淤泥層真空管井降水施工技術探析
——以福州地鐵5號線福灣路站基坑真空管井降水為例

許道軍 （安徽省地質礦產勘查局313地質隊，安徽 六安 237000）

地鐵建設是市政基礎建設的重中之重，管井降水是地鐵車站基坑降水的主要措施，普通管井降水采用自流式法，對滲透性較差的弱透水層（淤泥、淤泥質土、粉土）中的飽和水降水難度很大。本次以福州地鐵5 號線福灣路站基坑真空管井降水為例，探討在普通管井的基礎上，增加負壓真空，在弱透水層中的降水效果。

1 工程概況

福灣路站為福州地鐵5 號線第11個車站，車站位于倉山區盤嶼路和福灣路交口、盤嶼路和臺嶼路交口之間，呈西北-東南走向,為地下二層島式站臺車站，車站主體基坑長210m，車站標準段寬度為19.7m，基坑深度16.8m～18.2m。車站采用明挖順作法施工。

車站主體圍護結構采用地下連續墻+內支撐體系。小里程端圍護采用800mm 厚地連墻+四道內支撐+一道換撐。標準段圍護采用800mm 厚地連墻+四道內支撐+一道換撐。大里程端圍護采用1000mm 厚地連墻+四道內支撐+一道換撐。基坑安全等級為一級。

2 工程地質條件

車站基坑開挖范圍內巖土體從上至下分層及其特征分述如下。

①雜填土：顏色較雜，主要呈灰色，稍濕，松散-中密，均勻性較差，主要為人工堆填的粘性土。層厚0.8m～4.6m，平均厚度2.69m。

②粉質黏土：呈黃褐色，可塑為主，濕，捻面較光滑，有光澤，無搖振反應，干強度與韌性中等，粘性一般。層厚0.4m～3.3m，平均厚度1.15m。天然含水率41.6%。

③淤泥：呈深灰色，流塑為主，飽和，以粘粒為主，部分夾少量薄層粉細砂或混有少量砂，搖振反應慢，有光澤，捻面光滑，干強度及韌性中等。層厚8.7m～22.2m，平均厚度14.53m。天然含水率66.9%。

④淤泥質土：呈深灰色，軟塑～流塑，飽和，以粘粒為主，偶混有少量粉細砂或夾薄層粉細砂，部分鉆孔夾少量薄層黃色粘性土，搖振反應慢，有光澤，捻面光滑，干強度及韌性中等。層厚1.5m～5.5m，平均厚度3.34m。天然含水率49.0%。

福灣路站基坑深度16.8m～18.2m，基底位于③＜2-4-1＞淤泥層或④＜2-4-2＞淤泥質土層中。

3 水文地質條件

基坑開挖范圍內主要為粉質黏土、淤泥、淤泥質土，粉質黏土天然含水率41.6%，滲透系數3.52×10-6cm/d，飽和度99%。淤泥天然含水率66.9%。滲透系數2.44×10-7cm/d，飽和度99%；淤泥質土天然含水率49.0%，滲透系數5.79×10-7cm/d，飽和度100%，屬于弱透水層-微透水層。

4 降水目標

疏干開挖范圍內土體中地下水，降低各弱透水層含水率15%以上，方便挖掘機和工人在坑內施工作業，確保在規定總工期以及節點工期前完成作業。

5 真空管井設計

基坑面積4255m2，設計23 口真空管井，真空管井成井直徑為600mm，井管采用直徑273mm 壁厚3mm 的焊接鋼管，濾管外包一層80 目濾網布，濾料采用中粗砂石濾料，井管結構為上面5m實管，用黏土封堵防止漏氣，中間為濾管，下面1m 沉淀管，濾管及沉淀管回填中粗砂石濾料。真空管井深度要穿過淤泥層進入基底下不少于6m。

圖1 真空管井平面布置圖

圖2 真空管井大樣圖

6 真空管井降水工作原理

真空管井降水是采用水泵抽水和真空泵抽氣組成的一種復合型降水措施，其由井管、密封井蓋、潛水泵、真空泵組成。

在自流式管井系統上增設真空泵抽氣的系統，真空泵設置在井外，抽氣管連接真空泵及管井，管井使用井蓋密封。真空泵負壓抽氣在管井內形成真空度，井管周邊的淤泥質土中的水在負壓力作用下流入井管內，由潛水泵將水排出，降低淤泥及淤泥質土中的含水率，從而達到施工需要的降水效果。

本次真空泵抽真空度根據經驗設計為65kPa～90kPa，1臺真空泵同時帶5～6臺真空管井。

7 真空管井施工工藝

施工流程如下：測放井位→開挖井位→鉆機就位→鉆進成孔→清孔換漿→井管購買并安裝→回填濾料→洗井→安裝真空抽水設備→真空抽水運行。

①測放井位：根據井點平面布置，使用RTK或全站儀測放井位；

②開挖井位：在測放后的井位處開挖泥漿循環池；

③鉆機就位：采用反循環鉆機成孔，鉆機應安裝水平，鉆頭應保持垂直；

④鉆進成孔：真空管井鉆孔直徑600mm，一徑到底。井徑誤差為±20mm，降水井垂直度誤差≤1%，開孔時應輕壓慢轉，以保證開孔的垂直度；

⑤清孔換漿：當鉆進達到設計深度后，并超鉆0.5m～1.0m，下管前要沉淀沉渣，然后用大泵置換孔內的泥漿，減小孔內泥漿比重，當泥漿比重接近1.05g/cm3后，立即下管；

⑥井管購買并安裝：事先將井管排列、組合、用濾網布包裹，井管應平穩入孔，井管要對稱焊接，并確保焊接垂直，完整無隙，保證焊接強度，以免脫落；

⑦回填礫料：井管安裝完畢后，回填濾料，濾料采用中粗砂石，濾料根據設計要求應不少于計算量100%，濾料沿井壁四周均勻填入；

⑧洗井：洗井方法采用潛水泵與空壓機聯合洗井，直至水清砂凈，洗完井后并再次測量井深；

⑨安裝真空抽水設備：洗井施工結束后，下入潛水泵并連接水管、電纜線，安裝好專用密封井蓋，接通好吸氣管、真空泵，安裝完畢后接通電源進行安裝密封效果檢查；

⑩真空抽水運行：定期觀測真空泵的真空度和出水量，每個降水井安裝水表一只，每日觀測出水量。

8 試抽水試驗

8.1 目的

主要目的是進行不同真空度抽水試驗的對比，并分析真空降水效果。進行群井試驗，檢驗降水井數量能否滿足要求，以及坑內連續降水對坑外水位的影響。

8.2 內容

抽水試驗分類為單井抽水試驗和群井抽水試驗。

①單井抽水試驗：進行不同真空度抽水試驗的對比，并分析真空降水效果；

②群井抽水試驗：降水井全部施工完成以后，進行一次實際降水模擬試驗，驗證降水井數量能否滿足要求，以及坑內連續降水對坑外水位的影響，需確保有一定數量的備用兼觀測井。

8.3 方法及要求

本次抽水試驗采用穩定流抽水試驗，依據穩定流抽水試驗的要求進行數據觀測。施工完成試驗井后做抽水試驗，獲取試驗數據，調整降水方案。

①初始水位測量

在試驗井施工完成后，要測量每口井的初始水位，一小時測量一次，連續測量四個小時，連續三次測量差不大于2cm，水位穩定，取三次的平均值為初始水位值。

②觀測井的動水位及抽水井的涌水量觀測

涌水量和動水位的觀測時間，宜在抽水開始后的第1、2、3、4、5、10、15、20、30、40、50、60min 各觀測一次，出現穩定趨勢以后每隔30min 觀測一次，直至結束。

單井出水量的測量，采用數字式水表儀，應讀數到0.1m3。抽水井和觀測井的水位測量讀數到厘米。

③觀測井恢復水位觀測

試驗結束后，應進行恢復水位觀測，停泵時按1、3、5、10、15、30min 的間隔進行水位觀測，以后每一小時進行一次，至接近初始水位停止觀測。

④穩定延續時間

穩定延續時間為4～6h，每次降深的穩定延續時間不宜間斷，因故中斷時，應適當延長抽水穩定時間，且各次降深的轉換應盡量連續進行。

⑤量測器具

水位變化用水位儀測定，井出水量用數字水表測定，真空度用真空泵上自帶的真空計儀表測定。

9 抽水維護管理

①真空管井的排水管道布置應合理，抽水應排入三級沉淀池。

②真空管井應配備獨立的一級箱、二級箱、三級箱，保證一泵一閘，并做好標識工作，便于維護管理，每個電箱要有檢查記錄。

③正式抽水前應全面進行一次試運行，檢驗抽水設備、排水系統、供電系統及應急措施能否滿足抽水要求。

④真空管井應在基坑開挖前保持一個月的運行時間，確保基坑范圍內疏干淤泥質土，并降低水位在開挖面下0.5m～1.0m。

⑤抽水維護過程中應安裝抽水井水表，并記錄數據。并做好觀測井靜止水位的觀測，每天觀測一次。

⑥抽水運行過程中應隨時檢查設備運行狀況，發現故障及時排除。

⑦采用電磁感應水位控制器和水泵自動液位開關控制水泵的運行。

⑧抽水過程中應做好記錄。

10 真空管井抽水注意事項

①上部5m 黏土封口要密實，保證井管與孔壁之間不漏氣。

②真空管井的井口用鋼井蓋封閉好，上部要留有吸氣及抽水的管口。

③各接口之間密封要嚴實確保不漏氣。

④試抽水試驗確定真空度要在70kPa以上。

11 降水效果評價

經過1 個多月的連續真空抽水，達到了降水目標要求，各弱透水層含水率在15%～20%，挖機在坑內可以自由行走，降水效果很明顯，達到無水施工的條件，確保工期能按節點完成。

12 結束語

本次真空降水表明，真空管井對軟弱透水層的降排水效果很顯著，真空度保持在7080kPa～80kPa，淤泥土降水效果最佳，出水量較大。真空管井施工工藝及抽水技術，為類似的滲透性較小的弱透水層降水提供了借鑒指導作用。