作者：杜健昌
l工程概况
南水北调穿黄河隧洞从南岸入口到北岸出口全长3450m，选用泥水平衡盾构施工，隧洞内径7.0m，外衬0. 45m。穿黄人口桩号5+568，中心高程为72. 45m;中心桩号7 +108，中心高程7lm;出口处桩号9+108，中心高程67. 00m。
隧洞施工位置位于桩号7 +762. 80处，拟对盾构机刀具进行更换。根据现场布置（见图1），从图中可以看出：盾构机刀盘前方加固区为15. 25m×4.4m，搅拌桩深度达到61. 22m高程，刀盘上方加固深度达到74. 72m，刀盘以后部分只采用了1排直径为850mm的搅拌桩对地下水进行截渗，其深度受已安装好的隧洞管片的影响不能完全封闭地下水。
盾构机头位置处在地面高程102.6-1.03. 2m左右，属黄河漫滩区，盾构机中心线高程为69. 72m，盾构机顶部埋深约25m。
2基本地质
2.1地层结构
盾构机换刀附近上下地层岩性主要为第四系全新统冲洪积层和中更新统冲洪积层。隧洞洞身范围内的地层岩性从上至下为粉质壤土、粉质黏土、粉质壤土。
2.2水文地质
该区的地下水按其赋存条件及性质分为孔隙水及孔隙一裂隙水两种类型：孔隙水分布于上伏第四系砂层中及下伏第三系的未胶结的砂岩中，主要为潜水；孔隙一裂隙水分布于黏性土及部分下伏第三系的砂岩中，主要为潜水，部分为微承压水。根据初设阶段成果及招标文件所提供的资料结合周边类似降水工程的水文地质参数，可知不同岩性的渗透系数K值：中、细砂层为30m/d、粉质壤土为0.2m/d、粉质黏土为0.01m/d、砂岩层为30m/d。
3降排水设计
3.1 降水井布置
根据加固区布置图、混凝土搅拌桩的深度及盾构机头所处的位置与上下地层的关系，降水井分3个区域进行布置（见图2）。．
1区为搅拌桩加固区内侧即盾构机头上部；2区为盾构机尾部，如图2所示盾构机尾部只有l排加固搅拌桩。搅拌桩的底部高于盾构机掌子面顶部，在搅拌桩的底部与盾构机掌子面顶部之间存在渗透通道，在换刀施工当中可能存在突涌破坏的危险，必须将这一带水位降至盾构机掌子面顶部附近。拟布置5眼井，井深以40m为主，其中l眼为28m；3区为盾前即盾前加固区外侧，由于盾构机底距离砂岩层只有4m左右，砂岩呈散体砂状，渗透性较好，具微承压性，其水位与潜水位相差不大，所以盾构机底部在水位高达40m的情况下，存在机底突涌问题，故拟布置3眼深井。根据《南水北调中线一期穿黄工程初步设计阶段工程地质专题报告》，下伏基岩为上第三系，上部第四系，中间缺失下更新统。上第四系与下伏上第三系二者呈不整合接触，而且该地区上第三系砂岩大多未胶结或胶结不好，渗透性极好，砂岩的水位具有微承压性且与上伏第四系中、细砂、土地层的水位相差不大，盾构机底部水压40m，盾构机在开仓换刀过程巾存在机底突涌问题，故拟布置3眼深井，2眼井深50m、1眼深28m，主要用于降低砂岩层的水位和辅助降低搅拌桩外侧上部砂层水位。
3.2涌水量计算
3.2.1 截渗渠估算总涌水量
根据要求拟将地下水位降到地面以下23m，即地下水位降深约20m左右。含水层结构从上至下依次为上部中细砂、中部粉质壤土、底部粉质黏土。
按照降水布置方案，截渗渠总长度为85. 8lm（即2号至9号井间直线距离之和），由于没有现场抽水试验资料，渗透系数及影响半径取值参考临近降水工程值及规程规范推荐值，分别取1. 25m/h和l00m。采用上述公式进行计算，水位降深达到要求并稳定后其总涌水量约为608. 2m3/h。
3.2.2单井最大涌水量估算
当降水井位于均质、无限含水层环境中以稳定流方式进行降水时，其单井涌水量计算公式可以按泰斯公式进行计算。
根据黄河滩区冲积沉积地层的固有特点及临近工程降水施工经验，含水层厚度为24m、水位最大降深22m、降水井井半径为0.17mm，影响半径根据经验取180m。代人泰斯公式计算可得单井降深22m，稳定时流量为322. 9m3/h。
3.2.3 大井法最大涌水量估算
根据日前降水井的平面布置方案，可以把8个井概化成为1个大直径的井，通过计算，概化后大井的井半径为7. 5m，此时不考虑搅拌桩截渗区的影响，影响半径取500m，其他参数同单井取值，代入泰斯计算公式，大井涌水量为535. 5m3/h，此时没有考虑大井底的进水。
3.2.4 降水稳定时间
由于该工程没有做抽水试验，缺少地下水位降落漏斗与时间的关系曲线及含水层的给水度等水文地质参数，故不能较准确地计算降水达到要求深度的时间。根据临近工程经验，降水达到预定深度所需要的时间为7 –l0d。
4基坑降水方案
4.1 深井降水方案
根据不同方案模拟计算结果，结合黄河河道区具体水文地质条件，选择以下辅助降水方案：在盾尾沿搅拌桩边线外侧3 -5m布置降水井5眼，井深预计28 -40m，井径700mm，过滤器直径340mm；盾构机前方拟布置3眼井，井深28 -52m；搅拌桩范围内侧靠近盾构机头处两侧各布置1眼降水井。降水井总数共计9眼。
4.2深井真空降水方案
布置真空复合降水井的主要目的是疏干盾构机头外侧黏性土层中的孔隙水，确保盾构机机头及前侧硐室的开挖在干地环境中施工及硐室围岩稳定。如图2所示，图中红圈为真空复合降水井的位置，沿盾构机前部机身与搅拌桩之间的距离为1. 08m、中部为2.28m。前部平行机身两侧各布置2个真空井，中部由于间距较大，拟梅花形或直线形布置真空降水井2个。单个真空井的结构为深度40m、井径350m成孔，过滤器的放置根据成孔过程中的地层变化而设置，过滤器拟布置深度为28 - 36m，主要布置在黏性土层中，主要功能是以高度真空的方式疏干黏性土层的孔隙水。
5单井结构设计
5.1 过滤器
从临近工程的几次抽水试验结果来看，在抽水过程中孔壁容易坍塌，为了保护孔壁，过滤器及滤料至关重要，过滤器的结构及滤料的级配直接影响抽水井的出水量及抽水井的寿命。从上述模拟结果可知，单井最大出水量可达到150m3/h（考虑各井的相互干扰影响）。
该项目所处位置为黄河漫滩上，砂层及砂岩分布稳定且渗透性非常好，渗透系数大，降水井管采用外径470mm、内径400mm的加筋水泥实管，滤水器采用加筋水泥滤水管，过滤器的孔隙率不得小于30%，其长度大于27m。
5.2沉淀管
根据临近降水工程几次的抽水试验和降水井降水结束后所测的井内沉淀物来看，一般沉淀物长度都小于0. 5m，故沉淀管的长度按2m考虑是比较合适的，可满足施工降水过程中沉淀长度的要求。
5.3 回填滤料
回填反滤料的级配可以根据含水层的颗粒分析（颗粒分析曲线）和颗粒特征粒径的含量资料确定。级配比例按现场单井钻进情况进行配制。
6结语
通过理论与工程实际经验相结合，采用数值模拟法对施工降水问题进行多方案计算比较，推荐出经济、合理的降水方案并按计划组织实施，有效保证了盾构施工的顺利进行。
7【摘要】
南水北调穿黄隧洞工程采用世界先进的泥水加压平衡式盾构施工，掘进至隧洞桩号7 +762.80处盾构机刀具磨损严重，需要及时更换。为保证换刀工作能在干旱的基坑中顺利进行，必须进行降排水。本文介绍了降排水方案在该工程中的应用，以期为类似工程提供借鉴经验。
