地下通道降水施工研究

劉建軍

（中鐵十四局集團第四工程有限公司，山東 濟南 250000）

在降水施工作業過程中，由于多種因素的作用，會造成破壞，導致降水工程中斷，從而對基坑的安全造成一定的危害。所以，在日常的挖掘過程中，要做好對降水井的防護工作，才能防止此類事故的發生。

1 工程概況

1.1 基坑概況

某工程地下通道降水包含兩條地下通道，分別為1#地下通道、2#地下通道。1#隧道是由東向南呈直線型，橫穿施工主體的下部，全長約1 242 m；2#地下通道由東向南大致是呈“U”形走向，全長1 320 m。兩條地下通道相距約2 km。

1.1.1 1#地下通道

1#地下通道里程K0+208～K1+450.000，全長1 242 m，縱向剖面大致呈W形。

通道分兩期施工，一期為通道兩端，設計里程分別為K0+208.000～K0+480.000，長度272 m，以及K1+212.00～K1+450.00，長度238 m，開挖寬度13.5～36.8 m，深度0～8.91、0～8.89 m；通道二期里程為K0+480.00～K1+212.00，長度732 m，開挖寬度32.33～39.8 m，深度8.89～10.05 m。于二期K0+650.000、K1+050.000各設置1處泵房，泵房開挖深度分別為12.47、13.16 m。

1.1.2 2#地下通道設計里程

2#地下通道設計里程K0+100～K1+410.000，全長1 320 m，縱向剖面大致呈W形。

通道分兩期，一期為通道兩端，設計里程分別為K0+100.000～K0+410.000，長度310 m，以及K1+180.000～K1+420.000，長度240 m，開挖寬度13.61～37.90 m，深度0～9.94 m、0～8.52 m；通道二期里程為K0+420.000～K1+180.000，長度732 m，開挖寬度32.33～39.8 m，深度8.52～12.0 m。于二期K0+550.000、K0+990.000各設置1處泵房，泵房開挖深度為14.1 m。

1.2 支護結構形式

（1）1#地下通道。采用坑外止水，圍護加內支撐形式，隧道全部采用雙輪銑內插型鋼，止水深度32 m。

（2）2#地下通道。2#隧道敞開段采用高壓旋噴樁32 m，其余段采用雙輪銑內插型鋼，止水深度32 m。

2 降水方案設計

2.1 降水設計思路

（1）擬建場區屬于平原，經某江及其支流的長期泥沙沖積堆積了巨厚的砂礫石層。勘察揭露的含水層為由圓礫層、中粗砂層組成的潛水含水層，其中圓礫層底埋深12～18 m，平均厚度14 m，滲透系數約180 m/d；下部巨厚中粗砂層滲透系數約50～80 m/d，勘探至40 m未揭穿，本次方案含水層厚度按照50 m來考慮，水位按降至基底以下1 m控制。

（2）地下通道采用圍護結構，圍護結構深32 m，計劃分段施工。基坑涌水量計算以采用數值法進行分段計算。

（3）由于含水層滲透性大，基坑涌水量巨大，開挖過程中配備足夠的網電、備用電源，以及足夠的抽水自動啟動裝置，無人看守裝置。

（4）采用管道排水，基坑排水量大、管線布設長，確保管道排水通暢是本工程重點之一。

（5）場地地層主要為砂、圓礫層，不考慮降水對周邊環境影響。

（6）在完成降水井和基坑開挖之前，要進行驗證式的抽水測試，如降水不符合開挖條件，應適時進行方案調整，保證降水達到設計指標。

2.2 1#地下通道數值法計算基坑涌水量

1#地下通道考慮工期計劃及供電配置問題，計劃分段施工。本次利用數值模型方法，采用“放坡開挖”方式及不同鋼板樁圍護止水方式，要分別對基坑的涌水量進行計算，這樣可以選出最佳的降水方案。

2.2.1 水文地質概念模型

通過對現有巖土工程勘察報告、水文地質條件及鉆孔資料的分析，采用以下方法確定了模擬面的范圍：以基坑為圓心，在井口影響半徑之外設置邊界。人工設置的固定水位邊是以每側邊500 m為基準，模擬范圍為1 000 m×2 000 m。

在剖面上，通過實測數據，將場區沿垂直方向概括成4個模擬層，由上至下依次是：第1層為填土、雜填土、耕土；第2層為細砂層組成的潛水含水層；第3層為圓礫層組成的潛水含水層；第4層為砂層、中粗砂組成的潛水含水層。

2.2.2 地下水流模型

基于上述的概念性模型，可以在不計水體密度變化的情況下，給出對應的地下水流動數學模型：

式中：Kxx，Kyy和Kzz為平行于主軸x，y和z方向的滲透系數（L/T）；為單位體積流量，用以代表流進或流出的源匯項（m3/d）；h為點（x，y，z）在t時刻的水位（m）；Ss為儲水率（l/m）；S為貯水系數；Sy為給水度；M為承壓含水層厚度（m）；B為潛水含水層厚度（m）。

邊界條件：第一類邊界條件：

其中：Ω為立體時間域；H0（x，y，z，0）為研究區各層初始水頭值；H1（x，y，z，t）為研究區各層第一類邊界上的已知水頭函數（L）；q（x，y，z，t）為第二類邊界2上的單位面積法向流量[L2T-1]；對于隔水邊界，q=0。

2.2.3 模型參數

地下水流的數學模型所需的模型參數包括：（Kxx、Kyy、Kzz），將直接影響到概念模型和實際水文地質模型的匹配程度，并影響到基坑涌水量的大小。該研究將地質資料與地層經驗參數相結合，綜合考慮了地層的各向異性，模型的參數取值見下表1。

表1 模型參數取值表

2.2.4 源匯項

（1）邊界條件。此次人工將該模式的邊界線設定成了定水頭的界限，在實測數據的基礎上，初步的地下水水位以+143.0 m的標準來計算，地面埋深以下1 m。

（2）圍護結構。模型中，可設置止水帷幕。

（3）降水井。在Visual Mod flow軟件中，抽水井可設置過濾器長度、層位、抽水量等參數，觀測井可以設置層位，與實際數據具有很強的對比性。

3 施工工藝技術

3.1 降水井施工工藝流程

準備工作→鉆機進場→定位安裝→開孔→下護筒→鉆進成孔→沖孔換漿→下井管→稀釋泥漿→填砂→止水封孔→洗井→下泵抽水。

3.2 技術要求

降水施工時必須達到以下要求，見表2。

表2 成井施工控制表

（1）井口高度：為避免地面污水滲漏，井頭必須比地面高出0.20～0.50 m。（2）回填濾料：填料按設計圖填充，應大于過濾管頂部。（3）粘土封孔：有粘土球的止水段，要嚴格根據設計要求進行粘土封孔。（4）固井：回填過濾后，井周邊宜用鉆孔或土方回填。（5）鉆孔偏差：鉆孔深度誤差≤±50 cm；鉆孔直徑為圓形；鉆孔高度≤±50 cm。（6）出水含砂率：在經過抽提后，出水砂含量符合有關規定。

3.3 前期準備工作

（1）材料準備、人員到位、總包“四通一平”、鉆井設備入場。

（2）測設：總承包單位按照施工圖紙和實際施工，進行放線，并作好標志。若所設井口有地表障礙，則應采取措施排除障礙，以便于鉆孔作業。如因場地障礙難以清理或因其他工程情況而使原有的井位置難以進行時，需與技術人員聯系，并采取其他方法，如有需要，可對井位置進行適當的調節。

（3）挖井眼，埋設護井筒：在埋設護井筒時，護口管底要插在原有土壤中，在管道外面要用粘土或稻桿進行密封，以避免在施工過程中出現返漿現象；保護管道的上端高度應高于地表0.10～0.30 m。

（4）安裝設備：在進行鉆孔時，要確保井眼的豎直性，必須將機臺固定在一個穩定的位置上，大掛鉤要對著鉆孔的中央；大鉤、轉盤與鉆孔的三個點成一條直線，嚴格控制開孔，在鉆頭與鉆桿之間有兩個鉆孔錐，且彎曲的鉆孔不可下進孔內。

（5）挖泥漿池：泥漿池的尺寸根據鉆機的數目和排渣量來決定。

3.4 成井施工

施工機械設備選用GF-200型工程鉆機及其配套設備。成孔時采用反循環回轉鉆進成孔工藝。

（1）鉆進成孔：鉆進過程中，泥漿比重宜控制在1.10～1.15，采用地層自然造漿。

（2）清孔、換漿：鉆孔到設計深度后，要清孔、換漿，把泥漿調整到1.05左右。

（3）下井管：在管內，應采取下管式懸吊法，在井筒的底端，用鋼板進行密封，保證井管與井管的連接牢度，保證焊縫均勻，不存在砂眼。

（4）注濾料，固井：下完井管之后，應按照設計的規定及時充填濾料，然后沿著井內四面八方填滿濾料，測量濾料上表面的高度。

（5）洗井試抽：在過濾后8 h之內用潛水泵沖洗，直到井水沖洗干凈，符合標準規定。如果在洗井過程中，出現井水中含有濾料，必須立即停止清洗，并查明其成因并采取相應的措施；如有需要，應將其廢棄，并根據封口的規定進行封閉。

4 降水運行方案

4.1 運行管理要求

（1）降水井應提前抽水，確保在基坑正式開挖之前水位滿足開挖要求。

（2）基坑開挖過程中，采用自動監測地下水位。

（3）現場具備完好的排水系統。在降水運行之前，布設排水管道并且能夠方便接入施工現場排水設施。

（4）降水需配備獨立的電源，且配置充足的備用電源，并保證兩者之間的自動轉換。

（5）水泵控制箱要安裝自動開啟裝置，保證在電源裝換的過程中水泵能夠自動啟動，并且對水泵的開啟實現自動延時控制，實現無人值守。

（6）現場安排專業的、經驗豐富的項目管理人員值守。

4.2 雙電源措施

本工程場地含水層透水性好，水量大，為保證基坑降水安全，在施工現場中，必須配有兩路電源：一路網電、一路發電機組供電。降水運行中保證網電停電后發電機組能夠及時供電，以確保降水井的連續正常運轉。

4.3 水位自動監測

（1）多媒體、多終端水位自動監測，需要的人可在手機、電腦查看即時水位信息。（2）現場通過LED顯示屏顯示水位即時信息。（3）采集的水位數據可保存，為項目研究提供原始數據。

4.4 降水井的保護措施

降水井的保護采取如下措施：（1）降水井高于地面30～50 cm。（2）挖機、渣土車、樁機等不能碰撞降水井管。（3）所有降水井增強醒目識別，及時綁、插標記旗，貼反光條，實現白天、夜間對降水井的醒目識別。

5 結語

總之，結合工程的具體條件，制訂項目和重點工程、專項工程的安全防范，并對安全技術審批制度、施工安全交底制度、設施設備交接驗收制度進行了嚴格的規定；負責項目建設中的安全工作，對項目的技術管理進行嚴格的審核和指導，并組織技術和質量部門對工程的重點項目進行技術攻關。