南水北調中線一期工程某降水試驗方案研究

□付 軍 □鞠向楠(南水北調中線干線工程建設管理局河南直管項目建設管理局)

1.工程概況

南水北調中線一期工程總干渠沙河南-黃河南（委托建管）鄭州一段內的賈魯河河道倒虹吸與總干渠軸線交叉點樁號SH201+441.12，交角55°。建筑物有進口斜坡段、管身段和出口斜坡段組成，水平管身段長145 m，基底高程102.25 m。地下水位高程為109.05～109.27 m，地下水位高于基地6.8～7.02 m，且第一層的礫砂透鏡體具強透水性，地下水與河水聯系密切。賈魯河為常性河流，存在基坑涌水問題。

2.降水試驗方案的設計

為了保證降水施工順利和經濟有效，在進行降水施工前進行降水試驗，以確定含水層參數。了解水文地質的主要方法是采取主孔抽水及觀測孔的群孔抽水試驗。包括非穩定流和穩定流的抽水試驗，要求觀測抽水期間水位及流量變化情況，其目的是∶一、獲取本地段綜合地層的滲透系數和影響半徑。二、通過測定單孔涌水量及水位下降的相互關系，分析確定含水層的富水程度，評價單孔水的出水能力。三、降水設計提供所需的水文地質數據，依據降深和流量選擇適宜的抽水設置型號。四、查明某些手段難以查明的水文地質條件，確定各含水層間及地表水之間的水力聯系，邊界的性質及位置，地下水的補給通道等。

3.試驗方案的布置和確定

根據工程要求及現場條件，選擇具有代表性的賈魯河河道倒虹吸管身段進行降水試驗。降水井布置在賈魯河河道倒虹吸兩岸開挖的平臺上，兩岸間距為50 m，建基面需降水縱向長度為224.2 m，按50 m×224.2 m的矩型基坑進行降排水分析。開挖到地下水位分界線時開始打井進行降水試驗。布置的數量∶4眼降水管井和3眼觀測管井。

圖1 管井降水試驗平面布置圖（單位m）

管井降水試驗平面布置圖見圖1，管井結構圖見圖2。賈魯河倒虹吸降水區的地下水位高程在109.05～109.27 m，基坑設計時建基面開挖底高程為102.25 m。基礎處理為CFG樁，樁設計長為15 m，故需將地下水位降到作業面下1 m,自基坑中心算起，地下水位需降至86.25 m，按1:10水力坡降計算。井中最低水位應保持在85.75m高程以下，井內按3 m水深和1 m四淤，故井底高程為79.75 m，因此降水采用35 m深井管降水，降水直接排入賈魯河改道部分。

3.1 試驗要求

降水試驗項目有多孔降水試驗和群孔干擾降水試驗∶

3.1.1 多孔降水試驗

采用4個降水井降水。在其中間觀測井觀測地下水位，通過多孔降水試驗可以求得較為確切的水文地質參數和含水層的滲透性能及邊界條件等。

3.1.2 群控干擾降水試驗

在影響半徑的范圍內，兩個或兩個以上井中同時進行降水試驗，通過干擾降水試驗確定水位下降與總涌水量的關系，從而預測涌水量，同時為確定合理的布井方案提供依據。

3.2 降水試驗的步驟

多孔降水、群控干擾降水試驗均采用非穩定流降水試驗方法，降水井和觀測井同步觀測，故首先應做好以下準備工作∶一、編制降水試驗任務書。二、測量降水孔及觀測孔的深度并詳細記錄。三、做一次最大降深的實驗性抽水，作為選擇和分配抽水試驗水位降深值的依據。四、在正式抽水前對所有降水井和觀測井進行原始水位觀測，每 1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，15，20，25，30，40，50，60，80，100，120 min 后，每30 min 觀測一次，使 2 h 內變幅≤2 cm，且無連續上升或下降的趨勢，即可視為穩定。五為防止抽出水的回滲，在預計降水影響范圍內的排水溝必須采取防滲措施。

圖2 管井結構圖

4.降水施工工藝及技術質量要求

降水工藝∶測放井位—鉆機就位—鉆孔—清孔換漿—井管安裝—填礫—洗井—置泵試抽水—正常抽水

施工程序及技術質量要求∶一、井位測放∶按照設計的井位平面圖，進行現場控制坐標測放井位。二、鉆機就位∶平穩牢固、勾頭、磨盤、孔位三對中。三、鉆孔∶鉆井過程中，垂直度控制在1%以內，鉆井至設計深度后方可終孔。四、清孔∶終孔后應及時清孔，確保井管到預定位置。五、下井管∶采用水泥混凝土管，管底用井托密封，位置居中，并使管頂露出地面50 cm。六、填礫料∶用鐵鍬均勻拋撒在井管周圍，密實。七、洗井∶采用大泵量的潛水泵進行洗井。洗井要求破壞孔壁泥皮，洗通四周的滲透層。八、置泵抽水∶洗井抽出的水渾濁含砂，應沉淀排放，當井出清水后，進行抽水，以待試驗。

5.結語

降水試驗方案制定要科學、技術性合理，施工過程中要做到精確放樣，進場材料符合設計要求，保證連續供電，現場加強觀測，對地下水位、水流動態、地面沉降等進行詳實記錄，并及時匯總分析。經過本工程應用，降水效果顯著，在賈魯河及賈峪河兩倒虹吸的施工中，降水作用顯著，經濟合理，使工程順利快速進展，并得到上級主管部門的好評。