輻射井技術(shù)在工程降水方面的應(yīng)用

（寧夏水利水電工程局有限公司，寧夏 銀川 750021）

1 輻射井技術(shù)的發(fā)展及特點(diǎn)

1.1 輻射井技術(shù)的發(fā)展

早在20世紀(jì)30年代，我國就出現(xiàn)了輻射井技術(shù)，并將其運(yùn)用到地下水開發(fā)施工過程，到70年代在我國黃土高原地區(qū)得到了較為廣泛的推廣。相關(guān)學(xué)者也不斷加大對(duì)這一技術(shù)的深入研究，對(duì)施工技術(shù)和機(jī)械設(shè)備都做了大量的改進(jìn)，特別是波紋PVC管在弱透水性含水層成井施工過程中的運(yùn)用更是取得了非常卓著的成就，像粉細(xì)砂和粉土亞黏土淤泥等，在保證工程施工質(zhì)量基礎(chǔ)之上，降低了輻射井施工成本。一直到80年代末，我國才將輻射井技術(shù)逐步運(yùn)用到基坑降水工程施工過程中，現(xiàn)如今該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)取得了數(shù)項(xiàng)專利，并且已經(jīng)列入到我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中。盡管取得了如此多的成績(jī)，但輻射井技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用仍然存在較大的局限性，仍需我們不斷研究和完善，進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，提升應(yīng)用成效。

1.2 輻射井技術(shù)的特點(diǎn)

輻射井之所以被叫作這個(gè)名稱，主要是因?yàn)槠湔w結(jié)構(gòu)包含有一個(gè)大口徑豎井和無數(shù)水平集水管，正是因?yàn)檫@些水平集水管可以沿著豎井周圍的任何方向打進(jìn)含水層，所以呈現(xiàn)出一種輻射狀態(tài)，人們就俗稱其為輻射井，這種豎井的最大作用就是可以利用眾多集水管將地下水匯集到豎井當(dāng)中，之后再利用水泵將積水抽走。除此之外，輻射井還有一個(gè)應(yīng)用特點(diǎn)，即：其可以被運(yùn)用到多種地層和多個(gè)任意高程的含水層，集水管不僅數(shù)量多，而且伸展范圍特別廣，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大面積工程的有效降水控制，而且不會(huì)給地面造成太大的影響，施工管理和維修操作都更為方便，這些功能都是傳統(tǒng)降水方式無法實(shí)現(xiàn)的。也正是因?yàn)檫@些優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)如今輻射井技術(shù)被廣泛應(yīng)用于高速公路、群房、穿越鐵路以及繁華市區(qū)各類工程（地下水較為豐富）施工過程中。和以往的傳統(tǒng)降水方式相比較而言，這種技術(shù)可以達(dá)到更好的降水效果，并且還可以在一定程度上節(jié)約施工成本、拆遷成本和后期維修成本。

2 輻射井施工工藝

實(shí)踐證明，采用輻射井施工工藝進(jìn)行工程降水處理可以達(dá)到非常不錯(cuò)的降水效果，其工作原理主要是利用一系列水平集水管對(duì)疏干管線施工范圍之內(nèi)的重力水和封閉管線施工范圍之外的地下水進(jìn)行處理，從而施工工程施工開挖作業(yè)提供良好的施工環(huán)境?，F(xiàn)如今我國輻射井施工技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到城市供水、基坑降水以及農(nóng)田灌溉等多個(gè)領(lǐng)域，并且取得了一定的成就，該項(xiàng)技術(shù)具體施工過程也不會(huì)花費(fèi)太大的成本，操作也較為簡(jiǎn)便，但也存在些許不足，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①施工場(chǎng)地偏小。輻射井施工場(chǎng)地通常情況下都需要沿著施工區(qū)間線每8到100米拆遷100到150米。②如果施工區(qū)域處于建筑密集區(qū)的話，可能會(huì)因?yàn)榇蠓秶邓斐纱竺娣e地面發(fā)生沉降現(xiàn)象，甚至還有可能引發(fā)塌陷事故。③若地層結(jié)構(gòu)為卵礫石，采用水沖頂進(jìn)法存在較大的難度，往往無法滿足水平井40到60米的施工要求。

2.1 豎井施工方法

豎井施工方法體現(xiàn)出最大的優(yōu)勢(shì)為：施工場(chǎng)地整潔、占地面積小且安全性比較高，可是井壁管下沉過程往往會(huì)出現(xiàn)較大的地層摩擦力，所以還需要對(duì)該方法做出適當(dāng)?shù)母纳坪蛢?yōu)化：

①高壓射水。將射水管事先埋設(shè)在水沖頂進(jìn)法和井壁中，射水壓力通常情況下控制在1到2.5MPa，如果下沉過程非常難時(shí)可以采取高壓射水模式。②潤(rùn)滑泥漿套。泥漿套的厚度通常選用5厘米，泥漿密度控制在每升1.15到1.3千克。③對(duì)空氣擾動(dòng)減阻進(jìn)行壓縮處理。該項(xiàng)操作的主要目的是將側(cè)壁摩阻力大幅度降低，施工人員可以在沉井管設(shè)置通氣孔和射水孔，當(dāng)下沉非常困難的時(shí)候，可以向通氣孔當(dāng)中注入一定量的壓縮空氣。④采取壓重助沉方式?？梢栽诰敺胖靡恍┌彖F或者是鋼管材料，幫助下沉，當(dāng)然具體重量還需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理確定，一般情況下不能超過60噸。

2.2 水平井施工方法

水平井施工方法主要包括錘擊法、頂進(jìn)法和套管法三種，錘擊法其實(shí)就是利用油錘或者是撞錘將濾水管壓入含水層。頂進(jìn)法是利用千斤頂或者是水平鉆機(jī)將濾水管頂進(jìn)含水層。這兩種施工方法都比較適用于強(qiáng)透水地層，所以具體是過程多選用剛性濾水管。而套管法施工步驟較為復(fù)雜，需要注意以下幾個(gè)方面的問題：

①必須保證鉆機(jī)安裝之后處于水平狀態(tài)，而且還要對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)固處理。②開孔多選用金剛石或者是合金鉆頭。③在套管頂進(jìn)過程中，一般需要給套管當(dāng)中持續(xù)不斷注入高壓清水，目的是促使套管當(dāng)中的泥漿及時(shí)排除孔外，保證孔壁滲透性處于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。④開鉆的時(shí)候一般需要傾斜3度到5度，以更好地防止水平集水管過長(zhǎng)。⑤在套管拔出之前就應(yīng)該確保鉆頭和套管已經(jīng)脫離。

3 輻射井技術(shù)在工程降水方面的應(yīng)用

3.1 工程概述

上面已經(jīng)介紹過，輻射井技術(shù)在地下含水量豐富工程施工中的應(yīng)用歷史已經(jīng)很久了，特別是在地下水較為匱乏的一些干旱地區(qū)，利用輻射井降水技術(shù)可以像樹根一樣有效汲取含水層中的水資源，同時(shí)還經(jīng)過了河床的過濾，將地表水成功轉(zhuǎn)變?yōu)榈叵滤?，大大降低了水資源的濁度，優(yōu)化了水質(zhì)。

某輸油泵站內(nèi)有原總閥室、泵房以及加熱爐煙道等構(gòu)筑物，都屬于半地下結(jié)構(gòu)，因?yàn)楣こ探ㄔO(shè)過程中沒有做好防水處理工作，在雨水比較多的季節(jié)就經(jīng)常出現(xiàn)雨水滲入建筑物的現(xiàn)象，給企業(yè)日常正常生產(chǎn)和管理工作帶來了很大的難度，由于環(huán)境長(zhǎng)期較為潮濕，管道腐蝕和電纜水侵現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，存在較大的安全隱患[1]。為了解決這一問題，站里曾嘗試了多種措施，比如：基礎(chǔ)外側(cè)粘貼油氈、地下灌漿防滲還有增大地面散水坡等。雖然取得了一定的成效，但也都沒能從根本上解決問題，主要是因?yàn)楸谜镜叵鹿艿拦芫€錯(cuò)綜復(fù)雜，都處于連續(xù)作業(yè)狀態(tài)，所以想要保證生產(chǎn)過程的絕對(duì)安全，還要不斷嘗試別的處理措施，以徹底解決滲水問題。之后某設(shè)計(jì)研究院在接手處理泵站構(gòu)筑物進(jìn)水問題的時(shí)候，首先深入泵站內(nèi)部對(duì)原總閥室、泵房和加熱爐煙道滲水狀況進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查和研究，并打了5個(gè)地質(zhì)調(diào)查孔，經(jīng)過多方面綜合分析研究之后發(fā)現(xiàn)，泵房和原總閥室之間的集水井為主井，作輻射井疏干降水試驗(yàn)研究可以取得較好的施工效果。

3.2 輻射井的布置

經(jīng)過勘察發(fā)現(xiàn)，含水層透水性比較好的薄層當(dāng)中砂層距離主井只有0.8米，所以選用單層布孔方式，總共設(shè)置了10個(gè)水平輻射孔，和地面的距離控制在4.97到5.1米之間，孔口標(biāo)高控制在215.17到215.3米之間。由于原總閥室和泵房的基礎(chǔ)底面埋置深度比較大，為了更好地保證構(gòu)筑物基礎(chǔ)的穩(wěn)固性，出去輻射集水管不穿越構(gòu)筑物底部。綜合地下管線和構(gòu)筑物分布等多方面因素，輻射孔的布設(shè)長(zhǎng)度不統(tǒng)一，但都在24.35到54.76米之間[2]。

3.3 輻射孔鉆探、濾管安裝及洗孔

輻射孔鉆進(jìn)采用井下電動(dòng)水平鉆機(jī)三翼鉆頭無芯實(shí)施鉆進(jìn)，在開始鉆進(jìn)之前還要用清水進(jìn)行沖孔，鉆頭的直徑為110毫米，所以鉆成的孔徑會(huì)略大于該直徑，在鉆進(jìn)到預(yù)定長(zhǎng)度后停止，之后在用高揚(yáng)程水泵對(duì)孔內(nèi)泥漿和殘留巖粉進(jìn)行沖洗。同時(shí)還需要注意，整個(gè)鉆進(jìn)過程都需要大流量不停沖孔，完成鉆孔之后用4厘米的膠管對(duì)孔內(nèi)進(jìn)行徹底清洗，然后再下入孔隙率為20%的無毒聚乙烯塑料濾管，每一節(jié)濾管的長(zhǎng)度為1.5米，所有安裝操作全部完成之后還需要再次沖洗[3]。

3.4 輻射井抽水試驗(yàn)

輻射井建設(shè)完成之后，組織施工人員將其中的沉淀物清理，恢復(fù)地下水位便可以開始抽水試驗(yàn)，在此之前需要測(cè)定4個(gè)觀測(cè)孔和主井的穩(wěn)定水位。在抽水試驗(yàn)具體實(shí)施過程中，對(duì)主井出水量、動(dòng)水位以及孔內(nèi)的水位進(jìn)行測(cè)定，主要分為兩個(gè)環(huán)節(jié)，一個(gè)出水量比較大，平均流量一天可以達(dá)到61立方米，這已經(jīng)超出了輻射井的進(jìn)水能力，在經(jīng)過連續(xù)不斷8小時(shí)抽水之后水位才恢復(fù)正常。另一個(gè)是在開始抽水之后仍然存在較大的出水量，經(jīng)過不斷抽水之后水量逐步減少，主井水位降至1.29米，出水量每天可以穩(wěn)定在43.9立方米，抽水結(jié)束之后水位緩慢下降。

表1 井水位下降情況

3.5 試驗(yàn)效果與評(píng)價(jià)

安排專業(yè)人員對(duì)預(yù)留的4個(gè)觀測(cè)孔水位進(jìn)行密切觀測(cè)和記錄，和以往水位相比較而言，在同時(shí)期往年水位回升階段，原總閥室和泵房電纜溝已經(jīng)出現(xiàn)了滲水進(jìn)水現(xiàn)象。但是在輻射井抽水試驗(yàn)階段，并沒有出現(xiàn)類似情況，可見輻射井技術(shù)的應(yīng)用起到了非常好的降水作用。為了對(duì)輻射井具體降水效果進(jìn)行檢測(cè)，停止抽水并恢復(fù)水位進(jìn)行抽水試驗(yàn)，兩天之后電纜溝又再次出現(xiàn)了滲水現(xiàn)象，然后進(jìn)行不間斷抽水兩天，電纜溝滲水消失[4]。輻射井建成抽水后，泵站所有構(gòu)筑物室內(nèi)滲水現(xiàn)象都消失不見了，取得了非常好的降水效果。

4 輻射井在工程降水施工中預(yù)防及事故處理措施

輻射井技術(shù)在工程降水方面應(yīng)用的時(shí)候，比較容易出現(xiàn)的事故主要包括以下兩種：①集水井施工過程中出現(xiàn)塌孔事故。②水平井施工過程中出現(xiàn)涌砂事故。無論哪種事故都會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果和不可估量的損失，所以必須要防患于未然，提前做好預(yù)防，并制定針對(duì)性的處理方案。

4.1 集水豎井施工過程中預(yù)防和處理塌孔事故的措施

①仔細(xì)分析和研究輻射井施工過程所采用的各種地質(zhì)資料，在充分掌握?qǐng)鰞?nèi)各個(gè)含水層具體水位和地層巖性基礎(chǔ)之上合理確定集水井可能出現(xiàn)塌孔的位置。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，比較容易出現(xiàn)塌孔的位置使上部無水的砂層和雜填土層，所以應(yīng)該做好重點(diǎn)防控。②在施工前詳細(xì)了解施工現(xiàn)場(chǎng)地下管線的具體分布情況和周邊建筑物的實(shí)際情況，主要包括其具體結(jié)構(gòu)類型、形式和實(shí)際埋深等，同時(shí)還要預(yù)測(cè)輻射井施工過程可能造成的危害。尤其需要對(duì)那些變形較為敏感的建筑物提前做好加固處理。③根據(jù)臨近建筑物實(shí)際情況，編制詳細(xì)的沉降監(jiān)測(cè)方案，利用現(xiàn)代化信息技術(shù)保證方案的科學(xué)性和合理性[5]。④在開始鉆進(jìn)之前，要備好充足的粘土和水源。如果施工過程中出現(xiàn)整體下沉和地面開裂現(xiàn)象，應(yīng)該用礫料回填到地面，并對(duì)地面下沉的范圍進(jìn)行注漿加固。

4.2 水平井施工過程中預(yù)防及處理涌砂事故措施

①如果降水層為細(xì)砂和層粉比較厚，或者是地下水位比較高的施工區(qū)域，一定要仔細(xì)綜合分析多方面情況，確保降水方案的可靠性。否則可能會(huì)造成水平井開孔之后涌砂不止現(xiàn)象的發(fā)生，解決這一問題的時(shí)候需要根據(jù)含水層的具體厚度來合理設(shè)置水平井，實(shí)現(xiàn)地下水位的逐步降低處理。②開孔操作盡可能避開涌砂比較嚴(yán)重的含水層，鉆孔時(shí)鉆機(jī)最好是上仰1度到30度。水平井鉆孔標(biāo)高還應(yīng)該充分結(jié)合含水層的實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，保證最終降水處理效果和施工過程的安全性[6]。③如果水平井涌砂較為嚴(yán)重的話，工作人員應(yīng)該立即采取相應(yīng)的處理措施，封堵材料最好是就近取材，以節(jié)省更多的搶救時(shí)間，可以是草袋、蛇皮袋或者是棕皮等。必要時(shí)封堵處理完還要進(jìn)行注漿。④鉆進(jìn)地層為粉土層或者是干砂層的話，由于鉆進(jìn)過程容易形成空洞，一旦發(fā)生應(yīng)該立即進(jìn)行注漿充填處理。⑤完成水平井下管裝備之后，相關(guān)工作人員應(yīng)該對(duì)出水含砂量進(jìn)行測(cè)定，超標(biāo)之后還需要根據(jù)有關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)的處理，處理之后還沒有達(dá)標(biāo)就應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行注漿封填處理，以防后期帶來其他不良影響。

5 結(jié)束語

總而言之，輻射井技術(shù)是我國現(xiàn)如今一種較為先進(jìn)的高效降水處理方法，其最大的特點(diǎn)就是占地面積小，尤其在解決“疏不干”降水問題方面取得了非常好的成效，所以得到了廣泛地應(yīng)用。想要更好地推動(dòng)輻射井技術(shù)的良性發(fā)展，我們還需要做進(jìn)一步深入研究，讓其在工程降水方面發(fā)揮出更大的功效，為我國工程建設(shè)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。