第3章 城市隧道工程与城市轨道交通工程 3.2 地下水控制

3.2 地下水控制

3.2.1 地下水控制方法

1.基本要求

• 综合地方经验、因地制宜，选择合理的地下水控制方案。既要有效控制地下水对工程环境的影响、也要防止作业过程污染地下水，同时还要减少地下水的抽排量
• 资料
  1. 地下水控制范围、深度、起止时间
  2. 开挖与支护设计施工方案，拟建建筑物基础埋深、地面高程
  3. 场地与相邻地区的工程勘察等资料，当地地下水控制工程经验
  4. 周围建筑物、地下管线分布状况和平面位置、基础结构和埋设方式等工程环境情况
  5. 地下水控制工程施工的供水、供电、道路、排水、有无障碍物等现场施工条件
• 当现有工程勘察资料不能满足设计要求时应进行补充勘察或专项水文地质勘察
• 地下水控制设计应满足要求
  1. 支护结构设计和施工要求
  2. 地下结构施工要求
  3. 工程周边建筑物、地下管线、道路的安全和正常使用要求
• 施工组织设计或专项施工方案主要内容
  1. 工程概况及设计依据
  2. 分析地下水控制工程的关键节点、提出针对性技术措施
  3. 制定质量保证措施
  4. 制定现场布置方案、制定设备、人员安排、材料供应和施工进度计划
  5. 制定监测方案
  6. 制定安全技术措施和应急预案
• 地下水控制实施过程中，应对地下水及工程环境进行监测
• 地下水控制的勘察、设计、施工、监测、维护资料应及时分析整理、保存
• 地下水控制工程不得恶化地下水水质。
• 地下水控制过程中的抽排出的地下水经沉淀处理后综合利用。多余的符合要求的可以排入雨水管网或湖泊。不应排入污水管道
• 地下水控制施工、运行、维护过程中，根据监测资料、判断分析工程环境影响程度及变化趋势、进行信息化施工。及时采取防治措施，适时启动应急预案。
• 降水对基坑周边建筑物、管线、道路造成危害或长期不利影响，采用截水方法控制地下水。悬挂式隔水帷幕。一般应同时坑内降水，结合坑外回灌。
• 地下水位高于基坑开挖面，需要采用降低地下水方法疏干土层中的地下水。疏干地下水有增加坑内土体强度，有利于控制基坑围护结构的变形。软土地区开挖深度3m以上，一般用井点降水。深度浅时，开挖边用的排水沟和集水井进行集水明排

2.集水明排

• 涌水量不大时采用，最广泛。最简单经济。
• 基坑、沟槽四周或两侧设置排水明沟，30-50m集水井。

3.降水

• 基坑、沟槽开挖较深、涌水量大。

1. 一般要求
   • 编制专项施工方案。超过规模进行专家论证
   • 具有相应资质及安全生产许可证的企业承担
   • 采取集水明排措施、拦截、排除地表、坑底和坡面积水
   • 降水运行时间应满足地下结构施工的要求，存在抗浮要求时应延长降水运行时间
   • 降水完成后应及时封井
2. 降水方法的分类和选择
   • 地质条件、降水目的、降水技术要点、降水工程可能涉及的工程环境保护
   • 地下水控制水位应满足基础施工要求。基底不少于0.5m。承压水降至不产生坑底突涌的水位以下。
   • 降水过程中采用防止土颗粒流失的措施
   • 减少对地下水资源的影响
   • 对工程环境的影响应在可控范围之内
   • 应能充分利用抽排的地下水资源
   • 真空井点:单级 6m 多级12m
   • 喷射井点:<=20
   • 管井:不限
   • 渗井:埋藏调价和水头条件确定
   • 辐射井:4<=x<=20
   • 电渗井:<=6
   • 潜埋井:<=2

4.隔水帷幕

1.一般要求

• 降水对周边建筑物、地下管线、道路造成危害或工程环境造成长期不利影响。
• 按布置方式：悬挂式竖向隔水帷幕、落底式竖向隔水帷幕、水平向隔水帷幕
• 按结构形式：独立式隔水帷幕、嵌入式隔水帷幕、支护结构自渗式隔水帷幕
• 施工方法：高压喷射注浆、注浆隔水帷幕、水泥土搅拌桩隔水帷幕、地下连续墙隔水帷幕、咬合式排桩隔水帷幕、钢板桩隔水帷幕、沉箱、冻结法隔水帷幕
• 隔水帷幕功能要求
  1. 设计与支护结构设计相结合
  2. 满足开挖面渗流稳定性要求
  3. 满足自防渗要求。
• 采用高压喷射注浆、水泥土搅拌法、注浆法、冻结法。结合现场工艺性试验，确定施工参数和工艺

2.隔水帷幕施工方法

1. 高压喷射注浆法 坚硬的黏性土、大粒径块石、地下水流速较大，效果差
2. 注浆法:用于竖向帷幕的补充，多用于水平帷幕
3. 水泥土搅拌桩:不适用大孤石、障碍物较多不易清除的杂填土、欠固结淤泥、坚硬的黏性土
4. 冻结法:电源不能中断，冻融对周边环境有一定影响
5. 地下连续墙:要求高、造价高
6. 咬合式排桩:施工精度、工艺、混凝土配合比严格要求
7. 钢板桩:软土地层
8. 沉箱:控制面积较小的工程。竖井

5.回灌

• 降水影响周边工程环境安全时可进行地下水回灌
• 回灌方法：管井回灌:各种含水层 大口井回灌：埋深不深、厚度不大、透水性条件较好的含水层
• 回灌方式：重力回灌：地下水位较低、渗透性好的含水层 真空回灌：厚度较大、渗透性较好的含水层 压力回灌：地下水位高、渗透性差的含水层
• 宜选用同层地下水回灌。非同层，回灌水质不低于回灌目标含水层地下水的水质。
• 防止恶化地下水水质

3.2.2 地下水控制施工技术

1.集水明排

• 建筑外0.5m,坡脚0.3m
• 明沟低0.3-0.4m,集水井底面比沟底面底0.5m以上。
• 明沟的坡度不宜小于0.3%。沟底防渗措施
• 集水井的净截面尺寸根据排水流量确定。30-40m设一个集水井
• 连续或间断抽水。直到基础施工完毕，回填土为止
• 集水明排于市政管网连接口之间设沉淀池。
• 中部夹有透水性强的砂类土、侧壁渗水，可在坡面上透水处设置明沟和集水井。

2.降水施工技术

1.降水系统布设

• 平面布置根据工程平面形状、场地条件、建筑条件
  1. 面状降水、沿降水区域周边呈封闭状均匀布置，距开挖上口边线不宜小于1m
  2. 线状、条状、宜采用单排或双排。两端外延布置降水井、围合区域宽度的1-2倍
  3. 围合区域宽度大于单井降水影响半径或采用隔水帷幕的工程,应在围合区域内增设降水井或疏干井
  4. 运土通道出口两侧增设降水井
  5. 降水区远离补给边界、地下水流速较小时,间距布置。邻近补给边界、流速较大时,间距适当减少
  6. 多层含水层降水宜分层布置降水井点。上层含水层地下水不会造成下层污染时,可一个井点降低多层地下水水位
  7. 降水井点、排水系统布设应考虑与场地工程施工的相互影响。
• 真空井点降水要求
  1. 设计降水水位深度不超6m单级。大于6m多级。上下级高差宜取4-5m
  2. 平面布置:平面形状、降水深度、地下水的流向、土的性质。环形、U型、线性
  3. 井点间距0.8-2m。开挖口上口线不小于1m。集水总管沿抽水水流方向，坡度0.25%-0.5%
  4. 降水区域四角位置井点加密
  5. 狭小、涵洞、地下暗挖。布设水平、倾斜井点

2.降水施工

• 施工组织设计内容
  1. 根据设计要求、制定成井质量控制、降水允许控制的流程和指标
  2. 地表排水管网布置与市政管网连接的要求
  3. 降水工程停止时间、封井的时间、方法和要求
• 降水施工准备阶段要求
  1. 现场水电路、场地。设备设施就位和进出场地条件
  2. 技术交底和安全交底
  3. 设备、材料的采购调配、设备选择与出水能力匹配
  4. 进行工程环境监测的布设和初始数据的采集
  5. 发现与设计与现场情况不符，及时反馈情况
• 真空井点成孔要求
  1. 垂直井点:易塌孔、缩孔松软地层，泥浆钻进、高压水套管冲击钻进行。不易可才用长螺旋钻机、清水或稀泥浆钻进方式
  2. 水平井点:钻探成孔，滤水管水平顶入。射流喷砂器将滤砂送入滤管。易塌孔采用套管
  3. 倾斜井点:水平井点要求，调整角度。多层含水层时,井管应倾向基坑外侧
  4. 成孔直径满足填充滤料的要求。不宜大于300mm
  5. 成孔深度不应小于降水井设计深度。
• 真空井点安装要求
  1. 成孔后，加大泵量、冲洗钻孔。稀释泥浆返清水3-5min。后安放井点管
  2. 井点管安装到位后，向孔内投放滤料。粒径0.4-0.6mm。滤料数量大于计算值5-15%。地面以下1-2m黏土填充压实 中粗砂
  3. 井点管、集水总管与水泵连接安装、抽水系统不漏气、漏水
  4. 试运行。
• 喷射井点安装要求
  1. 喷射器进行检验。每个井点完成后，进行单井试抽。水清砂净为止
  2. 每组进行试运行。不漏气、翻砂、冒水
  3. 循环水箱内的水保持清洁
• 管井要求
  1. 冲击钻、螺旋钻、回转钻、反循环等方法成孔。做好记录
  2. 吊放井管垂直、平稳、在井孔中心。高出地面200mm以上
  3. 单井完成后洗井，水泵试抽。工作压力、水位、抽水量的记录。
  4. 单井、排水管网安装完成后，联网试运行。
• 渗井要求
  1. 螺旋钻进、回转钻进、人工成井。易塌孔采用套管法成孔
  2. 人工成井制定专项安全措施
• 辐射井要求
  1. 集水井采用钢筋混凝土结构。沉井法或倒挂井壁逆作法。壁厚250-350mm。钻机成孔和漂浮下管法，壁厚150-200mm。接头防渗漏
  2. 顶管钻进、回转钻进、潜孔锤钻进、人工成孔。
  3. 辐射管与集水井壁封堵严密
  4. 配备的抽水设备出水量、扬程大于设计参数
• 电渗井
  1. 间歇通电。24h 停2-3h
  2. 连续抽水
  3. 雷雨远离两级地带。维修时应停电
• 潜埋井要求
  1. 封底应在周围基础结构施工完成后进行
  2. 预留出水管口、停抽后及时堵塞封闭出水管口

3.隔水帷幕施工技术

1. 高压喷射注浆隔水帷幕
   • 旋喷、摆喷。旋喷有效直径、摆喷有效半径试验确定
   • 注浆孔深度不大于10m。搭接宽度不小于200mm。10-20m。不小于250mm。 20-30m 不小于350mm
   • 地下水位高、渗透性强。可双排高压喷射注浆。水灰比0.9-1.1 水泥掺量天然重力密度25%-40%。
   • 流速较大时.掺入外加剂改善水泥浆液的稳定性和固结性
2. 压力注浆隔水帷幕
   • 注浆孔按序号编号。隔一孔或多孔顺序进行。水流较大，从水头高的一端开始注浆。
   • 渗透系数变化小的地层。先注浆封顶。后自下而上注浆。防止上冒。渗透深度加深而增大。自下而上注浆。互层地层。对渗透系数或孔隙率大的地层注浆。
   • 注浆用水ph值不小于4.普通硅酸盐水泥。速凝剂、防析水剂、水玻璃
   • 定量、定压结合。先定量。后定压
   • 双液注浆采用单向阀的混合器。严禁三通阀门。先听水玻璃浆液泵、后停水泥浆液泵
   • 连续进行。每班结束清洗注浆设备。
3. 水泥土搅拌桩隔水帷幕
   • 直径450-800mm。
   • 搭接宽度
     1. 单排：不大于10m 150mm 10-15m 200mm 大于15 250mm
     2. 双排:小于10m 100mm 10-15 150mm 大于15 200mm
     3. 水灰比0.6-0.8 天然重力密度15-20%
4. 地下连续墙隔水帷幕
   • 地质条件、场地条件选择成槽设备
   • 墙体混凝土抗渗等级不宜小于P6
   • 吊放钢筋笼钱，对槽段接头和相邻墙端槽壁面用刷槽器进行清刷。
5. 咬合式排桩隔水帷幕
   • 加筋桩应在非加筋桩初凝前施工。
   • 垂直度偏差不大于3%。桩位偏差50mm。预埋件偏差20mm
   • 事故桩，采取隔水补救措施
6. 钢板桩隔水帷幕
   • 锁口式，嵌黄油、沥青或其他密封止水材料
   • 锁口平顺、互相咬合。通过套锁检查
7. 沉管帷幕
   • 混凝土强度达到设计强度70%以上拆除垫木。
   • 对称、均匀。制定应急措施
   • 每次接筑最大高度不超5m。
   • 沉井达到设计深度进行封井
8. 冻结法帷幕
   • 富水软弱地层固结地层。
   • 含水量大于2.5% 地下含盐量不大于3% 地下流速不大于40m/d.常规冻结法
   • 含水率大于10%。地下流速7-9m/d。冻土扩展速度、冻结体形成效果最佳
   • 钻孔敷管。安装冻结器。
   • 衬砌支护完成后，逐步解冻
   • 优点:地层强度高、地下水封闭效果好、固结性好、污染小
   • 缺点:成本较高、技术难度

4.回灌施工技术

• 基坑周围存在需要保护的建筑物或地下管线且基坑外地下水位降幅较大时,可采用人工回灌。浅层回灌:回灌砂井、回灌砂沟。深层回灌:回灌井
• 坑内减压降水时.坑外回灌井深度不宜超过承压含水层中隔水帷幕的深度。坑外减压降水时,回灌井与减压井间距不小于6m。
• 回灌井:自然回灌井、加压回灌井。自然回灌井:与回灌水源压力相同 0.1-0.2mpa。加压回灌井:0.2-0.5mpa.
• 回灌井施工结束至开始回灌，应至少2-3周的时间间隔，保证管井周围止水封闭层充分密实。防止或避免回灌水沿管井周围向上反渗。管井外侧止水封闭层顶至地面之间，宜用素混凝土充填密实。

5.监测

• 地下水位监测、出水量、含砂量监测、水质监测、变形监测、巡视检查

错题记录

• 轻型井点和喷射井点井管与孔壁之间宜填充的滤料为中粗砂
• 管井的滤管与孔壁之间填料选用磨圆度好的硬质岩石成分的圆砾
• 单排井点降水，应将降水井布置在基坑上游一侧
• 降水期间应对抽水设备和运行状态进行维护检查,每天不少于2次
• 明挖基坑真空井点降水的布置根据基坑的平面尺寸、地下水流向、土的性质、降水深度。粉质黏土 还有渗井降水可以
• 管井冲击钻、螺旋钻、回转钻、反循环钻。需要泥浆护壁。滤管与孔壁间填充磨圆度好的硬质岩石成分的圆砾。设计流量满足配置的水泵的规格
• 真空井点降水