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1、 地铁工程竖井及横通道区间降水施工方法及施工工艺1.1地下水风险分析由于本区间范围内的地下水赋存于圆砾、砾砂等土层中，按埋藏条件划分，属第四系孔隙潜水。稳定水位埋深约为14.00m16.60m，相当于水位标高31.40m34.00m，含水层厚度约21.0m，主要补给来源为浑河侧向补给及大气降水垂直入渗补给，场地地下水径流条件良好，除-1-0粉质粘土外，含水层渗透性强，渗透系数K一般在30100m/d之间，水力坡度 1.02.0，随着竖井开挖深度的不断加大，上覆土层对含水层的压力逐渐减小，在动水压力作用下容易引发流水、流砂作用，竖井及横通道开挖面存在突涌的可能性，影响竖井及横通道的稳定。因此，竖
2、井及横通道土方开挖前必须采取连续降水措施，将地下水水位降至开挖面以下1.0m，最终降至竖井及横通道底板以下1.0m，保证开挖面无水作业。1.2降水井设计1、涌水量计算由于本区间地下水类型主要为潜水，为简化计算，采用潜水完整井公式来估算区间的涌水量。涌水量计算模型如下：（1）式中：Q基坑降水的总涌水量（m3/d）；k渗透系数（m/d）；H潜水含水层厚度（m）：s0基坑水位降深（m）；R降水影响半径（m）；r0沿基坑周边均匀布置的降水井群所围面积等效圆的半径（m）；对不规则形状的基坑，其等效半径按下式计算： （2）式中：r0基坑等效半径（m）；A降水井群连线所围的面积。 依据勘察报告和基坑降水经验
3、，本工程采取基坑外侧深井管井降水，本工程场地潜水含水层渗透系数K取108m/d，在正式降水前须做抽水试验，对降水方案进行优化。设计考虑自然水位为-11.5m，含水层厚度取21m。区间纵断采用V字坡，盾构井埋深最深，根据区间结构、盾构井埋深情况，将降水区域分成两段进行计算，以竖井南侧双线单洞断面与大跨度断面为分界点，降水面积分别取A1=9500、A2=4220，区间暗挖段底板埋深按27.03m计算，盾构井底板埋深按27.79m计算，区间暗挖段最深水位以降至-28.03m计算，盾构井处最深水位以降至-28.79m计算，水位降深S1=12.53m和S2=13.29m，涌水量计算参数及结果见表1.2-
4、1。涌水量计算参数及结果表 表1.2-1自然水位底板埋深含水层厚度渗透系数基坑面积水位降深水力坡度井内水位降深影响半径等效半径最大涌水量稳定涌水量水位hHkASdiSwRr0QmaxQminmmmm/dmmmmm/dm/d11.5027.0321.00108.00950012.53 0.05011.28 1451.33 54.99 41813.54 37817.63 11.5027.7921.00108.00422013.29 0.05011.12 1440.38 36.65 37308.92 35023.37 2、降水井数量及井深验算竖井及横通道设计降水井数为37口，井深36m；盾构井段设计
5、降水井数为20口，井深38m。区间暗挖隧道段降水井单井最大涌水量qmax=1.141813.54/37=1243.11m/d，单井稳定涌水量qmin=1.137817.63/37=1124.31m/d；盾构井段降水井单井最大涌水量qmax=1.137308.92/20=2051.99m/d，单井稳定涌水量qmin=1.135023.37 /20=1926.29m/d。井管的出水量可按下列经验公式确定： （3）式中：q井管的出水量（m/d）；r过滤器半径（m）；l过滤器进水部分长度（m）。区间暗挖隧道段降水井有效过滤器长度l1=36-11.5-11.28-1.5（沉淀器长度）=3.72m，盾构井
6、段降水井有效过滤器长度l2=38-11.5-11.12-1.5（沉淀器长度）=1.88m，过滤器半径r=0.4/2=0.2m，代入公式（3）得知：区间暗挖隧道段降水井单井的出水量q=1331.88m/d，盾构井段降水井单井的出水量q=2110.37 m/d。区间暗挖隧道段降水井单井的出水量q=1331.88m/d qmax=1243.11m/d，盾构井段降水井单井的出水量q=2110.37 m/d qmax=2051.99m/d，经验算，区间降水井数量及井深满足降水要求。3、降水井结构设计及要求降水井结构主要设计技术参数见表1.2-2。降水井设计主要技术参数表 表1.2-2位置井型井径(mm)
7、管径(mm)井管类型井深(m)井间距(m)滤料(mm)井数区间管井600400/30400mm的钢筋水泥管， 400mm的钢筋笼滤水管36173-1037盾构井管井600400/30400mm的钢筋水泥管， 400mm的钢筋笼滤水管38143-10204、水泵选用水泵均选用潜水水泵。区间暗挖隧道段降水井单井最大排水量qmax=1243.11/24=51.80m/h，单井稳定排水量qmin=1124.31/24=46.85m/h，选用泵量50 m/h，泵量调整范围4080 m/h，扬程40m的潜水泵满足降水要求；盾构井段降水井单井最大排水量qmax=2051.99 /24=81.50m/h，单井
8、稳定排水量qmin=1926.29/24=80.26m/h，选用泵量80 m/h，泵量调整范围50100 m/h，扬程40m的潜水泵满足降水要求。降水井内安装水泵见表1.2-3。降水井内安装水泵一览表 表1.2-3位置井号井数扬程（m）泵量（m3/h）泵量调整范围备注区间J1-1#J1-37#37405040801、均采用潜水泵；2、水量应随降水情况进行合调整。盾构井J2-1#J2-20#204080501005、降水井的布置本暗挖区间及盾构井降水井布置方案如下:（1）降水管井宜布置与区间两侧结构线外3.5m范围外，以免暗挖施工时注浆对降水井产生影响。（2）井位应优先布置在人行道两侧空地，尽量
9、避免在机动车道上布井。同时避开地下管线位置，减小对地下管线的干扰。（3）暗挖区间及盾构井单独形成封闭。（4）暗挖区间降水井间距为1517m，盾构井降水井间距为1415m。降水井平面位置见附图一“降水井平面布置图”。6、排水管线设计依据有关规范标准和本工程特点，以下述原则和技术要求设计排水管线：（1）主排水管尺寸和类型应满足顺畅排水和抗压要求，排水管线铺设的纵向坡度应不小于2。（2）拟排入的市政排水管线（网）应在地下室结构之外，以避免增加地下结构施工的风险，对其造成安全隐患。（3）拟排入的市政排水管线（网）的尺寸应满足现状城市排水和计划施工排水量要求，目前管线状态应完好，无重大破损现象。（4）对
10、交通及结构施工有影响的排水管线应暗埋于地下，其它位置的排水管线可采取在地面明铺的方式。（5）出水管、支管和主管之间应采取措施（如单向阀连接），防止停泵时发生水倒灌现象。（6）排水口应选择拟建结构范围外的市政雨污管线井口，如直接接入就近的雨污管线，应设置排水口工作井（检查井）。为了保证降水井中抽出的地下水能顺利畅通的排出，同时还应保证在雨季不至因降水排水造成内涝，应进行集水管和排水管的铺设。在不影响交通和施工的前提下，采用地表明铺管线，不具备明铺条件的进行暗埋铺设，集水管为4寸尼龙管，共需600m左右，水泵泵管为4寸钢管，共需1800m左右。7、配电线路设计降水配电系统采用三级配电，一级柜由项目
11、部提供，二级柜8台，三级柜16台，由施工队配备，主电路采用185mm2和95mm2的铝电缆，水泵电缆采用6mm2水泵电缆。本区间降水井平面布设、排水管线的布设、配电线路的布设详见附图十一，降水井井身结构详见附图十二。1.3降水井成井施工工艺采用冲击成孔、泥浆循环钻进、机械吊装下管成井施工工艺。成井施工工艺流程如图1.4-1所示。图1.4-1 成井施工工艺流程图1、测放井位根据降水井布置图的井位测放井位，井位测放完毕后应做好井位标记，方便后期施工。井位偏差50mm，若布设井位无法正常施工，应及时与技术员沟通、处理，必要时适当调整井位。若遇特殊情况（比如地下障碍、地面或空中障碍）需调整井位时，应及
12、时通知技术人员在现场调整。为保证安全，定井位后应挖探坑以查明井位处有无地下管线等地下障碍物，挖探坑的平面尺寸应比钢护筒稍大一点，深度必须以挖（或钎探）到地层原状土为准。2、埋设护口管为避免钻进过程中循环水流将孔口回填土冲塌，钻孔前必须埋设钢护筒。护筒外径1.0m，深度视地层情况而定。在护筒上口设进水口，并用粘土将护筒外侧填实，防止施工时管外返浆。护筒必须安放平整，护筒中心即为降水井中心点。埋设护口管时，护口管底口应插入原状土层中，护口管上部应高出地面0.1m0.3m。3、钻机就位、调整安装钻机时，为了保证孔的垂直度，机台应安装稳固水平，立好钻架，对准孔中心，拉好缆风绳，开始钻进，钻具选用重型冲
13、击钻头和捞渣筒配合使用。钻机就位时需调整钻机的平整度和钻塔的垂直度，对位后用机台木垫实，以保证钻机安放平稳。钻机对位偏差应小于20mm，钻孔垂直度偏差1%。4、钻进成孔开钻时用钻头以小冲程反复冲击造浆。护筒底脚以下12m范围内，采取小冲程、高频率反复冲砸成孔，调整泥浆比重确保孔壁稳定。钻进冲程根据地质情况及岩石强度的变化分别确定，防止发生斜孔。钻进时还要注意均匀地松放钢丝绳长度，严禁“打空锤”现象发生，确保钻机、钻架和钢丝绳不受损害。在钻孔过程中，一般情况下不需要调制泥浆，采用清水水压平衡法进行冲击钻进成孔，用抽筒抽取岩芯钻进，施工时应保证孔内水面高度与孔口平，防止塌孔事故发生。若钻进过程中通
14、过易塌孔的流砂层或泥浆漏失严重的地层时，可采用少投粘土增大孔内泥浆浓度，防止塌孔。冲击成孔钻进施工工艺见冲击成孔钻进工艺原理图。当遇有隔水粘土层时，为了防止冲击成孔时在孔壁形成泥皮，影响水井出水量，在成孔后要进行二次扩孔，扩孔直径比设计直径大50100mm。5、掏渣破碎的钻渣，经泥浆悬浮后，用捞渣筒清除出孔外；一般每冲击钻进2m左右，换捞渣筒清除孔底泥渣一次。6、下井管井管进场后，应检查过滤器的缝隙是否符合设计要求。首先必须测量孔深，对井管滤水管逐根丈量、记录，并封堵沉淀管底部。其次要检查井管焊接，焊接焊牢、焊缝均匀，无砂眼，焊缝堆高不小于6mm。下管前应检查井管是否已按设计要求包缠尼龙纱网；
15、钢筋水泥管接口处要用尼龙纱网包严，钢筋滤水管上下段焊接时，钢管或袖头连接处要设置连接定位钢筋，以保证井管的垂直度并焊接严实。7、回填滤料填料采用从井四周均匀缓慢填入，避免造成孔内架桥现象，洗井后若发现滤料下沉应及时补充滤料，填料高度必须严格按设计要求执行。8、洗井成井结束后，接上空压机进行空压机洗井，吹出管底沉淤，直到水清砂净为止。空压机洗井原理如图6.5-1所示。图6.5-1 空压机洗井原理示意图洗井完成后，使用绳尺复测降水井深度，若降水井深度再洗净后不满足设计要求，井底沉砂量较大，采用捞砂泵对井底沉砂进行清理，直到达到设计深度要求。1.4抽水试验抽水观测时间按开泵后规定的时间间隔进行，水位
16、观测时间间隔为：1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、90、120，以后每隔30min观测一次，至480后每60min观测一次，至1200后每2h观测一次，直至抽水试验停止。停止后观测恢复水位，时间间隔同抽水试验。抽水时同时进行水量观测，观测时间间隔为30min，采用流量表读数，精度应读到0.1m3。若发现水量过小而水位降低缓慢，可考虑改用流量较大的水泵，流量观测次数与地下水位观测同步。在整个抽水试验的过程中，抽水井的出水量应保持常量，若前后两次、观测的流量变化超过5%时，应及时调整。根据实际出水量为施工阶段的井结构、数量进行合理调整。根据本区间及盾构井降水设
17、计方案布井平面位置，拟采取如下试验方式：抽水试验过程一览表 表5-1试验方式抽水井号观测井号试验目的试验周期单井抽水试验J1-14 J1-13、J1-15、J1-17、J1-25确定单井抽水量、了解地层水位变化情况1d抽观结合群井抽水试验 J1-13、J1-14、J1-25、J1-26 J1-12、J1-15、J1-17、J1-24检验降水效果2d抽观结合水位恢复试验J1-14了解水位恢复速率1d观测根据现场抽水试验结构对降水井施工方案进行优化，若不满足降水要求，采取调整水泵泵量或增设降水井数量等措施，确保本区间降水效果。1.5降水运营管理1、降水运行原则（1）在正式开始降水之前，进行降水试运
18、行。（2）开挖前应提前进行预降水，一般在开挖前须保证有1周以上预降水时间。（3）应避免抽出的地下水就地回渗，影响降水效果。（4）及时监测地下水位变化，并相应调整开泵数量或泵量应，执行“按需降水”的运行原则，避免过量降低地下水位，造成浪费。（5）在区间中间及两侧区域，均应进行地下水位监控。2、降水运行工况降水应在基坑开挖前一个周开始运行，含水层的水位应降至当前开挖面以下1m，以保证开挖范围内土方的干开挖，最终降至底板以下1.0m。降水过程做到按需降水，通过控制动水位控制地下水水位。一般情况下，降水井应基本保持24小时连续抽水。出现降水异常时，应根据需要进行调整。对渗透系数差异较大的土层，施工期间
19、密切观察流沙、流土或管涌等不良现象，发现问题及时处理。3、降水运行保证措施（1）用电保障对于工程降水，尤其是有减压降水措施的工程降水，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运行的需求。通常要求施工现场应有两路供电系统，在原有工业用电供电系统上，配备发电机组作为第二路供电系统应急备用电源，保证停电10分钟内能确保降水井正常运转，避免影响降水效果甚至危害基坑安全。（2）排水设施工程降水抽取地下水，减少开挖范围内土体中含水量或降低承压含水层承压水压力，这就要求施工现场必须有相适应的排水设施以满足工程降水排水的需求，确保降水运行排水的顺畅，保障降水效果。对于施工现场的排水设施，应满足以
20、下要求：a、排水设施应满足工程降水最大出水量的需求，并保障排水的顺畅。b、应尽量缩短降水井与排水设施之间的距离，减少降水井排水的沿程水头损失，降低抽水设备的扬程消耗。4、降水运营管理措施（1）土方开挖前要进行降水试验，提前降水以固结开挖土体，将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进行相应整改。（2）降水应在基坑开挖前一周开始运行，并在基坑施工全过程中，采取不间断的降水措施（配备独立的电源及应急电源），保证开挖范围内土方的干开挖，含水层的水位应降至当前开挖面以下1m，最终水位降至底板以下1m。（3）降水运行前，降水井应合理布设排水管道并便于接入施工现场排水设施。盾构井
21、、竖井开挖轮廓线外侧0.5m左右设截水沟，并通向集水坑、沉淀池，经沉淀后排放至市政排水系统。（4）开挖过程中，应做好隧道内、盾构井基坑内的排水工作，如在雨季施工必须准备足够的抽水设备，隧道内、盾构井基坑内设集水坑、排水沟及时将降水排出基坑，不得有积水浸泡基底土层，并防止土层滑坡。（5）所有抽水井应在供电电箱插座、抽水泵电缆插头及排水管上做好对应的标识，并在每次发生变动时进行相应的标识变更，便于抽水运行管理。供电电箱应定期进行检查并有检查记录。（6）降水正式运行前降水工人应熟悉水泵开启、电路切换，以确保降水连续进行。（7）正式降水前必须进行试运行，进一步检验供电系统、抽水设备、排水系统及应急预案
22、能否满足降水要求。（8）降水前各降水井均应测量其井口标高、静止水位并进行相关记录；抽水过程中各应做好抽水井流量及观测水位观测数据记录；抽水井应均安装流量表进行流量测量。（9）降水井抽水时，若抽水井内水抽干后，在510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抽水的次数相应增多。（10）抽水期间，出现降水井正常运行但达不到预期效果，应及时查找原因，积极采取措施处理，如更换大泵量水泵等。（11）施工过程中，应加强对地下水水位观测和周围地面建筑和地下管线的监控量测，如周围建筑地基不均匀沉降和地下管线变形超过警戒值，应立即采取回灌措施。（12）降水一般在主体结构施工完成，回填覆盖后停止。降水停止并提泵后应及时将井封闭，补好盖板。