深井降水施工技術在港口翻車機系統工程中的應用研究

摘要：深井降水作為一種大口徑降水方法，具有排水量大、不受吸程限制、井距布設靈活、工藝成熟等優點。在實際工程中，地質條件、布井測算、施工安排等因素直接影響到降水效果。對港口翻車機系統土建工程的深井降水技術進行研究，引入新興的基于BIM的進度跟蹤技術，用于項目整體進度的跟蹤控制，進度情況得到直觀反映。降水前與降水后的數據對比顯示，砂層含水率降低了68.3% ，黏土層含水率降低6.2%，表明降水效果卓有成效。通過深井降水，確保了基坑邊坡的穩定，保障了土建工程的作業安全，為港口翻車機系統主體結構的施工創造了有利條件。

關鍵詞：深井降水；成孔；封井；BIM技術

0" "引言

深井降水是一種大徑流的降水方法，管井降水系統主要由濾水管、吸水管和潛水泵等組成[1]。通過計算和勘測，在測算的井點位置埋設井管，利用懸浮架設的深井泵或潛水泵抽取地下水，再通過自然的排水溝渠將水引至預定區域，可達到預設的降水目標。深井降水具有不受吸程限制、排水量大、井距布設靈活[2]、工藝成熟等優點，在國內外的土建工程中得到了廣泛應用[3]。在實際工程中，地質條件、布井測算、施工安排等因素直接影響到降水效果，必須進行周密的安排。本文對港口翻車機系統土建工程的深井降水技術進行研究，為項目順利實施和竣工提供重要支撐。

1" "工程概況

馬瑞巴亞港翻車機工程是西芒杜鐵礦建設的配套工程，位于幾內亞南部馬瑞巴亞河口上游東岸，地處弗雷卡利亞省，屬于海外建設工程。幾內亞是西非國家，屬于熱帶型氣候，沿海地帶以熱帶季風氣候為主，而內地則為熱帶草原性氣候。西芒杜鐵礦位于幾內亞東南部的西芒杜山脈，礦區面積738km2，是世界級的大型優質露天赤鐵礦，勘測得出其優質鐵礦石儲量達24億t，總資源量超過50億t。

馬瑞巴亞港主要用于運輸該礦的赤鐵礦石，包含4個1.2萬t級礦石駁船裝船泊位，赤鐵礦石設計吞吐量7000萬t/年。翻車機系統項目建設內容主要包括：翻車機房、廊道、安全通道、采光間、控制室、電氣室等土建單體的建筑和裝飾工程，以及室外基礎與給排水工程等。項目所處的地理位置以及氣候環境與國內迥異，且基坑降水工程量大，建設地為國外，施工工藝復雜，借鑒成熟的施工技術和施工工藝，可以為項目順利實施和竣工提供重要的支撐。

2" "降水井點的測算

為保證土建工程的順利實施，翻車機系統基坑施工需先進行降水施工，以確保邊坡穩定。翻車機系統項目的基坑開挖高程為12.5m，以機械挖土為主，采用敞開式開挖，利用現場高程差布設臨時排水線路，通過布置降水井，將水抽至自然排水溝。

對于深基坑降水而言，由于實施過程中井群同時進行降水作業，井與井之間互相影響，單井不再符合計算規律，出現實際降水效果與預期不同。因此測算時，應考慮深基坑的集群效應，將基坑等效化為一口大井，先確定深基坑的總涌水量，再計算井深，并得出單井的流量，最后確定井點數量。

2.1" " 基坑流量計算

根據工程勘察報告可知，工程所在位置的施工場地屬于穩定潛水類型，地下水主要由天然降雨和地下徑流滲漏補充。參考地質水文資料，降水井型式為無壓非完整井，可按公式（1）計算基坑流量：

（1）

式中：K為滲透系數，查閱地質資料，將各地質層的滲透系數取平均值，本工程中算得K為0.823；S為降水要求值；H0為潛水層厚度，本工程的地質條件取值21.5m；Ｒ為影響半徑；X0為基坑降水等效半徑，根據降水區域總面積計算。深井降水計算參數如圖 1所示。

2.2" " 井深計算

井深按照公式（2）計算：

（2）

式中：H1為井點預制面至基坑底面的垂直距離；i為需要降水區域的水力坡度，根據地質條件和經驗取值，本工程中取0.2；h為水位下限至基底的垂直距離，本工程中為 1m；L為井點中心至基坑中心的最短距離。

2.3" " 井點數量計算

井點數量按公式（3）計算。其中m為備用系數，可取 1.1；q為單井出水量。依據設計單位提供的數據以及建設單位提供的水文地質資料，可測算得出，本工程設置80個降水井點，平均井深25m，井點布置如圖2所示。

（3）

基坑開挖前，在基坑內進行降水作業，保證邊坡穩定，并盡量延長疏干降水時間。降水深度為基坑標高以下1.0m。基坑內側和外側均設水位觀測井，便于觀測水位，動態調整降水速度。

3" "深井降水關鍵施工工藝

港口翻車機工程的施工地質環境復雜，河水、地下水、雨水都會向基坑內滲入，施工難度大，工藝復雜，制定合理的深井降水施工流程顯得十分重要。具體施工流程如下：邊坡放線→井點定位→鉆機就位→成孔→井管安裝→洗井→集水管安裝→試抽→降水→拔泵→封井。

3.1" " 成孔

為確保降水效果，減小洗井難度，工程中的所有降水管井采用反循環成孔技術。鉆機工作時，高速運轉的聯動軸帶動鉆頭旋轉，以此切削破碎鉆進路徑上的巖土。鉆機旋進過程中，沖洗液在鉆機聯動軸和已成型的井壁間流動，對鉆頭進行冷卻，并將切削下來的巖土石屑，經由鉆桿內腔返回地面。與此同時，沖洗液又返回孔內形成良性循環。

鉆機連桿的內腔比井孔直徑小很多，鉆機連桿內的泥漿快速上升，凈化后可循環使用，為此所需泥漿量少，施工機械消耗的功率小，清理井孔的時間短。施工中應按照質量控制要求，嚴格控制孔徑、鉆進深度等參數，保證鉆桿偏斜比率≤1%，防止出現塌孔、井身偏斜等質量事故發生。對于砂層地質段的鉆井工藝，可適當加大泥漿比重，提高泥漿的護壁能力和攜帶碎渣能力，以免井底沉渣過多。井身達到設計深度時，應繼續鉆進1～2m保留裕度。

3.2" " 洗井

洗井工序是深井降水施工中最關鍵的環節。碎石濾料填充完畢以后，要立即著手進行洗井施工。用壓力泵將貯漿池中的洗井液強力注入鉆桿，洗井液直達工作面，對刀具進行清洗。此外，洗井液還可以沖洗井底，其與鉆屑混合后，沿著井孔上升返排到地面的中轉池，凈化后的洗井液又回到貯漿池。

成井后應及時洗井，做到隨打隨洗，不得擱置時間過長或成井后集中洗井。用潛水泵反復進行抽水洗井，洗井過程中應觀測水位及出水量變化情況。測算洗井前后兩次的涌水量，二者相差應＜15%。待觀察到井孔內的沉渣不再上涌，上下含水層相互貫通，且井口出水清澈時結束洗井。

3.3" " 潛水泵布設

正確對潛水泵進行選型，不僅可在工程中獲得更好的經濟效益，還可保證降水效果。深井降水的水質極其渾濁，完全是泥漿，運行境況惡劣，單泵流量和揚程一般需要根據水泵曲線和工程降水速度確定。潛水泵吊裝放置距井底以上2.0m處，安裝并接通電源，進行試運行測試，保證單井單控，絕不允許同一開關控制多個潛水泵。水泵安裝完成后，應檢查水位控制裝置和漏電保護系統，確保降水作業中的用電安全。

3.4" " 降水作業

完成潛水泵安裝后，即可進入降水作業。根據施工要求，將所有水泵連網，統一連續抽水作業，中途不應間斷。需要維修更換水泵時，啟動備用泵，每次只能進行單臺水泵的維修。初次啟時應采用逐一啟動水泵的方法，以免排水管網疏水能力不足。抽水開始后，應逐一檢查單井出水量和含砂量，若含砂量過大，應將水泵上提0.5～1m。如果含砂量仍然較大，應重新洗井。

3.5" " 封井

結構底板澆筑的混凝土強度達到設計值70%以上時，結構主體荷重已達到相應水位的抗浮要求，此時即可逐步實施封井工序。封井前，讓潛水泵滿功率運行1～2h，盡量降低井內水位。井管標高需保持在底板標高以上，方便封井施工。封井材料應選用干拌混凝土，其標號與底板抗滲混凝土相同或提高一個等級。按照工藝要求，添加早強劑，保證初凝時間≤45min。

然后從其中一側開始封井，每次應間隔一個封井。封井操作時，迅速提起水泵，倒入混凝土，然后人工夯實。封井結構如圖3所示。為了保證深井降水的施工質量，制定質量檢查項目指標要求如表1所示。

4" "基于BIM的進度跟蹤技術

傳統的進度管理方法，橫道圖、S曲線、網絡圖等，對于大型施工項目不太適合。馬瑞巴亞港的建設項目，整體采用了BIM建模技術，在總體進度管理方面，采用新興的基于BIM的進度跟蹤控制技術[4]。BIM是一種典型的所見即所得的可視化數據管理工具，在建筑項目整個生命周期均有實用價值[5]。

得益于項目前期即引入BIM技術，設計階段已建立BIM模型，在施工階段將其用于整體進度的跟蹤控制，具有可視化、自動統計等鮮明特征，并可根據設定預測施工進度。BIM技術結合動態管理思想，通過計算機內部自動完成數據統計，與設定的施工計劃數據進行比較，計算數據偏差，能夠將進度情況直觀的反映出來，具有可視化特點。

在降水井的施工進度管理方面，將 BIM模型與施工進度計劃相鏈接，把空間模型信息與時間信息整合在一個可視的3D可視化管理程序中，用不同的顏色表示已完工程、未完工程，形象、直觀、精確地反映降水井的施工進度，如圖4所示。這種新的施工進度模擬操作，充分利用計算機的數據管理、運算優勢，配合人為設定合理的計劃，可動態模擬整個施工過程，精確掌握施工進度。并可以優化施工資源，對施工場地進行科學、合理的布置。

基于BIM技術的施工進度管理，結合BIM本身具有的虛擬建造特性，可將施工管理的傳統方法技術與數據分析、數據挖掘結合起來，避免在機械枯燥的圖形曲線、Excel表格中形成視覺疲勞。BIM技術以三維模型為基礎，進度過程實時可見，所見即實際工程的真實反映，非常便于不同專業的技術人員交流，數據清晰，一目了然，有效提高了管理效率。

5" "結語

本文對港口翻車機系統土建工程的深井降水技術進行研究，引入新興的基于BIM的進度跟蹤技術，用于項目整體進度的跟蹤控制，進度情況得到直觀反映。降水前與降水后的數據對比顯示，砂層含水率降低了68.3% ，黏土層含水率降低 6.2%，降水效果明顯。通過深井降水，確保了基坑邊坡的穩定，保障了土建工程的作業安全，為港口翻車機系統主體結構的施工贏得了時間，取得了良好的成效。

參考文獻

[1] 王俊華.深井降水施工技術在龍頭寨工程中的應用探討[J].水利技術監督，2012（2） ：37-39.

[2] 雷清武，胡昌華.深井降水在施工中的應用[J].水力發電，2003（5） ：13-15.

[3] 范興華，高長玲.深井降水在施工中的應用計算[J].四川建筑，2009（9）：16-18.

[4] 韋永麗. BIM 技術在樁基工程中的應[J].黑龍江科技，2021，12（4）：102-103.

[5] 周世炳.BIM 技術在樁基工程中的應用[J].浙江建筑，2020（2）：28-30.

[6] 劉劍峰.BIM 在深基坑施工中的應用[J].施工技術，2017，46（增"刊）：506-509.