地面管井真空降水施工技術

周鴻

中鐵五局集團第四工程有限責任公司 廣東韶關 512031

1 工程概況

鄭州鳳凰電纜隧道工程—Ⅲ標段K0-010.000—K1+300.000（未含進省府變電站電纜隧道的長度），經鄭州市緯五路省府變電站→緯五路→未來大道→金水路，全長1318.119m，其中1061.059m位于快車道下，160m位于綠化帶及慢車道下，48.6m下穿金水河，48.46m下穿一汽修廠大門及修車場。隧道開挖斷面有3.08P h3.22m和3.08P h3.52m兩種，埋深5.2P h11.2m。隧道所穿越地層巖性主要為粉土、粉土夾粉質粘土和粉土夾粉砂互層，局部地段為重粉質粘土和粉質粘土互層。土體呈軟塑-可塑狀態，其中金水河段呈飽和液化狀態，滲透系數0.1-0.5m/d，天然含水率在22.3-38%之間。地下水屬潛水類型，埋深1.0-2.3m，枯水季節2.3-3.6m。

2 地面管井真空降水技術應用

2.1 地面管井真空降水適用范圍

適用于滲透系數K≥0.10m/d的粘性土地層，尤其適用于滲透系數較大且降水深度較深（8-20m）的砂土類地層。即可用于明挖基坑降水，又可用于暗挖法施工的電纜隧道、地鐵等地下工程。

2.2 地面管井真空降水技術要點

（1）鉆前準備：管井施工前認真熟悉有關施工圖，并進行現場調查核對，弄清楚鉆井地段地下管線的位置和走向，為管井布置提供詳實資料，同時做好鉆井地段的“三通一平”和機具

就位等準備工作。

（2）鉆機就位：根據所確定的井位和現場實際情況，準確定出各口井的位置，并用水準儀抄出井口標高，用紅油漆標識，用以控制鉆井深度。

（3）管井布置：根據降水試驗和隧道開挖斷面，結合鳳凰電纜隧道工程—Ⅲ標段水文地質情況，粉砂地段實行單側降水，管井間距5-6m；粉質粘土和重粉質粘土地段，采用雙側打井降水方案。管井布置在距隧道中心線3.0m處，井間距4.0-5.0m(枯水季節5.0-6.0m)，隧道開挖掌子面前方3-4排、后方2-3排，呈梅花型布置，井底標高位于隧底以下3.5-4.5m。

（4）鉆孔：采用CZ-22型旋轉鉆機水壓鉆成孔，孔徑600mm，鉆孔過程中用事先制作好的粘土泥漿護壁，以防坍孔。對于地表較松散的孔口，要設孔口護筒，防止孔口坍塌。

（5）抽排泥漿：當鉆孔至預定深度后，用2.2kW泥漿泵抽出孔內上部2m左右深的泥漿，下部泥漿暫時不抽，待下管后通過洗井洗掉，以免涌泥或坍孔現象發生。

（6）管井安裝：管井結構見圖1，管井安裝按以下四個步驟進行。

第一步：回填井底濾料，上部泥漿抽出后，向井底回填0.8-1.0m厚的與地質相適應規格的石英砂作為濾層，過濾從井底進入管內的水。

第二步：下底座及無砂管（包括沉淀管和花管），底座采用高30cm、上端直徑360mm、下端直徑310mm帶孔錐形混凝土圓臺；沉淀管（工程上俗稱花管）為外徑360mm、內徑280mm的無砂混凝土管，管節長度有0.8m和1.0m兩種規格；實管采用外徑335mm、壁厚10mm、長6m的PVC塑料管。通過鉆機井架，用鋼絲繩將底座、沉淀管和花管下入井內。下井管前，每節沉淀管和花管均要內纏3-4層與地層相應規格的濾網(濾網根據土顆粒情況選用規格為120目/cm2的尼龍布)，外纏2-3層棕櫚，并用10號鐵絲綁扎牢固。具體下管過程為：先將底座與沉淀管用液化瀝青連接，接頭外側用麻布瀝青三布五涂并用圓木壓實。沉淀管外裹一層麻布后，外夾竹片后用10號鐵絲扎牢，用鋼絲繩穿入底座吊孔將其吊入井口，再用一節花管以同樣的方式與沉淀管相連，通過這種“逐節連接下沉”的方式，直至末節花管下至地下水位或確定標高。當地下水位接近地面時，花管下至地面下2.0m左右為宜。

圖1 真空降水管井結構示意圖

第三步：下PVC塑料實管，當最后一節花管下至地下水位或確定標高時，用與上述同樣的方式將PVC塑料實管與花管連接，并將整個井管下至預定位置（位于道路上的降水井，PVC塑料實管上端應低于地面約20cm，其他地段降水井實管上端應高出地面20-30cm），然后取出鋼絲繩[1]。

第四步：井管四周回填，結合鉆孔所揭示的地層，用與地面相適應規格的石英砂（管井真空降水通常采用粒徑為1-5mm規格的干凈石英砂，因為這種砂具有顆粒狀和透水性強的優點）從井管底部回填至實管下端，然后夯填粘土至井口。

（7）洗井：用空壓機沖清水與拉活塞結合將管井洗至水清，達到正常出水量為止。

（8）回填管底濾料：向沉淀管內至下而上回填0.8-1.0m厚石英砂反濾層，第一層粒徑1-2mm，厚30-40cm；第二層粒徑5-10mm，厚25-30cm；第三層粒徑25-50mm，厚25-30cm。過濾從井底進入管內的水，控制抽水含砂量。

（9）下潛水泵：經檢查確認潛水泵電纜完好無漏電后，用鋼絲繩系住與降深相適應的2.2kW潛水泵并將其下至距井底約0.5m處，然后將鋼絲繩上端系在三卡鋼板蓋上。

（10）接管：將真空管和抽水管的一端分別與三卡鋼板蓋上對應管口連接后，另一端與真空降水設備的真空管和降水管相連。為便于觀看出水情況，真空管采用內徑為50mm、壁厚為3.5mm的透明膠皮管；抽水管采用直徑為50mm的消防管。對于行車道上的降水井，連接于三卡鋼板蓋上的真空管、降水管和潛水泵上的電纜引出線必須用鋼套管將其套住，通過暗埋的方式從井口過度到路一側分別與真空降水設備和電路相連。

（10）管口封閉：用M7.5水泥砂漿將三卡鋼板蓋至管口（約15cm）密封，并確保其不透氣。

（11）井口加固：為了確保道路交通安全，井口處經找平夯實后，用水泥砂漿或混凝土將井圈固定于井口，并蓋好井蓋。井圈和井蓋采用直徑為690mm（井蓋外徑）的專用污水井設備。

（12）降水：地面管井真空降水設備全部安裝完成后進行試降水，當降水設備運轉正常，整個降水管路無漏電漏氣現象時，則開始正常降水作業。降水過程中應設專人進行降水跟蹤管理，認真記錄出水量、真空度及設備運轉情況。若發現出水量而真空度大或“死井”時，分析產生“死井”的原因，應進行重新洗井。造成“死井”的主要原因有兩個方面：一是在泥漿護壁鉆井過程中，因洗井未凈，附著在孔口上的泥漿沒有洗掉形成泥皮，阻止管井四周土體中的水向井內滲流；二是管節或井口密封不實產生漏氣，無法形成真空，井內無負壓產生。發現機械運轉異常等應及時檢修。正常的降水規律為井內真空度“先高后低”，出水“先大后小、先渾后澈”。

3 地面管井真空降水質量控制措施

（1）鉆井前根據設計圖紙對鉆孔全線進行現場探察核實，做好井位的調整和避讓工作。

（2）用于降水試驗的探察孔（井）布置、抽水試驗井洗井、抽水試驗以及管井施工安裝應該符合《建筑與市政降水工程技術規范》（JGJ/T111-98）有關要求。濾管埋在透水性較好的土層中，管井力求垂直并位于井孔中間。

（3）為確保管井的出水量，防止細砂、淤泥涌入井內，必須確保管節之間的密封良好。

（4）井壁四周根據土層顆粒大小回填相應的濾料，其厚度不得小于100mm，應該選用磨圓度較好的硬質巖石。

（5）一般情況下，管井前期降水的真空度在-0.07MPa至-0.085MPa之間，隨著土中孔隙水的不斷抽出，中后期真空度維持在-0.045MPa--0.06MPa之間。為確保正常降水所需的真空度，實管部分四周必須回填密實，做到不透氣；并要求經常檢查真空泵的扇頁，對磨損較嚴重的扇頁及時更換，確保管井內負壓平穩持續。

（6）為避免雨水進入管井，每口降水井口采用水泥砂漿或混凝土作成比地面高10-20cm的圍埂。

（7）鉆井完成后應及時洗井、抽水，一方面是為了避免因洗井不及時而使護壁泥漿形成泥皮，附著于孔壁，堵塞滲水通道；另一方面可以避免已安裝完的管井因長時間不抽水而造成井內沉淀物過多，導致井孔淤塞，從而影響降水效果。

（8）在打井降水過程中，對地層擾動較大的因素有二個方面：即二次洗井和抽水含砂量。因此要求在管井施工過程中，必須把握好洗井這一關鍵環節，確保洗井質量，避免二次洗井；同時要求采用與地層相適應規格的濾料和濾布，確保濾層厚度、濾布層數及其包裹質量，并嚴格控制管井垂直度，避免管節錯位，從而避免抽水含砂量超標。

（9）抽水電氣設備必須安裝自控裝置，根據水量大小，調整自控裝置，使抽水和停抽時間相配，以滿足施工要求。同時要求每套降水機組地面抽水管上均安裝一扎閥，抽水時打開，水泵停抽時關閉，防止空氣倒流入管井中[2]。

（10）真空管井全面抽水至洞內滿足開挖要求所需時間主要取決于土層滲透性和降水深度，一般情況下，滿足開挖所需的降水周期為5-8天。

4 結語

本文以振動液化砂性土電纜隧道地面管井真空降水施工為課題，主要介紹了地面管井施工技術在振動液化砂性土等滲透性較差土層中的成功應用。