)階(6)和中臺(tái)階 (9)兩側(cè)拱腳下50cm處各安設(shè)一排長(zhǎng)度^!的第一真空降水管O)，外插角60°。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的斜井用真空輕型井點(diǎn)降水方法，其中在下臺(tái)階(10)兩側(cè)或仰拱底面(1 兩側(cè)各安設(shè)一排長(zhǎng)度5m的第二真空降水管(3)，外插角30°。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的斜井用真空輕型井點(diǎn)降水方法，其中在斜井上臺(tái)階(6)下 50cm處安設(shè)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(zhǎng)度為細(xì)。
10.一種正洞用真空輕型井點(diǎn)降水方法，包括以下步驟在掌子面拱頂一定角度范圍內(nèi)，按照一定的環(huán)向間距布設(shè)至少一排掌子面超前真空降水管⑴；開挖左、右側(cè)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(shè)至少一排第一真空降水管O)；以及開挖左、右側(cè)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(shè)至少一排第一真空降水管O)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的正洞用真空輕型井點(diǎn)降水方法，該方法進(jìn)一步包括開挖左、右側(cè)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(shè)至少一排第二真空降水管(3)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的正洞用真空輕型井點(diǎn)降水方法，該方法進(jìn)一步包括在正洞左、右側(cè)壁的I部(13)和III部(16)下一定距離處安設(shè)至少一根水平超前真空降水管(8)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的正洞用真空輕型井點(diǎn)降水方法，該方法進(jìn)一步包括在正洞左、右側(cè)壁大跨位置II部(14)和IV部(17)下一定距離處安設(shè)至少一根水平超前真空降水管⑶。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的正洞用真空輕型井點(diǎn)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(jù)權(quán)利要求11所述的正洞用真空輕型井點(diǎn)降水方法，其中位于左、右側(cè)壁的I 部(1 和III部(16)拱腳下的第一真空降水管( 、位于左、右側(cè)壁的II部(14)和IV部 (17)拱腳下的第一真空降水管O)以及位于左、右側(cè)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(jù)權(quán)利要求11所述的正洞用真空輕型井點(diǎn)降水方法，其中在左、右側(cè)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(jù)權(quán)利要求10所述的正洞用真空輕型井點(diǎn)降水方法，其中至少一排掌子面超前真空降水管(1)布設(shè)在掌子面拱頂120°范圍內(nèi)，環(huán)向間距0.細(xì)，每根掌子面超前真空降水管(1)長(zhǎng)度為細(xì)，外插角5° 10°，縱向搭接不小于lm。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的正洞用真空輕型井點(diǎn)降水方法，其中在左、右側(cè)壁的I部 (13)、III部(16)、11部(14)和IV部(17)拱腳下50cm處各安設(shè)一排長(zhǎng)度^!的第一真空降水管O)，外插角60°。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的正洞用真空輕型井點(diǎn)降水方法，其中在左、右側(cè)壁的V部 (15)和VI部(18)處或仰拱底面(12)兩側(cè)各安設(shè)一排長(zhǎng)度5m的第二真空降水管(3)，外插角30°。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的正洞用真空輕型井點(diǎn)降水方法，其中在正洞左、右側(cè)壁的I 部(13)和III部(16)下50cm處安設(shè)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(zhǎng)度為細(xì)。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的正洞用真空輕型井點(diǎn)降水方法，其中在正洞左、右側(cè)壁大跨位置II部(14)和IV部(17)下返50cm處安設(shè)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(zhǎng)度為細(xì)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種真空輕型井點(diǎn)降水方法，包括以下步驟在掌子面拱頂一定角度范圍內(nèi)，按照一定的環(huán)向間距布設(shè)至少一排掌子面超前真空降水管；開挖上臺(tái)階，在上臺(tái)階拱腳下一定距離處安設(shè)至少一排第一真空降水管；以及開挖中臺(tái)階，在中臺(tái)階拱腳下一定距離處安設(shè)至少一排第一真空降水管。根據(jù)隧道采用的開挖工法布置降水管，工藝簡(jiǎn)單，施工操作方便；能耗低，施工成本低，降水效果好；施工設(shè)備配套簡(jiǎn)單，減少了采用其他降水工法時(shí)大型設(shè)備的安設(shè)，安裝簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，維修保養(yǎng)方便。
文檔編號(hào)E21F16/02GK102278142SQ20111011330
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月4日
發(fā)明者李建偉, 李志軍, 楊艷玲, 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(qǐng)人:中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司