[科普中国]-深井点

简介

引江济汉为南水北调中线水源区工程之一，是从长江上荆江河段引水至汉江兴隆河段、补给汉江下游流量的一项大型输水工程，进口段渠道工程桩号0 + 000 ～ 2 + 350，进口渠道直通长江，全年处于高水头、深基坑施工。本工程基础下部埋藏有较深厚的砂卵石层，透水性强，为创造干地施工条件采用井点降水方案，避免施工过程中出现涌水涌砂的问题1。

深井点布置主要流程深井点布置主要施工流程: 深井点钻孔→深井点安装→井外排水系统布置1。

深井点结构1) 井壁管: 井壁管均采用焊接钢管，因本工程单井出水量较大，需采用大型抽水设备，抽水井井壁管直径为325 mm，降水井采用壁厚3 mm 钢管。

2) 过滤器( 滤水管) : 滤水管的直径与井壁管的直径应相同; 所有滤水管包三层80 目的尼龙网; 尼龙网包好用铁丝捆绑牢实; 花管花管段开孔率不小于15%。

3) 沉淀管: 滤水管底部搭接1． 00 m 沉淀管，防止井内沉砂堵塞而影响进水; 沉淀管底口用铁板封死。

4) 井口高度: 井口应高于地表以上0． 20 ～ 0． 50 m，以防止地表污水渗入井内。

5) 围填滤料: 降水井的滤料使用直径2 ～ 5 mm 砾料，填至滤水管以上2 m。

6) 黏土封孔: 在滤料围填面以上采用黏土填至地表并夯实，并做好井口管外的封闭工作2。

深井点施工抽水井的施工由专业钻井队伍负责，采用ZY － 250 反循环钻机自成泥浆护壁成井工艺，孔内注稀浆置换清孔。抽水井及观测井的成孔孔径均为600 mm，钻孔深度为41 m 左右。井管采用内径为325 mm，壁厚3 mm 卷焊钢管。钻井过程采用泥浆护壁，过滤器采用80 ﹟滤网布包裹三层( 井管外围采用石英砂回填) ，过滤器长18 m 左右。下部1 m 为板管，作为沉淀管。抽水井采用反铲挖掘机吊装方式下放安装井管，管外全部采用石英砂反滤料回填，抽水井的围填滤料厚度为20 cm。成井后采用空压机洗井。

深井点排水在渠道外开挖一定规模的排水渠，同时为防止排水过程中对工程主体施工造成回水倒灌倒渗，因此排水渠须采取防渗措施。可对渠道进行铺抹防护3。

抽水试验与计算采用非完整稳定流单井和群井抽水试验方法。沿渠道两侧布置抽水试验井4 眼( J01 /J02 /J03 /J04) ，观测井4 眼( G01 /G02 /G03 /G04) ，井管完全穿透粉细砂层，相邻井间距为31 m，口径600 mm，单孔深度41 m 左右，井底高程为－ 4 m 左右。试验结束后抽水试验井及观测井均可作为工程使用井。

稳定流抽水试验一般进行3 次水位降深，最大降深值应尽抽水设备能力确定，其余2 次降深值宜分别为最大降深值的1 /3 和2 /3。抽水试验稳定延续时间不应少于12 h，最大出水量不应小于设计出水量。抽水观测时间按开泵后规定的时间间隔进行，水位观测时间顺序为: 1'5'、10'、15'、20'、25'、30'、40'、50'、60'、90'、120'，以后每隔30 min 观测1 次，至8 h 后每1 h观测1 次，直至抽水停止。停止后观测恢复水位，时间间隔同抽水试验。

1) 含水层影响半径R 的计算:

lg R = S1 lg r2 － S2 lg r1S1 － S2

式中: r1，r2—观测孔距主孔的距离，单位为m;S1，S2—观测孔中的水位降深，单位为m;R—影响半径，单位为m。

2) 渗透系数K 的计算:

本试验中，确定含水层水文地质参数有2 种方法。一是以抽水井井内水位降深计算含水层渗透系数K，其计算公式为K = Q2πSM ln Rr+ M － l[ L ln(1 + 0． 2 M )] r

式中: K—含水层渗透系数; 单位为m/h;

Q—单井出水量，单位为Q3 /S;

s—单井中水位降深，单位为m;

R—影响半径，单位为m;

r—单井半径，单位为m，取0． 162 5 m;

l—过滤器的有效进水长度，单位为m，取18 m;

M—含水层厚度单位为m，( 本公式适用于l 大于0． 2 M) ，取35 m。

二是通过两口不同距离的观测井井内水位的降深来计算含水层渗透系数K，抽水试验为无限含水层承压水非完整井稳定流抽水，其计算公式为

K = 0． 16Ql( S1 － S2) ×[arsh lr1－ arsh lr2－ lM× ( arsh Mr1－ arshMr2－ ln r2r1) ]

式中: r1—第一口观测井中心距抽水井中心距离，单位为m;

r2—第二口观测井中心距抽水井中心距离，单位为m;

S1—第一口观测井井内水位降深，单位为m;

S2—第二口观测井井内水位降深，单位为m;

M—含水层厚度，单位为m; ( 本公式适用于M 小于3 倍的l)

l—过滤器长度，单位为m;

Q—抽水井抽水流量，单位为Q3 /S2。

抽水试验结果及分析通过现场抽水试验，得出砂卵石层的渗透系数范围为2． 0× 10 － 2 cm/s ～ 3． 32 × 10 － 2 cm/s，通过此系数进行基坑用水总量计算。降水基坑截面积568 780 m2 ，基坑等效圆半径r0 =0. 565 槡F = 124． 32 m。根据《建筑基坑支护技术规范》( JGJ120－ 99) 规范均值含水层承压水非完整井基坑涌水量计算公式计算:

Q = 2． 73K MSlg( 1 + Rr。) + M － ll lg( 1 + 0． 2 Mr0)

含水层的渗透系数Q 取2． 33 × 10 － 2 cm/s;

影响半径R 取150 m;

含水层水头降深S 取13 m;

含水层厚M 度取35 m;

抽水井过滤器有效长度l 取18 m。

经计算，Q = 7 117 m3 /h。

渠道共布置100 口井，降水所需最大涌水量q = 1． 1 × Q ÷100 = 78． 2 m3 /h。

根据以上计算，在设计水位的情况下，以流量80 m3 /h 抽水，能够满足降水要求2。

降水运行抽水井个数和抽水量大小应根据基坑开挖深度和承压水头埋深要求进行控制。抽水需要24 h 派人值班，并做好抽水记录，记录内容包括降水井涌水量Q 和水头降s。若水头降深不能完全满足要求，可增大单井的出水量。整个降水过程中基本需要连续电源，以确保降水连续进行。降水工作应在地下构筑物施工至上覆压力和地下水头的顶托力平衡后才能停止降水3。

总结深井点降水施工在国内外均有成熟先例，但像引江济汉进口渠道施工降水，保障引水口渠道土方开挖、渠道防渗排水层及混凝土衬砌施工，比较少见，对保证渠道施工安全，尤其是长江汛期施工安全，防止渠道渗透变形，具有巨大作用。渠道工程深井点降水施工在引江济汉进口渠道得到了成功应用，对类似江汉平原的渠道工程施工具有一定的借鉴作用1。