蘇州地鐵深基坑降水設(shè)計(jì)施工運(yùn)行技術(shù)

郭 享 張明飛 王占生 童立元

蘇州地鐵深基坑降水設(shè)計(jì)施工運(yùn)行技術(shù)

郭 享 張明飛 王占生 童立元

深基坑降水設(shè)計(jì)施工運(yùn)行是深基坑降水工程的重要組成部分，文章對(duì)蘇州地鐵4號(hào)線多個(gè)深基坑降水工程進(jìn)行了分析探討，并就地鐵深基坑工程降水井的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理等的具體操作步驟、參數(shù)和方法等若干技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了闡述。

地鐵；深基坑降水；設(shè)計(jì)；施工；運(yùn)行

1 降水設(shè)計(jì)

降水設(shè)計(jì)包括降水方案設(shè)計(jì)和管井構(gòu)造設(shè)計(jì)。

1.1 降水方案設(shè)計(jì)

降水工程應(yīng)以“以水位降深控制為前提，以沉降控制為目標(biāo)，隔-降-灌并舉”為綜合治理理念，并遵循“分層分區(qū)降水”、“按需降水”、“降水最小化”的基本原則。

降水可以采用輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)和管井等方法。鑒于地鐵基坑的重要性，市區(qū)降水均采用管井。管井在降水中根據(jù)用途不同，分為疏干井、減壓井、回灌井（往往兼做觀測(cè)井）和觀測(cè)井。疏干井和減壓井隔水帷幕插入深度、混合井的選擇以及井群布置形式是降水方案中的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。

1.1.1 隔水帷幕插入深度取值

對(duì)于深度不小于15 m并且面積大于2 000 m2的大型基坑，目的含水層隔水帷幕插入深度建議取值不小于目的含水層厚度的70%或不小于8 m；對(duì)于深度不大于9 m或面積不大于500 m2的小型基坑，目的含水層隔水帷幕插入深度建議取值不小于目的含水層厚度的50%或不小于6 m；同時(shí)，設(shè)置管井降水和回灌井。

對(duì)于主體工程中的局部承壓含水層，一般應(yīng)完全隔斷；若因厚度大或埋深大而不能完全隔斷時(shí)，應(yīng)符合本節(jié)上述規(guī)定；對(duì)于車站出入口、停車線等附屬結(jié)構(gòu)并且基坑深度小于10 m時(shí)，建議隔水帷幕底部伸入目的含水層厚度的30%以上或不小于5 m。

1.1.2 混合井或獨(dú)立井選擇

當(dāng)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔斷含水層可以使用混合井。當(dāng)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，考慮這種連通會(huì)導(dǎo)致抽水過(guò)量，建議疏干井和減壓井獨(dú)立設(shè)計(jì)，并在基坑外側(cè)設(shè)置回灌井，間距20～40 m。

1.1.3 井群布置形式

如果基坑四周圍護(hù)結(jié)構(gòu)插入土層深度相同，可采用均勻布井的方案。如果基坑四周圍護(hù)結(jié)構(gòu)插入土層深度不同，為達(dá)到水位降深相同，可采用不均勻布井方案。

1.2 管井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.2.1 疏干井井管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

疏干井結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括井管、濾管和沉淀管。 井管及濾管宜采用直徑和壁厚相同的水泥礫石濾管井或鋼管，水泥礫石濾管外徑不小于360 mm。鋼管外徑不小于273 mm，壁厚應(yīng)不小于3 mm。濾管長(zhǎng)度根據(jù)含水層厚度而定，濾管底部應(yīng)設(shè)置1～2 m同直徑的沉淀管。濾管孔隙率一般宜在15%～30%。根據(jù)不同土層的粒徑級(jí)配，外包40～60目尼龍網(wǎng)或其他過(guò)濾網(wǎng)。

圖1 疏干井結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）

1.2.2 減壓井井管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

減壓井結(jié)構(gòu)如圖2所示，與疏干井不同的是，井管一般只采用鋼管，壁厚應(yīng)不小于4 mm，當(dāng)減壓井深度大于40 m時(shí)，壁厚不小于6 mm。井管外徑不小于273 mm，成孔直徑不小于600 mm。濾管應(yīng)布置于降水目的承壓水層中。沉淀管、濾管孔隙率和過(guò)濾網(wǎng)與疏干井相同。

圖2 減壓井結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）

1.2.3 觀測(cè)井井管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

井管及濾管與疏干井設(shè)計(jì)相同，但潛水觀測(cè)井井深一般比基坑普遍深度大2～3 m，且不得超出潛水含水層范圍，井孔直徑與井管直徑差不小于300 mm。目的含水層觀測(cè)井如在坑內(nèi)同時(shí)為減壓備用井，在觀測(cè)時(shí)不得開啟。目的含水層觀測(cè)井應(yīng)根據(jù)目的含水層的深度進(jìn)行設(shè)置。

2 降水施工

管井降水井施工流程：施工準(zhǔn)備→測(cè)量定位→放樣孔位→機(jī)械安裝→材料到位整理→鉆進(jìn)成孔→終孔→清孔調(diào)漿→安放井管→填濾料→洗井→封井→驗(yàn)收簽字。

在降水工程施工前應(yīng)編制《降水工程施工組織設(shè)計(jì)》。當(dāng)在施工中發(fā)現(xiàn)與降水設(shè)計(jì)條件不符時(shí)，應(yīng)及時(shí)提出優(yōu)化設(shè)計(jì)，經(jīng)取得設(shè)計(jì)認(rèn)可后方可施工。管井施工應(yīng)在基坑擋土、抗?jié)B（隔水帷幕）結(jié)構(gòu)、坑內(nèi)外土體加固和防滲加固等施工完成后進(jìn)行。

管井降水井施工中洗井和封井的重難點(diǎn)如下。

2.1 洗井

在洗井前，承壓水位觀測(cè)井和減壓井必須按照國(guó)家和地方規(guī)范要求進(jìn)行層間止水效果檢驗(yàn)。

水泥礫石濾管井宜采用水泵或空壓機(jī)等方法洗井，不宜采用活塞方法洗井。鋼管井宜采用水泵、空壓機(jī)或活塞等方法洗井。水泵法洗井持續(xù)時(shí)間，疏干井不應(yīng)小于48 h，減壓井及承壓水觀測(cè)井不應(yīng)少于24 h?；钊淳掷m(xù)時(shí)間，疏干井不宜少于8 h，減壓井及承壓水觀測(cè)井不宜少于4 h。

2.2 封井

封井在施工安全和質(zhì)量中占據(jù)重要地位，因其施工難度較大，易出現(xiàn)滲漏反復(fù)的情況，所以，不僅封井時(shí)間要精確，封井的方案最好也要1套以上，要更加周密和詳細(xì)。對(duì)于疏干井來(lái)說(shuō)，封井時(shí)間一般在開挖結(jié)束后。對(duì)于減壓井，坑內(nèi)減壓井在基坑底板澆筑完成后，進(jìn)行逐漸停抽，待下2層板強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度停止減壓降水，待結(jié)構(gòu)下1層板施工結(jié)束后至頂板覆土前這個(gè)時(shí)間段進(jìn)行封井，封井方案按減壓井封井方案執(zhí)行。疏干井封井和減壓井封井如圖3、4所示。

圖3 疏干井封井示意圖

3 運(yùn)行管理

降水運(yùn)行應(yīng)采用“分步、按需、受控”的降水運(yùn)行原則。為減少降水對(duì)周邊環(huán)境的影響，在降水運(yùn)行過(guò)程中，要做到隨開挖深度的加深，逐步降低地下水位，并始終保持地下水位位于開挖面以下1～2 m。疏干井應(yīng)提前預(yù)抽水，保證疏干效果。降水運(yùn)行也要根據(jù)用途的不同而有所差異。

3.1 疏干井降水運(yùn)行要求

（1）必須在地下連續(xù)墻全封閉后方可開始抽水。

（2）預(yù)抽水應(yīng)在基坑開挖20天前進(jìn)行，隨著開挖深度的加深，當(dāng)井管采用水泥管時(shí)，可逐節(jié)拆除上部井管；若采用鋼管井，井管不應(yīng)該拆除，應(yīng)進(jìn)行保護(hù)，直至開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后一并拔除。

圖4 減壓井封井示意圖

（3）在成井施工階段應(yīng)邊施工邊抽水。

（4）為了保證疏干井降水效果，采用真空深井法，真空度不小于-0.06 MPa。

（5）根據(jù)實(shí)際開挖工況和施工進(jìn)度，確保潛水位在基坑開挖面以下保證疏干效果。

（6）抽水運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)檢查設(shè)備運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)排除。

（7）疏干井抽水時(shí)，潛水泵抽水間隔時(shí)間由短至長(zhǎng)，抽干后應(yīng)立即停泵。

（8）抽水過(guò)程中應(yīng)做好記錄，不斷優(yōu)化運(yùn)行方案。

（9）在降水結(jié)束后按照封井方案進(jìn)行封井。

（10）疏干井設(shè)置醒目標(biāo)識(shí)，方便辨認(rèn)與保護(hù)。

3.2 減壓井降水運(yùn)行要求

（1）根據(jù)抽水試驗(yàn)所得水文地質(zhì)參數(shù)、相關(guān)規(guī)范要求以及基坑分段開挖和支撐的施工實(shí)際工況，提出開啟減壓井的數(shù)量和井號(hào)，計(jì)算承壓水位的安全深度，以指導(dǎo)降水運(yùn)行。

（2）減壓井降水應(yīng)24 h連續(xù)抽水。

（3）降水運(yùn)行時(shí)開動(dòng)抽水井個(gè)數(shù)和抽水量大小，應(yīng)根據(jù)基坑開挖深度和安全承壓水頭埋深要求進(jìn)行控制。水位觀測(cè)通過(guò)未抽水的減壓井及備用井進(jìn)行。

（4）減壓降水運(yùn)行過(guò)程中，每天將抽水量和承壓水位的動(dòng)態(tài)情況報(bào)告總包和監(jiān)理。

（5）在降深過(guò)大時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取減少減壓井單位涌水量，甚至關(guān)閉部分降水井。在降深不足時(shí)，增加減壓井單位涌水量或開啟備用井，控制減壓井水位，做到保證基坑安全的同時(shí)，盡量減少對(duì)基坑周邊環(huán)境的影響。

（6）在抽取承壓水時(shí)加密基坑周邊的監(jiān)測(cè)工作。

（7）底板施工完成后，包括養(yǎng)護(hù)階段和上部結(jié)構(gòu)施工階段，應(yīng)逐步減少減壓井的開啟數(shù)量，直至關(guān)閉所有減壓井。

（8）降水工作全部結(jié)束后，會(huì)同總包、監(jiān)理單位確定減壓井封井時(shí)間，并按照封井方案進(jìn)行封井。

（9）工作現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)備有雙電源，確保降水連續(xù)運(yùn)行。

（10）在進(jìn)行減壓井平面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮井位避開支撐、梁、柱等結(jié)構(gòu)，并將其布置在混凝土支撐近旁以便在減壓降水運(yùn)行時(shí)進(jìn)行提放水泵等操作。

[1] 駱祖江，李朗，姚天強(qiáng)，等. 松散承壓含水層地區(qū)深基坑降水三維滲流與地面沉降耦合模型[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2006，28 (11).

[2] 駱祖江，劉金寶，李朗. 第四紀(jì)松散沉積層地下水疏降與地面沉降三維全耦合數(shù)值模擬[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)，2008，30 (2).

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[5] 婁榮祥，蘭韡，繆俊發(fā). 承壓水降水運(yùn)行信息化管理與風(fēng)險(xiǎn)控制[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2009 (5).

責(zé)任編輯 朱開明

Design and Construction Technology of Deep Foundation Pit Dewatering in Suzhou Metro

Guo Xiang, Zhang Mingfei, Wang Zhansheng, Tong Liyuan

The dewatering design and construction of deep foundation pit is an important part of the deep foundation pit dewatering works. The paper analyzes and discusses the dewatering engineering of Suzhou metro line 4, and some technical problems and diffi culties, such as design, construction and operation management of the dewatering wells in metro deep foundation pit are described.

metro, deep foundation pit dewatering, design, construction, operation

TU 46

2015-06-06

郭享：蘇州市軌道交通集團(tuán)有限公司，工程師，江蘇蘇州 215004