管井降水技术在地铁白龙潭公园站深基坑施工中的应用

管井降水技术在地铁白龙潭公园站深基坑施工中的应用

肖良师

肖良师

昆明地铁建设管理有限公司

摘要：在地下水位较高的地区进行深基坑开挖，由于含水层被切断，在压差作用下，地下水必然会不断地渗流入基坑，如不进行基坑降排水工作，将会造成基坑浸水，使现场施工条件变差，地基承载力下降，在动水压力作用下可能引起流砂、管涌和支护失稳等现象，因此，为确保基坑施工安全，必须采取有效的降水排水措施。本文通过对昆明地铁1号线支线白龙潭公园站深基坑施工降水施工总结，阐述了深基坑施工降水设计及施工技术。

关键词：深基坑；管井；降水；施工应用

一、工程概况

昆明地铁1号线支线白龙潭公园站为地下两层岛式明挖车站，位于呈贡区祥和路延长线和宝珠街交叉口地下，车站东侧距离白龙潭水库约50米，西侧为安置小区和商业区规划地块。车站主体结构外包长度184m，标准段宽19.7m，端头井宽23.8m，基坑深度16.6-18.7m，顶板埋深为3.0-3.8m。车站共设4个出入口及2组风亭，出入口附属结构均为地下一层，待车站主体结构完工后实施。车站主体结构为二层单柱双跨现浇钢筋混凝土箱型结构型式，采用明挖顺作法施工。车站围护结构采用800mm厚地下连续墙加内支撑（砼支撑和钢支撑）围护结构体系，沿基坑竖向共设置3道支撑和1道倒撑，钢支撑水平间距为3m，混凝土支撑水平间距6m。基坑第一道支撑采用800*800现浇钢筋混凝土支撑，其余采用Φ609，t=16mm钢支撑。

二、工程地质及水文地质情况

（一）工程地质情况

场地岩土层按成因主要为第四系中更新统冲积洪积层（Q?al?pl），各地层特征如下：粉质黏土（4）1-3层：灰黄色，棕黄色，可塑，主要成份为黏粒；黏土（4）1-4层：灰黄色，棕黄色，硬塑，主要成份为黏粒；有机质土（4）2-3层：灰黑色，可塑，见腐殖物，味稍臭；泥炭质土（4）3-3层：灰黑色，可塑，含有机质约15%，见腐殖物，干缩明显，质轻；粉土（4）4-4层：灰白色，灰褐色，湿～很湿，密实，干强度及韧性低；粉砂（4）5-3层：灰白色，潮湿～饱和，中密；中砂（4）7-3层：灰白色，潮湿～饱和，中密；砾砂（4）9-3层：灰白色，潮湿～饱和，中密。

（二）水文地质情况

拟建车站地表水发育，在车站东侧约10～50m处为白龙潭水库，地表水受季节影响，水位在1.2～5.8m。地下水分布主要为上层滞水、孔隙承压水。其中，上层滞水赋存于表层的黏土中，含水量不大，其动态受季节控制，主要接受大气降水渗入补给；孔隙承压水：赋存于中更新统冲洪积层之粉土（3）-4、粉砂层（3）-5、中砂（4）-7及砾砂（4）-9层的孔隙中，该含水层分布广，总体厚度较大，含水丰富，因地层上部覆盖有粉质黏土相对隔水层，使下部空隙潜水具有承压性。孔隙承压水主要接受上层地下水的越流补给和上游地下水径流的侧向补给。

（三）不良地质情况

场地局部泥炭质土，平均厚度1.04m，土层具中等偏高压缩性，低强度，该土层不稳定。据《云南省膨胀土地区建筑技术规定》（试行），昆明地区属膨胀土气候C区，土的湿度系数0.65＜ψW≤0.75，干燥度Kc≤0.90，大气影响深度da=4.00～4.50，大气影响急剧层深度180～200m。场地内黏土（4）1-3、（4）1-4，具有天然密度小，重度变化大、平均孔隙比大、液限高，平均收缩系数大，遇水膨胀，失水收缩；取样试验结果，自由膨胀28%-62%，平均值42.13%，具热膨胀潜势（40≤δef＜65）。据《膨胀土地区建筑技术规范》（GBJ112-87）属Ⅱ级膨胀土地基。

三、工程特点分析与降水设计思路

本工程基坑跨越里程较长，开挖较深，紧邻白龙潭水库，基坑底面标高低于白龙潭水平面约1.2m，基坑底大部分位于粉砂、粉土层中，粉土、粉砂层重力含水量高，在动水压力作用下易引起流水、流砂作用，施工中具有产生流砂和基坑突涌等风险，引发基坑安全。因此，基坑安全很大程度上依赖于基坑降水的成功与否，这使得降水设计的可靠性十分重要。

基坑开挖穿越潜水含水层和承压含水层，开挖过程中，前期需考虑对承压水层进行降压，后期需对承压水层进行疏干处理。根据工程特点，结合场区地质条件及类似专业降水设计及地下水控制经验，该基坑降水采取管井降水施工施工方法，降水井的结构根据基坑的开挖工况及地层分布特征进行设计。

为加强主体基坑的降水效果，坑内降压井采取不割管处理，靠近混凝土支撑搭设平台。对于基坑东侧白龙潭水库通过砂层径流补给的地下水，结合潜水含水层及承压含水层分部，在坑外布设4口观测降水井，用于监测降水期间的水位变化，必要时开启坑外降水井降低坑外地下水位，减少坑内地下水的补给。

四、降水设计

（一）管井降水设计

1.降水井数量设计

基坑开挖深度范围内土层主要为粉质粘土、粘土、粉土、粉砂，根据疏干降水公式，其基坑涌水量Q=μmA，

其中：μ------含水层的给水度，取平均值0.06；

m------降水目的含水层厚度（m），取平均值10.347m；

A------基坑面积（m2），取3744.52m2；

按照以上公式计算开挖范围内基坑总涌水量Q=2324.67m3。疏干降水所需降水井的数量n=Q/q，根据抽水试验开挖范围内含水层的平均单井出水量取7m3/d，按照预抽水时间20天计算，本工程共需的降水井的数量n=16.61口。根据计算书，本基坑共布置17口疏干井，其中，基坑内布设13口，基坑外侧2m处布设4口，降水井管井内径273mm，降水井沿基坑内Z形布置。具体布设图见：图1，具体数量如下：

降水井设计表

五、井管施工工艺及技术要求

（一）工艺流程

施工准备—放样—钻机就位—钻进—清孔换浆—井管安装—投滤料—洗井—安装抽水泵—抽水。

（二）技术要求

成孔：准备工作完成后开始钻孔，整孔采用一径到底，钻进过程中注意观察返浆，记录地层情况，考虑抽水期间沉淀物可能达到的沉积高度所产生的影响，成井深度大于设计深度30～50cm，并保证钻孔圆正垂直。钻孔过程中采集土样，核对含水层所在部位和土的颗粒组成。

清孔：井管下孔前进行清孔作业，清孔采取注入清水置换，清孔完成测定井深。

井管安装：清孔结束后立即吊装井管，安顺序先放已一段封死的滤管，在依次焊接，每节管焊接对直，确保井管位于孔中间，以保证井管与孔壁间间距不小于150mm，管井与孔壁间的空隙用滤料填实，再在离空口1m的位置用黏土填实。

洗井：管井安装完成后应及时进行洗井，一口井能否发挥作用，取决于洗井的质量。洗井常用活塞法或空压机压气清洗发，该工程采用空压机压气洗井，即成井结束后，接上空压机进行空压机洗井，吹出管底沉淤，直到水清不含砂为止，洗井原理示意见图4。

图4洗井原理示意图

安装水泵抽水：洗井完成后应立即安装抽水泵进行抽水，这样既可以抽水，又可以检验洗井效果，如果洗井后放置一段时间再进行抽水，井管有可能淤积，影响抽水效果。

六、降水运行及保障措施

（一）降水运行

试运行：正式降水前必须进行试运行，以检验供电系统、抽水设备、排水系统等能否满足降水要求。试运行之前，准确测定各井口和地面标高，静止水位，然后开始试运行。试运行结果进行记录并备案，根据试运行结果，对于无法满足降水要求的部分进行相应整改。

在降水井成井施工阶段要边施工边抽水，即完成一口投入运行一口，力争在基坑开挖前，将基坑内地下水降到基坑底开挖面一下1.0m深。水位降到设计深度后，即暂停抽水，观测井内的水位恢复情况。

降水运行：降水在基坑开挖前20天进行，做到能及时降低地下水位；降水井抽水时，潜水泵的抽水时间间隔自短至长，若井内水抽干后，在5～10分钟应立即停泵，防止电机烧坏；在停泵30分钟左右再开启抽水泵进行抽水；对于出水量较大的井，每天开泵抽水的次数相应要增多；降水运行过程中，做好各井的水位观测工作；对降水运行的记录要及时分析整理，绘制各种必要的图表，以合理指导降水工作，提高降水运行效果。

（二）保障措施

降水成功与否直接关系到整个工程的安全，在施工过程中要高度重视降水运行的保障措施。

首先是用电保障，在正常的降水运行过程中，必须有合理的用电保障以满足降水的运行需求。通常要求施工现场应有两路用电，降水运行中应保证一路用电停电后另一路用电能及时使用，确保降水井能够在最短的时间内正常运转，避免影响降水效果甚至危害基坑安全。

其次是现场要有合理的排水设施以满足工程的降水需求，加强地面防渗排水，确保雨季施工能及时排除地面及基坑内积水；另外就是加强降水的运行管理，降水工人应熟悉水泵开启、电路切换，以确保降水连续进行，避免因供电原因造成井底突水；抽水期间，出现降水正常运行但长期达不到预期效果，应注意检查基坑围护结构渗漏情况；降水停止并提泵后应及时将井封闭，补好盖板。

七、结语：

通过科学的布井，严格控制降水井施工质量，以及降水运行期间的科学管理。本工程基坑施工过程中，周边沉降较小，不均匀沉降符合规范要求，围护结构变形符合规范要求，很好地解决了地铁白龙潭公园站基坑施工的降水问题。

参考文献：

[1]张永波，孙新忠.基坑降水工程[M].北京：地震出版社，2000.

[2]余志成，施文华.深基坑设计与施工.北京：中国建筑工业出版社，1997.

[3]毛鹤琴.土木工程施工.武汉：武汉工业大学出版社，2000.