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【摘要】本文以郑州火车站站为例，详细论述了如何根据周边环境和地质条件确定合适的降水方案和降水的相关参数，并总结归纳了管井降水的施工工艺，为以后类似工程的设计及施工提供了有益的借鉴。
【关键词】地铁;深基坑;管井;降水施工技术
０．前言
轨道交通1号线郑州火车站站为岛式车站，位于京广北路附近、新建火车站西站房西侧站前广场地下。车站上部为市政一层停车场，车站主体为双层三跨钢筋混凝土箱型框架结构，车站一层为站厅层，车站二层为站台层，车站外包长度为178.35米，标准段外包宽度20.7米，底板埋深19～20米。本工程范围内车站设置四个出入口，两组风亭。
车站主体结构采用明挖施工、桩锚联合支护，基坑开挖深度约20米，围护桩桩径1.0米，间距1.2米，嵌入下部土层不少于13米。
根据地勘资料，车站场地内浅層地下水为孔隙潜水，主要赋存于18米以上的Q4-2a1+p1、Q4-1a1+p1的粉土、粉砂、细砂地层中。孔隙潜水主要接受大气降水入渗、地下迳流等方式补给，以蒸发、地下迳流、人工开采等方式排泄。地下水位稳定水位11.6～13.8米。
场地内地下水流向是从西南流向东北，与区域地下水流向吻合。含水层中第⑺层细砂综合渗透系数K可取8.0m/d；第8-1层粉砂综合渗透系数K可取5.0m/d；第⑻、第9-1层和第11层粉土综合渗透系数K可取0.5m/d。
１．施工方案的确定
降水方法选择合适与否是降水成败的关键。目前，降水方法甚多，各种方法都有一定的适用范围，应根据具体条件进行选择。
本场地内实测水位埋深13.8米，水位年变化幅度为1.5-2米，计算水位埋深10米。第⑼、第⑽、第⑿为相对不透水层，第⑺细砂层、第⑻粘土含水层为孔隙潜水，基坑底部下座于第⑼层粉质粘土，第⑾层粉土塑性指数9.3，渗透系数较小，接近于粉质粘土特性，含水划分为微承压水，距基坑底板约8米，可不考虑对基坑涌水量和底板稳定的影响。根据降水深度、各土层力学特性等相关参数，综合考虑选用以深井管井降水为主（施工前）、集水井明排为辅（施工期间），坑外降水为主、坑内降水相结合的降水方案。
施工中加强对周边环境的安全监测，并在西端居民区和东端北出站厅附近分别预设两口回灌井，根据监测信息反馈确定是否启用回灌井和回灌量。
２．降水方案相关参数的设计及确定
２．１管井抽水试验
２．１．１试验井布设
根据勘探工程的需要和评价的要求，本试验抽水主井为TK1,观测孔为TK2、TK3。位置呈近似正三角形。TK1与TK2相距15m，TK1与TK3相距12.5m。见表3-1。
表3-1抽水井、观测孔成井参数表
２．１．２抽水试验方法及技术要求
正式抽水前抽水主孔进行了试抽水，并对抽水井和观测孔进行了水位观测。
启动TK1孔内水泵，抽水至主孔和观测孔水位稳定不小于3h，历时24h，抽水井出水量3.2m3/h。抽水井水量及观测孔降深见表3.2。抽水结束后进行了恢复水位观测。
表3-2抽水井出水量及降深一览表
２．１．３抽水试验的技术要求
（１）抽水主孔和所有观测孔同时观测。
（２）抽水孔涌水量保持基本常量，中间不得停泵。
（３）水位稳定时间为不小于3小时。
（４）观测频率及精度满足下列要求。
①水位观测0.5、1、1.5、2、2.5、3、4、5、6、8、10、12、15、20、25、30、40、50、60、75、90、105、120、150、180、210、240分钟进行观测；以后每30分钟观测一次，水位读数精确到厘米，抽水孔与观测水位同步观测。
②涌水量观测与水位观测同步进行。涌水量采用水表读数。
③水温、气温、每2小时观测1次，温度读数准确到0.5℃,观测时间与水位观测时间相对应。
2.1.4水文地质参数计算
区内水文地质条件符合潜水模型，可利用潜水完整井非稳定流公式计算水文地质参数。
图1TK2孔s—lgt关系曲线
利用TK2孔观测资料，在半对数坐标纸上绘制s—lgt关系（图4），可以发现该曲线前段为近似直线，可采用雅可布近似公式经变换后计算水文地质参数:
S=•1g
直线斜率：i=
直线在t轴上的截距：=1
变换后得：T=μ＝
计算结果见表Ｋ＝3-3：
表3-3水文地质参数计算结果表
2.1.5基坑涌水量估算
施工前水位埋深按10米计算，最大降深水位线要低于设计坑底不少于1米，水位埋深按21米估算，最大降深11米。深基坑下坐于第⑼粉质粘土，基坑涌水量Q按潜水完整井来计算。管井采用基坑外布置，根据基坑开挖分段长度，基坑尺寸按25m×100m基坑计算。
根据场地水文地质条件，降水系统总涌水量Q按潜水完整井来计算。
计算公式为：Ｑ=1.366×k×
Q——分段基坑总涌水量（m3/d）。
K——概化匀质含水层渗透系数，依据抽水试验，取2.0m/d。
H——含水层厚度，27-10 =17m。
S——最大降深21-10=11m。
R——影响半径m，R=1.95S=125.1m。
r——基坑假想半径m；r==28.2m。
代入公式：Q=1.366×k×＝940 m3/d
2.1.6管井数量计算
n=1.1xQ/q
n——管井数量， 口；
Q——基坑涌水量，940m3/d；
q——管井单井出水量， 70m3/d；（采用勘察单位提供试验数据）。
所需管井数量：n=1.1×，n=15口。布井时根据场地条件、抽水影响因素等情况可适当加密。
2.1.7管井埋置深度
管井最小埋置深度计算：H=H1+h+L*l/2+H2+H3
式中 H1——基底埋深(m)，取20m；
h——基坑底面至降水曲线最高点的安全距离（m）,取1m；
L——双排管井降水的井排间距（m），取25m；
——降水曲线坡度，取1/5；
H2——降水井过滤器工作部分长度（m），取2米；
H3——沉砂管长度（m）,取1m;
代入算式，得最小管井埋置深度为26.5米，为确保降水效果，成井时可施工27米，而不穿透第⑽层粉质粘土层。
2.2抽水设备选用
单井每天出水量为70 m3/d。潜水泵选型要求泵流量3-5m3/h，泵的总扬程不少于30米，抽水设备每井一套，另外预留4套备用。抽水泵配备减压启动箱和水位调节自动开关。当抽水泵由于某种原因发生缺相、过载、欠压、堵转时，减压启动箱能及时切断电源，有效避免电动机的销毁，可有效确保和延长水泵的使用寿命。水位调节自动开关能根据井内水位变化及时开启或闭合水泵电路，保证降水效果。
3.施工方案的实施及各关键工序的控制
3.1施工工艺
降水井施工经过管材、滤料等材料进场——普通钻机成孔——清孔——安放井管——洗井——试抽水——降水井正常运行几个重要的过程，其中施工中几个关键工序尤为重要，其控制的好坏直接影响降水井降水效果。
3.2管材、滤料、滤网的选用
为很好控制降水井运行效果，我们首先从材料进场入手，保证管材第一要符合强度要求，第二要既有规范要求的渗透性，要求管材必须有自身强度报告和透水性试验报告；滤网选用60目优质滤网，并经过有关部门的检验达到要求方可进场使用；滤料选用优质的绿豆砂做滤料，要求进行筛分试验，保证含泥量、级配等指标符合要求。
3.3钻孔机械的选用以及成孔要求
钻孔机械选用普通钻机成孔，成孔孔径必须大于等于管材外径每边20cm，并检查成孔质量，质量要求合格方可安放井管。
3.3.1清孔的控制
由于郑州火车站站地质结构以粉土、粉砂为主，因此在降水井施工过程中清孔的质量问题是施工的关键环节，清孔第一控制泥浆的含砂率，同时控制泥浆的比重，砂率控制不大于4%为宜，泥浆比重控制不得大于1.1。在工地现场也可用以下方法进行测定，即用水桶将清孔后的泥浆缓缓倒下看其是否顺利通过60目的过滤网，假如通过顺利既定为泥浆符合要求，否则还要继续换浆清孔。
3.3.2管材的安装质量
所有管材下方要求连接接头必须牢固，滤网包裹必须符合要求，不得漏裹，也不可裹得层数太多，安放管材要小心，防止安放过程中碰撞孔壁损坏管材或滤网，造成成井后漏砂事故发生，严重影响抽水质量。
3.3.3洗井的质量控制
洗井选用活塞式洗井的方法，洗井主要以清除管井内的泥沙为主，采用清水稀释洗井的方法。
3.3.4试抽水的关键
在洗井结束以后，为防止泥浆将管井四周井壁堵死，影响抽水效果，所以不可停井时间过长，必须进行管井抽水。在降水井刚开始抽水过程中，要大概每隔一小时将水泵上下提动一次，保证将井管内预留的泥沙抽洗干净。
3.3.5降水井运行效果验证
经过以上各关键工序的认真仔细的执行，降水井正常运行后单口井管井的出水量达到设计要求，降水效果满足施工需要，现基坑已经全部开挖结束。未发生基底隆起、管涌等事故。在整个车站土建施工过程中起到很大的作用。
4.小结
经过本车站基坑降水井的施工，对降水井成井做到“过程控制”，在降水井成井后及时提取降水参数，根据降水参数去修改设计、指导施工，确保了车站在土方开挖过程中，水位控制在基底以下，顺利完成了土方开挖、主体结构的施工，并对后续区间降水施工起到了指导的作用。
【关键词】地铁;深基坑;管井;降水施工技术
０．前言
轨道交通1号线郑州火车站站为岛式车站，位于京广北路附近、新建火车站西站房西侧站前广场地下。车站上部为市政一层停车场，车站主体为双层三跨钢筋混凝土箱型框架结构，车站一层为站厅层，车站二层为站台层，车站外包长度为178.35米，标准段外包宽度20.7米，底板埋深19～20米。本工程范围内车站设置四个出入口，两组风亭。
车站主体结构采用明挖施工、桩锚联合支护，基坑开挖深度约20米，围护桩桩径1.0米，间距1.2米，嵌入下部土层不少于13米。
根据地勘资料，车站场地内浅層地下水为孔隙潜水，主要赋存于18米以上的Q4-2a1+p1、Q4-1a1+p1的粉土、粉砂、细砂地层中。孔隙潜水主要接受大气降水入渗、地下迳流等方式补给，以蒸发、地下迳流、人工开采等方式排泄。地下水位稳定水位11.6～13.8米。
场地内地下水流向是从西南流向东北，与区域地下水流向吻合。含水层中第⑺层细砂综合渗透系数K可取8.0m/d；第8-1层粉砂综合渗透系数K可取5.0m/d；第⑻、第9-1层和第11层粉土综合渗透系数K可取0.5m/d。
１．施工方案的确定
降水方法选择合适与否是降水成败的关键。目前，降水方法甚多，各种方法都有一定的适用范围，应根据具体条件进行选择。
本场地内实测水位埋深13.8米，水位年变化幅度为1.5-2米，计算水位埋深10米。第⑼、第⑽、第⑿为相对不透水层，第⑺细砂层、第⑻粘土含水层为孔隙潜水，基坑底部下座于第⑼层粉质粘土，第⑾层粉土塑性指数9.3，渗透系数较小，接近于粉质粘土特性，含水划分为微承压水，距基坑底板约8米，可不考虑对基坑涌水量和底板稳定的影响。根据降水深度、各土层力学特性等相关参数，综合考虑选用以深井管井降水为主（施工前）、集水井明排为辅（施工期间），坑外降水为主、坑内降水相结合的降水方案。
施工中加强对周边环境的安全监测，并在西端居民区和东端北出站厅附近分别预设两口回灌井，根据监测信息反馈确定是否启用回灌井和回灌量。
２．降水方案相关参数的设计及确定
２．１管井抽水试验
２．１．１试验井布设
根据勘探工程的需要和评价的要求，本试验抽水主井为TK1,观测孔为TK2、TK3。位置呈近似正三角形。TK1与TK2相距15m，TK1与TK3相距12.5m。见表3-1。
表3-1抽水井、观测孔成井参数表
２．１．２抽水试验方法及技术要求
正式抽水前抽水主孔进行了试抽水，并对抽水井和观测孔进行了水位观测。
启动TK1孔内水泵，抽水至主孔和观测孔水位稳定不小于3h，历时24h，抽水井出水量3.2m3/h。抽水井水量及观测孔降深见表3.2。抽水结束后进行了恢复水位观测。
表3-2抽水井出水量及降深一览表
２．１．３抽水试验的技术要求
（１）抽水主孔和所有观测孔同时观测。
（２）抽水孔涌水量保持基本常量，中间不得停泵。
（３）水位稳定时间为不小于3小时。
（４）观测频率及精度满足下列要求。
①水位观测0.5、1、1.5、2、2.5、3、4、5、6、8、10、12、15、20、25、30、40、50、60、75、90、105、120、150、180、210、240分钟进行观测；以后每30分钟观测一次，水位读数精确到厘米，抽水孔与观测水位同步观测。
②涌水量观测与水位观测同步进行。涌水量采用水表读数。
③水温、气温、每2小时观测1次，温度读数准确到0.5℃,观测时间与水位观测时间相对应。
2.1.4水文地质参数计算
区内水文地质条件符合潜水模型，可利用潜水完整井非稳定流公式计算水文地质参数。
图1TK2孔s—lgt关系曲线
利用TK2孔观测资料，在半对数坐标纸上绘制s—lgt关系（图4），可以发现该曲线前段为近似直线，可采用雅可布近似公式经变换后计算水文地质参数:
S=•1g
直线斜率：i=
直线在t轴上的截距：=1
变换后得：T=μ＝
计算结果见表Ｋ＝3-3：
表3-3水文地质参数计算结果表
2.1.5基坑涌水量估算
施工前水位埋深按10米计算，最大降深水位线要低于设计坑底不少于1米，水位埋深按21米估算，最大降深11米。深基坑下坐于第⑼粉质粘土，基坑涌水量Q按潜水完整井来计算。管井采用基坑外布置，根据基坑开挖分段长度，基坑尺寸按25m×100m基坑计算。
根据场地水文地质条件，降水系统总涌水量Q按潜水完整井来计算。
计算公式为：Ｑ=1.366×k×
Q——分段基坑总涌水量（m3/d）。
K——概化匀质含水层渗透系数，依据抽水试验，取2.0m/d。
H——含水层厚度，27-10 =17m。
S——最大降深21-10=11m。
R——影响半径m，R=1.95S=125.1m。
r——基坑假想半径m；r==28.2m。
代入公式：Q=1.366×k×＝940 m3/d
2.1.6管井数量计算
n=1.1xQ/q
n——管井数量， 口；
Q——基坑涌水量，940m3/d；
q——管井单井出水量， 70m3/d；（采用勘察单位提供试验数据）。
所需管井数量：n=1.1×，n=15口。布井时根据场地条件、抽水影响因素等情况可适当加密。
2.1.7管井埋置深度
管井最小埋置深度计算：H=H1+h+L*l/2+H2+H3
式中 H1——基底埋深(m)，取20m；
h——基坑底面至降水曲线最高点的安全距离（m）,取1m；
L——双排管井降水的井排间距（m），取25m；
——降水曲线坡度，取1/5；
H2——降水井过滤器工作部分长度（m），取2米；
H3——沉砂管长度（m）,取1m;
代入算式，得最小管井埋置深度为26.5米，为确保降水效果，成井时可施工27米，而不穿透第⑽层粉质粘土层。
2.2抽水设备选用
单井每天出水量为70 m3/d。潜水泵选型要求泵流量3-5m3/h，泵的总扬程不少于30米，抽水设备每井一套，另外预留4套备用。抽水泵配备减压启动箱和水位调节自动开关。当抽水泵由于某种原因发生缺相、过载、欠压、堵转时，减压启动箱能及时切断电源，有效避免电动机的销毁，可有效确保和延长水泵的使用寿命。水位调节自动开关能根据井内水位变化及时开启或闭合水泵电路，保证降水效果。
3.施工方案的实施及各关键工序的控制
3.1施工工艺
降水井施工经过管材、滤料等材料进场——普通钻机成孔——清孔——安放井管——洗井——试抽水——降水井正常运行几个重要的过程，其中施工中几个关键工序尤为重要，其控制的好坏直接影响降水井降水效果。
3.2管材、滤料、滤网的选用
为很好控制降水井运行效果，我们首先从材料进场入手，保证管材第一要符合强度要求，第二要既有规范要求的渗透性，要求管材必须有自身强度报告和透水性试验报告；滤网选用60目优质滤网，并经过有关部门的检验达到要求方可进场使用；滤料选用优质的绿豆砂做滤料，要求进行筛分试验，保证含泥量、级配等指标符合要求。
3.3钻孔机械的选用以及成孔要求
钻孔机械选用普通钻机成孔，成孔孔径必须大于等于管材外径每边20cm，并检查成孔质量，质量要求合格方可安放井管。
3.3.1清孔的控制
由于郑州火车站站地质结构以粉土、粉砂为主，因此在降水井施工过程中清孔的质量问题是施工的关键环节，清孔第一控制泥浆的含砂率，同时控制泥浆的比重，砂率控制不大于4%为宜，泥浆比重控制不得大于1.1。在工地现场也可用以下方法进行测定，即用水桶将清孔后的泥浆缓缓倒下看其是否顺利通过60目的过滤网，假如通过顺利既定为泥浆符合要求，否则还要继续换浆清孔。
3.3.2管材的安装质量
所有管材下方要求连接接头必须牢固，滤网包裹必须符合要求，不得漏裹，也不可裹得层数太多，安放管材要小心，防止安放过程中碰撞孔壁损坏管材或滤网，造成成井后漏砂事故发生，严重影响抽水质量。
3.3.3洗井的质量控制
洗井选用活塞式洗井的方法，洗井主要以清除管井内的泥沙为主，采用清水稀释洗井的方法。
3.3.4试抽水的关键
在洗井结束以后，为防止泥浆将管井四周井壁堵死，影响抽水效果，所以不可停井时间过长，必须进行管井抽水。在降水井刚开始抽水过程中，要大概每隔一小时将水泵上下提动一次，保证将井管内预留的泥沙抽洗干净。
3.3.5降水井运行效果验证
经过以上各关键工序的认真仔细的执行，降水井正常运行后单口井管井的出水量达到设计要求，降水效果满足施工需要，现基坑已经全部开挖结束。未发生基底隆起、管涌等事故。在整个车站土建施工过程中起到很大的作用。
4.小结
经过本车站基坑降水井的施工，对降水井成井做到“过程控制”，在降水井成井后及时提取降水参数，根据降水参数去修改设计、指导施工，确保了车站在土方开挖过程中，水位控制在基底以下，顺利完成了土方开挖、主体结构的施工，并对后续区间降水施工起到了指导的作用。