淺談深基坑管井降水技術的應用

中鐵二十五局集團第五工程有限公司

摘要：車站場地地下水主要賦存于第四系粘性土及砂土層中，其中粘性土具弱透水性，砂土層屬強透水層。車站位于地下水位以下，明挖基坑深度達30m，各土層在地下水的作用下，基坑側壁容易坍塌，加劇基坑的不穩定性，直接影響地下工程的施工。針對本工程基坑上層為弱透水性粘性土、下層為強滲透性砂土、控制沉降的特點，采用明排、管井等綜合降水方法，實踐證明此方法是經濟、有效的。

關鍵詞：地鐵車站；深基坑降水；明排降水

長春地鐵1號線一期工程衛星廣場站位于人民大街與衛星路交叉路口處，衛星廣場及其周圍，為換乘車站，南北走向，輕軌3號線東西向從此地下穿過，車站主體共設5個出入口、3個緊急疏散口、換乘通道1座。車站主體總長178.6m，標準段凈寬20.3m，車站主體為地下三層框架結構，采用明挖法施工，圍護結構采用鉆孔灌注樁結合鋼支撐的形式。車站頂板埋深約為3.0m～4.0m；底板埋深約為27.0m～31.0m。

基坑開挖作為整個工程施工的關鍵工序，其能否成功降水成為確保基坑安全、順利開挖的前提之一。

1.工程地質概況

場區地層由第四系全新統人工填土層、第四系中更新統沖洪積粘性土和砂土層、白堊紀泥巖層組成。現場勘察過程中，于鉆探過程中發現三層地下水：（1）層表層孔隙性潛水水位埋藏較淺，勘測期間地下水埋深3.50～4.00m，主要賦存于第四系粘性土地層中，含水層水平、垂直向滲透性差異較小；（2）淺層承壓水以第②5層粘土為相對隔水頂板，第③1層全風化泥巖為相對隔水底板，含水層為第②6層中砂；（3）層巖石裂隙水含水層巖性為全風化粉細砂巖。根據巖土工程勘察報告補充：根據地區經驗及抽水試驗，各土層滲透系數及地質情況見下表：

2.降水方案設計及計算

根據勘察報告、站點結構施工順序、現場施工場地條件、地下管線情況、現場構筑物影響等多方面因素的分析，適合本場地的降水方案是管井井點降水。本工程降水方案采取以疏干第（1）層潛水，降低（2）層承壓水為目的，在基坑四周布置抽水井形成封閉降水，控制基坑中央水位深度，達到降低地下水位的要求。根據車站施工流程，降水方案施工順序如下：將車站主體基坑開挖作為一期降水，車站出入口及換乘通道作為二期降水，降水時需同時借車站主體一期降水部分降水井。

根據上述分析及車站結構施工順序，對衛星廣場站主體的基坑排水量進行計算：

[原始條件]：依據標準：《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-99）

為了計算方便，將本區間的基本地質情況如下概化：車站基坑南部端頭、標準段、北部端頭開挖深度分別為26m、25～28m、29m，附屬結構出入口和換乘通道開挖深度為10～29。

將該段按長178.6米，寬26米的塊狀基坑考慮，設降水井間距6米，在沿人民大街方向的車站基坑外側3m布井：

（1）潛水完整井：K=0.45m/d，H=29m，S=29m，R潛=209m，r0=51.62m，計算得潛水涌水量：Q潛=652.7m3/d

（2）按承壓水完整井：k=0.64m/d，M=5m，S=2m，R=16m，計算得承壓水涌水量：Q承=341m3/d

總排水量為Q=Q潛+Q承=993m3

（3）降水井干擾單井出水量q=15.5m3/d

（4）單井出水能力計算，設單位過濾器長度時單井出水能力為q0，降水井直徑為600mm，過濾器直徑為400mm，計算得q0=60 m3/d.m，則所需過濾器總長度為：L=Q/q0=16m.當降水井干擾單井出水量為q=15m3/d時，其單位過濾器工作長度為l=0.2m。

（5）根據車站總平面圖，確定基坑周長約為420米，按6米間距布井，計算井數為：n=70（口），當單井出水量為15.5m3/d時，疏降系統總涌水量為1085m3/d，大于基坑總排水量，安全系數比值為1.1，符合設計要求。

3.降水井布置參數及施工

車站主體降水井沿南北向延伸布置，間距6m，一期降水井共設置70眼。出入口及換乘通道作為二期降水，間距6m，二期布設248眼，共計318眼。

由于粘土地層接觸面不易形成降水漏斗，水力坡度較平緩，為把粉質粘土、粘土層水進行疏干，在車站主體外圍降水井中間增加疏干井。疏干井間距為20m。

管井施工工藝如下：

施工準備→施工放樣→鉆機就位→鉆進→成孔→管井安裝→投濾料→洗井→安放水泵→抽水

（1）放井位

定井位應由專業測量人員進行，井位應設置顯著標志，必要時采用鋼釬打入地面下300mm，并灌入石灰粉。

（2）成孔

管井采用反循環鉆機成孔，地層自造漿護壁。井徑不小于550mm，井孔應保持圓正垂直，孔深與設計井深誤差小于500mm。

（3）換漿

井管下入前應注入清水置換泥漿，并用水泵或撈砂管抽出沉渣，使井內泥漿密度保持在1.05～1.10g/cm3。

（4）吊放井管

井管采用外徑Φ380mm的無砂砼管，每節管長800mm，壁厚40mm，孔隙率>20%。為防止井管壓碎，下端下2.0m長水泥死管作為沉砂管，沉砂管坐落于井托上，沉砂管以上無砂管井管作為過濾管段，在15m左右加兩節水泥死管，接近孔口2m再用水泥死管。井管上端高出自然地面0.50m，加蓋井蓋。

（5）填濾料

井管吊裝就位后，及時填充濾料，含水層段濾料為3-7mm的碎石，用鍬將碎石沿井管四周均勻填料，防止架空，保證填料不少于設計填料量的95%。

（6）洗井

成井后，用污水泵反復進行恢復性抽洗，抽洗次數不得少于6次。洗井應在成井4-8小時內進行，洗井后可進行試驗性抽水，確定單井出水量及水位降低能否滿足設計要求。

（7）水泵安裝

潛水泵用絕緣材料繩吊放。采用QY6-48/3-1.5型或QJ6-40/3-1.1型潛水電泵，揚程40～48m，流量6m3/h，電機功率1.1～1.5KW。安裝并接通電源，鋪設電纜和電閘箱，做到單井單控電源，并安裝時間水位繼電自動抽水裝置和漏電保護系統。

（8）抽降

聯網抽降后應連續抽水，不應中途間斷，水泵、井管維修應逐一進行。

4.坑底明排

（1）當地下水位降深較淺，且坑壁穩定的情況下，可采用坑底周邊設截滲水溝，并配合集水井抽水或集水坑明排。

（2）排水溝尺寸根據坑底滲水量確定。一般情況下，溝寬0.2～0.4m，溝深0.2～0.3m左右。坑角設一集水坑，集水坑深度，以大于淹沒抽水泵進水閥高度為宜。在有流砂或流土的地層中，集水坑可放鋼筋籠，鋼筋籠外裹紗網，周邊和井底填礫料。

（3）坑底明排常用的抽水設備有：離心泵、潛水泵和污水泵，總排水能力（ ）應達到以下要求：

≥

式中： ——基坑總涌水量（m3/d）。

（4）基坑范圍內局部加深，如電梯井、集水坑等，其加深部位可單獨設集水井。

5.體會

（1）對于基坑潛水含水層，采用深井降水措施，對坑內淺層土體進行疏干降水，較好的保證了基坑降水效果，滿足開挖要求。

（2）管井施工工序簡單，機械設備對施工場地要求不高，造價低，適合各種地質條件，施工工期較易控制，對地下水位的控制比較靈活。

（3）基坑開挖前，應選擇在典型地層打多口試驗管井試抽，進一步調整管井的施工參數和布置，使之可靠、低成本地達到降水效果。

（4）管井的潛水泵運行期間，必須配備可靠的發電機組（采用雙回路電源），切實保證抽水作業不中斷。