地面管井真空降水施工技術(shù)

周鴻

中鐵五局集團(tuán)第四工程有限責(zé)任公司 廣東韶關(guān) 512031

1 工程概況

鄭州鳳凰電纜隧道工程—Ⅲ標(biāo)段K0-010.000—K1+300.000（未含進(jìn)省府變電站電纜隧道的長度），經(jīng)鄭州市緯五路省府變電站→緯五路→未來大道→金水路，全長1318.119m，其中1061.059m位于快車道下，160m位于綠化帶及慢車道下，48.6m下穿金水河，48.46m下穿一汽修廠大門及修車場。隧道開挖斷面有3.08P h3.22m和3.08P h3.52m兩種，埋深5.2P h11.2m。隧道所穿越地層巖性主要為粉土、粉土夾粉質(zhì)粘土和粉土夾粉砂互層，局部地段為重粉質(zhì)粘土和粉質(zhì)粘土互層。土體呈軟塑-可塑狀態(tài)，其中金水河段呈飽和液化狀態(tài)，滲透系數(shù)0.1-0.5m/d，天然含水率在22.3-38%之間。地下水屬潛水類型，埋深1.0-2.3m，枯水季節(jié)2.3-3.6m。

2 地面管井真空降水技術(shù)應(yīng)用

2.1 地面管井真空降水適用范圍

適用于滲透系數(shù)K≥0.10m/d的粘性土地層，尤其適用于滲透系數(shù)較大且降水深度較深（8-20m）的砂土類地層。即可用于明挖基坑降水，又可用于暗挖法施工的電纜隧道、地鐵等地下工程。

2.2 地面管井真空降水技術(shù)要點(diǎn)

（1）鉆前準(zhǔn)備：管井施工前認(rèn)真熟悉有關(guān)施工圖，并進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查核對，弄清楚鉆井地段地下管線的位置和走向，為管井布置提供詳實(shí)資料，同時(shí)做好鉆井地段的“三通一平”和機(jī)具

就位等準(zhǔn)備工作。

（2）鉆機(jī)就位：根據(jù)所確定的井位和現(xiàn)場實(shí)際情況，準(zhǔn)確定出各口井的位置，并用水準(zhǔn)儀抄出井口標(biāo)高，用紅油漆標(biāo)識，用以控制鉆井深度。

（3）管井布置：根據(jù)降水試驗(yàn)和隧道開挖斷面，結(jié)合鳳凰電纜隧道工程—Ⅲ標(biāo)段水文地質(zhì)情況，粉砂地段實(shí)行單側(cè)降水，管井間距5-6m；粉質(zhì)粘土和重粉質(zhì)粘土地段，采用雙側(cè)打井降水方案。管井布置在距隧道中心線3.0m處，井間距4.0-5.0m(枯水季節(jié)5.0-6.0m)，隧道開挖掌子面前方3-4排、后方2-3排，呈梅花型布置，井底標(biāo)高位于隧底以下3.5-4.5m。

（4）鉆孔：采用CZ-22型旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)水壓鉆成孔，孔徑600mm，鉆孔過程中用事先制作好的粘土泥漿護(hù)壁，以防坍孔。對于地表較松散的孔口，要設(shè)孔口護(hù)筒，防止孔口坍塌。

（5）抽排泥漿：當(dāng)鉆孔至預(yù)定深度后，用2.2kW泥漿泵抽出孔內(nèi)上部2m左右深的泥漿，下部泥漿暫時(shí)不抽，待下管后通過洗井洗掉，以免涌泥或坍孔現(xiàn)象發(fā)生。

（6）管井安裝：管井結(jié)構(gòu)見圖1，管井安裝按以下四個(gè)步驟進(jìn)行。

第一步：回填井底濾料，上部泥漿抽出后，向井底回填0.8-1.0m厚的與地質(zhì)相適應(yīng)規(guī)格的石英砂作為濾層，過濾從井底進(jìn)入管內(nèi)的水。

第二步：下底座及無砂管（包括沉淀管和花管），底座采用高30cm、上端直徑360mm、下端直徑310mm帶孔錐形混凝土圓臺；沉淀管（工程上俗稱花管）為外徑360mm、內(nèi)徑280mm的無砂混凝土管，管節(jié)長度有0.8m和1.0m兩種規(guī)格；實(shí)管采用外徑335mm、壁厚10mm、長6m的PVC塑料管。通過鉆機(jī)井架，用鋼絲繩將底座、沉淀管和花管下入井內(nèi)。下井管前，每節(jié)沉淀管和花管均要內(nèi)纏3-4層與地層相應(yīng)規(guī)格的濾網(wǎng)(濾網(wǎng)根據(jù)土顆粒情況選用規(guī)格為120目/cm2的尼龍布)，外纏2-3層棕櫚，并用10號鐵絲綁扎牢固。具體下管過程為：先將底座與沉淀管用液化瀝青連接，接頭外側(cè)用麻布瀝青三布五涂并用圓木壓實(shí)。沉淀管外裹一層麻布后，外夾竹片后用10號鐵絲扎牢，用鋼絲繩穿入底座吊孔將其吊入井口，再用一節(jié)花管以同樣的方式與沉淀管相連，通過這種“逐節(jié)連接下沉”的方式，直至末節(jié)花管下至地下水位或確定標(biāo)高。當(dāng)?shù)叵滤唤咏孛鏁r(shí)，花管下至地面下2.0m左右為宜。

圖1 真空降水管井結(jié)構(gòu)示意圖

第三步：下PVC塑料實(shí)管，當(dāng)最后一節(jié)花管下至地下水位或確定標(biāo)高時(shí)，用與上述同樣的方式將PVC塑料實(shí)管與花管連接，并將整個(gè)井管下至預(yù)定位置（位于道路上的降水井，PVC塑料實(shí)管上端應(yīng)低于地面約20cm，其他地段降水井實(shí)管上端應(yīng)高出地面20-30cm），然后取出鋼絲繩[1]。

第四步：井管四周回填，結(jié)合鉆孔所揭示的地層，用與地面相適應(yīng)規(guī)格的石英砂（管井真空降水通常采用粒徑為1-5mm規(guī)格的干凈石英砂，因?yàn)檫@種砂具有顆粒狀和透水性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)）從井管底部回填至實(shí)管下端，然后夯填粘土至井口。

（7）洗井：用空壓機(jī)沖清水與拉活塞結(jié)合將管井洗至水清，達(dá)到正常出水量為止。

（8）回填管底濾料：向沉淀管內(nèi)至下而上回填0.8-1.0m厚石英砂反濾層，第一層粒徑1-2mm，厚30-40cm；第二層粒徑5-10mm，厚25-30cm；第三層粒徑25-50mm，厚25-30cm。過濾從井底進(jìn)入管內(nèi)的水，控制抽水含砂量。

（9）下潛水泵：經(jīng)檢查確認(rèn)潛水泵電纜完好無漏電后，用鋼絲繩系住與降深相適應(yīng)的2.2kW潛水泵并將其下至距井底約0.5m處，然后將鋼絲繩上端系在三卡鋼板蓋上。

（10）接管：將真空管和抽水管的一端分別與三卡鋼板蓋上對應(yīng)管口連接后，另一端與真空降水設(shè)備的真空管和降水管相連。為便于觀看出水情況，真空管采用內(nèi)徑為50mm、壁厚為3.5mm的透明膠皮管；抽水管采用直徑為50mm的消防管。對于行車道上的降水井，連接于三卡鋼板蓋上的真空管、降水管和潛水泵上的電纜引出線必須用鋼套管將其套住，通過暗埋的方式從井口過度到路一側(cè)分別與真空降水設(shè)備和電路相連。

（10）管口封閉：用M7.5水泥砂漿將三卡鋼板蓋至管口（約15cm）密封，并確保其不透氣。

（11）井口加固：為了確保道路交通安全，井口處經(jīng)找平夯實(shí)后，用水泥砂漿或混凝土將井圈固定于井口，并蓋好井蓋。井圈和井蓋采用直徑為690mm（井蓋外徑）的專用污水井設(shè)備。

（12）降水：地面管井真空降水設(shè)備全部安裝完成后進(jìn)行試降水，當(dāng)降水設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，整個(gè)降水管路無漏電漏氣現(xiàn)象時(shí)，則開始正常降水作業(yè)。降水過程中應(yīng)設(shè)專人進(jìn)行降水跟蹤管理，認(rèn)真記錄出水量、真空度及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況。若發(fā)現(xiàn)出水量而真空度大或“死井”時(shí)，分析產(chǎn)生“死井”的原因，應(yīng)進(jìn)行重新洗井。造成“死井”的主要原因有兩個(gè)方面：一是在泥漿護(hù)壁鉆井過程中，因洗井未凈，附著在孔口上的泥漿沒有洗掉形成泥皮，阻止管井四周土體中的水向井內(nèi)滲流；二是管節(jié)或井口密封不實(shí)產(chǎn)生漏氣，無法形成真空，井內(nèi)無負(fù)壓產(chǎn)生。發(fā)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)異常等應(yīng)及時(shí)檢修。正常的降水規(guī)律為井內(nèi)真空度“先高后低”，出水“先大后小、先渾后澈”。

3 地面管井真空降水質(zhì)量控制措施

（1）鉆井前根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對鉆孔全線進(jìn)行現(xiàn)場探察核實(shí)，做好井位的調(diào)整和避讓工作。

（2）用于降水試驗(yàn)的探察孔（井）布置、抽水試驗(yàn)井洗井、抽水試驗(yàn)以及管井施工安裝應(yīng)該符合《建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范》（JGJ/T111-98）有關(guān)要求。濾管埋在透水性較好的土層中，管井力求垂直并位于井孔中間。

（3）為確保管井的出水量，防止細(xì)砂、淤泥涌入井內(nèi)，必須確保管節(jié)之間的密封良好。

（4）井壁四周根據(jù)土層顆粒大小回填相應(yīng)的濾料，其厚度不得小于100mm，應(yīng)該選用磨圓度較好的硬質(zhì)巖石。

（5）一般情況下，管井前期降水的真空度在-0.07MPa至-0.085MPa之間，隨著土中孔隙水的不斷抽出，中后期真空度維持在-0.045MPa--0.06MPa之間。為確保正常降水所需的真空度，實(shí)管部分四周必須回填密實(shí)，做到不透氣；并要求經(jīng)常檢查真空泵的扇頁，對磨損較嚴(yán)重的扇頁及時(shí)更換，確保管井內(nèi)負(fù)壓平穩(wěn)持續(xù)。

（6）為避免雨水進(jìn)入管井，每口降水井口采用水泥砂漿或混凝土作成比地面高10-20cm的圍埂。

（7）鉆井完成后應(yīng)及時(shí)洗井、抽水，一方面是為了避免因洗井不及時(shí)而使護(hù)壁泥漿形成泥皮，附著于孔壁，堵塞滲水通道；另一方面可以避免已安裝完的管井因長時(shí)間不抽水而造成井內(nèi)沉淀物過多，導(dǎo)致井孔淤塞，從而影響降水效果。

（8）在打井降水過程中，對地層擾動(dòng)較大的因素有二個(gè)方面：即二次洗井和抽水含砂量。因此要求在管井施工過程中，必須把握好洗井這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)，確保洗井質(zhì)量，避免二次洗井；同時(shí)要求采用與地層相適應(yīng)規(guī)格的濾料和濾布，確保濾層厚度、濾布層數(shù)及其包裹質(zhì)量，并嚴(yán)格控制管井垂直度，避免管節(jié)錯(cuò)位，從而避免抽水含砂量超標(biāo)。

（9）抽水電氣設(shè)備必須安裝自控裝置，根據(jù)水量大小，調(diào)整自控裝置，使抽水和停抽時(shí)間相配，以滿足施工要求。同時(shí)要求每套降水機(jī)組地面抽水管上均安裝一扎閥，抽水時(shí)打開，水泵停抽時(shí)關(guān)閉，防止空氣倒流入管井中[2]。

（10）真空管井全面抽水至洞內(nèi)滿足開挖要求所需時(shí)間主要取決于土層滲透性和降水深度，一般情況下，滿足開挖所需的降水周期為5-8天。

4 結(jié)語

本文以振動(dòng)液化砂性土電纜隧道地面管井真空降水施工為課題，主要介紹了地面管井施工技術(shù)在振動(dòng)液化砂性土等滲透性較差土層中的成功應(yīng)用。