王家墩北站降水井施工方案讲解

1、武汉市轨道交通三号线土建工程第十标段王家墩北站降水施工方案武汉市轨道交通三号线土建工程第十标段王家墩北站降水施工方案一、编制依据1）国家标准地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范 （GB50307-1999 ）；2）国家标准供水水文地质勘察规范 （ GB50027-2001 ）；3）国家标准供水管井技术规范 （GB50296-99 ）；4）行业标准建筑与市政降水工程技术规范 （ JGJ/T111-98 ）；5）湖北省地方标准深基坑工程技术规定 （DB42/159-2004 ）；6）基坑降水手册、工程概况本工程包括王家墩中心站（不含）王家墩北站区间（简称王王区间） 、王 家墩北站、王家墩北站范湖站

2、（不含）区间（简称王范区间） 、范湖站（不含） 菱角湖公园风井（含风井）区间（简称范菱区间） ，共 1站 3区间和 1座风井， 五个单位工程。王家墩北站为地下两层岛式站台车站， 长 182m ，标准段宽 19.7m ；围护结构 为 800mm 厚地下连续墙， 标准段深 28.5m ；支撑形式为钢支撑和砼支撑， 共设三 道支撑和一道换撑， 第一道为 800×800mm 钢筋砼支撑， 第二、三道及换撑均为 609 、t=16mm 的钢支撑；车站共设四个出入口，两组风亭。三、工程地质及周边环境3.1 工程地质条件工程范围地层自上而下依次为：在场区最大勘探深度范围内，根据岩土工程第 1 页

3、共 17 页中国中铁一局集团有限公司武汉市轨道交通三号线土建工程第十标段 王家墩北站降水施工方案 勘察报告，场区土层除上部为填土层外， 其下主要为第四系全新统冲积 （Q4al） 的粘 性土层、砂层、中粗砂夹砾卵石层，下伏基岩为志留系（ S2f ）的砂岩。根据年代、 成因、土层结构特征及强度上的差异，场地土自上而下可分为4 层，其中 （3）层分五个亚层， （4）层分三个亚层， （20b） 层分两个亚层。王家墩北站车站基坑开挖面主要为（ 1-1）杂填土、（3-1）粘土、（3-2 ）粘土、 （3-3 ）淤泥质粉质粘土、 （3-4 ）粉质粘土夹粉砂、 （3-5 ）、（ 4-1 ）粉砂。3.2 水文地质

4、拟建场区的地下水有上层滞水、孔隙承压水和基岩裂隙水三种类型。1、上层滞水主要赋存于填土层中，受大气降水、地表水及人类生产、生活用水补给影响，无统一自由水面。勘察期间测得的上层滞水稳定水位埋深在2.13 3.67m 之间，相当于绝对标高 18.05 20.11m 。2、孔隙承压水主要赋存于 （3-5） 层及其下的砂层中，上覆粘性土及下伏基岩为 相对隔水层顶板、底板。据在汉口地区不同地段不同时期长期观测结果表明，汉 口地区长江 I 级阶地承压水测压水位标高最高为 20.0m 左右，承压水头标高年变 化幅度在 3.04.0m 。3、下伏基岩为志留系砂岩，基岩裂隙水水量较小，对本工程的影响不大。表 3

5、.2-1 土层渗透系数地层编号土层名称渗透系数（ cm/s ）垂直水平(3-1)粘土5.1 ×10-75.7 ×10-7(3-2)粘土6.0 ×10-75.7 ×10-7中国中铁一局集团有限公司第 2 页 共 17 页(3-3)淤泥质粉质粘土6.2 ×10-74.4 ×10-7(3-4)粉质粘土夹粉砂2.5 ×10-64.2 ×10-5(3-5)粉质粘土夹粉砂、粉土5.1 ×10-56.5 ×10-4(4-1)粉砂8.0 ×10-31.8 ×10-2武汉市轨道交通三号线土建工

6、程第十标段王家墩北站降水施工方案3.3 周边环境本站位于王家墩中央商务区东北侧，地势较为平坦，车站北侧为在建的恒融 商务中心，南侧为在建的云霞路及商务区樱海园，西北侧为航天花园，东西两侧 无建筑物，较为空旷。四、降水设计4.1 设计思路武汉市轨道交通三号线王家墩北站， 开挖深度 15.618.08m（ 属超深基坑， 工 程安全等级为一级 ），基坑底部位于粉砂层中，基坑开挖后，若不采取降水措施， 坑底高承压水将会产生突涌，本设计方案在基坑内、外设置降水管井进行疏干降 水。4.2 方案比选针对基坑坑底下部含水层中的承压水，可采取深井管井降水或中深井降水技 术抽排地下水以降低地下水压力水头。根据在类

7、似地层进行的深井完整井抽水试 验结果可知，若采用深井完整井，单井抽排水量虽大，但单井的降深能力小，水 位降深难以达到设计要求且降水运行不经济，结合在武汉地区、长江沿岸地区超 深基坑工程的施工降水经验，本次基坑降水设计拟采用中深井降水技术进行降水。4.3 基坑涌水量预测第 3 页 共 17 页中国中铁一局集团有限公司武汉市轨道交通三号线土建工程第十标段 王家墩北站降水施工方案4.3.1 基坑抗突涌分析武汉市轨道交通三号线王家墩北站基坑面积较大（约 3839m2 ），基坑开挖深 度较深 15.6 18.08m ，本次设计时忽略坑底各土层的粘聚力及其抗剪强度对抗渗 透有利的影响，将其作为安全储备。坑

8、底土方开挖已揭露承压含水层，需要布置 中深降水井进行疏干降水，降水目标水位取坑底下 1.5m 。4.3.2 基坑涌水量计算中深井降水基坑出水量计算可根据地下水类型、补给条件，降水井的完整性 以及基坑面积、形状、降水深度、布井方式等因素，综合选择计算公式来进行计 算。本基坑面积较大，基坑挖深达 15.618.08m ，属深基坑。本次降水设计采用 疏干降水思路进行降水设计，承压水初始水头取 18m ，设计目标动水位标高取 4.5m ，水位降取 14.5m ，基坑出水量计算采用坑内坑外布井的方式进行计算。基坑出水量按“大井”法承压完整井公式计算：Q= 2.73kMS（lgR0-lg 0）3式中： Q

9、-基坑降水出水量（ m /d ）；K-导水系数，按降水经验，取 k=16m/d ；S-基坑中心水位降，按上述抗突涌验算，取 S=14.5m ；R-降水期间影响半径，取 R=220m ；0 -大井园概化半径，取 0 =51m 。计算结果：第 4 页 共 17 页中国中铁一局集团有限公司武汉市轨道交通三号线土建工程第十标段 王家墩北站降水施工方案Q=33678 m3 /d4.3.3 降水井数量计算及布置根据水文地质勘察结果， 取干扰井群单井出水量 q=1440m3/d ，则需降水井数 量为：根据水文地质勘察结果，取干扰井群单井出水量根据公式计算 ldq= 24式中 :q管井出水能力（ m3/d）；

10、d过滤器外径（ mm ）；与含水层渗透系数有关经验系数；l 过滤器淹没段长度（m ）；（d=250mm ；=50； l =15.0m ）q=1800m3/d ，单井实际出水量取 1440m3/d 是合理可靠的，则需降水井数量 为：N=Q/q*1.2（ 安全系数 ）=28 口经优化布置，天汉降水软件模拟计算后，实际只需 25 口降水井就能将场地承 压水降低至基底以下 1.5m ，本次未专门设置水位观测井， 部分降水井兼作观测井， 故降水井总数为 25 口。降水井布置时应避开梁、柱、桩等，在正式施工前应对井 位进行核对，井位可在一定范围内调整，降水井具体布置见附图一（降水井平面 布置图）。4.4

11、降水井结构设计 降水井井身结构系依据降水地段地质岩性构成、水文地质条件、钻孔工艺、 施工要求及有关规范规定设计。管井深度与过滤管安装深度以开采含水层（段）第 5 页 共 17 页中国中铁一局集团有限公司武汉市轨道交通三号线土建工程第十标段 王家墩北站降水施工方案 的埋深、厚度、渗透性、富水性及其出水能力等因素来综合确定，经场地岩土工 程和水文地质专门勘察表明：埋藏基坑坑底下面的下部承压含水层，以下部砂层 为主要取水层，井底不宜揭穿该层。其孔径和井管管径则按反滤层厚度，排水含 砂量要求及安泵深度，泵型决定，综合考虑上述因素，降水井结构设计如下：4.4.1 钻孔井深可根据以下公式确定：Hw Hw1

12、 Hw2 Hw3 Hw4 Hw5 Hw6式中 :Hw降水井深度（ m）；Hw1 基坑深度（ m ）；Hw2 降水水位距离基坑底要求的深度（ m）；Hw3 ir O；i为水力坡度，在降水井分布范围内宜为 1/10 1/15 ； rO =为降水井分布范围的等效半径或降水井排间距的 1/2（ m）；Hw4 降水期间的地下水位变幅（ m）；Hw5降水井过滤器工作长度；Hw6 沉砂管长度（ m ）。（ Hw1=16.0-17.95m ；Hw2=1.5m ；Hw3=可忽略不计；Hw4=3m ；Hw5=15.0m ；Hw6= 未取）经计算降水井深度为 36.5m ，综合考虑其它因素，降水井实际深度为 35m

13、 。降水井钻探井径 550mm 。4.4.2 井管降水井管全部采用钢质焊管，其中井壁管长度为 20m ，壁厚 3mm ，过滤管长第 6 页 共 17 页中国中铁一局集团有限公司武汉市轨道交通三号线土建工程第十标段王家墩北站降水施工方案度为 15m，壁厚 3mm ，管径 250mm 。井口根据现场实际情况高于地面 0.3m4.4.3 填砾与管外封闭自井底至井深 15.0m 的承压含水层深度段环填硅质圆砾，以形成良好的人工 反滤层，在井口至井深 15.0m 段环填粘土球以进行管外封填。降水井结构详见附 图二。五、降水预测及降水动态控制5.1 降水水位预测基坑降水期间，坑内外任意点处的水位降可视为群

14、井在该点水位降叠加，并以此预测降水水位。水位降预测采用公式为：式中：Sr0.366QmkmQi lgi1R riR lgS- 基坑内、外任意距离处水位降（ m）；K-渗透系数，（m/d）； m- 含水层概化厚度（ m）；3Q-基坑排水量， （m /d） ；R-降水期间影响半径， （ m ）i-任意点距抽水井的距离（ m）。其计算结果详见附图三（水位降幅等值线图） ，满足设计水位降 14.5m 要求。5.2 降水动态控制根据公式 D y Yw Hw Yty ，的计算结果来确定是否启动降水井以及启动降水井的数量，在土方开挖过程中，根据基坑开挖深度和开挖期间长江水位及场地地下水渗流情况，对降水井运行

15、情况进行动态控制，需开启的降水井编号及降水井第 7 页 共 17 页中国中铁一局集团有限公司武汉市轨道交通三号线土建工程第十标段 王家墩北站降水施工方案 数量由设计代表会同现场技术负责人计算确定，以确保降水经济运行且有助于保 护周边环境。六、基坑降水对周边环境影响的预测及评价从理论讲，基坑降水时，抽降水引起地面沉降影响范围就是抽水水位下降漏 斗的范围，并具有离基坑愈近水位降愈大，影响地面沉降愈大的特点。抽降地下 水引起地面沉降原因是：由于降低承压水水位使上覆盖层浮托力降低，产生自重 排水固结压密引起地面沉降；在上部弱透水层中，因地下水水位下降或被疏干， 也产生土体自重排水固结压密而引起地面沉降

16、；另外，承压水水位降低后，土体 产生的附加有效应力，扣除含水层中水压降低引起的减压后而对其下卧层固结压 密引起沉降。根据武汉地区基坑降水引起基坑周边地面沉降的监测数据表明，在 距基坑周边 10 倍于水位下降值范围处， 其沉降量仅为最大沉降量的 45%，而相当 于 30 倍水位下降值范围处， 其沉降量仅为最大沉降量的 12% 左右，根据地面沉降 等值线图，其最大沉降约 35mm ，其不均匀沉降率 1，因此对于基坑开挖附近 的桩基础建筑物，降水所产生的沉降对其影响较小；但对于浅基础的建（构）筑 物来说，降水会对其产生不同程度的影响，但只要降水井的出水含沙量控制好， 抽排水量的顺序组织合理，亦不致危

17、害这些建（构）筑物的安全使用。为安全起 见，在降水运行前，应在地面和建（构）筑物布置沉降观测点，在降水运行期间 加强沉降监测，及时反馈沉降信息，采取预防应急措施，以确保建（构）筑物的 安全。本工程降水属于减压降水，承压水位下降引起的地面沉降可由以下数学公式 计算预测。nhiSw M swi ii 1Esi第 8 页 共 17 页中国中铁一局集团有限公司王家墩北站降水施工方案武汉市轨道交通三号线土建工程第十标段式中： Sw-水位下降引起的地面沉降（ mm ）；M S-经验系数（与水压力的减压回弹和压缩模量取值有关） ，取 0.2 0.5。wi -水位下降引起的各计算分层有效应力增量（ kPa ）

18、;hi -受降水影响地层的分层厚度（ cm）;n -计算分层数；ESi -各分层的压缩模量（ kPa）。经天汉软件对地面沉降模拟计算，其地面沉降附图四（预测值详见地面沉降 等值线图）。七、降水实验2012 年 3 月 27 日，在王家墩北站进行了一次降深单井抽水实验。7.1 抽水试验井布置本次降水试验共设置试验井（孔） 3 口，抽水井 1 口，水位观测井 2 口，抽水 试验井编号为 C1（编号 G24），观测井为 G1（编号 G10） 、G2（编号 G11 ），详见 试验井平面布置图。抽水井、观测孔孔径均为 600 mm ，井管直径为250mm ， 钢质井管，壁厚 3.0mm ，滤管管眼直径

19、18mm ，呈梅花型排列，孔隙率 15%， 上部隔水层采用 3-5cm 粘土球止水，下部含水层滤料为 2-5mm 砂砾石。试验井（孔） 参数见下表。本次降水试验均针对场地下部粉砂、粉细砂层中的含水层。表 7.1-1 井结构参数表试验井号井深滤管埋深井壁管长度填砾深度（ m）（m）（m）（m）粘土球砂砾石C1（抽水井）3520-35200-1515-35中国中铁一局集团有限公司第 9 页 共 17 页C1、C2(观测井)3520-35200-1515-35武汉市轨道交通三号线土建工程第十标段王家墩北站降水施工方案7.2 降水实验结果C1 作为抽水井，井深 35.0m ，抽取粉砂、粉细砂地层中的承

20、压水， G1、G2 观测地下水位变化。 C1 与 G1、G2 距离分别为 12.0m 、19.0m 。抽水试验于 2012 年 3 月 27 日 19:00 开始，抽水 3 小时 30 分后水位开始稳 定，水位稳定后，延续抽水 4 小时，测得稳定出水量为 64m3/h 。停止抽水后 2 小 时 30 分后，抽水井和水位观测孔水位恢复至静止水位。表 7.2-1 抽水试验成果统计表井号C1G1G2静止水位( m )13.6513.4513.50动水位( m )19.2015.3514.92降深( m )5.551.901.427.3 水文地质参数计算根据基建场地含水岩组的水文地质特征及抽水主井过滤

21、器的下置深度及长 度，水文地质参数计算渗透系数 (k) 选用带二个观测孔的稳定流承压非完整井条件 下的对应计算公式，即0.366Q r21- 2) (1)第 10 页 共 17 页K= lg+0.217(M(S1-S2) r1影响半径 ( R )计算公式选用经验公式，即公式(1)中： Q=涌水量 (m3/d)中国中铁一局集团有限公司武汉市轨道交通三号线土建工程第十标段 王家墩北站降水施工方案M= 含水层厚度 （m）r1、2= 观测井距抽水井距离 （m）S1 、2=观测井降深 （m）S= 抽水井降深 （m） 1、2分别为开壁处距井 rw、r1处附力阻力系数（查表求得） 。根据公式 （1）、 （2

22、），水文地质参数计算结果如下：K=16.26m/d R=224m7.4 实验结论（1）基建场地地下水类型为第四系孔隙承压水，含水层厚度为30-38m ，含水层水力交替循环条件较好。（2）含水层渗透系数 （K）16.26m/d ，影响半径选用 224m ，与设计参数基本一 致。（ 3）降水井深度以 35m 为宜，降水井单井出水量以 50m3/h 为宜。八、施工要求8.1 钻孔钻机安装平稳，确保钻孔圆正、垂直、孔斜不得超过 1.5 °。为提高钻探进尺和成孔质量，钻探采用清水冲击钻探成孔工艺，并应符合下列要求：（1）保证孔壁的稳定；（2）减少对含水层渗透性和水质的影响；（3）提高钻进效率，

23、减少孔底沉渣厚度。8.2 井（孔）管安装井（孔）管安装前，应做好下列准备工作：（1）根据井（孔）管的结构设计，进行配管；第 11 页 共 17 页中国中铁一局集团有限公司王家墩北站降水施工方案武汉市轨道交通三号线土建工程第十标段（2）检查井（孔）管质量，并应符合设计要求；（3）下管前，测量孔深，使井（孔）管安装符合设计要求。（4）为减少井（孔）管安装时间，应先在附近地面将每节井（孔）过滤器包 扎好，然后用吊车吊装，在孔口再次焊接入孔。（5）为确保井（孔）管在入孔后位于钻孔中心，使井（孔）管与孔壁间的环 形间距厚度均匀，在过滤器与花管部分，每间隔 5m，在上部无孔管部分每间隔 10m 设置扶中器

24、。8.3 填砾与管外封闭井（孔）管安装并符合设计要求后，及时进行填砾，填砾前应做好下列准备 工作：（1）向井管内送入清水，使孔内泥浆稀释；（2）砾料粒径规格符合设计要求，砾料应纯净，不含泥土和杂物；（3）备足砾料和粘土，使之能一次填筑完成。（4）备好填料运输工具，尽可能缩短填筑时间。（5）填砾时，砾料应沿井（孔）管四周均匀连续填入，随填随测。当发现填 入量及深度与计算有较大出入时，应及时找出原因并排除。（ 6）砾料填筑到设计深度后，再填入粘土球（填入高度 5.0m 左右），最后填 粘土至孔口，并将孔口粘土夯实。8.4 洗井与试验性抽水要求当井（孔）管安装与填筑砾料、粘土完成后，应及时进行洗井。

25、洗井的目的 是清除井内泥浆，破坏井壁附着的泥皮，钻探渗入含水层中的泥浆和细小颗粒，第 12 页 共 17 页中国中铁一局集团有限公司武汉市轨道交通三号线土建工程第十标段王家墩北站降水施工方案使过滤器周围形成一个良好的透水人工过滤层，以增加井的出水量和透水性。洗井可视孔内泥浆稠度，含水层特性与成井时间，先可采用机械方法（如活 塞、空压机等）洗井，最后可采用水泵抽水洗井，洗井至水清砂净，出水量满足 设计要求为止，洗井时应同步进行降水井与水位观测井的水位观测。洗井结束后，应测量管内沉淀物厚度，当沉淀物过多时，应采用小抽筒或泵 吸法捞取。洗井结束后，进行单井试验性抽水，以初步确定出水量及动水位深度，为

26、施 工降水的运行提供监控依据。8.5 降水井验收及排水含砂量要求降水井完成施工后，应立即进行逐井验收及群井抽水试验，抽水量及含沙量应符合规范要求，并且降水井应安装水表计量。降水运行期间，抽排水的含砂量应符 JGJ/T111-98 规范中的有关规定并满足 小于 1/100000 。九、施工监测与降水维护9.1 监测内容（1）竖井基坑支护结构位移和沉降监测，由监测单位负责进行。（ 2）邻近建 （构）筑物的沉降与变形监测，由监测单位负责进行。（3）降水井排水流量、水位、排水含砂量及水位观测孔水位监测，由降水单 位负责进行。9.2 监测要求基坑开挖前须做好监测方案和观测点的布置，具体位置和数量由监测单

27、位施第 13 页 共 17 页中国中铁一局集团有限公司武汉市轨道交通三号线土建工程第十标段 王家墩北站降水施工方案 实。采用精密水准仪按有关规范要求进行观测。观测基准点为 2 个，设在开挖影响范围外。在开挖卸荷急剧和降水阶段，应加密观测。 观测资料要及时整理出累计变形量及沉降速率等， 并绘制沉降（S）时间（ T） 关系曲线图，沉降（ S）水平位移（ L）距离（ H）关系展开曲线图。观测精度及闭合差应符合有关规范规定。9.3.1 降水监测降水运行前应统测一次井内水位和各井出水量； 抽水开始后，在水位未达到设计降水深度以前，每天观测三次水位、水量； 当水位已达到设计降水深度，且趋于稳定时，可每天观

28、测一次； 如遇降雨，观测次数宜每日 23 次； 水位、水量观测精度要求符合规范规定； 对水位、水量监测记录应及时整理，绘制水量 Q与时间 t和水位降深值 S 与 时间 t过程曲线图，分析水位水量下降趋势，预测设计降水深度要求所需时间；根据水位、水量观测记录，查明降水过程中的不正常状况及其产生的原因， 及时提出调整补充措施，确保达到降水深度。9.3.2 降水维护降水期间应对抽水设备和运行状况进行维护检查，每天检查不应少于3 次，并应观测记录水泵的工作压力、电流、电压、出水等情况，发现问题及时处理， 使抽水设备始终处在正常运行状态。抽水设备应进行定期检查保养，如水泵出现故障，应时更换。第 14 页

29、 共 17 页中国中铁一局集团有限公司王家墩北站降水施工方案武汉市轨道交通三号线土建工程第十标段经常检查排水管、沟、防止渗漏。应备有发电设备，当发生停电时，应及时更换电源，保持降水连续正常进行， 确保基坑施工安全。十、封井措施降水工程完成后，须对降水井进行有效封闭，封闭原则为“以砂还砂，以土还 土”，进行封闭，其上以钢板将井口满焊。封井祥见附图五（基坑降水井封堵图） 十一、应急预案11.1 用电应急预案11.1.1 双电源保证在施工现场提供两路工业用电，降水运行中应保证一路工业用电停电后另一 路工业用电能及时使用，保证停电 10 分钟内能将确保降压井的电源得到更换，确 保在基坑开挖过程中降水不得长时间中断，否则造成的后果无法估量，影响基坑 的安全。11.1.2 电源切换流程电源切换时电工、发电机工和降水人员要统一指挥，协调操作，各负其责。切换电源时，各位置工作人员职责如下：（1）发电机操