富水地區(qū)降水井設(shè)計(jì)與計(jì)算

1工程簡介

1.1項(xiàng)目工程概況

陽明東（動(dòng)物園）220kV輸變電工程配套線路的設(shè)計(jì)電壓等級為電壓等級220kV和110kV；線路總回路數(shù)：220kV線路3回、110kV線路14回。在洪都北大道與陽明路交叉口的陽明路南側(cè)洪都北大道中心西側(cè)設(shè)3#工作井。

其中，3#工作井壁內(nèi)徑∅12m，井深21.9m（不含底板封底混凝土厚度），頂管的管底標(biāo)高為20.0m，3#工作井設(shè)計(jì)參數(shù)見表1，剖面見圖1。

表1 3#工作井設(shè)計(jì)主要參數(shù)表

圖1 3#工作井工程設(shè)計(jì)剖面圖

1.2周邊工程環(huán)境條件

本工程頂管隧道所經(jīng)地段均為南昌市主要道路，交通繁忙，地下管線較復(fù)雜。3#井處洪都北大道之中，道路沿線埋有雨水箱涵，道路中心線埋有多種地下管線；3#井的西側(cè)為高7層的住宅樓，該樓基礎(chǔ)類型為淺基礎(chǔ)；緊鄰井的北側(cè)為陽明路隧道。據(jù)施工現(xiàn)場揭露，井周分布有地下障礙物，工作環(huán)境復(fù)雜。

1.3場地巖土條件及水文地質(zhì)條件

1.3.1場地巖土構(gòu)成

基坑開挖及支護(hù)深度范圍內(nèi)，場地覆蓋層為雜填土、淤泥（局部）、粉質(zhì)粘土、中砂、粗砂及強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，表層砼路面未單獨(dú)劃層，其一般厚度為0.2～0.3m。3#井的鉆孔揭露層厚及標(biāo)高情況如表2所示。

表2各土層揭露層厚標(biāo)高情況表

1.3.2含水層及水文地質(zhì)條件

場地原始地貌為贛江沖積平原，地下水有2層。上部為上層滯水，埋藏相對較淺，一般在3.5m以內(nèi)，水量一般，其補(bǔ)給來源主要為大氣降水、地表水及生活污水，管涵滲漏入滲。下部地下水為第四系孔隙潛水，微承壓，埋藏相對較深，根據(jù)勘測期間所測水位，一般在6.0～9.0m左右，水量豐富，其補(bǔ)給來源為贛江水系涇流側(cè)向補(bǔ)給，水位隨贛江水位、季節(jié)變化而變化，變化幅度一般在1～3m之間，經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測地下水位在地面以下9m（2015年5月份）。

勘察報(bào)告建議場地砂土的滲透系數(shù)為：第⑤層中細(xì)砂（8.35×10-3cm/s）=7.1m/d，第⑥層粗砂混礫石（9.0×10-3cm/s）=7.7m/d，第⑦層礫砂混卵石（1.27×10-1cm/s）=110m/d。另據(jù)大量的南昌市管井降水工程計(jì)算的⑤層中細(xì)砂、⑥層粗砂混礫石、⑦層礫砂混卵石綜合滲管系數(shù)可達(dá)100m/d。

2.管井設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)依據(jù)

⑴會(huì)議紀(jì)要；⑵本工程的工程設(shè)計(jì)圖件；⑶本工程的勘測報(bào)告（江西省電力設(shè)計(jì)院）；⑷《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120）；⑸工程現(xiàn)狀條件及本次現(xiàn)場踏勘情況。

2.2管井設(shè)計(jì)的總體思路

3號工作井緊鄰青山湖隧道南側(cè)，圍護(hù)墻施工前期勘探過程中發(fā)現(xiàn)地下有很復(fù)雜地下障礙物，經(jīng)與設(shè)計(jì)單位及有關(guān)專家反復(fù)討論，決定采用咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，全套管下鉆，破除障礙物，套管內(nèi)清障。

對于大深度開挖基坑采用咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，由于垂直度限制，下部樁體咬合存在很大不確定性。為此在2015年3月中旬開挖過程中進(jìn)行上部試開挖，當(dāng)開挖到地下14m即第1道腰梁位置時(shí)，從墻體測斜、地面沉降及地下水位觀察數(shù)據(jù)反映，基坑是安全的，當(dāng)時(shí)坑外地下水位是地面以下9m，比坑內(nèi)高出5m。

為減少下一步開挖施工風(fēng)險(xiǎn)，從經(jīng)濟(jì)安全的角度出發(fā)，采用工作井內(nèi)與工作井外降水相結(jié)合，可能地減小工作井內(nèi)外的水位差，確保施工的正常進(jìn)行，且保證井內(nèi)作業(yè)人員設(shè)備及周邊環(huán)境安全[1]。據(jù)場地地質(zhì)水文地質(zhì)條件、含水巖組條件，綜合確定的水位控制情況如下：3#工作井，井外動(dòng)水位按18.40m計(jì)算（坑底以上3.5m），井內(nèi)動(dòng)水位按22.40m（坑底以下0.5m）取值。

2.3管井設(shè)計(jì)

2.3.1管井降水的水文地質(zhì)參數(shù)

管井降水的水文地質(zhì)參數(shù)，是管井降水計(jì)算基本原始的計(jì)算參數(shù)，計(jì)算的水文地質(zhì)參數(shù)見表3。

3#井按園型圍護(hù)體系，等效影響半徑ro按6m+管井離工作井外邊線距離4m，計(jì)算取10m。

2.3.2管井降水的影響半徑

管井降水的影響半徑按式⑴進(jìn)行計(jì)算：R=10S·K0.5⑴

上式中：R為降水的影響半徑（m）；S為降深（m）；K為滲透系數(shù)（m/d）。

經(jīng)計(jì)算管井降水的影響半徑分別為：3#工作井為940m。

2.3.3基坑總涌水量計(jì)算

采用承壓潛水—潛水非完整井基坑涌水量模型計(jì)算。計(jì)算簡圖如圖2所示。

均勻含水層承壓-潛水非完整井基坑涌水量可按式⑵進(jìn)行計(jì)算：⑵

經(jīng)計(jì)算，3#井基坑總涌水量12853.4m3/d。

2.3.4管井單井涌水量及管井個(gè)數(shù)

管井出水量計(jì)算公式如式⑺：q=65πld（K）0.333⑶

上式中：q為管井單井出水量（m3/d）；l為管井過濾器進(jìn)水段長度（m）；d為管井過濾器直徑（m），取0.4m；K為含水層滲透系數(shù)（m/d），取100m/d。

經(jīng)計(jì)算，3#井的單井出水量為1971.5m3/d。

據(jù)南昌工程一般潛水泵配備，3#工作井的降水井采用100m3/h即2400m3/d潛水泵。降水所需井?dāng)?shù)按式⑷進(jìn)行計(jì)算。n=1.1×Q/q⑷

式中：Q基坑總涌水量（m3/d）；q單個(gè)管井涌水量（m3/d）；經(jīng)計(jì)算，3#工作井降水管井個(gè)數(shù)7.17眼取8眼。

2.3.5管井設(shè)計(jì)

管井設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面[2]：

⑴成井直徑Φ800mm，深度25m，入強(qiáng)風(fēng)化巖1.4m，保證足夠的進(jìn)水段長度；

⑵采用鋼管作井管，井管井徑Φ400mm，上部為板管，下部為濾管，濾管長度不小于10m，濾管與板管采用電焊連接；

⑶濾管外壁包2層20目的濾網(wǎng)；

⑷井管外壁外環(huán)間隙填100～150mm的砂礫石作為反濾層，濾料礫徑為含水層顆粒粒徑的2～8倍，防止濾料含泥量過高；回填濾料頂面控制在濾管頂部3～5m為宜，濾料之上采用粘土回填進(jìn)行上部上層滯水的止水處理；

⑸管井深度保證入風(fēng)化基巖1.5以上，也即3#井管井深度大于25.9m、25.1m，確保管井的有效沉渣段。

⑹管井施工選用的設(shè)備為反循環(huán)鉆機(jī)施工設(shè)備施工，施工時(shí)盡可采用清水鉆進(jìn)成孔，必須采用泥漿成井時(shí)成井結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行洗井處理。

2.3.6降水監(jiān)測

⑴監(jiān)測內(nèi)容

降水的監(jiān)測內(nèi)容包括以下內(nèi)容[3]：

①支護(hù)體系、止水帷幕的滲水、水漬、線水現(xiàn)象監(jiān)測，做好工作井內(nèi)水量記錄，一旦變化異常，及時(shí)作出預(yù)警；

②工作井內(nèi)的水位監(jiān)測；

③工作井外的動(dòng)態(tài)水位監(jiān)測，監(jiān)測點(diǎn)利用原Φ108降水井量測；

④周邊管線、城市道路、樓房變形的檢查。

⑵監(jiān)測周期

監(jiān)測周期為支護(hù)體系、止水帷幕的滲水、水漬、線水、工作井內(nèi)外水位每天進(jìn)行，周邊管線、城市道路、樓房變形的巡查以主。其中監(jiān)測重點(diǎn)為監(jiān)測周期為支護(hù)體系、止水帷幕的滲水、水漬、線水、工作井內(nèi)外水位。

2.3.7排水

本次管井較為集中，加之就近有市政雨水方涵，管井抽出地下水采用軟管直接排入市政雨水管涵之中。

3管井試抽

單個(gè)管井試抽：從啟動(dòng)潛水泵抽水半小時(shí)內(nèi)，管內(nèi)水位即可降到24m，停抽40min內(nèi)管內(nèi)水位上升到11m，從水位觀察孔中觀察，水位下降到地面下10.8m，水位下降很明顯。

8眼井聯(lián)合試抽：2d內(nèi)地下水位下降到設(shè)計(jì)要求的18.4m，達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。

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地?zé)峁芾硐到y(tǒng)（geothermal management system）是為實(shí)現(xiàn)地?zé)豳Y源的可持續(xù)開發(fā)而建立的管理系統(tǒng)。

我司深井地?zé)岜O(jiān)測產(chǎn)品系列介紹：

1.0-1000米深井單點(diǎn)溫度檢測（普通表和存儲(chǔ)表）／0-3000米深井單點(diǎn)溫度檢測（普通顯示，只能顯示溫度，沒有存儲(chǔ)分析軟件功能）

2.0-1000米深井淺層地溫能監(jiān)測（采集器采用低功耗、攜帶方便；物聯(lián)網(wǎng)NB無線傳輸至WEB端B/S架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)；單總線結(jié)構(gòu)，可擴(kuò)展256個(gè)點(diǎn)；進(jìn)口18B20高精度傳感器，在10-85度范圍內(nèi)，精度在0.1-0.2度）

3. 4.0-10000米深井分布式多點(diǎn)深層地溫監(jiān)測（采用分布式光纖測溫系統(tǒng)細(xì)分兩大類：1.井筒測試 2.井壁測試）

4.0-2000米NB型深井液位／溫度一體式自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)（同時(shí)監(jiān)測溫度和液位兩個(gè)參數(shù)，MAX耐溫125攝氏度）

5.0-7000米全景型耐高溫測溫成像一體井下電視（同時(shí)監(jiān)測溫度和視頻圖片等）

6. 微功耗采集系統(tǒng)／遙控終端機(jī)——地?zé)豳Y源監(jiān)測系統(tǒng)／地?zé)峁芾硐到y(tǒng)（可在換熱站同時(shí)監(jiān)測溫度／流量／水位／泵內(nèi)溫度／壓力／能耗等多參數(shù)內(nèi)容，可實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控，24小時(shí)無人值守）

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