南京某站降压井设计方案

1、南京中胜站降压井设计方案 目录 一、前言2. 二、降水设计有关参数 3. 三、地质条件叙述4. 四、降水目的及要求5. 五、基坑底板稳定性验算 5. 六、降压井的布置依据 7. 七、降压井工作量的初步布设 12 八、布井合理性验证 13 九、降压井构造与设计要求 15 十、施工工艺与技术要求 15 十一、降水运行 17 十二、施工技术措施 19 十三、主要机械设备选用 19 十四、施工管理人员及劳动力配备 20 十五、附图表20 、八 、亠 一、前言 在建车站基坑内降水井于 2003年 2月 11日开始施工，成井施工严格 按照设计深度及要求进行，成井施工过程严格按照有关规范施工，确保了 成井施

2、工的质量，并按要求打完一口井就及时下泵加真空抽水。 抽水工作于 2003年 2月 16日开始正式抽水，抽水初期采用真空加潜 水泵交替抽水，基坑开挖后即采用潜水泵抽水，真空泵停止运行。 基坑开挖施工于 3月 22日开始进行，挖土工作先由 1#活塞风井部位开 始进行，上部疏干降水效果良好，出土很干。在实际开挖施工过程中我们 发现实际地质情况与勘察报告所提供的资料有所出入：根据勘察提供的地 质情况（1#活塞风井部位）：00.50m为软可塑状素填土， 0.501.80m 为软可塑状粉质粘土，1.8016.40m为流塑状饱和淤泥质粉质粘土， 16.40m以下为砂层，该层为承压含水层，为影响地铁施工的主要

3、含水层； 在实际开挖施工过程中： 01.50m 为素填土层， 1.50m 以下为粉土、淤泥 质粉质粘土的互层，在基坑内观测孔施工过程中，深度为15.50m时已经进 入了承压含水层。 当 1#活塞风井部位在挖至 9m 深左右时基坑底部多处发生管涌现象， 无法制止。经计算、并经多方讨论分析，一致认为是由于下部承压含水层 承压水的顶托力大于基坑底至承压含水层顶板间的土压力致使基坑底部失 稳造成的。因此，为了保证基坑开挖的顺利进行，在基坑开挖时 必须降低 下伏承压含水层的承压水水位，才能满足基坑底板稳定性的要求。由于其 它部分（包括部分区间段）承压含水层顶板都比该部分的埋深要浅，局部 部位已经被揭穿，

4、 因此在开挖过程中也都必将发生突涌现象 ，故必须降低 承压含水层的水位。 实践证明原降水设计不能满足基坑底板稳定性要求，为了保证基坑开 挖施工的顺利进行，经多种方案的讨论、对比，根据施工要求和前期施工 的经验设计了此承压水降水方案。 二、降水设计有关参数 （一）工程概况 拟建工程为南京地铁南北线一期西延线中胜站主体结构以及中胜站 小行站区间线路。设计的线路范围里程：中胜站XK3+477.1LXK3+734.10, 总长 257m 区间线路 XK3+734.100-XK4+241.078,总长 506.978m。根据 设计，中胜站主体结构基坑采用明开挖，围护结构采用SMW工法；区间线 路分地下段

5、与路基段两部分，而地下段又分出露段与暗埋段两部分。地下 段线路的结构为隧道结构。 整个地下段的结构由小行站向中胜站方向倾斜， 斜率约为 2.1%3.1%。地下段基坑采用灌注桩加深搅的围护结构，基坑开 挖采用明开挖。本次降承压水设计的范围主要是在中胜站主体结构和区间 隧道地下段XK3+734.100-XK4+834.100范围的部位。 （二）基坑开挖深度 1 、中胜站主体 1）车站主体结构：基坑开挖深度：11.580m12.052m,相应的 绝对标高为-5.080m-5.552m ; 2 ）废水泵房：基坑开挖深度：13.452m,相应的绝对标高为-6.952m; 2 、区间线路 暗埋段：（里程：

6、XK3+734.100XK3+834.100）:基坑开挖深度： 9.334m11.432m,相应的绝对标高为2.834m4.932m （三）基坑宽度： 车站主体结构：10.75 m15.80 m26.00m;区间线路：12.00m; （四）车站主体结构基坑围护情况： 中胜车站四周采用 SMW工法围护，深度为：20.580m21.052m, 相应的绝对标高为-14.080m-14.552m ;区间地下段基坑采用灌注桩加 深搅的围护结构 。 （五）本方案以地面绝对标高+6.500m为士 0.000,方案中所涉及的深度及 标高均以此为准。 三、地质条件叙述 根据南京市测绘勘察研究院提供的勘察报告,本

7、场地分布的地层主要 是：在深度为 11.70m16.40m （绝对标高为5.00m10.00m）以上主 要分布的地层是人工填土、粉质粘土及淤泥质粉质粘土层,在该深度以下 主要分布的地层是粉土、粉砂、粉细砂层。根据地层的水文地质特性,上 部以粘性土为主的淤泥质粉质粘土与粉质粘土的渗透性较差,其渗透系数 一般可达10 7cm/s。而下部的粉土与粉细砂层的渗透性较好，土层中的含 水量较大,地下水的补给速率也较快。根据本场地的该两大层土的分布与 埋藏条件，按其水文地质类型，可分为：上部 潜水层，下部承压含水层 型 两大类型。根据勘察报告， 下部承压含水层为影响地铁施工的主要含水层 （施工中测得该层承压

8、含水层的承压水水头为： 2.50m）。 四、降水目的及要求 （一）降水的目的是：通过降压井抽水及时降低下部承压含水层的水 头高度，防止基坑底板突涌等不良现象的发生，确保基坑开挖后基坑底的 稳定，以保证基坑开挖的安全性。 （二）根据设计及实际的地质情况本次需将承压水水头降至基坑开挖 面以下 0.50m 左右，即 12.50m 左右。 五、基坑底板稳定性验算 （一）基坑底板的稳定条件 ：基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大 于承压水的顶托力。即： H 丫 s Fs 丫 w h 式 中： H 基坑底至承压含水层顶板间距离（ m ） Y s 基坑底至承压含水层顶板间的土的加权平均重（kN/m3） h

9、 承压水水头高度，静止水位至承压含水层顶板的距离（ m） Y w 水的重度（ kN/m3） Fs 安全系数（取 1.05） （二）车站部分： 根据勘察报告提供的有关数据， 1#活塞风井部位基坑开挖面至承压含 水层顶板的土层的重度为18KN/m3,该部分基坑开挖约12m，承压含水层 顶板埋深为16.40m,承压水水位按2.50m计算。具体如下： 1 、1#活塞风井部位上覆土压力为： H 丫 s =18X4.4=79.2 kPa 2、1#活塞风井部位下伏承压含水层的承压水的顶托力为： Fs 丫 w h =1.05X 10X 13.9=145.95 kPa 3、稳定性验算 Fs y w h - H

10、y s = 79.2 -45.95 = -66.75 kPa 则：承压水的顶托力大于上部土压力 66.75kPa。 4、根据上述验算结果分析： 当车站在的1#活塞风井部位基坑开挖至地表以下 12.00m时，下部承压 水的顶托力大于基坑底至承压含水层顶板间的土压力，即基坑会发生突涌 现象。故该部位在基坑开挖时必须降低下伏承压含水层的水头压力，才能 满足基坑底板稳定性的要求。需降低的值如下： h 降二 66.75/y w =66.75/10 6.7m 根据计算结果分析得出1#活塞风井部位承压水水头降至地面下 9.2m（绝对标高-2.70m）,可保证基坑底板的稳定。 由于车站其它部分承压含水层顶板都

11、比该部分的埋深要浅，局部部分 已经挖至承压含水层顶板,因此也必将发生此现象,必须降低承压含水层 的水头。 （三）区间隧道部分： 根据勘察报告提供的有关数据，区间在里程XK3+834.100部位基坑开 挖面至承压含水层顶板的土层的重度为 18KN/m3，该部分基坑开挖约9m, 承压含水层顶板埋深约为14m，承压水水位按2.50m计算。具体如下： 1、里程XK3+834.100部位上覆土压力为： H 丫 s =18 X 5=90 kPa 2、里程XK3+834.100部位下伏承压含水层的承压水的顶托力为： Fs 丫 w h =1.05X 10X 11.5=120.75 kPa 3、稳定性验算 Fs

12、 y w h - H y s = 90 -20.75 = -30.75 kPa 则：承压水的顶托力大于上部土压力 30.75kPa。 4、根据上述验算结果分析： 当区间在里程 XK3+834.100部位的基坑开挖至地表以下 9m左右时， 下部承压水的顶托力大于基坑底至承压含水层顶板间的土压力，即基坑会 发生突涌现象。故该部位在基坑开挖时必须降低下伏承压含水层的水头压 力，才能满足基坑底板稳定性的要求。需降低的值如下： h 降二 30.75/y w =30.75/10 3.1m 根据计算结果分析得出在区间里程 XK3+834.100部位承压水水头降至 地面下5.6m（绝对标高0.90m）,可保证

13、基坑底板的稳定。 由于区间里程：XK3+734.100- XK3+834.100范围内其它部分承压含水 层顶板都比该部分的埋深要浅,因此也必须降低承压含水层的水头。 六、降压井的布置依据 一）抽水试验 1、抽水试验的目的 1）测定井的出水量 Q 与水位下降值 S 随时间变化的关系。 2）确定该区域承压含水层的水文地质参数包括： a）水平渗透系数Kh与垂直渗透系数Kv。 b）越流因子（无量纲）Br。 c）压力传导系数a。 d）含水层的各向异性系数Kv/Kh。 3）根据获得的水文地质参数，初步设计降压井。 2、抽水试验工作量的布置 1）根据降水目的与要求及降水目的层的水文地质条件， 采用多孔抽水

14、试验。布置一组抽水试验井（包括一口抽水井、一口观测井） 。 2）井位布置 a）本次进行的一组抽水试验井均位于 2#活塞风井部位基坑外侧，详见 “降压井井位平面布置示意图” （图 1）。 b）抽水井：抽水井为Y27号降压井。 c）观测井：观测井为Y25号降压井，距抽水井Y23的距离为：20.00m 3）井径 抽水井与观测井的井径均为250mm。 4）井深 抽水井与观测井的结构相同，井深均为：30.00m，详见“降压井井结 构图”（图 4）。 3、抽水试验方法 本次抽水试验采用非完整井非稳定流的方法进行抽水试验，做一次抽 降。本次抽水试验历时约 2760 分钟。 4、抽水设备及观测器具 1 ）根据

15、降压井的实际出水量选用 175QJ32-48/4型深井潜水泵。 2）水位观测仪器采用毫安表式水位测量计， 抽水井及观测井的水位读 数均读到厘米。 3）出水量的观测仪表应选用 2寸流量表（水表）来测定。 5、动水位测定 1）抽水试验前测得静止水位的深度及绝对标高： a） 抽水井为2.25m（井口标高6.20m）,即绝对标高：3.95m。 b） 观测井为2.70m（井口标高6.70m）,即绝对标高：4.00m。 2） 动水位观测时间：开泵后按第 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80

16、, 90, 100, 110, 120min 进行观测，以后每隔30min观测一次，300min以后每隔60min观测一次， 720min 以后每隔 120min 观测一次。 3）观测井内测水位下降值,抽水井测恢复水位值。 6、出水量的观测 1）为了保证抽水井有相对恒定的出水量, 故在泵的出水口处接一三通 用于回水,并在回水口处接一阀门以控制井的出水量,经观测本次抽水试 验出水量控制在30m3 / h。 2）出水量观测的间隔时间开始为1530min观测一次，2个小时后每 30min观测一次。本次抽水试验观测得出水量一般为3129.70m3/ h,保 证了抽水期间流量的变化不超过士 5%的要求。

17、 7、水文地质参数计算 1）由抽水井与观测井的结构可知本次抽水试验采用的抽水井及观测井 均属非完整井。 2）根据观测井的水位降（S）与时间（t）的实测数据，在双对数纸上 绘制LgSLgt曲线，见图6。 3）根据抽水试验资料分析，采用下列计算公式: QJ：_:2M2 S= 4n KhM W ( U r , Br ) + n 2 (L-d) (Li-di ) r Kv n n r (Br )2+ Kh (M )2) M M 刀 12Sin( nn L )-sin( nn d ) Sin( nn L1)-sin( nn d1 ) n Wur V ( n=1 式中: Br 越流因子（无量纲） Kv、K

18、i 分别为含水层垂直向和水平向渗透系数（m/d）。 Q抽水井出水量（nVd ）。 S干扰抽水水位降（m）。 M 含水层厚度（m ,根据有关资料本次取35m。 T -导水系数 m2/d , T = K h Mo r 观测孔至抽水井距离（m。 L 、L1 分别为抽水井及观测井的过滤器底部至含水层顶板距 11 d 、di 分别为抽水井及观测井的过滤器顶部至含水层顶板距 离（m） W （ Ur）井函数。 Ur 井函数自变量，Ur =r /4at。 a导压系数（vm/d）。 t 抽水延续时间（d）。 4）实测曲线与标准曲线的拟合 根据观测井的抽水试验实测数据采用上述计算公式，在计算机内与多 条标准曲线进

19、行拟合，经拟合获得一条与实测曲线拟合最佳的计算曲线。 实际拟合情况如下： 序号 时间 （mi n） 实测降深值 （m 标准降深值 （m 1 1 0.02 0.015 2 2 0.05 0.057 3 3 0.09 0.098 4 9 0.26 0.25 5 10 0.28 0.267 6 14 0.33 0.321 7 20 0.39 0.38 8 30 0.45 0.446 9 40 0.49 0.493 10 50 0.515 0.528 11 60 0.54 0.556 12 80 0.57 0.598 13 100 0.585 0.628 14 150 0.60 0.676 15 21

20、0 0.645 0.708 16 400 0.72 0.746 17 520 0.79 0.753 18 640 0.77 0.756 19 820 0.76 0.758 20 940 0.76 0.759 21 1180 0.75 0.76 22 1420 0.765 0.76 注：拟合图见图5 5）经计算机拟合后计算出该承压含水层的水文地质参数如下: 参数 计算方法、 水平 渗透系数 Kh m/ d 垂直 渗透系数 Kv m/ d 导水 系数 T m? / d 导压 系数 a nrf / d 越流 因子 Br 曲线拟合法 8.15 4.075 285.25 59800 600 （二）抽水试

21、验结果分析 1、从本次抽水试验结果得到的 LgsLgt曲线光滑，其尾部有些波动 是由于受潮汐影响（由于潮水的涨落，致使河床底部的荷载发生变化，含 水层受到压缩或膨胀）引起的地下水位变化。 2 、由于受施工条件等因素的影响，加之本场地地质条件很复杂，承压 含水层顶板起伏很大，因此本次抽水试验存在一定的误差，但根据拟合情 况来看该理论方法计算的水文地质参数基本符合本场地水文地质的实际情 况的，本次抽水试验已达到了预期目的。 七、降压井工作量的初步布设 （一）中胜站主体 根据抽水试验的有关资料，并考虑到周围的施工环境，车站部分降压 井做如下布设: 车站主体结构基坑外南北两侧各布置一排降压井，具体如下

22、： 1、 基坑南侧设计布置14 口降压井，设计单井出水量为：30 m3 / h, 设计井的结构详见“降压井结构图”（图34）。 2、基坑北侧设计布置14 口降压井，设计单井出水量为：50 m3/ h （由 于Y20、Y22号降压井距周围房屋太近，该两井设计单井出水量按 30 m3 / h）,设计井的结构详见“降压井结构图”（图4）。 （二）区间线路 根据抽水试验的有关资料，并考虑到周围的施工环境，区间隧道部分 降压井做如下布设： 在区间隧道基坑外北侧布置一排降压井，具体如下： 设计布置6 口降压井，设计单井出水量为：50 m3/ h,设计井的结构 详见“降压井结构图”（图4）。 注：由于承压含

23、水层顶板起伏较大，实际施工时在保证单井出水量的 前提下，可根据施工时进入承压含水层的情况调整井的深度及结构。降压 井的平面位置详见“降压井平面布置示意图” （图12）。 八、布井合理性验证 预测点 抽水井号 特征点A 特征点B 特征点C 特征点D Y21 45.96 78.41 Y22 36.35 70.63 Y23 28.70 58.81 Y24 20.81 51.95 Y25 18.32 39.61 Y26 18.58 34.77 Y27 18.84 19.69 Y28 34.04 13.46 36.52 （一）各抽水井对各预测点的距离： 单位：m Y29 17.55 27.06 Y30

24、16.63 Y31 16.46 Y32 26.75 50.22 Y33 40.12 36.15 Y34 23.67 （二）计算结果 根据本次抽水试验计算的参数，采用上述计算公式按照设计的单井出 水量进行群井抽水对预测点 A B、C、D四点的干扰水位下降进行计算，计 算结果如下：单位：m 时间（天） 预测点 0.5 1 2 3 5 7 10 特征点A 8.09 9.00 9.82 10.23 10.63 10.81 10.93 特征点B 7.67 8.70 9.61 10.07 10.52 10.72 10.86 特征点C 7.67 8.53 9.30 9.68 10.05 10.23 10.3

25、4 特征点D 3.20 3.56 3.94 4.13 4.32 4.40 4.46 （三）从以上计算结果分析 根据上述计算结果，在车站基坑开挖时，按照设计的单井出水量抽水3 天以后，车站预测点A、B三点的水位下降值均已超过10m,已经完全能够 满足降深10m的要求；在部分区间段基坑开挖时，按照设计的单井出水量 抽水5天以后，区间预测点C的水位下降值已超过10m,已经完全能够满足 降深10m的要求，而预测点D的水位下降值为4.32m,按稳定性验算的结 果，此处的安全降深深度为：3.1m，此时也已能满足要求。 （四）结论 采用本次抽水试验的成果，进行了水位下降预测，经计算本次布井能满 足本工程基底

26、稳定性的要求。说明在这种场地和水文地质条件下本次布井 是合理的 九、降压井构造与设计要求 1、井口：井口应高于地面以上 0.50m,以防止地表污水渗入井内，一 般采用优质粘土或水泥浆封闭，其封闭深度详见“降压井结构图”（图3 4）。 2、井壁管：井壁管均采用焊接钢管，井壁管的直径为 250mnm内径）。 3、过滤器（滤水管）：滤水管采用桥式滤水管, 滤水管外包两层 30目 40 目的尼龙网,滤水管的直径与井壁管的直径相同。 4、沉淀管：沉淀管焊接在滤水管底部,直径与滤水管相同,长度为 1.00m,沉淀管底口用铁板封死。 5、填砾料（砾砂） ：滤水管部位围填磨圆度较好的绿豆砂掺粗砂（按 1： 1

27、 比例混合）,填入部位详见“降压井结构图” （图 34）。 6、填粘性土封孔：为防止抽潜水引起的地面沉降, 在砾料的围填面以 上必须采用优质粘土围填至地表并夯实,并做好井口管外的封闭工作。 7 、各井结构及过滤器的安装部位详见“降压井结构图” （图 34）。 十、施工工艺与技术要求 成孔施工机械设备选用 GPS 1 0型工程钻机及其配套设备。 采用正 循环回转钻进泥浆护壁的成孔工艺及下井壁管、滤水管,围填填砾、粘性 土等成井工艺。其工艺流程如下： 1、测放井位： 根据井位平面布置示意图测放井位, 当布设的井点受地 面障碍物或施工条件的影响时，现场可作适当调整 2、埋设护口管：护口管底口应插入原

28、状土层中，管外应用粘性土和草 辫子填实封严，防止施工时管外返浆，护口管上部应高出地面0.10 m 0.30m。 3、安装钻机：机台应安装稳固水平，大钩对准孔中心，大钩、转盘与 孔的中心三点成一线。 4、钻进成孔：降压井开孔孔径为 500mm, 径到底。钻进开孔时应 吊紧大钩钢丝绳，轻压慢转，以保证开孔钻进的垂直度，成孔施工采用孔 内自然造浆,钻进过程中泥浆密度控制在1.101.15,当提升钻具或停工 时,孔内必须压满泥浆,以防止孔壁坍塌。 5、清孔换浆：钻孔钻进至设计标高后,在提钻前将钻杆提至离孔底 0.50m,进行冲孔清除孔内杂物，同时将孔内的泥浆密度逐步调至 1.10,孔 底沉淤小于30c

29、m,返出的泥浆内不含泥块为止。 6、下井管：井管进场后,应检查过滤器的缝隙是否符合设计要求。下 管前必须测量孔深,孔深符合设计要求后,开始下井管,下管时在滤水管 上下两端各设一套直径小于孔径 5cm 的扶正器（找正器）,以保证滤水管 能居中,井管焊接要牢固,垂直,下到设计深度后,井口固定居中。 7、 填砾料：填砾料前在井管内下入钻杆至离孔底0.30 m0.50 m,井 管上口应加闷头密封后,从钻杆内泵送泥浆进行边冲孔边逐步稀释泥浆, 使孔内的泥浆从滤水管内向外由井管与孔壁的环状间隙内返浆,使孔内的 泥浆密度逐步稀释到 1.05,然后开小泵量按前述井的构造设计要求填入砾 料,并随填随测填砾料的高

30、度,直至砾料下入预定位置为止。 8、井口封闭：在砾料的围填面上采用优质粘性土围填至地表，为防止 围填时产生“架桥”现象，围填前需将粘土捣碎（粒径小于 5cm 为宜） 围填时应控制下入速度及数量，沿着井管周围按少放慢下的原则围填。然 后在井口管外做好封闭工作。 9、洗井：回填完毕后先在井内下如活塞，用活塞洗井，活塞必须从滤 水管下部向上拉，将水拉出孔口，对出水量很少的井可将活塞在过滤器部 位上下窜动，冲击孔壁泥皮，此时应向井内边注水边拉活塞。当活塞拉出 的水基本不含泥砂后，再用空压机抽水洗井，吹出管底沉淤，直到水清不 含砂为止。 10、安泵试抽：成井施工结束后，根据开挖进度在降水井井内及时下 入

31、深井潜水泵、铺设排水管道、电缆等，抽水与排水系统安装完毕，即可 进行试抽水。电缆与管道系统在设置时应注意避免在抽水过程中不被挖土 机、吊车等碾压、碰撞损坏，因此，现场要在这些设备上进行标识。 11、排水 : 洗井及降水运行时应用管道将水排至场地四周的明沟（渠） 内，通过排水沟（渠）将水排入场外预设的排水沟渠中，场地四周的排水 管道应定时清理，确保排水系统的畅通。 十一、降水运行 （一）试运行 1、试运行之前，准确测定各井口和地面标高、静止水位，然后开始试 运行，以检查抽水设备、抽水与排水系统能否满足降水要求。 2、试运行时，观测井的出水量，水位下降值，以验证抽水量与下降能 否满足降水设计的要求 3、每一口井单独用一台水泵进行抽水， 抽水设备的抽水能力要和单井 的涌水量相匹配，不能低于单井涌水量，也不宜大于单井涌水量。 （二）降水运行 1 、正式降水运行根据施工情况可在基坑开挖到 5m 左右时开始抽水， 以降低下部承压水头，保证施工时基坑底板的稳定。 2、降水运行过程中， 对各停抽的井及时做好水位观测工作， 以便及时 掌握承压含水层水头的变化情况。 3、在降水运行过程中当承压水头降至设计要求时，可适当调控降压 井的开启数量，以控制