低滲透性黏土層中超真空雙管疏干井降水技術的研究

中鐵上海工程局集團有限公司 上海 200436

目前國內地鐵車站深基坑施工一般采用自滲井點、深井真空降水井點降水，但在低滲透性土層中降水時，降水效果并不理想。通過對深基坑真空降水的研究，設計出一種雙管疏干井結構，取得了較好的降水效果。

1 工藝原理

低滲透性黏土層超真空雙管疏干井將井管降水結合真空技術，采用雙管構成內、外腔，內腔頂部開放，外腔密封保持高真空狀態，低滲透性黏土地層與外腔形成壓力差，加速土層中的水向外腔滲透，通過內、外腔的真空泵、潛水泵排出（圖1）。

2 施工工藝流程及操作要點

2.1 施工工藝流程

低滲透性黏土層超真空雙管疏干井的施工工藝流程為：鉆井成孔→清孔換漿→外管安裝→濾料回填→井壁清理→內管安裝→安裝設備→加真空、抽水。

2.2 操作要點

2.2.1 鉆井成孔

1）疏干井開孔孔徑為550 mm，一徑到底。

2）開孔時輕壓慢轉，以保證開孔的垂直度。鉆進時一般采用自然造漿鉆進，泥漿密度控制在1.10～1.15 g/cm3。

2.2.2 清孔換漿

鉆至設計標高后，將鉆具提升至距孔底20～50 cm處，開動泥漿泵清孔，以清除孔內沉渣，孔內沉淤應小于20 cm，同時調整泥漿密度至1.05 g/cm3左右。

2.2.3 外管安裝

外管管壁周圍包扎2 層目濾網，外管采用分節下放，下放時管的中心線與孔徑同心，管之間焊接連接，外管下放到標高后，管頂高出地面30～50 cm。

2.2.4 濾料回填

將鉆桿提至濾水管下端，井管上口加悶頭密封，從鉆桿內泵送泥漿，使泥漿由井管和孔壁之間往上返，并逐漸調小泵量，待泵量穩定后開始投放濾料（濾料粒徑2～3 mm，含泥量≤3%），直至濾料下入預定位置為止，地表以下回填厚3.00 m黏性土。

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2.2.5 井壁清理

采用高壓清水與水泵聯合洗井法，通過鉆桿向井內注入高壓清水，沖洗管壁泥皮，清除濾料段泥砂，水泵抽排管內泥漿，反復進行直至水清、砂凈。

2.2.6 內管安裝

降水井內管采用φ150～φ200 mm的圓鋼管， 施工時內管與外管同心，分節下放，管之間焊接連接，確保內管密實，內管底部安置于目標降水水位以下不小于1 m。

2.2.7 井口密封

井口密封采用法蘭+密封墊，法蘭包括上法蘭和下法蘭，上、下法蘭為厚15 mm環形鋼板，上面開設有抽氣孔和真空表孔；上法蘭與內徑200 mm、壁厚3 mm的內管連為一體，下法蘭與內徑273 mm、壁厚4 mm的外管連為一體，連接方式為焊接。上下法蘭之間采用橡膠墊圈密封，并預留真空泵接口和真空計接口。如圖2所示。

圖1 工藝原理示意

圖2 井口結構示意

2.2.8 安裝設備

2.2.9 加真空、抽水

啟動真空泵，進行抽水，水位到設計標高后，開始基坑開挖。

3 工程應用

3.1 井位設置

在櫻花公園站3號線車站12～21軸基坑布置4 口深井真空井和2 口超真空雙管疏干井。深井真空井編號分別為S47、S48、S51、S53；超真空雙管疏干井編號分別為S49、S52，井深均為30 m。

3.2 抽水情況

對4 口深井真空井抽水，其真空度維持在-0.04 MPa，如表1所示； 對2 口超真空雙管疏干井抽水，其真空度維持在-0.08 MPa以上，如表2所示。

表1 深井真空井降水效果

表2 雙管疏干井降水效果

3.3 超真空雙管疏干井應用中的問題及解決措施

1）超真空井內管采用鋼管，質量過大，安裝難度大。3號線12～21軸基坑采用30 m深降水井，根據降水深度及工藝要求，內管長28 m。降水深度越深，內管長度越長，質量越大，而內管的固定僅靠井口法蘭支撐，對法蘭的要求較高。為解決井深度增加對法蘭受力增加的影響，將內管材料更換成材質較輕的PVC管，PVC管的連接接頭均采用密封膠密封處理，確保內管密封良好和功能完整。

2）上部降水時，抽真空時伴隨著水一起抽出，且真空度達不到最大。成井后，內管潛水泵先不抽水，只抽排外管內的空氣，此時伴隨著水一起排出，且真空度較低，隨著降水的深度增加，真空度逐漸增大，直到最后穩定，且維持一個較大的真空度。

當外管進行抽真空時，真空度為ρ，內外管會形成水位差?h，當?h≥H+h時，在內管大氣作用下，外管內的水位已超過管頂，抽真空時一起排出管外。

因此，為達到外管保持持續較高的真空度，且有利于土體里的水向外管內滲透，需保持真空度，使形成的內外管壓力差?h＜H+h，且保持外腔水位低于土體水位。

因此，在工程實際應用中，將內腔潛水泵入水口位置設置好后，同時設置潛水泵自動啟停水位線，該水位線設置高度略高于潛水泵入水口水位線，這樣始終保持了?h＜H+h，且外管始終保持最低水位線，不僅有利于土體內滲水漏斗的形成，更可以達到超真空雙管井的最佳降水狀態（圖4）。

3.4 效果對比

1）深井真空井真空度維持在-0.04 MPa，超真空雙管疏干井真空度維持在-0.08 MPa以上，比深井真空井真空度高達1 倍。

2）深井真空井平均日抽水量為1.20 m3；超真空雙管疏干井平均日抽水量為1.91 m3；為深井真空井的1.59 倍。

圖3 內外管水位示意

3）降水速率提高。深井真空井抽水50 d，平均降水深度達16.43 m，平均降水率為16.43/50=0.32 m/d；超真空雙管疏干井抽水50 d，平均降水深度達19.21 m，平均降水率為19.21/50=0.38 m/d；超真空井降水速率為深井真空井的1.2 倍。

4 結語

1）通過研究，解決了現有技術在低滲透性黏土層中抽水影響半徑小及出水率低的技術問題，加快施工進度，縮短了施工工期。

2）雙管真空疏干井設置了內外腔，抽水在內腔、抽真空在外腔，兩者獨立操作，從而保證了兩者均能高效進行。

3）內井管可以重復使用，降低成本、節能環保。