南京青奧軸線明挖隧道回灌技術應用

董瑩

摘要：基坑降水過程中，由地下水承擔的荷載轉由土顆粒承擔，造成土層負擔加重，降水范圍內的土層發生沉降，從而導致地表下沉，影響到周邊建筑物及地下管線的安全，南京青奧軸線明挖隧道施工過程中用回灌技術控制地下水位，操作方便、確保了施工過程的安全，經濟效益良好。

關鍵詞：明挖隧道；基坑降水；回灌技術

中圖分類號：K826 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）12-0022-03

南京青奧軸線地下明挖隧道工程地處南京長江漫灘地區，該工程靠近長江大堤，工程鄰近江蘇省武警總隊大樓、在建青奧中心及國際風情街等建筑物，基坑面積大，開挖深，降水工作難度較大。綜合該工程特點，在施工過程中采用回灌技術控制地面沉降，為今后類似工程積累施工經驗，提供技術參考。

1 工程當地降水概況及特點

（1）場地位于長江岸邊，承壓含水層厚度大、滲透性能好，基坑工程受地下水威脅嚴重。本工程所在區域氣候濕潤，雨量充沛，降水時間長，長江等地表水體與地下水的水力聯系較好，在豐水期對地下水有補給作用；對區域地下水的形成的補給起重要作用。據區域資料以及勘察資料顯示，場地范圍內存在厚達40～60m的由粉砂及卵礫石層組成的承壓含水層，含水層富水性強、滲透性能好（滲透系數達35m/d）；場地距離長江較近，由于長江河床的切割作用，使得江水與承壓含水層直接相通，形成強補給源。增加了基坑涌水量，增大了降水工程風險。由于大部分基坑開挖底板已經位于承壓含水層中，整個基坑工程面臨嚴重的承壓水問題。

（2）基坑開挖面積大，主線隧道、匝道交錯施工，降水工程量大、降水工作安排復雜。本工程隧道主線全長1732m，共設置有10條匝道及地下空間，開挖面積約15.4萬m2，最大開挖深度約27m，水位降深大者達28m，整個基坑降水工程量浩大。

由于基坑面積大，各分區之間施工不同步，降水工程受各分區施工順序的影響，降水設計時既需要將各分區分開單獨考慮，又需要總體考慮各分區降水之間相互影響，降水工作安排復雜。

（3）圍護結構未隔斷基坑內、外水力聯系，降水后會引起基坑外地表沉降。除B2-J1區YK10+312～YK10+463.2里程段主線隧道圍護結構進入下部隔水層外，其余各區J2～J5區圍護結構均未進入下部隔水層，基坑內、外地下水依然具有水力聯系，坑內地下水位降至設計要求時，坑外地下水位必然會降低。

同時，地層上部存在一層厚3～20m的高壓縮性淤泥質粉質粘土，局部夾粉土及粉細砂，失水后極易產生固結沉降，導致坑外地表沉降變形，對周邊環境產生

影響。

2 根據降水對周邊建筑的影響設置回灌井

（1）降水對在建建筑物的影響。在建建筑物包括國際風情街、青奧中心、青奧城等，均靠近本基坑工程，這些建筑都是樁基礎、深基坑，基坑挖深在10m左右。本工程降水后，基坑外水位埋深要小于10m，故降水對在建建筑物的基坑影響可以不考慮；又因為這些建筑物還處于基坑開挖階段，地面無重要保護的管線等設施，所以降水對在建建筑物的影響可以不考慮。

（2）降水對已有建筑物的影響。已有建筑物主要有嘉盛建設（位于J4區旁）、保利香檳國際（位于J5區旁）、城南水廠（位于B3區旁）、武警總隊（位于J3區旁）。根據分析，降水對嘉盛建設、保利香檳國際、城南水廠的地面沉降量均小于3mm，影響較小，基坑施工工程中加強監測，降水設計未對其進行專門保護。

省武警總隊大樓位于江東路西側，靠近J3區，距離J3區主線隧道基坑約80m，距離匝道基坑約50m。J3區YK11+105～YK11+190段及J4區YK11+190～YK11+390段基坑開挖面均位于承壓含水層中，承壓水位需要降低至開挖面1m以下，即地面下約14m。該段坑外最大水位降深約11m，武警總隊處最大水位降深約9m，預估因水位降低引起的地表沉降量約70mm。為減少降水對武警總隊大樓的影響，靠武警總隊側布置13口回灌井進行回灌，間距約15m。

3 回灌井結構及施工工藝

3.1 回灌井結構

回灌井的深度應同基坑內降水井深度相同，且不超過圍護結構深度。本工程回灌井深21m；為增加回灌效果，施工中全孔采用內徑400mm、外徑500mm的無砂混凝土濾管，外包80目錦綸濾管；濾料為中粗砂，回填至地面下3m，上部采用粘土回填；泥孔徑750mm，見圖1。

同時，為對比鋼管井與無砂混凝土管井的回灌量，設置2口鋼管回灌井，井管直徑273mm、壁厚≥4mm，頂部3m為鋼實管，下部18m為鋼濾管，外包80目錦綸濾網，濾料為中粗砂，泥孔徑600mm。

3.2 成井工藝流程

準備工作→鉆機進場→定位安裝→開孔→下護口管→鉆進→終孔后沖孔換漿→下井管→稀釋泥漿→填砂→止水封孔→洗井→下泵試抽。

3.3 成井施工

（1）測放井位：根據回灌井平面布置圖測放井位，井位測放完畢后應做好井位標記，方便后面施工。如果布設的井點存在地面障礙物，應當設法清除障礙物，以利于打井的進行。若地面障礙物不易清除或受其他施工條件的影響，無法在原布設井位進行打井時，可對井位作適當調整。

（2）埋設護口管：埋設護口管時，護口管底口應插入原狀土層中，管外應用粘性土或草辮子封嚴，防止施工時管外返漿，護口管上部應高出地面0.10m～0.30m。

（3）安裝鉆機：安裝鉆機時，為了保證孔的垂直度，機臺應安裝穩固水平，大鉤對準孔中心，大鉤、轉盤與孔的中心三點成一線，嚴把開孔關，鉆頭與鉆桿連接處帶兩根鉆鋌，并且，彎曲的鉆桿不得下入孔內。

（4）挖泥漿池：泥漿池的大小按泥漿池計劃共用的打井數量和排渣量綜合確定，泥漿池底部及側壁宜鋪墊塑料布，以防跑漿污染環境。一般每2～3口井共用一個泥漿池，必要時可采用泥漿箱。

（5）臥鉆機：施工機械設備選用8QZJ-130型工程鉆機及其配套設備。用水平尺校正鉆機底座水平，并用鐵絲把鉆機固定在枕木上。

（6）鉆進清孔：鉆進中保持泥漿比重在1.10～1.15，盡量采用地層自然造漿，整個鉆進過程中要求大鉤吊緊后徐徐給進（始終處于減壓鉆進），避免鉆具產生一次彎曲，特別是開孔口不能讓機上鉆桿和水接頭產生大幅擺動。每鉆進一根鉆桿應重復掃孔一次，并清理孔內泥塊后再接新鉆桿，終孔后應徹底清孔，直到返回泥漿內不含泥塊，返出的泥漿含砂量<12%后

提鉆。

（7）下井管：采用托盤鋼絲繩下管法下井管，井管與井管之間接口用300mm寬的土工布封口并用鐵絲捆扎，以保證井管接口封閉，濾料不會從接口進入井內。井管外用4～5cm寬的毛竹片和鐵絲捆扎連接。

（8）投濾料：將濾料沿井壁四周均勻徐徐填入，并隨填隨測填砂頂面的高度，不得超高。水平向填砂厚度不小于150mm，垂向填砂高度嚴格按設計圖紙進行。

（9）洗井、試抽：濾料回填后，立即用潛水泵洗井，直至井水洗清達到規范要求為止。洗井時若出現井水中含有濾料，應停止洗井，檢查原因，進行處理，必要時要報廢掉，并按封井要求進行封井。

4 回灌井運行

4.1 回灌系統

回灌井運行系統如圖2所示。回灌井上安裝三通閥、水表、回水閥。

（1）回灌水源：采用自來水回灌成本高，基坑周邊又缺乏大型的地表水體，因此，本次主要采用基坑內降水井抽排的地下水作為回灌水源。

（2）回灌井回揚：回灌水中含有大量的氣泡和細顆粒雜質，同時地下水中鐵離子含量較高，氧化后形成絮狀沉淀，容易堵塞濾管及濾料。因此，在回灌井中下入水泵，定期對回灌井進行回揚處理。

4.2 回灌運行管理

（1）回灌系統運行前，準確測量各觀測孔水位，排設好回灌管路，回灌井上安裝三通閥、止水閥、回水閥、水表；回灌井周邊設置排水溝，防止回灌水溢出及排放回灌井回揚水。

（2）當潛水水位日變量超過250mm或者累計變量超過450mm時即可啟動回灌。

（3）回灌運行期間，每天對回灌水量及地下水位進行觀測，觀測頻率為每天12小時觀測1次。

（4）為確保回灌持續有效，對回灌井進行定期回揚處理，回揚周期視回灌水量衰減情況確定。

（5）回灌井采用自流回灌，必要時對鋼管回灌井進行加壓回灌，對比無砂管井及鋼管井的回灌水量。

（6）回灌過程中，若出現因圍護結構缺陷而導致的基坑管涌、滲水等情況，應立即停止回灌井運行，待堵漏完成后再進行回灌井運行。

（7）若管涌險情較為嚴重，必要時可開啟回灌井作為坑外備用井使用。

5 回灌效果監測

為觀測回灌效果，施工5口水位觀測井，回灌期間對地下水位進行密切觀測。

水位觀測井平面布置原則：垂直于基坑布置2口（HG01、HG02），平行于基坑布置2口（HG03、HG04），濾管均位于砂層中，用于觀測承壓水位；另在淤泥層厚的區域布置1口水位觀測井（HG05），用于觀測潛水位.觀測井口徑50mm，管材采用PVC管，觀測井深20m。濾管長10m，外包80目錦綸濾網。

6 結語

該工程施工期間基坑周邊地表沉降結果表明，在基坑外側一定距離內設置回灌井，明顯減小了回灌處遠離基坑方向地表總沉降和不均勻沉降現象，且遠基坑處的回灌效果優于進處的。采用回灌技術控制基坑周邊地表沉降，操作簡單、經濟效果明顯，該項技術在同類工程中很值得推廣。

（5）臥鉆機：施工機械設備選用8QZJ-130型工程鉆機及其配套設備。用水平尺校正鉆機底座水平，并用鐵絲把鉆機固定在枕木上。

（6）鉆進清孔：鉆進中保持泥漿比重在1.10～1.15，盡量采用地層自然造漿，整個鉆進過程中要求大鉤吊緊后徐徐給進（始終處于減壓鉆進），避免鉆具產生一次彎曲，特別是開孔口不能讓機上鉆桿和水接頭產生大幅擺動。每鉆進一根鉆桿應重復掃孔一次，并清理孔內泥塊后再接新鉆桿，終孔后應徹底清孔，直到返回泥漿內不含泥塊，返出的泥漿含砂量<12%后

提鉆。

（7）下井管：采用托盤鋼絲繩下管法下井管，井管與井管之間接口用300mm寬的土工布封口并用鐵絲捆扎，以保證井管接口封閉，濾料不會從接口進入井內。井管外用4～5cm寬的毛竹片和鐵絲捆扎連接。

（8）投濾料：將濾料沿井壁四周均勻徐徐填入，并隨填隨測填砂頂面的高度，不得超高。水平向填砂厚度不小于150mm，垂向填砂高度嚴格按設計圖紙進行。

（9）洗井、試抽：濾料回填后，立即用潛水泵洗井，直至井水洗清達到規范要求為止。洗井時若出現井水中含有濾料，應停止洗井，檢查原因，進行處理，必要時要報廢掉，并按封井要求進行封井。

4 回灌井運行

4.1 回灌系統

回灌井運行系統如圖2所示。回灌井上安裝三通閥、水表、回水閥。

（1）回灌水源：采用自來水回灌成本高，基坑周邊又缺乏大型的地表水體，因此，本次主要采用基坑內降水井抽排的地下水作為回灌水源。

（2）回灌井回揚：回灌水中含有大量的氣泡和細顆粒雜質，同時地下水中鐵離子含量較高，氧化后形成絮狀沉淀，容易堵塞濾管及濾料。因此，在回灌井中下入水泵，定期對回灌井進行回揚處理。

4.2 回灌運行管理

（1）回灌系統運行前，準確測量各觀測孔水位，排設好回灌管路，回灌井上安裝三通閥、止水閥、回水閥、水表；回灌井周邊設置排水溝，防止回灌水溢出及排放回灌井回揚水。

（2）當潛水水位日變量超過250mm或者累計變量超過450mm時即可啟動回灌。

（3）回灌運行期間，每天對回灌水量及地下水位進行觀測，觀測頻率為每天12小時觀測1次。

（4）為確保回灌持續有效，對回灌井進行定期回揚處理，回揚周期視回灌水量衰減情況確定。

（5）回灌井采用自流回灌，必要時對鋼管回灌井進行加壓回灌，對比無砂管井及鋼管井的回灌水量。

（6）回灌過程中，若出現因圍護結構缺陷而導致的基坑管涌、滲水等情況，應立即停止回灌井運行，待堵漏完成后再進行回灌井運行。

（7）若管涌險情較為嚴重，必要時可開啟回灌井作為坑外備用井使用。

5 回灌效果監測

為觀測回灌效果，施工5口水位觀測井，回灌期間對地下水位進行密切觀測。

水位觀測井平面布置原則：垂直于基坑布置2口（HG01、HG02），平行于基坑布置2口（HG03、HG04），濾管均位于砂層中，用于觀測承壓水位；另在淤泥層厚的區域布置1口水位觀測井（HG05），用于觀測潛水位.觀測井口徑50mm，管材采用PVC管，觀測井深20m。濾管長10m，外包80目錦綸濾網。

6 結語

該工程施工期間基坑周邊地表沉降結果表明，在基坑外側一定距離內設置回灌井，明顯減小了回灌處遠離基坑方向地表總沉降和不均勻沉降現象，且遠基坑處的回灌效果優于進處的。采用回灌技術控制基坑周邊地表沉降，操作簡單、經濟效果明顯，該項技術在同類工程中很值得推廣。

（5）臥鉆機：施工機械設備選用8QZJ-130型工程鉆機及其配套設備。用水平尺校正鉆機底座水平，并用鐵絲把鉆機固定在枕木上。

（6）鉆進清孔：鉆進中保持泥漿比重在1.10～1.15，盡量采用地層自然造漿，整個鉆進過程中要求大鉤吊緊后徐徐給進（始終處于減壓鉆進），避免鉆具產生一次彎曲，特別是開孔口不能讓機上鉆桿和水接頭產生大幅擺動。每鉆進一根鉆桿應重復掃孔一次，并清理孔內泥塊后再接新鉆桿，終孔后應徹底清孔，直到返回泥漿內不含泥塊，返出的泥漿含砂量<12%后

提鉆。

（7）下井管：采用托盤鋼絲繩下管法下井管，井管與井管之間接口用300mm寬的土工布封口并用鐵絲捆扎，以保證井管接口封閉，濾料不會從接口進入井內。井管外用4～5cm寬的毛竹片和鐵絲捆扎連接。

（8）投濾料：將濾料沿井壁四周均勻徐徐填入，并隨填隨測填砂頂面的高度，不得超高。水平向填砂厚度不小于150mm，垂向填砂高度嚴格按設計圖紙進行。

（9）洗井、試抽：濾料回填后，立即用潛水泵洗井，直至井水洗清達到規范要求為止。洗井時若出現井水中含有濾料，應停止洗井，檢查原因，進行處理，必要時要報廢掉，并按封井要求進行封井。

4 回灌井運行

4.1 回灌系統

回灌井運行系統如圖2所示。回灌井上安裝三通閥、水表、回水閥。

（1）回灌水源：采用自來水回灌成本高，基坑周邊又缺乏大型的地表水體，因此，本次主要采用基坑內降水井抽排的地下水作為回灌水源。

（2）回灌井回揚：回灌水中含有大量的氣泡和細顆粒雜質，同時地下水中鐵離子含量較高，氧化后形成絮狀沉淀，容易堵塞濾管及濾料。因此，在回灌井中下入水泵，定期對回灌井進行回揚處理。

4.2 回灌運行管理

（1）回灌系統運行前，準確測量各觀測孔水位，排設好回灌管路，回灌井上安裝三通閥、止水閥、回水閥、水表；回灌井周邊設置排水溝，防止回灌水溢出及排放回灌井回揚水。

（2）當潛水水位日變量超過250mm或者累計變量超過450mm時即可啟動回灌。

（3）回灌運行期間，每天對回灌水量及地下水位進行觀測，觀測頻率為每天12小時觀測1次。

（4）為確保回灌持續有效，對回灌井進行定期回揚處理，回揚周期視回灌水量衰減情況確定。

（5）回灌井采用自流回灌，必要時對鋼管回灌井進行加壓回灌，對比無砂管井及鋼管井的回灌水量。

（6）回灌過程中，若出現因圍護結構缺陷而導致的基坑管涌、滲水等情況，應立即停止回灌井運行，待堵漏完成后再進行回灌井運行。

（7）若管涌險情較為嚴重，必要時可開啟回灌井作為坑外備用井使用。

5 回灌效果監測

為觀測回灌效果，施工5口水位觀測井，回灌期間對地下水位進行密切觀測。

水位觀測井平面布置原則：垂直于基坑布置2口（HG01、HG02），平行于基坑布置2口（HG03、HG04），濾管均位于砂層中，用于觀測承壓水位；另在淤泥層厚的區域布置1口水位觀測井（HG05），用于觀測潛水位.觀測井口徑50mm，管材采用PVC管，觀測井深20m。濾管長10m，外包80目錦綸濾網。

6 結語

該工程施工期間基坑周邊地表沉降結果表明，在基坑外側一定距離內設置回灌井，明顯減小了回灌處遠離基坑方向地表總沉降和不均勻沉降現象，且遠基坑處的回灌效果優于進處的。采用回灌技術控制基坑周邊地表沉降，操作簡單、經濟效果明顯，該項技術在同類工程中很值得推廣。