武汉长江隧道江北竖井深基坑降水方案研究.docx

武汉长江隧道江北竖井深基坑降水方案研究摘要：文章以武汉长江隧道江北竖收井深基坑降水工程为例，分析了其降水设计方法及施工工艺，在此基础上对深基坑坑内降水井的设计和施工提出了几点建议。关键词：武汉长江隧道；盾构井；深基坑；降水设计中图分类号：U231文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）11-0156-03一、工程概况武汉长江隧道工程位于武汉长江一桥、二桥之间，是一条沟通内环线以内汉口和武昌中心区的重要过江通道。隧道设计车速50km/h，双向车道，每车道宽3.75m，其主要施工方法为盾构法。隧道在盾构段的两端各设一处盾构工作井，其中江南竖井段位于武汉理工大学（三层楼小区）足球厂内，目前已施工完毕；汉口盾构接收井位于鲁兹故居左侧，平和打包厂的右侧，里程为RK2+710.3RK2+741.2，地面标高25.45m，开挖深度21.555m。基坑围护分段采用800mm地下连续墙+内支撑，墙深为35.5m。二、工程地质及水文地质条件（一）工程地质条件依据勘察报告，场区地层分布情况如下：人工填土层：该层在两岸沿线普遍分布，层厚1.805.60m；1黏土：光泽反应光滑，韧性高，呈饱和、可塑状，厚度1.906.50m；2粉质黏土：软塑状，主要分布于长江一级阶地；3粉土：主要以透镜体分布于1、2层之中，呈饱和、中密状态，厚度0.503.0m；4粉质黏土：灰褐灰色，夹有约1020%粉土、粉砂薄层，具水平层理，软塑状，厚1.006.30m。5淤泥质粉质黏土：灰灰褐色，含12%有机质饱和、流塑状，厚度2.10m；6粉土：灰灰黄色，夹薄层粉质黏土及粉砂，韧性低，呈饱和、中密状态，为粉质黏土粉细砂的过渡层，厚度0.501.30m；1粉细砂：呈饱和、中密密实状态，厚度1.9022.30m；2中粗砂：灰色，含有机质及云母，呈饱和、中密密实状态，厚8.6014.80m；卵石：呈饱和、密实状态，厚度1.201.90m；志留系（Sf）泥质粉砂岩夹砂岩、页岩。（二）水文地质条件场地地下水按其赋存条件分为上层滞水和孔隙承压水两种类型，上层滞水主要赋存于填土层的孔隙之中，以大气降水、地表水及生产生活用水为主要补给来源，勘察期间测得上层滞水水位埋深变化在-0.55m-2.8m；孔隙承压水主要赋存于粉细砂、中粗砂和卵石层之中，以上覆粉质黏土为相对隔水顶板，以志留系泥质砂岩岩层为其隔水底板，含水层厚度约38.0m，承压水与长江、汉江地表水具有一定的水力联系。根据非完整井抽水试验结果，承压含水层概化渗透系数为20.57m/d，影响半径169m。根据武汉临江场地资料，丰水期江水位高于承压水位，长江、汉江地表水系补给地下水，地表水由长江、汉江水系等流向孔隙承压含水层中；枯水期江水位低于承压水位，承压水补给江水，地下水向江水排泄。三、基坑降水方案上部粉土夹层中的地下水因滞后效应难以疏干，采取地下连续墙侧向止水帷幕对其阻隔，对于该场地地下承压水治理则采用深井降水方法。1基坑涌水量的估算。按稳定流承压环形非完整井考虑，采用大井法对基坑最大涌水量进行概算。计算公式：Q=式中：Q基坑涌水量（m3/d）；K含水层渗透系数（综合取值18m/d）；M含水层厚度（取值30.0m）；R抽水影响半径（取值169m）；S基坑内承压水降深（取值20.90m，即承压水由初始值-1.60m降至-22.50m）；r0基坑折算半径（取值19.85m，盾构井基坑概化面积为1234m2）。将上述参数代入公式|计算可得：Q=31462m3/d=1311m3/h2降水井数量的确定。所需降水井的数量是根据基坑总涌水量与设计单井抽水量确定的。如果单井抽水量设计为50m3/h，则共需的井数为26口；如果单井抽水量设计为80m3/h，则共需的井数为16口。考虑到基坑面积较小，降水井点布置过多可能会对土方开挖及支撑施工造成影响，而且地下连续墙对侧向水流补给有一定阻渗作用，考虑采用50m3/h和80m3/h交错使用，总涌水量按衰减20%进行考虑，同时考虑20%的安全储备，则共需降水井21口。以设计降深要求作为控制原则，采取在基坑内布置21口降水井、4口观测井，经验算，井距在511米左右。井位的实际布置情况详见图1。3降水井技术要求。降水井采用冲击式清水钻进成孔，具体满足以下技术要求：（1）地面以下025m为实管，2535m为滤水管。实管为壁厚34mm钢卷管，外径250mm，侧壁密封无孔隙，滤管为壁厚34mm钢卷管，外径250mm，侧壁钻孔，孔径16mm，孔距10cm，滤管外包缠12目钢丝网一层，60目尼龙网三层。（2）井管与孔壁之间024m填黏土球，2438m填滤料。黏土球为直径2040mm，反滤料为直径23mm的绿豆砂。（3）洗井充分，水位反映灵敏，单井涌水量不小于50m3/h，单井抽水含砂量初不超过1/100000。4对周围环境影响的评估。基坑开挖及降水后，承压水位降低将使周边土体产生附加荷载而导致相应的沉降，对周围建筑物及市政设施会构成不同程度的危害。因此，需对可能发生的危害程度做出正确的评估。估算因降水而引起的地面最大沉降量计算式：Sw=Ms?啄wi式中：Sw承压水水位下降引起的地面沉降量； Ms取经验数值0.30.9； ?啄wi为承压水下降引起i层的附加应力（KPa）； hi为i层厚度（cm）； Esi为i层的压缩模量（MPa）。把各分层土体参数：h2=250cm，Es2=4.0MPah3=50cm，Es3=7.5MPah1=530cm，Es1=5.0MPah4=600cm，Es4=4.5MPah6=70cm，Es6=9.0MPah1=200cm，Es1=13.0MPah2=200cm，Es2=13.0MPa及Ms=Ms1Ms2代入上式得：Sw=4.1cm。以上计算结果没有考虑上部土层垂直向水头分布的差异，也不考虑沉降量随时间的变化，同时也没有考虑地下连续墙体止水帷幕对坑内外水头差的影响，它仅为按弹性理论得到的最终固结沉降，这跟实际情况往往有较大出入。因为该地段黏性土层较厚，其垂直方向上渗透系数很小，地面沉降量随时间的增值比较缓慢。而在合理的降水设计和良好的施工质量的前提下，降水引起的地面沉降量一般小于预测计算值，且沉降比较均匀。但在深基坑开挖过程中，仍应根据挖土程序的需要及基坑的施工进度，合理调整抽水井开启数量，减小基坑周边水位降幅。四、降水井施工成井质量直接决定着抽水效果，必须严格控制成井施工质量，具体要求归纳为以下几点：1钻进成孔：钻机成井必须保持井孔正直，井身顶角偏斜不超过1；扩孔直径应满足设计要求，最小不得小于450mm；成井深度应大于设计井深12m。2换浆拿清：钻进成孔后，井内泥浆黏度很大且含有沉渣，滤管下放过程中可能被堵塞，故此时应以稀泥浆置换井内的稠泥浆并尽量将井底残渣提起。3井管安装：井管安装前应检查孔身、过滤管的包缠以及实管焊缝是否符合要求，下井管时实管连接及端部耳窿必须满焊，下管过程应连续进行。4回填：回填的滤料磨圆度、级配要好，填料过程要连续进行且宜沿井周均匀投放，并随时测量滤料填位高度；回填的黏土球厚度要满足要求，尤其是坑内井，应严格控制滤料和粘土球填位。5洗井：下管回填之后，为防止护壁泥浆硬化，应立即用水泵洗井，达到抽出的水无色透明为止。6试验抽水：以检查降水井的出水性能，抽水前测量其静止水位，抽水过程中测量出水量和动水位。五、降水实施效果降水井自2007年1月26日开启第一批两口井实施降水后，依据开挖土方需要逐步开启其它降水井，并适时调节抽水井开启井位，以确保最小抽水量和最大降深，做到合理利用资源，在保证降深的前提下大大节省了成本。降水效果十分有效明显，保证了基坑开挖在干燥状态下顺利进行。根据本工程实测竖井桩顶、周边地表及建筑物和周边管线沉降记录，在基坑开挖过程中，桩顶最大累计沉降1.7031.80mm；周边地表沉降在40.1048.20mm之间，沉降比较均匀；周边建筑物42个沉降观测点沉降量14.866.3mm之间，其中大于30mm的点有28个；周边管线沉降量在21.135.5mm之间。从监测数据来看，除去基坑开挖变形引起的地面沉降，由降水引起的沉降均小于预测值，对周边环境的影响均在允许范围之内。六、结论在整个降水井的设计和施工过程中，我们总结出以下几点经验：1严格控制降水井的成井质量，抽水试验单井出水量、群井干扰下的出水量以及含砂量必须达到要求，否则将严重影响后期的降水效果，后期坑内补井难度也很大。2坑内降水井造成开挖施工不方便，挖机很容易将井管撞坏，之后深井泵很难提出，造成封井困难。如井管撞断，则可能造成承压水喷出，造成施工困难。故在坑内降水和坑外降水两者可选的情况下，宜选择坑外降水。3在进行降水井设计时坑内降水井滤水管超过基坑隔水帷幕的深度相对坑外降水来说可以小一些，井间的干扰大一些，井的数量会少一些。4信息化施工，采用抽水试验验证降水效果，根据定时检测降深，出水量情况调整开启降水井井位，节约成本的同时，又可以减小对周围环境的影响。参考文献1姚天强，等基坑降水手册M北京：中国建筑工业出版社，20062武汉建设监理协会武汉地区深基坑工程理论与实践M武汉：武汉工业大学出版社，1999.3熊文林，王宇，冯晓腊武