南京青奥轴线明挖隧道回灌技术应用

董莹

摘要：基坑降水过程中，由地下水承担的荷载转由土颗粒承担，造成土层负担加重，降水范围内的土层发生沉降，从而导致地表下沉，影响到周边建筑物及地下管线的安全，南京青奥轴线明挖隧道施工过程中用回灌技术控制地下水位，操作方便、确保了施工过程的安全，经济效益良好。

关键词：明挖隧道；基坑降水；回灌技术

中图分类号：K826 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）12-0022-03

南京青奥轴线地下明挖隧道工程地处南京长江漫滩地区，该工程靠近长江大堤，工程邻近江苏省武警总队大楼、在建青奥中心及国际风情街等建筑物，基坑面积大，开挖深，降水工作难度较大。综合该工程特点，在施工过程中采用回灌技术控制地面沉降，为今后类似工程积累施工经验，提供技术参考。

1 工程当地降水概况及特点

（1）场地位于长江岸边，承压含水层厚度大、渗透性能好，基坑工程受地下水威胁严重。本工程所在区域气候湿润，雨量充沛，降水时间长，长江等地表水体与地下水的水力联系较好，在丰水期对地下水有补给作用；对区域地下水的形成的补给起重要作用。据区域资料以及勘察资料显示，场地范围内存在厚达40～60m的由粉砂及卵砾石层组成的承压含水层，含水层富水性强、渗透性能好（渗透系数达35m/d）；场地距离长江较近，由于长江河床的切割作用，使得江水与承压含水层直接相通，形成强补给源。增加了基坑涌水量，增大了降水工程风险。由于大部分基坑开挖底板已经位于承压含水层中，整个基坑工程面临严重的承压水问题。

（2）基坑开挖面积大，主线隧道、匝道交错施工，降水工程量大、降水工作安排复杂。本工程隧道主线全长1732m，共设置有10条匝道及地下空间，开挖面积约15.4万m2，最大开挖深度约27m，水位降深大者达28m，整个基坑降水工程量浩大。

由于基坑面积大，各分区之间施工不同步，降水工程受各分区施工顺序的影响，降水设计时既需要将各分区分开单独考虑，又需要总体考虑各分区降水之间相互影响，降水工作安排复杂。

（3）围护结构未隔断基坑内、外水力联系，降水后会引起基坑外地表沉降。除B2-J1区YK10+312～YK10+463.2里程段主线隧道围护结构进入下部隔水层外，其余各区J2～J5区围护结构均未进入下部隔水层，基坑内、外地下水依然具有水力联系，坑内地下水位降至设计要求时，坑外地下水位必然会降低。

同时，地层上部存在一层厚3～20m的高压缩性淤泥质粉质粘土，局部夹粉土及粉细砂，失水后极易产生固结沉降，导致坑外地表沉降变形，对周边环境产生

影响。

2 根据降水对周边建筑的影响设置回灌井

（1）降水对在建建筑物的影响。在建建筑物包括国际风情街、青奥中心、青奥城等，均靠近本基坑工程，这些建筑都是桩基础、深基坑，基坑挖深在10m左右。本工程降水后，基坑外水位埋深要小于10m，故降水对在建建筑物的基坑影响可以不考虑；又因为这些建筑物还处于基坑开挖阶段，地面无重要保护的管线等设施，所以降水对在建建筑物的影响可以不考虑。

（2）降水对已有建筑物的影响。已有建筑物主要有嘉盛建设（位于J4区旁）、保利香槟国际（位于J5区旁）、城南水厂（位于B3区旁）、武警总队（位于J3区旁）。根据分析，降水对嘉盛建设、保利香槟国际、城南水厂的地面沉降量均小于3mm，影响较小，基坑施工工程中加强监测，降水设计未对其进行专门保护。

省武警总队大楼位于江东路西侧，靠近J3区，距离J3区主线隧道基坑约80m，距离匝道基坑约50m。J3区YK11+105～YK11+190段及J4区YK11+190～YK11+390段基坑开挖面均位于承压含水层中，承压水位需要降低至开挖面1m以下，即地面下约14m。该段坑外最大水位降深约11m，武警总队处最大水位降深约9m，预估因水位降低引起的地表沉降量约70mm。为减少降水对武警总队大楼的影响，靠武警总队侧布置13口回灌井进行回灌，间距约15m。

3 回灌井结构及施工工艺

3.1 回灌井结构

回灌井的深度应同基坑内降水井深度相同，且不超过围护结构深度。本工程回灌井深21m；为增加回灌效果，施工中全孔采用内径400mm、外径500mm的无砂混凝土滤管，外包80目锦纶滤管；滤料为中粗砂，回填至地面下3m，上部采用粘土回填；泥孔径750mm，见图1。

同时，为对比钢管井与无砂混凝土管井的回灌量，设置2口钢管回灌井，井管直径273mm、壁厚≥4mm，顶部3m为钢实管，下部18m为钢滤管，外包80目锦纶滤网，滤料为中粗砂，泥孔径600mm。

3.2 成井工艺流程

准备工作→钻机进场→定位安装→开孔→下护口管→钻进→终孔后冲孔换浆→下井管→稀释泥浆→填砂→止水封孔→洗井→下泵试抽。

3.3 成井施工

（1）测放井位：根据回灌井平面布置图测放井位，井位测放完毕后应做好井位标记，方便后面施工。如果布设的井点存在地面障碍物，应当设法清除障碍物，以利于打井的进行。若地面障碍物不易清除或受其他施工条件的影响，无法在原布设井位进行打井时，可对井位作适当调整。

（2）埋设护口管：埋设护口管时，护口管底口应插入原状土层中，管外应用粘性土或草辫子封严，防止施工时管外返浆，护口管上部应高出地面0.10m～0.30m。

（3）安装钻机：安装钻机时，为了保证孔的垂直度，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，严把开孔关，钻头与钻杆连接处带两根钻铤，并且，弯曲的钻杆不得下入孔内。

（4）挖泥浆池：泥浆池的大小按泥浆池计划共用的打井数量和排渣量综合确定，泥浆池底部及侧壁宜铺垫塑料布，以防跑浆污染环境。一般每2～3口井共用一个泥浆池，必要时可采用泥浆箱。

（5）卧钻机：施工机械设备选用8QZJ-130型工程钻机及其配套设备。用水平尺校正钻机底座水平，并用铁丝把钻机固定在枕木上。

（6）钻进清孔：钻进中保持泥浆比重在1.10～1.15，尽量采用地层自然造浆，整个钻进过程中要求大钩吊紧后徐徐给进（始终处于减压钻进），避免钻具产生一次弯曲，特别是开孔口不能让机上钻杆和水接头产生大幅摆动。每钻进一根钻杆应重复扫孔一次，并清理孔内泥块后再接新钻杆，终孔后应彻底清孔，直到返回泥浆内不含泥块，返出的泥浆含砂量<12%后

提钻。

（7）下井管：采用托盘钢丝绳下管法下井管，井管与井管之间接口用300mm宽的土工布封口并用铁丝捆扎，以保证井管接口封闭，滤料不会从接口进入井内。井管外用4～5cm宽的毛竹片和铁丝捆扎连接。

（8）投滤料：将滤料沿井壁四周均匀徐徐填入，并随填随测填砂顶面的高度，不得超高。水平向填砂厚度不小于150mm，垂向填砂高度严格按设计图纸进行。

（9）洗井、试抽：滤料回填后，立即用潜水泵洗井，直至井水洗清达到规范要求为止。洗井时若出现井水中含有滤料，应停止洗井，检查原因，进行处理，必要时要报废掉，并按封井要求进行封井。

4 回灌井运行

4.1 回灌系统

回灌井运行系统如图2所示。回灌井上安装三通阀、水表、回水阀。

（1）回灌水源：采用自来水回灌成本高，基坑周边又缺乏大型的地表水体，因此，本次主要采用基坑内降水井抽排的地下水作为回灌水源。

（2）回灌井回扬：回灌水中含有大量的气泡和细颗粒杂质，同时地下水中铁离子含量较高，氧化后形成絮状沉淀，容易堵塞滤管及滤料。因此，在回灌井中下入水泵，定期对回灌井进行回扬处理。

4.2 回灌运行管理

（1）回灌系统运行前，准确测量各观测孔水位，排设好回灌管路，回灌井上安装三通阀、止水阀、回水阀、水表；回灌井周边设置排水沟，防止回灌水溢出及排放回灌井回扬水。

（2）当潜水水位日变量超过250mm或者累计变量超过450mm时即可启动回灌。

（3）回灌运行期间，每天对回灌水量及地下水位进行观测，观测频率为每天12小时观测1次。

（4）为确保回灌持续有效，对回灌井进行定期回扬处理，回扬周期视回灌水量衰减情况确定。

（5）回灌井采用自流回灌，必要时对钢管回灌井进行加压回灌，对比无砂管井及钢管井的回灌水量。

（6）回灌过程中，若出现因围护结构缺陷而导致的基坑管涌、渗水等情况，应立即停止回灌井运行，待堵漏完成后再进行回灌井运行。

（7）若管涌险情较为严重，必要时可开启回灌井作为坑外备用井使用。

5 回灌效果监测

为观测回灌效果，施工5口水位观测井，回灌期间对地下水位进行密切观测。

水位观测井平面布置原则：垂直于基坑布置2口（HG01、HG02），平行于基坑布置2口（HG03、HG04），滤管均位于砂层中，用于观测承压水位；另在淤泥层厚的区域布置1口水位观测井（HG05），用于观测潜水位.观测井口径50mm，管材采用PVC管，观测井深20m。滤管长10m，外包80目锦纶滤网。

6 结语

该工程施工期间基坑周边地表沉降结果表明，在基坑外侧一定距离内设置回灌井，明显减小了回灌处远离基坑方向地表总沉降和不均匀沉降现象，且远基坑处的回灌效果优于进处的。采用回灌技术控制基坑周边地表沉降，操作简单、经济效果明显，该项技术在同类工程中很值得推广。

（5）卧钻机：施工机械设备选用8QZJ-130型工程钻机及其配套设备。用水平尺校正钻机底座水平，并用铁丝把钻机固定在枕木上。

（6）钻进清孔：钻进中保持泥浆比重在1.10～1.15，尽量采用地层自然造浆，整个钻进过程中要求大钩吊紧后徐徐给进（始终处于减压钻进），避免钻具产生一次弯曲，特别是开孔口不能让机上钻杆和水接头产生大幅摆动。每钻进一根钻杆应重复扫孔一次，并清理孔内泥块后再接新钻杆，终孔后应彻底清孔，直到返回泥浆内不含泥块，返出的泥浆含砂量<12%后

提钻。

（7）下井管：采用托盘钢丝绳下管法下井管，井管与井管之间接口用300mm宽的土工布封口并用铁丝捆扎，以保证井管接口封闭，滤料不会从接口进入井内。井管外用4～5cm宽的毛竹片和铁丝捆扎连接。

（8）投滤料：将滤料沿井壁四周均匀徐徐填入，并随填随测填砂顶面的高度，不得超高。水平向填砂厚度不小于150mm，垂向填砂高度严格按设计图纸进行。

（9）洗井、试抽：滤料回填后，立即用潜水泵洗井，直至井水洗清达到规范要求为止。洗井时若出现井水中含有滤料，应停止洗井，检查原因，进行处理，必要时要报废掉，并按封井要求进行封井。

4 回灌井运行

4.1 回灌系统

回灌井运行系统如图2所示。回灌井上安装三通阀、水表、回水阀。

（1）回灌水源：采用自来水回灌成本高，基坑周边又缺乏大型的地表水体，因此，本次主要采用基坑内降水井抽排的地下水作为回灌水源。

（2）回灌井回扬：回灌水中含有大量的气泡和细颗粒杂质，同时地下水中铁离子含量较高，氧化后形成絮状沉淀，容易堵塞滤管及滤料。因此，在回灌井中下入水泵，定期对回灌井进行回扬处理。

4.2 回灌运行管理

（1）回灌系统运行前，准确测量各观测孔水位，排设好回灌管路，回灌井上安装三通阀、止水阀、回水阀、水表；回灌井周边设置排水沟，防止回灌水溢出及排放回灌井回扬水。

（2）当潜水水位日变量超过250mm或者累计变量超过450mm时即可启动回灌。

（3）回灌运行期间，每天对回灌水量及地下水位进行观测，观测频率为每天12小时观测1次。

（4）为确保回灌持续有效，对回灌井进行定期回扬处理，回扬周期视回灌水量衰减情况确定。

（5）回灌井采用自流回灌，必要时对钢管回灌井进行加压回灌，对比无砂管井及钢管井的回灌水量。

（6）回灌过程中，若出现因围护结构缺陷而导致的基坑管涌、渗水等情况，应立即停止回灌井运行，待堵漏完成后再进行回灌井运行。

（7）若管涌险情较为严重，必要时可开启回灌井作为坑外备用井使用。

5 回灌效果监测

为观测回灌效果，施工5口水位观测井，回灌期间对地下水位进行密切观测。

水位观测井平面布置原则：垂直于基坑布置2口（HG01、HG02），平行于基坑布置2口（HG03、HG04），滤管均位于砂层中，用于观测承压水位；另在淤泥层厚的区域布置1口水位观测井（HG05），用于观测潜水位.观测井口径50mm，管材采用PVC管，观测井深20m。滤管长10m，外包80目锦纶滤网。

6 结语

该工程施工期间基坑周边地表沉降结果表明，在基坑外侧一定距离内设置回灌井，明显减小了回灌处远离基坑方向地表总沉降和不均匀沉降现象，且远基坑处的回灌效果优于进处的。采用回灌技术控制基坑周边地表沉降，操作简单、经济效果明显，该项技术在同类工程中很值得推广。

（5）卧钻机：施工机械设备选用8QZJ-130型工程钻机及其配套设备。用水平尺校正钻机底座水平，并用铁丝把钻机固定在枕木上。

（6）钻进清孔：钻进中保持泥浆比重在1.10～1.15，尽量采用地层自然造浆，整个钻进过程中要求大钩吊紧后徐徐给进（始终处于减压钻进），避免钻具产生一次弯曲，特别是开孔口不能让机上钻杆和水接头产生大幅摆动。每钻进一根钻杆应重复扫孔一次，并清理孔内泥块后再接新钻杆，终孔后应彻底清孔，直到返回泥浆内不含泥块，返出的泥浆含砂量<12%后

提钻。

（7）下井管：采用托盘钢丝绳下管法下井管，井管与井管之间接口用300mm宽的土工布封口并用铁丝捆扎，以保证井管接口封闭，滤料不会从接口进入井内。井管外用4～5cm宽的毛竹片和铁丝捆扎连接。

（8）投滤料：将滤料沿井壁四周均匀徐徐填入，并随填随测填砂顶面的高度，不得超高。水平向填砂厚度不小于150mm，垂向填砂高度严格按设计图纸进行。

（9）洗井、试抽：滤料回填后，立即用潜水泵洗井，直至井水洗清达到规范要求为止。洗井时若出现井水中含有滤料，应停止洗井，检查原因，进行处理，必要时要报废掉，并按封井要求进行封井。

4 回灌井运行

4.1 回灌系统

回灌井运行系统如图2所示。回灌井上安装三通阀、水表、回水阀。

（1）回灌水源：采用自来水回灌成本高，基坑周边又缺乏大型的地表水体，因此，本次主要采用基坑内降水井抽排的地下水作为回灌水源。

（2）回灌井回扬：回灌水中含有大量的气泡和细颗粒杂质，同时地下水中铁离子含量较高，氧化后形成絮状沉淀，容易堵塞滤管及滤料。因此，在回灌井中下入水泵，定期对回灌井进行回扬处理。

4.2 回灌运行管理

（1）回灌系统运行前，准确测量各观测孔水位，排设好回灌管路，回灌井上安装三通阀、止水阀、回水阀、水表；回灌井周边设置排水沟，防止回灌水溢出及排放回灌井回扬水。

（2）当潜水水位日变量超过250mm或者累计变量超过450mm时即可启动回灌。

（3）回灌运行期间，每天对回灌水量及地下水位进行观测，观测频率为每天12小时观测1次。

（4）为确保回灌持续有效，对回灌井进行定期回扬处理，回扬周期视回灌水量衰减情况确定。

（5）回灌井采用自流回灌，必要时对钢管回灌井进行加压回灌，对比无砂管井及钢管井的回灌水量。

（6）回灌过程中，若出现因围护结构缺陷而导致的基坑管涌、渗水等情况，应立即停止回灌井运行，待堵漏完成后再进行回灌井运行。

（7）若管涌险情较为严重，必要时可开启回灌井作为坑外备用井使用。

5 回灌效果监测

为观测回灌效果，施工5口水位观测井，回灌期间对地下水位进行密切观测。

水位观测井平面布置原则：垂直于基坑布置2口（HG01、HG02），平行于基坑布置2口（HG03、HG04），滤管均位于砂层中，用于观测承压水位；另在淤泥层厚的区域布置1口水位观测井（HG05），用于观测潜水位.观测井口径50mm，管材采用PVC管，观测井深20m。滤管长10m，外包80目锦纶滤网。

6 结语

该工程施工期间基坑周边地表沉降结果表明，在基坑外侧一定距离内设置回灌井，明显减小了回灌处远离基坑方向地表总沉降和不均匀沉降现象，且远基坑处的回灌效果优于进处的。采用回灌技术控制基坑周边地表沉降，操作简单、经济效果明显，该项技术在同类工程中很值得推广。