刘建军

（中铁十四局集团第四工程有限公司，山东 济南 250000）

在降水施工作业过程中，由于多种因素的作用，会造成破坏，导致降水工程中断，从而对基坑的安全造成一定的危害。所以，在日常的挖掘过程中，要做好对降水井的防护工作，才能防止此类事故的发生。

1 工程概况

1.1 基坑概况

某工程地下通道降水包含两条地下通道，分别为1#地下通道、2#地下通道。1#隧道是由东向南呈直线型，横穿施工主体的下部，全长约1 242 m；2#地下通道由东向南大致是呈“U”形走向，全长1 320 m。两条地下通道相距约2 km。

1.1.1 1#地下通道

1#地下通道里程K0+208～K1+450.000，全长1 242 m，纵向剖面大致呈W形。

通道分两期施工，一期为通道两端，设计里程分别为K0+208.000～K0+480.000，长度272 m，以及K1+212.00～K1+450.00，长度238 m，开挖宽度13.5～36.8 m，深度0～8.91、0～8.89 m；通道二期里程为K0+480.00～K1+212.00，长度732 m，开挖宽度32.33～39.8 m，深度8.89～10.05 m。于二期K0+650.000、K1+050.000各设置1处泵房，泵房开挖深度分别为12.47、13.16 m。

1.1.2 2#地下通道设计里程

2#地下通道设计里程K0+100～K1+410.000，全长1 320 m，纵向剖面大致呈W形。

通道分两期，一期为通道两端，设计里程分别为K0+100.000～K0+410.000，长度310 m，以及K1+180.000～K1+420.000，长度240 m，开挖宽度13.61～37.90 m，深度0～9.94 m、0～8.52 m；通道二期里程为K0+420.000～K1+180.000，长度732 m，开挖宽度32.33～39.8 m，深度8.52～12.0 m。于二期K0+550.000、K0+990.000各设置1处泵房，泵房开挖深度为14.1 m。

1.2 支护结构形式

（1）1#地下通道。采用坑外止水，围护加内支撑形式，隧道全部采用双轮铣内插型钢，止水深度32 m。

（2）2#地下通道。2#隧道敞开段采用高压旋喷桩32 m，其余段采用双轮铣内插型钢，止水深度32 m。

2 降水方案设计

2.1 降水设计思路

（1）拟建场区属于平原，经某江及其支流的长期泥沙冲积堆积了巨厚的砂砾石层。勘察揭露的含水层为由圆砾层、中粗砂层组成的潜水含水层，其中圆砾层底埋深12～18 m，平均厚度14 m，渗透系数约180 m/d；下部巨厚中粗砂层渗透系数约50～80 m/d，勘探至40 m未揭穿，本次方案含水层厚度按照50 m来考虑，水位按降至基底以下1 m控制。

（2）地下通道采用围护结构，围护结构深32 m，计划分段施工。基坑涌水量计算以采用数值法进行分段计算。

（3）由于含水层渗透性大，基坑涌水量巨大，开挖过程中配备足够的网电、备用电源，以及足够的抽水自动启动装置，无人看守装置。

（4）采用管道排水，基坑排水量大、管线布设长，确保管道排水通畅是本工程重点之一。

（5）场地地层主要为砂、圆砾层，不考虑降水对周边环境影响。

（6）在完成降水井和基坑开挖之前，要进行验证式的抽水测试，如降水不符合开挖条件，应适时进行方案调整，保证降水达到设计指标。

2.2 1#地下通道数值法计算基坑涌水量

1#地下通道考虑工期计划及供电配置问题，计划分段施工。本次利用数值模型方法，采用“放坡开挖”方式及不同钢板桩围护止水方式，要分别对基坑的涌水量进行计算，这样可以选出最佳的降水方案。

2.2.1 水文地质概念模型

通过对现有岩土工程勘察报告、水文地质条件及钻孔资料的分析，采用以下方法确定了模拟面的范围：以基坑为圆心，在井口影响半径之外设置边界。人工设置的固定水位边是以每侧边500 m为基准，模拟范围为1 000 m×2 000 m。

在剖面上，通过实测数据，将场区沿垂直方向概括成4个模拟层，由上至下依次是：第1层为填土、杂填土、耕土；第2层为细砂层组成的潜水含水层；第3层为圆砾层组成的潜水含水层；第4层为砂层、中粗砂组成的潜水含水层。

2.2.2 地下水流模型

基于上述的概念性模型，可以在不计水体密度变化的情况下，给出对应的地下水流动数学模型：

式中：Kxx，Kyy和Kzz为平行于主轴x，y和z方向的渗透系数（L/T）；为单位体积流量，用以代表流进或流出的源汇项（m3/d）；h为点（x，y，z）在t时刻的水位（m）；Ss为储水率（l/m）；S为贮水系数；Sy为给水度；M为承压含水层厚度（m）；B为潜水含水层厚度（m）。

边界条件：第一类边界条件：

其中：Ω为立体时间域；H0（x，y，z，0）为研究区各层初始水头值；H1（x，y，z，t）为研究区各层第一类边界上的已知水头函数（L）；q（x，y，z，t）为第二类边界2上的单位面积法向流量[L2T-1]；对于隔水边界，q=0。

2.2.3 模型参数

地下水流的数学模型所需的模型参数包括：（Kxx、Kyy、Kzz），将直接影响到概念模型和实际水文地质模型的匹配程度，并影响到基坑涌水量的大小。该研究将地质资料与地层经验参数相结合，综合考虑了地层的各向异性，模型的参数取值见下表1。

表1 模型参数取值表

2.2.4 源汇项

（1）边界条件。此次人工将该模式的边界线设定成了定水头的界限，在实测数据的基础上，初步的地下水水位以+143.0 m的标准来计算，地面埋深以下1 m。

（2）围护结构。模型中，可设置止水帷幕。

（3）降水井。在Visual Mod flow软件中，抽水井可设置过滤器长度、层位、抽水量等参数，观测井可以设置层位，与实际数据具有很强的对比性。

3 施工工艺技术

3.1 降水井施工工艺流程

准备工作→钻机进场→定位安装→开孔→下护筒→钻进成孔→冲孔换浆→下井管→稀释泥浆→填砂→止水封孔→洗井→下泵抽水。

3.2 技术要求

降水施工时必须达到以下要求，见表2。

表2 成井施工控制表

（1）井口高度：为避免地面污水渗漏，井头必须比地面高出0.20～0.50 m。（2）回填滤料：填料按设计图填充，应大于过滤管顶部。（3）粘土封孔：有粘土球的止水段，要严格根据设计要求进行粘土封孔。（4）固井：回填过滤后，井周边宜用钻孔或土方回填。（5）钻孔偏差：钻孔深度误差≤±50 cm；钻孔直径为圆形；钻孔高度≤±50 cm。（6）出水含砂率：在经过抽提后，出水砂含量符合有关规定。

3.3 前期准备工作

（1）材料准备、人员到位、总包“四通一平”、钻井设备入场。

（2）测设：总承包单位按照施工图纸和实际施工，进行放线，并作好标志。若所设井口有地表障碍，则应采取措施排除障碍，以便于钻孔作业。如因场地障碍难以清理或因其他工程情况而使原有的井位置难以进行时，需与技术人员联系，并采取其他方法，如有需要，可对井位置进行适当的调节。

（3）挖井眼，埋设护井筒：在埋设护井筒时，护口管底要插在原有土壤中，在管道外面要用粘土或稻杆进行密封，以避免在施工过程中出现返浆现象；保护管道的上端高度应高于地表0.10～0.30 m。

（4）安装设备：在进行钻孔时，要确保井眼的竖直性，必须将机台固定在一个稳定的位置上，大挂钩要对着钻孔的中央；大钩、转盘与钻孔的三个点成一条直线，严格控制开孔，在钻头与钻杆之间有两个钻孔锥，且弯曲的钻孔不可下进孔内。

（5）挖泥浆池：泥浆池的尺寸根据钻机的数目和排渣量来决定。

3.4 成井施工

施工机械设备选用GF-200型工程钻机及其配套设备。成孔时采用反循环回转钻进成孔工艺。

（1）钻进成孔：钻进过程中，泥浆比重宜控制在1.10～1.15，采用地层自然造浆。

（2）清孔、换浆：钻孔到设计深度后，要清孔、换浆，把泥浆调整到1.05左右。

（3）下井管：在管内，应采取下管式悬吊法，在井筒的底端，用钢板进行密封，保证井管与井管的连接牢度，保证焊缝均匀，不存在砂眼。

（4）注滤料，固井：下完井管之后，应按照设计的规定及时充填滤料，然后沿着井内四面八方填满滤料，测量滤料上表面的高度。

（5）洗井试抽：在过滤后8 h之内用潜水泵冲洗，直到井水冲洗干净，符合标准规定。如果在洗井过程中，出现井水中含有滤料，必须立即停止清洗，并查明其成因并采取相应的措施；如有需要，应将其废弃，并根据封口的规定进行封闭。

4 降水运行方案

4.1 运行管理要求

（1）降水井应提前抽水，确保在基坑正式开挖之前水位满足开挖要求。

（2）基坑开挖过程中，采用自动监测地下水位。

（3）现场具备完好的排水系统。在降水运行之前，布设排水管道并且能够方便接入施工现场排水设施。

（4）降水需配备独立的电源，且配置充足的备用电源，并保证两者之间的自动转换。

（5）水泵控制箱要安装自动开启装置，保证在电源装换的过程中水泵能够自动启动，并且对水泵的开启实现自动延时控制，实现无人值守。

（6）现场安排专业的、经验丰富的项目管理人员值守。

4.2 双电源措施

本工程场地含水层透水性好，水量大，为保证基坑降水安全，在施工现场中，必须配有两路电源：一路网电、一路发电机组供电。降水运行中保证网电停电后发电机组能够及时供电，以确保降水井的连续正常运转。

4.3 水位自动监测

（1）多媒体、多终端水位自动监测，需要的人可在手机、电脑查看即时水位信息。（2）现场通过LED显示屏显示水位即时信息。（3）采集的水位数据可保存，为项目研究提供原始数据。

4.4 降水井的保护措施

降水井的保护采取如下措施：（1）降水井高于地面30～50 cm。（2）挖机、渣土车、桩机等不能碰撞降水井管。（3）所有降水井增强醒目识别，及时绑、插标记旗，贴反光条，实现白天、夜间对降水井的醒目识别。

5 结语

总之，结合工程的具体条件，制订项目和重点工程、专项工程的安全防范，并对安全技术审批制度、施工安全交底制度、设施设备交接验收制度进行了严格的规定；负责项目建设中的安全工作，对项目的技术管理进行严格的审核和指导，并组织技术和质量部门对工程的重点项目进行技术攻关。