南水北調安陽V標項目降水方案的改進與優化

□陳學才 □張全才 □王青峰（中國水利水電第十一工程局有限公司）

南水北調安陽段總干渠AY23+000～AY24+300的1.3㎞范圍內，原地質資料中地下水位均低于渠道底板設計高程，設計中未考慮降水措施。但在開挖實施中發現有地下水，水位高出渠道底板設計高程2.0～2.5 m。按照工程常規降水方法上報了《主渠道基坑降水措施》。在總干渠左右岸一級馬道上各打一排井，進行深井降水，保證整個工作面干地施工。但該方案總投資較高，后經研究從非常規的技術層面解決了降排水問題，確保了工程施工順利實施。

1.工程概況

1.1 工程地質情況

根據地勘資料，結合施工期開挖中的地層巖性，該段地層巖性自上而下為：①黃土狀中粉質壤土，厚度2～3 m，底部海拔高程90.9～93.6 m；②黃土狀重粉質壤土，厚度4～6 m，底部海拔高程85.8～89.7 m；③-1黃土狀中粉質壤土，厚度8～10 m，底部海拔高程79.1～80.8 m，分布于樁號AY23+000～AY23+400；③-2黃土狀輕粉質壤土，厚度4～6 m，底部海拔高程80.8～82.2 m，分布于樁號AY23+400～AY24+000；③-3黃土狀重粉質壤土，厚度 4～5 m，底部海拔高程 80.8～83.3 m，分布于樁號AY24+000～AY24+300；④砂壤土，厚度2m左右，底部～高程77.3～79.5 m；⑤卵石，厚度未揭穿。第③層土層巖性不均、相變較快。渠底板位于第③層頂部。本段地下水類型為第四系松散層孔隙潛水，具承壓性，含水層為第③-2層黃土狀輕粉質壤土、第④層砂壤土和第⑤層卵石。據安陽段初設報告資料，2004年2月該段地下水位海拔高程87.01 m，預測多年高水位海拔高程89.5 m左右，高于渠底板3.7 m左右，施工期觀測該段地下水位海拔高程88.10～88.87 m，高于渠底板2～3 m左右，該段存在施工排水問題。

1.2 工程設計情況

總干渠主渠道邊坡坡長20 m，坡比為1∶2，邊坡襯砌C20W6F150混凝土厚度為10㎝，渠道底板襯砌C20W6F150混凝土厚度為8㎝。渠道設計斷面圖見圖1。

圖1 渠道設計典型斷面示意圖

2.降水方案的擬定

2.1 方案擬定

為了實現課題目標，項目部組織技術骨干，查閱了相關資料，召開了專題會議，提出以下3種方案。

2.1.1 采用渠底明溝加集水坑降水。

即在主渠道中間，沿主渠道方向，開挖1條寬1.5 m、渠道底板以下深2 m的明溝，明溝內填入20～80 mm碎石，順渠道方向每50 m挖1集水坑，利用泵抽排至沉淀池而后排入萬金干渠倒虹吸。

2.1.2 在主渠道底板左右兩側采用盲溝加集水井的方式進行降水。

即在主渠道底板左右兩側，順渠道方向各挖1道底寬1.5 m，上口寬3.0 m，深2.0 m的明溝，各埋入1道直徑250 mm的軟式透水管，然后用20～40 mm的碎石將該明溝填實，順渠道方向每50m打1集水井，抽排至沉淀池，然后排入萬金干渠倒虹吸。

2.1.3 井點降水法進行降水。

即在主渠道中間，沿主渠道方向，布置1排水井，井內設無砂混凝土管。具體井間距、井深等數據根據實際出水情況確定，每口井的水均匯集到一總管直接排至萬金干渠倒虹吸。

2.2 各方案的實驗論證

實驗開始前，首先使用洛陽鏟，在渠道兩側下部打了8個觀測孔，用于檢測實驗效果。

實驗計劃明溝底部暫高于渠道底板1 m，待實驗成功后進行正式實施。2009年1月6日至1月23日，對方案一進行了可行性實驗。實驗過程中，集水坑內始終沒水，但觀察孔內水位變化很小，始終下不去。經過分析，原因是渠道底部寬17 m，渠底中間的明溝距離邊坡距離大，而明溝只有2 m深，水位高差小，無法形成滲水“漏斗”，最終該方案被否定。

2009年2月9日至2月25日，對方案二進行了可行性實驗。在主渠道AY23+160～AY23+460段，首先順渠道底板左右側各開挖了1道明溝（溝底部暫高于渠道設計底板1m進行實驗），又開挖了6個集水坑（間距50 m），6個集水坑內各放入1個0.15 m寸管道泵進行抽排。8個探孔進行水位觀測。實驗結果證明：方案二理論上可行，但邊坡地下水涌水量很大，加上地質條件為沙壤土，水位只下水降1.1～1.5 m，坍塌嚴重，導致明溝淤塞，無法進行下道工序施工。

2009年2月27日至3月15日，對方案三進行了可行性實驗。在主渠道AY23+160～AY23+460段主渠道中間，沿主渠道方向，布置一排深水井（共8眼井，7.5 kW水泵），井間距25～30 m、井深17～18 m(渠道設計底板以下13～15 m)。實驗結果：方案三實際效果明顯，排水1 d可下降地下水位2.0～2.8 m，無堵塞等異常情況，可以達到預定目標。最終選定方案3作為實施新方案。

3.新方案進一步論證及實施

3.1 對新方案的進一步分析

最終實現降排水成功，需要做好4個方面的工作：第一，通過觀測、總結、分析，確定合適的井間距、合適的井徑、合適的井深等參數，為后續實施提供可靠數據。第二，及時觀測探孔、水井水位高程，首先控制日降水水位高度不超過20㎝。第三，在降水水位達到預定高程后，根據觀測情況，調整水泵型號，控制涌、排水量平衡，讓排水量微高于涌水量；先購買一定數量的2.5 kW、5.5 kW、7.5 kW、9 kW、11 kW等不同規格的潛水泵，根據工作進展情況，不足時再及時購買。第四，當涌、排水量平衡后，安裝適宜的電磁感應開關，自動控制水泵開與關。

3.2 新方案實施

按上述方案實施，預計總投資為常規降水方法的65%。故很快就付諸實施。

第一，根據實驗情況，綜合計算出水井間距為20～25 m，水井直徑取400～600 mm，渠道底板以下水井井深宜為13～15 m。已經成型的井，不再重新打井，降水效果不理想時，通過增加集水坑的辦法解決；

第二，購置了水泵、電磁感應開關；

第三，2009年4月10日至2009年4月20日，連續每天觀測探孔水位、水井水位、水泵間歇次數等數據，經分析調試，最終達到涌、排水平衡。各降水井的水泵型號及降水情況綜合統計,見表1，降水井水位、出水量曲線見圖2。

3.3 新方案實施效果

地下水位降至設計底板高程以下1 m，滿足旱地施工要求，水位觀測成果見表1。控制投資比常規降水方法減少投資約30%，經濟效益明顯，工程量對比見表2。

4.封井方案及實施

由于是在工作區域內打井進行降排水，在整個施工期間降排水工作不能中斷，這樣就存在著正常施工完成后水井封堵及原設計的混凝土底板是否存在漂浮問題。為解決該問題，考慮充分利用原設計中的單向逆止閥的作用，對降水井封堵處理工作進行了詳細設計（見圖3），并設計了特殊情況處理方案（見圖4），降水區渠底結構為：8 cm混凝土+復合土工膜+保溫板（厚2 cm和3 cm兩種）+10 cm粗砂+10 cm中細砂。

圖2 降水井水位及出水量曲線圖

表1 水位觀測成果表

表2 工程量對比表

4.1 正常情況處理方案

待全部降水區渠底襯砌完成，密封膠施工完畢后，開始進行水泵撤出、水井封堵工作。圖3所示保溫板底部向下開始2 m范圍內用C10混凝土封堵，混凝土下部至井底使用砂、石混合料回填。水泵撤出之前，根據井深、井徑準確計算出一口井需要的砂、石用量、混凝土用量，提前將砂石料、混凝土料準備到位，將水泵從井中提出，迅速向井內灌注砂、石混合料、混凝土。混凝土內應添加早強劑。每次應同時封堵多口水井。井體封堵過程中，當部分水井封堵完成后，地下水位上升，水壓力升高，渠道單向逆止閥將發揮作用出水，需要提前準備黏土磚、砂子、水泥，在渠底垂直渠道方向，砌筑50㎝高的擋水墻，將已封堵完成區與施工作業區分開。并用水泵進行抽排，將未完成封堵工作的區域保護好，以保證正常施工。

4.2 特殊情況處理方案

按照上述正常情況處理方案進行井體封堵過程中，如果出現異常情況，比如當水泵從井內拔出后，井內水位上升特別迅速，來不及向井內填入石子和混凝土。這種情況下就要立即將水泵放入井內，繼續抽排水，改為下述方法施工：在井內出水管距離渠道底板頂面高程30～40㎝處，加設1個閥門，見圖4。水泵不停排水情況下向井內填石子和混凝土，首先向井內慢慢填入較大石子，注意不要將水泵砸壞，石子露出水面后，立即向井內灌注混凝土。待混凝土振搗完成后，停止排水，將該閥門關閉，立即按照上述“5.1”項完成井口封堵工作。該方法是水泵不再回收，將水泵和聯接出水管、電纜一并永久埋入井內。

圖3 正常情況降水井井口處理剖面圖

圖4 特殊情況降水井井口處理剖面圖

5.結語

該降水新方案用于安陽段V標1.3㎞主渠道后續降水施工中，保障了降水區域內的降水要求得以全部成功實施，保證了渠道工程的順利施工。降水區域內的施工早已全部結束，降水井已全部封堵完成，效果良好，經濟效益顯著，并為類似工程提供借鑒。