地面管井真空降水施工技术

周鸿

中铁五局集团第四工程有限责任公司 广东韶关 512031

1 工程概况

郑州凤凰电缆隧道工程—Ⅲ标段K0-010.000—K1+300.000（未含进省府变电站电缆隧道的长度），经郑州市纬五路省府变电站→纬五路→未来大道→金水路，全长1318.119m，其中1061.059m位于快车道下，160m位于绿化带及慢车道下，48.6m下穿金水河，48.46m下穿一汽修厂大门及修车场。隧道开挖断面有3.08P h3.22m和3.08P h3.52m两种，埋深5.2P h11.2m。隧道所穿越地层岩性主要为粉土、粉土夹粉质粘土和粉土夹粉砂互层，局部地段为重粉质粘土和粉质粘土互层。土体呈软塑-可塑状态，其中金水河段呈饱和液化状态，渗透系数0.1-0.5m/d，天然含水率在22.3-38%之间。地下水属潜水类型，埋深1.0-2.3m，枯水季节2.3-3.6m。

2 地面管井真空降水技术应用

2.1 地面管井真空降水适用范围

适用于渗透系数K≥0.10m/d的粘性土地层，尤其适用于渗透系数较大且降水深度较深（8-20m）的砂土类地层。即可用于明挖基坑降水，又可用于暗挖法施工的电缆隧道、地铁等地下工程。

2.2 地面管井真空降水技术要点

（1）钻前准备：管井施工前认真熟悉有关施工图，并进行现场调查核对，弄清楚钻井地段地下管线的位置和走向，为管井布置提供详实资料，同时做好钻井地段的“三通一平”和机具

就位等准备工作。

（2）钻机就位：根据所确定的井位和现场实际情况，准确定出各口井的位置，并用水准仪抄出井口标高，用红油漆标识，用以控制钻井深度。

（3）管井布置：根据降水试验和隧道开挖断面，结合凤凰电缆隧道工程—Ⅲ标段水文地质情况，粉砂地段实行单侧降水，管井间距5-6m；粉质粘土和重粉质粘土地段，采用双侧打井降水方案。管井布置在距隧道中心线3.0m处，井间距4.0-5.0m(枯水季节5.0-6.0m)，隧道开挖掌子面前方3-4排、后方2-3排，呈梅花型布置，井底标高位于隧底以下3.5-4.5m。

（4）钻孔：采用CZ-22型旋转钻机水压钻成孔，孔径600mm，钻孔过程中用事先制作好的粘土泥浆护壁，以防坍孔。对于地表较松散的孔口，要设孔口护筒，防止孔口坍塌。

（5）抽排泥浆：当钻孔至预定深度后，用2.2kW泥浆泵抽出孔内上部2m左右深的泥浆，下部泥浆暂时不抽，待下管后通过洗井洗掉，以免涌泥或坍孔现象发生。

（6）管井安装：管井结构见图1，管井安装按以下四个步骤进行。

第一步：回填井底滤料，上部泥浆抽出后，向井底回填0.8-1.0m厚的与地质相适应规格的石英砂作为滤层，过滤从井底进入管内的水。

第二步：下底座及无砂管（包括沉淀管和花管），底座采用高30cm、上端直径360mm、下端直径310mm带孔锥形混凝土圆台；沉淀管（工程上俗称花管）为外径360mm、内径280mm的无砂混凝土管，管节长度有0.8m和1.0m两种规格；实管采用外径335mm、壁厚10mm、长6m的PVC塑料管。通过钻机井架，用钢丝绳将底座、沉淀管和花管下入井内。下井管前，每节沉淀管和花管均要内缠3-4层与地层相应规格的滤网(滤网根据土颗粒情况选用规格为120目/cm2的尼龙布)，外缠2-3层棕榈，并用10号铁丝绑扎牢固。具体下管过程为：先将底座与沉淀管用液化沥青连接，接头外侧用麻布沥青三布五涂并用圆木压实。沉淀管外裹一层麻布后，外夹竹片后用10号铁丝扎牢，用钢丝绳穿入底座吊孔将其吊入井口，再用一节花管以同样的方式与沉淀管相连，通过这种“逐节连接下沉”的方式，直至末节花管下至地下水位或确定标高。当地下水位接近地面时，花管下至地面下2.0m左右为宜。

图1 真空降水管井结构示意图

第三步：下PVC塑料实管，当最后一节花管下至地下水位或确定标高时，用与上述同样的方式将PVC塑料实管与花管连接，并将整个井管下至预定位置（位于道路上的降水井，PVC塑料实管上端应低于地面约20cm，其他地段降水井实管上端应高出地面20-30cm），然后取出钢丝绳[1]。

第四步：井管四周回填，结合钻孔所揭示的地层，用与地面相适应规格的石英砂（管井真空降水通常采用粒径为1-5mm规格的干净石英砂，因为这种砂具有颗粒状和透水性强的优点）从井管底部回填至实管下端，然后夯填粘土至井口。

（7）洗井：用空压机冲清水与拉活塞结合将管井洗至水清，达到正常出水量为止。

（8）回填管底滤料：向沉淀管内至下而上回填0.8-1.0m厚石英砂反滤层，第一层粒径1-2mm，厚30-40cm；第二层粒径5-10mm，厚25-30cm；第三层粒径25-50mm，厚25-30cm。过滤从井底进入管内的水，控制抽水含砂量。

（9）下潜水泵：经检查确认潜水泵电缆完好无漏电后，用钢丝绳系住与降深相适应的2.2kW潜水泵并将其下至距井底约0.5m处，然后将钢丝绳上端系在三卡钢板盖上。

（10）接管：将真空管和抽水管的一端分别与三卡钢板盖上对应管口连接后，另一端与真空降水设备的真空管和降水管相连。为便于观看出水情况，真空管采用内径为50mm、壁厚为3.5mm的透明胶皮管；抽水管采用直径为50mm的消防管。对于行车道上的降水井，连接于三卡钢板盖上的真空管、降水管和潜水泵上的电缆引出线必须用钢套管将其套住，通过暗埋的方式从井口过度到路一侧分别与真空降水设备和电路相连。

（10）管口封闭：用M7.5水泥砂浆将三卡钢板盖至管口（约15cm）密封，并确保其不透气。

（11）井口加固：为了确保道路交通安全，井口处经找平夯实后，用水泥砂浆或混凝土将井圈固定于井口，并盖好井盖。井圈和井盖采用直径为690mm（井盖外径）的专用污水井设备。

（12）降水：地面管井真空降水设备全部安装完成后进行试降水，当降水设备运转正常，整个降水管路无漏电漏气现象时，则开始正常降水作业。降水过程中应设专人进行降水跟踪管理，认真记录出水量、真空度及设备运转情况。若发现出水量而真空度大或“死井”时，分析产生“死井”的原因，应进行重新洗井。造成“死井”的主要原因有两个方面：一是在泥浆护壁钻井过程中，因洗井未净，附着在孔口上的泥浆没有洗掉形成泥皮，阻止管井四周土体中的水向井内渗流；二是管节或井口密封不实产生漏气，无法形成真空，井内无负压产生。发现机械运转异常等应及时检修。正常的降水规律为井内真空度“先高后低”，出水“先大后小、先浑后澈”。

3 地面管井真空降水质量控制措施

（1）钻井前根据设计图纸对钻孔全线进行现场探察核实，做好井位的调整和避让工作。

（2）用于降水试验的探察孔（井）布置、抽水试验井洗井、抽水试验以及管井施工安装应该符合《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ/T111-98）有关要求。滤管埋在透水性较好的土层中，管井力求垂直并位于井孔中间。

（3）为确保管井的出水量，防止细砂、淤泥涌入井内，必须确保管节之间的密封良好。

（4）井壁四周根据土层颗粒大小回填相应的滤料，其厚度不得小于100mm，应该选用磨圆度较好的硬质岩石。

（5）一般情况下，管井前期降水的真空度在-0.07MPa至-0.085MPa之间，随着土中孔隙水的不断抽出，中后期真空度维持在-0.045MPa--0.06MPa之间。为确保正常降水所需的真空度，实管部分四周必须回填密实，做到不透气；并要求经常检查真空泵的扇页，对磨损较严重的扇页及时更换，确保管井内负压平稳持续。

（6）为避免雨水进入管井，每口降水井口采用水泥砂浆或混凝土作成比地面高10-20cm的围埂。

（7）钻井完成后应及时洗井、抽水，一方面是为了避免因洗井不及时而使护壁泥浆形成泥皮，附着于孔壁，堵塞渗水通道；另一方面可以避免已安装完的管井因长时间不抽水而造成井内沉淀物过多，导致井孔淤塞，从而影响降水效果。

（8）在打井降水过程中，对地层扰动较大的因素有二个方面：即二次洗井和抽水含砂量。因此要求在管井施工过程中，必须把握好洗井这一关键环节，确保洗井质量，避免二次洗井；同时要求采用与地层相适应规格的滤料和滤布，确保滤层厚度、滤布层数及其包裹质量，并严格控制管井垂直度，避免管节错位，从而避免抽水含砂量超标。

（9）抽水电气设备必须安装自控装置，根据水量大小，调整自控装置，使抽水和停抽时间相配，以满足施工要求。同时要求每套降水机组地面抽水管上均安装一扎阀，抽水时打开，水泵停抽时关闭，防止空气倒流入管井中[2]。

（10）真空管井全面抽水至洞内满足开挖要求所需时间主要取决于土层渗透性和降水深度，一般情况下，满足开挖所需的降水周期为5-8天。

4 结语

本文以振动液化砂性土电缆隧道地面管井真空降水施工为课题，主要介绍了地面管井施工技术在振动液化砂性土等渗透性较差土层中的成功应用。