富水地区降水井设计与计算

1工程简介

1.1项目工程概况

阳明东（动物园）220kV输变电工程配套线路的设计电压等级为电压等级220kV和110kV；线路总回路数：220kV线路3回、110kV线路14回。在洪都北大道与阳明路交叉口的阳明路南侧洪都北大道中心西侧设3#工作井。

其中，3#工作井壁内径∅12m，井深21.9m（不含底板封底混凝土厚度），顶管的管底标高为20.0m，3#工作井设计参数见表1，剖面见图1。

表1 3#工作井设计主要参数表

图1 3#工作井工程设计剖面图

1.2周边工程环境条件

本工程顶管隧道所经地段均为南昌市主要道路，交通繁忙，地下管线较复杂。3#井处洪都北大道之中，道路沿线埋有雨水箱涵，道路中心线埋有多种地下管线；3#井的西侧为高7层的住宅楼，该楼基础类型为浅基础；紧邻井的北侧为阳明路隧道。据施工现场揭露，井周分布有地下障碍物，工作环境复杂。

1.3场地岩土条件及水文地质条件

1.3.1场地岩土构成

基坑开挖及支护深度范围内，场地覆盖层为杂填土、淤泥（局部）、粉质粘土、中砂、粗砂及强风化泥质粉砂岩，表层砼路面未单独划层，其一般厚度为0.2～0.3m。3#井的钻孔揭露层厚及标高情况如表2所示。

表2各土层揭露层厚标高情况表

1.3.2含水层及水文地质条件

场地原始地貌为赣江冲积平原，地下水有2层。上部为上层滞水，埋藏相对较浅，一般在3.5m以内，水量一般，其补给来源主要为大气降水、地表水及生活污水，管涵渗漏入渗。下部地下水为第四系孔隙潜水，微承压，埋藏相对较深，根据勘测期间所测水位，一般在6.0～9.0m左右，水量丰富，其补给来源为赣江水系泾流侧向补给，水位随赣江水位、季节变化而变化，变化幅度一般在1～3m之间，经现场实测地下水位在地面以下9m（2015年5月份）。

勘察报告建议场地砂土的渗透系数为：第⑤层中细砂（8.35×10-3cm/s）=7.1m/d，第⑥层粗砂混砾石（9.0×10-3cm/s）=7.7m/d，第⑦层砾砂混卵石（1.27×10-1cm/s）=110m/d。另据大量的南昌市管井降水工程计算的⑤层中细砂、⑥层粗砂混砾石、⑦层砾砂混卵石综合渗管系数可达100m/d。

2.管井设计

2.1设计依据

⑴会议纪要；⑵本工程的工程设计图件；⑶本工程的勘测报告（江西省电力设计院）；⑷《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120）；⑸工程现状条件及本次现场踏勘情况。

2.2管井设计的总体思路

3号工作井紧邻青山湖隧道南侧，围护墙施工前期勘探过程中发现地下有很复杂地下障碍物，经与设计单位及有关专家反复讨论，决定采用咬合桩围护结构，全套管下钻，破除障碍物，套管内清障。

对于大深度开挖基坑采用咬合桩围护结构，存在较大安全风险，由于垂直度限制，下部桩体咬合存在很大不确定性。为此在2015年3月中旬开挖过程中进行上部试开挖，当开挖到地下14m即第1道腰梁位置时，从墙体测斜、地面沉降及地下水位观察数据反映，基坑是安全的，当时坑外地下水位是地面以下9m，比坑内高出5m。

为减少下一步开挖施工风险，从经济安全的角度出发，采用工作井内与工作井外降水相结合，大可能地减小工作井内外的水位差，确保施工的正常进行，且保证井内作业人员设备及周边环境安全[1]。据场地地质水文地质条件、含水岩组条件，综合确定的水位控制情况如下：3#工作井，井外动水位按18.40m计算（坑底以上3.5m），井内动水位按22.40m（坑底以下0.5m）取值。

2.3管井设计

2.3.1管井降水的水文地质参数

管井降水的水文地质参数，是管井降水计算基本原始的计算参数，计算的水文地质参数见表3。

3#井按园型围护体系，等效影响半径ro按6m+管井离工作井外边线距离4m，计算取10m。

2.3.2管井降水的影响半径

管井降水的影响半径按式⑴进行计算：R=10S·K0.5⑴

上式中：R为降水的影响半径（m）；S为降深（m）；K为渗透系数（m/d）。

经计算管井降水的影响半径分别为：3#工作井为940m。

2.3.3基坑总涌水量计算

采用承压潜水—潜水非完整井基坑涌水量模型计算。计算简图如图2所示。

均匀含水层承压-潜水非完整井基坑涌水量可按式⑵进行计算：⑵

经计算，3#井基坑总涌水量12853.4m3/d。

2.3.4管井单井涌水量及管井个数

管井大出水量计算公式如式⑺：q=65πld（K）0.333⑶

上式中：q为管井单井出水量（m3/d）；l为管井过滤器进水段长度（m）；d为管井过滤器直径（m），取0.4m；K为含水层渗透系数（m/d），取100m/d。

经计算，3#井的单井小出水量为1971.5m3/d。

据南昌工程一般潜水泵配备，3#工作井的降水井采用100m3/h即2400m3/d潜水泵。降水所需井数按式⑷进行计算。n=1.1×Q/q⑷

式中：Q基坑总涌水量（m3/d）；q单个管井涌水量（m3/d）；经计算，3#工作井降水管井个数7.17眼取8眼。

2.3.5管井设计

管井设计主要包括以下几个方面[2]：

⑴成井直径Φ800mm，深度25m，入强风化岩1.4m，保证足够的进水段长度；

⑵采用钢管作井管，井管井径Φ400mm，上部为板管，下部为滤管，滤管长度不小于10m，滤管与板管采用电焊连接；

⑶滤管外壁包2层20目的滤网；

⑷井管外壁外环间隙填100～150mm的砂砾石作为反滤层，滤料砾径为含水层颗粒粒径的2～8倍，防止滤料含泥量过高；回填滤料顶面控制在滤管顶部3～5m为宜，滤料之上采用粘土回填进行上部上层滞水的止水处理；

⑸管井深度保证入风化基岩1.5以上，也即3#井管井深度小大于25.9m、25.1m，确保管井的有效沉渣段。

⑹管井施工选用的设备为反循环钻机施工设备施工，施工时尽可采用清水钻进成孔，必须采用泥浆成井时成井结束后应进行洗井处理。

2.3.6降水监测

⑴监测内容

降水的监测内容包括以下内容[3]：

①支护体系、止水帷幕的渗水、水渍、线水现象监测，做好工作井内水量记录，一旦变化异常，及时作出预警；

②工作井内的水位监测；

③工作井外的动态水位监测，监测点利用原Φ108降水井量测；

④周边管线、城市道路、楼房变形的检查。

⑵监测周期

监测周期为支护体系、止水帷幕的渗水、水渍、线水、工作井内外水位每天进行，周边管线、城市道路、楼房变形的巡查以主。其中监测重点为监测周期为支护体系、止水帷幕的渗水、水渍、线水、工作井内外水位。

2.3.7排水

本次管井较为集中，加之就近有市政雨水方涵，管井抽出地下水采用软管直接排入市政雨水管涵之中。

3管井试抽

单个管井试抽：从启动潜水泵抽水半小时内，管内水位即可降到24m，停抽40min内管内水位上升到11m，从水位观察孔中观察，水位下降到地面下10.8m，水位下降很明显。

8眼井联合试抽：2d内地下水位下降到设计要求的18.4m，达到预定目标。

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