管道基坑开挖施工控制研究

管道基坑开挖施工控制研究

高鲁    陈拜平    孙国强

中国水利水电第三工程局有限公司（1，2），710038

内蒙古引绰济辽供水有限责任公司（3）134700

摘要：管道基坑开挖是管道工程建设中的重要环节，其施工质量直接影响到管道的安装及整个工程的安全与稳定。本文结合实际工程案例，对管道基坑开挖施工控制进行详细探讨，重点分析了管井降水加明排的降水措施以及在施工过程中对各个环节的质量控制要点，以供参考。

关键词：管道基坑；开挖施工；控制措施

1工程概况

洮儿河倒虹吸退水建筑物工程位于内蒙古兴安盟乌兰浩特市境内，设计新建暗涵、出水明渠、埋设直径 2.6m，预应力钢筒混凝土管1456m，主要用于输水，基坑工程包括管道沟槽开挖、新建箱涵、镇墩、压力管道以及出水渠段工程等。工程区域内地层主要由第四系全新统冲洪积物、上更新系统冰水沉积物、侏罗系上统白音高老组（J3b）凝灰岩等组成。土壤类型包括砂壤土、粉质黏土等，部分区域存在淤泥质土等软弱土层。地下水类型为第四系松散岩类孔隙水，地下水位埋深在0.5m—6m之间。含水层主要为漫滩和阶地区以及中低山丘陵区的残坡堆积物的空隙，其渗透系数为7.5×10⁻¹cm/s，表明地下水具有较强的流动性。

2管道基坑开挖施工方案

2.1降水方案

（1）管井降水。根据基坑的平面尺寸和深度，沿基坑周边布置管井。管井间距为8m，呈梅花形布置。管井直径为0.6m，井深根据地下水位及含水层情况确定为15m。管井结构采用混凝土管，底部设置过滤器，过滤器长度为1m，采用不锈钢丝网包裹，滤料为粗砂砾（粒径范围5—20mm），以保证良好的进水性能。每口管井配备一台潜水泵，潜水泵的流量为40m³/h，扬程为40m，功率为7.5KW。根据计算，共需设置384口管井，以满足基坑降水要求。 管井平面布置示意图如图1所示。

图1 管井平面布置示意图

（2）明排措施。在基坑底部设置排水沟，排水沟沿基坑纵向布置，沟底坡度为2‰，沟宽为0.5m，沟深为0.5m。在排水沟每隔20m设置一个集水井，集水井尺寸为0.5m×0.5m×0.8m。集水井内的水通过水泵抽排至基坑外的排水系统。

2.2开挖方案

基坑开挖采用分层分段的方式进行。每层开挖深度控制在3m以内，分段长度根据现场实际情况确定为200m。开挖顺序为先开挖上层土体，待上层土体开挖完成并进行相应的边坡支护和排水处理后，再进行下层土体的开挖。根据地质条件和基坑深度，确定边坡支护方式。对于较浅的基坑段（深度小于5m），采用放坡开挖并喷射混凝土护坡，放坡比例为1:1.5；对于较深的基坑段（深度大于等于5m），采用钢板桩支护，钢板桩长度为9m，间距为0.4m。同时在边坡顶部设置截水沟，防止地表水流入基坑。选用360型号挖掘机进行土方开挖，该挖掘机的斗容量为1.6m³，能够满足开挖效率要求。对于较硬的土层或岩石层，配备破碎锤进行破碎作业。

3管道基坑开挖施工中的控制措施

3.1降水施工控制

3.1.1管井施工质量控制

第一，在管井钻孔过程中，严格控制钻孔的垂直度，要求垂直度偏差不超过1%。使用经纬仪进行实时监测，确保钻孔符合设计要求。在此过程中要实时记录钻孔过程中的地层变化情况，如遇特殊地层及时调整钻孔工艺[1]。第二，井管下放前，检查井管的质量和完整性，确保无裂缝、破损等缺陷。井管下放过程中，保持井管垂直，缓慢下放，避免碰撞孔壁。井管连接部位应密封良好，采用橡胶密封圈和法兰连接的方式进行连接，防止地下水渗漏进入井管内部。第三，滤料填充应均匀、密实，填充高度符合设计要求。填充过程中，使用漏斗进行辅助填充，避免滤料出现架空现象。填充完成后，对滤料进行密实度检测，确保其满足设计要求。

3.1.2抽水控制

在管井施工完成后，及时进行抽水试验，确定单井出水量和水位降深等参数。根据试验结果，在满足基坑开挖条件下，合理确定抽水启动时间。一般情况下，当水位降深达到2m且稳定后，开始正式抽水作业。正式抽水过程中，根据基坑开挖进度和地下水位变化情况，合理控制抽水流量和水位[2]。通过安装在管井内的水位传感器和流量传感器，实时监测水位和流量数据，并将数据传输至监控系统。抽水流量应控制在每口井40m³/h左右，确保地下水位始终保持在开挖面以下0.5m。

3.2开挖施工控制

3.2.1分层分段开挖控制

在每层开挖过程中，使用水准仪或全站仪等测量仪器，实时监测开挖深度。严禁超挖现象发生，当开挖接近设计深度时，采用人工开挖进行精细修整，确保开挖深度符合设计要求，严格按照设计的分段长度进行开挖，每段开挖完成后，及时进行边坡支护和排水处理。避免因开挖过长而导致边坡失稳或积水现象发生。

3.2.2边坡支护施工控制

首先，对于边坡支护所使用的材料，如钢板桩、土钉、喷射混凝土等，严格检查其质量和规格。钢板桩应符合相关标准规范要求，表面无明显缺陷；土钉的长度、直径和强度应满足设计要求；喷射混凝土的配合比应严格按照设计要求进行配制，确保混凝土的强度和耐久性。

其次，支护施工工艺控制。在边坡支护施工过程中，严格按照设计的施工工艺进行操作。钢板桩的打入深度应达到设计要求的9—10m，间距为0.4m，垂直度偏差控制在1%以内；土钉的钻孔直径为100—120mm，钻孔深度比土钉长度多200—300mm，安装时土钉应居中且与钻孔壁保持3—5mm的间隙，注浆压力控制在0.3-0.5MPa，确保土钉与土体的粘结力；喷射混凝土的喷射厚度为100—120mm，强度等级达到C20，表面平整度误差不超过±10mm，同时应注意喷射过程中的养护，在喷射后的1～2天内保持混凝土表面湿润，防止混凝土出现裂缝。

3.3排水施工控制

排水沟的施工应符合设计要求，沟底应平整，坡度应均匀。在施工过程中，使用水准仪测量沟底高程和坡度，确保其符合设计要求，同时排水沟的侧壁应坚实，无坍塌现象，可采用砖砌进行加固。而对于集水井也需要按照设计要求进行施工控制，井底应平整，无积水现象。在施工过程中，严格控制集水井的位置和垂直度，使用水准仪和经纬仪进行测量。集水井的侧壁应坚实，可采用砖砌进行加固。同时还需要定期维护排水系统，清理排水沟和集水井内的淤泥和杂物，应检查管道连接部位及水管等的情况，确保排水系统的畅通和高效运行。

3.4地下水以及支护结构的施工监测

在基坑周边和坑内设置地下水位监测点，采用水位计定期监测地下水位的变化情况。每天检测两次，在降水初期和降雨天气需要提高监测频率。为了确保边坡结构的稳固性和安全性，需要在边坡顶部和中部设置边坡位移监测点，如图2所示。采用全站仪或水准仪等测量仪器定期监测边坡的水平位移和垂直位移情况，当边坡出现异常情况时，可适当增加监测频率[3]。同时对于采用钢板桩或土钉墙等支护结构的部位，需要在支护结构上设置应力监测点，采用应力传感器定期监测支护结构的应力变化情况，在施工期间需要实时根据监测数据，及时分析和评估基坑的安全状况。当监测数据超过警戒值时，立即停止施工，采取相应的措施进行调整。如当地下水位上升过快时，增加抽水流量或调整管井的布置；当边坡位移超过允许值时，加强边坡支护或调整开挖方案。

图2  监测点位布设示意图

结语

在管井基坑开挖施工过程中，不仅需要明确降水、开挖、排水等各方面的施工技术要点，更需要以此为基础，加强对各环节的施工控制，确保管道基坑施工的顺利进行。

参考文献

[1]张园园.高水位深基坑开挖及降水施工技术[J].山西水利,2023,(07):53-54+58.

[1]袁腾.管井降水技术在建筑深基坑施工中的应用[J].建材发展导向,2024,22(06):8-10.

[2]毕仁芬.基坑支护在水利工程中的应用[J].河南水利与南水北调,2024,53(02):37-38.