管井降水技術在地鐵白龍潭公園站深基坑施工中的應用

摘要：在地下水位較高的地區進行深基坑開挖，由于含水層被切斷，在壓差作用下，地下水必然會不斷地滲流入基坑，如不進行基坑降排水工作，將會造成基坑浸水，使現場施工條件變差，地基承載力下降，在動水壓力作用下可能引起流砂、管涌和支護失穩等現象，因此，為確?；邮┕ぐ踩仨毑扇∮行У慕邓潘胧?。本文通過對昆明地鐵1號線支線白龍潭公園站深基坑施工降水施工總結，闡述了深基坑施工降水設計及施工技術。

關鍵詞：深基坑;管井;降水;施工應用

一、工程概況

昆明地鐵1號線支線白龍潭公園站為地下兩層島式明挖車站，位于呈貢區祥和路延長線和寶珠街交叉口地下，車站東側距離白龍潭水庫約50米，西側為安置小區和商業區規劃地塊。車站主體結構外包長度184m，標準段寬19.7m，端頭井寬23.8m，基坑深度16.6-18.7m，頂板埋深為3.0-3.8m。車站共設4個出入口及2組風亭，出入口附屬結構均為地下一層，待車站主體結構完工后實施。車站主體結構為二層單柱雙跨現澆鋼筋混凝土箱型結構型式，采用明挖順作法施工。車站圍護結構采用800mm厚地下連續墻加內支撐（砼支撐和鋼支撐）圍護結構體系，沿基坑豎向共設置3道支撐和1道倒撐，鋼支撐水平間距為3m，混凝土支撐水平間距6m。基坑第一道支撐采用800*800現澆鋼筋混凝土支撐，其余采用Φ609，t=16mm鋼支撐。

二、工程地質及水文地質情況

（一）工程地質情況

場地巖土層按成因主要為第四系中更新統沖積洪積層（Q?al?pl），各地層特征如下：粉質黏土（4）1-3層：灰黃色，棕黃色，可塑，主要成份為黏粒;黏土（4）1-4層：灰黃色，棕黃色，硬塑，主要成份為黏粒;有機質土（4）2-3層：灰黑色，可塑，見腐殖物，味稍臭;泥炭質土（4）3-3層：灰黑色，可塑，含有機質約15%，見腐殖物，干縮明顯，質輕;粉土（4）4-4層：灰白色，灰褐色，濕～很濕，密實，干強度及韌性低;粉砂（4）5-3層：灰白色，潮濕～飽和，中密;中砂（4）7-3層：灰白色，潮濕～飽和，中密;礫砂（4）9-3層：灰白色，潮濕～飽和，中密。

（二）水文地質情況

擬建車站地表水發育，在車站東側約10～50m處為白龍潭水庫，地表水受季節影響，水位在1.2～5.8m。地下水分布主要為上層滯水、孔隙承壓水。其中，上層滯水賦存于表層的黏土中，含水量不大，其動態受季節控制，主要接受大氣降水滲入補給;孔隙承壓水：賦存于中更新統沖洪積層之粉土（3）-4、粉砂層（3）-5、中砂（4）-7及礫砂（4）-9層的孔隙中，該含水層分布廣，總體厚度較大，含水豐富，因地層上部覆蓋有粉質黏土相對隔水層，使下部空隙潛水具有承壓性。孔隙承壓水主要接受上層地下水的越流補給和上游地下水徑流的側向補給。

（三）不良地質情況

場地局部泥炭質土，平均厚度1.04m，土層具中等偏高壓縮性，低強度，該土層不穩定。據《云南省膨脹土地區建筑技術規定》（試行），昆明地區屬膨脹土氣候C區，土的濕度系數0.65<ψW≤0.75，干燥度Kc≤0.90，大氣影響深度da=4.00～4.50，大氣影響急劇層深度180～200m。場地內黏土（4）1-3、（4）1-4，具有天然密度小，重度變化大、平均孔隙比大、液限高，平均收縮系數大，遇水膨脹，失水收縮;取樣試驗結果，自由膨脹28%-62%，平均值42.13%，具熱膨脹潛勢（40≤δef<65）。據《膨脹土地區建筑技術規范》（GBJ112-87）屬Ⅱ級膨脹土地基。

三、工程特點分析與降水設計思路

本工程基坑跨越里程較長，開挖較深，緊鄰白龍潭水庫，基坑底面標高低于白龍潭水平面約1.2m，基坑底大部分位于粉砂、粉土層中，粉土、粉砂層重力含水量高，在動水壓力作用下易引起流水、流砂作用，施工中具有產生流砂和基坑突涌等風險，引發基坑安全。因此，基坑安全很大程度上依賴于基坑降水的成功與否，這使得降水設計的可靠性十分重要。

基坑開挖穿越潛水含水層和承壓含水層，開挖過程中，前期需考慮對承壓水層進行降壓，后期需對承壓水層進行疏干處理。根據工程特點，結合場區地質條件及類似專業降水設計及地下水控制經驗，該基坑降水采取管井降水施工施工方法，降水井的結構根據基坑的開挖工況及地層分布特征進行設計。

為加強主體基坑的降水效果，坑內降壓井采取不割管處理，靠近混凝土支撐搭設平臺。對于基坑東側白龍潭水庫通過砂層徑流補給的地下水，結合潛水含水層及承壓含水層分部，在坑外布設4口觀測降水井，用于監測降水期間的水位變化，必要時開啟坑外降水井降低坑外地下水位，減少坑內地下水的補給。

四、降水設計

（一）管井降水設計

1.降水井數量設計

基坑開挖深度范圍內土層主要為粉質粘土、粘土、粉土、粉砂，根據疏干降水公式，其基坑涌水量Q=μmA，

其中：μ------含水層的給水度，取平均值0.06;

m------降水目的含水層厚度（m），取平均值10.347m;

A------基坑面積（m2），取3744.52m2;

按照以上公式計算開挖范圍內基坑總涌水量Q=2324.67m3。疏干降水所需降水井的數量n=Q/q，根據抽水試驗開挖范圍內含水層的平均單井出水量取7m3/d，按照預抽水時間20天計算，本工程共需的降水井的數量n=16.61口。根據計算書，本基坑共布置17口疏干井，其中，基坑內布設13口，基坑外側2m處布設4口，降水井管井內徑273mm，降水井沿基坑內Z形布置。具體布設圖見：圖1，具體數量如下：

降水井設計表

基坑總涌

水量（m3）

單井出水

量（m3/d）

預抽水時間（d）

計算井

數（口）

實際井數（口）

井號

2324.67

7

20

61.61

17

J1～J17

圖1降水井平面布置圖

2.降水井深度設計

根據本工程，考慮采用計算公式：H=H1+h+JL+l+s2計算降水井深度。

其中：H-降水井深度，（m）

H1-基坑開挖深度，16.9～18.8m;

h-基坑底面至降低后的地下水位的距離，取1m;

J-水位梯度，該工程中降水井取1/8～1/10;

L-降水井井點水平間距的二分之一，平均8.5m;

l-降水井設計沉淀管長度，根據地層取1m;

s2-井的水頭損失，根據地層性質及成井質量，疏干井的水頭損失一般為3～4m。

參考以上公式，綜合考慮基坑開挖深度、井損、水力梯度等眾多因素的影響，疏干井的深度為坑底以下約6～8m，本工程疏干井的深度設計為24～26m。

3.井管構造

⑴實井管：采用直徑為273mm的鋼管，單管長度為6米;

⑵濾管：采用在直徑為273mm的鋼管上人工鉆孔，單管長度為6米，濾孔孔徑20mm，間距150mm，沿管長及管周呈梅花形布設;

⑶濾網：井管外裹1層80目的錦綸濾網;

⑷濾料：井管與井孔間的孔隙采用粗砂回填作為反濾層;

⑸成孔設備：采用GPS-10型地質鉆機及3PNL型泥漿泵等配套設備;

⑹抽水設備：采用流量3m3/h的潛水泵抽水，并根據實際情況更換出水能力適合的水泵，降水井結構見圖2。

圖2降水井結構圖

五、井管施工工藝及技術要求

（一）工藝流程

施工準備—放樣—鉆機就位—鉆進—清孔換漿—井管安裝—投濾料—洗井—安裝抽水泵—抽水。

（二）技術要求

成孔：準備工作完成后開始鉆孔，整孔采用一徑到底，鉆進過程中注意觀察返漿，記錄地層情況，考慮抽水期間沉淀物可能達到的沉積高度所產生的影響，成井深度大于設計深度30～50cm，并保證鉆孔圓正垂直。鉆孔過程中采集土樣，核對含水層所在部位和土的顆粒組成。

清孔：井管下孔前進行清孔作業，清孔采取注入清水置換，清孔完成測定井深。

井管安裝：清孔結束后立即吊裝井管，安順序先放已一段封死的濾管，在依次焊接，每節管焊接對直，確保井管位于孔中間，以保證井管與孔壁間間距不小于150mm，管井與孔壁間的空隙用濾料填實，再在離空口1m的位置用黏土填實。

洗井：管井安裝完成后應及時進行洗井，一口井能否發揮作用，取決于洗井的質量。洗井常用活塞法或空壓機壓氣清洗發，該工程采用空壓機壓氣洗井，即成井結束后，接上空壓機進行空壓機洗井，吹出管底沉淤，直到水清不含砂為止，洗井原理示意見圖4。

圖4洗井原理示意圖

安裝水泵抽水：洗井完成后應立即安裝抽水泵進行抽水，這樣既可以抽水，又可以檢驗洗井效果，如果洗井后放置一段時間再進行抽水，井管有可能淤積，影響抽水效果。

六、降水運行及保障措施

（一）降水運行

試運行：正式降水前必須進行試運行，以檢驗供電系統、抽水設備、排水系統等能否滿足降水要求。試運行之前，準確測定各井口和地面標高，靜止水位，然后開始試運行。試運行結果進行記錄并備案，根據試運行結果，對于無法滿足降水要求的部分進行相應整改。

在降水井成井施工階段要邊施工邊抽水，即完成一口投入運行一口，力爭在基坑開挖前，將基坑內地下水降到基坑底開挖面一下1.0m深。水位降到設計深度后，即暫停抽水，觀測井內的水位恢復情況。

降水運行：降水在基坑開挖前20天進行，做到能及時降低地下水位;降水井抽水時，潛水泵的抽水時間間隔自短至長，若井內水抽干后，在5～10分鐘應立即停泵，防止電機燒壞;在停泵30分鐘左右再開啟抽水泵進行抽水;對于出水量較大的井，每天開泵抽水的次數相應要增多;降水運行過程中，做好各井的水位觀測工作;對降水運行的記錄要及時分析整理，繪制各種必要的圖表，以合理指導降水工作，提高降水運行效果。

（二）保障措施

降水成功與否直接關系到整個工程的安全，在施工過程中要高度重視降水運行的保障措施。

首先是用電保障，在正常的降水運行過程中，必須有合理的用電保障以滿足降水的運行需求。通常要求施工現場應有兩路用電，降水運行中應保證一路用電停電后另一路用電能及時使用，確保降水井能夠在最短的時間內正常運轉，避免影響降水效果甚至危害基坑安全。

其次是現場要有合理的排水設施以滿足工程的降水需求，加強地面防滲排水，確保雨季施工能及時排除地面及基坑內積水;另外就是加強降水的運行管理，降水工人應熟悉水泵開啟、電路切換，以確保降水連續進行，避免因供電原因造成井底突水;抽水期間，出現降水正常運行但長期達不到預期效果，應注意檢查基坑圍護結構滲漏情況;降水停止并提泵后應及時將井封閉，補好蓋板。

七、結語：

通過科學的布井，嚴格控制降水井施工質量，以及降水運行期間的科學管理。本工程基坑施工過程中，周邊沉降較小，不均勻沉降符合規范要求，圍護結構變形符合規范要求，很好地解決了地鐵白龍潭公園站基坑施工的降水問題。

參考文獻：

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[2]余志成，施文華.深基坑設計與施工.北京：中國建筑工業出版社，1997.

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