地铁工程竖井及横通道区间降水施工方法及施工工艺

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14.00m~16.60m，相当于水位标高31.40m~34.00m，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③-1-0粉质粘土外，含水层渗透性强，渗透系数K一般在30～100m/d之间，水力坡度1.0‰～2.0‰，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：
式中：Q —基坑降水的总涌水量（m 3/d ）；
k —渗透系数（m/d ）；
H —潜水含水层厚度（m ）：
s 0—基坑水位降深（m ）；
R —降水影响半径（m ）；
r 0—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：
πA
r =0 （2）
式中：r 0—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，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A 1=9500㎡、A 2=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（1）
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1.2-1。

涌水量计算参数及结果表表1.2-1
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=1.1×41813.54/37=1243.11m³/d，单井稳定涌水量qmin=1.1×37817.63/37=1124.31m³/d；
盾构井段降水井单井最大涌水量
qmax=1.1×37308.92/20=2051.99m³/d，单井稳定涌水量qmin=1.1×35023.37 /20=1926.29m³/d。

井管的出水量可按下列经验公式确定：
3
qπ
=（3）
rl
120K
式中：q—井管的出水量（m³/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=1331.88m³/d，盾构井段降水井单井的出水量q=2110.37 m³/d。

区间暗挖隧道段降水井单井的出水量q=1331.88m³/d >qmax=1243.11m³/d，盾构井段降水井单井的出水量q=2110.37 m³/d> qmax=2051.99m³/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
4、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=51.80m³/h，单井稳定排水量
qmin=1124.31/24=46.85m³/h，选用泵量50 m³/h，泵量调整范围40~80 m³/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=81.50m³/h，单井稳定排水量qmin=
1926.29/24=80.26m³/h，选用泵量80 m³/h，泵量调整范围50~100 m³/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
5、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15~17m，盾构井降水井间距为14~15m。

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0.1m~0.3m。

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。