專利名稱：高精度承壓水降深控制施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工程降水的施工方法，尤其涉及一種高精度承壓水降深控制 的施工方法，是保證基坑工程安全開挖和保護周邊環(huán)境的有效措施，屬于建筑工 程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在地下空間開發(fā)的過程中，基坑開挖深度越來越深。很多深基坑由于基坑開 挖卸載后，坑底覆土厚度不足以抵抗承壓水突涌和坑底隆起的作用力，需要抽降 地下承壓水以保證基坑的安全。 一直以來，人們對抽條承壓水的水位控制的認識 存在偏差，認為只要打設(shè)足夠多的井點，將承壓水抽到安全值以下即可，因而， 常常存在著較大的超降，對周邊環(huán)境影響比較大，建筑和地表均產(chǎn)生較大沉降。 而隨著工程周邊環(huán)境保護要求越來越高，大規(guī)模、大降深、長時間的抽承壓水對 周邊環(huán)境的影響已是工程施工面臨的難點，在滿足基坑開挖安全的前提下，如何 最大限度減少承壓水的降深和出水量是對周邊環(huán)境保護的關(guān)鍵技術(shù)d
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)《中國科技信息》2005年16期《大型地鐵站 深基坑降水施工技術(shù)研究》中提到"由基坑底板的穩(wěn)定條件基坑底板至承壓含 水層頂板間的土壓力應大于承壓水的頂托力，計算得基坑開挖階段承壓水位需降 低值根據(jù)計算，在基坑的不同部位開挖到危險深度時，應開啟相應部位的降壓井 進行抽水，并及時觀測相鄰部位停抽井的實測水位深度(即需降承壓水的水頭高 度)來調(diào)整是否需增開相鄰部位的降壓井"?？梢?，目前現(xiàn)有承壓水降深控制方法 是根據(jù)施工規(guī)范要求考慮足夠的安全系數(shù)，由基坑底的覆土厚度計算出保證基坑 安全的承壓水降深，通過打設(shè)并開啟足夠的深井井點，通過人工觀測承壓水的降 深達到計算值以下，通過增開或關(guān)閉井點來調(diào)節(jié)降深，以滿足基坑開挖的要求。
現(xiàn)有承壓水降深控制技術(shù)存在著幾方面的問題1)按常規(guī)地質(zhì)勘測資料， 考慮最不利的情況下，計算承壓水的降深，可保證基坑安全，但對周邊環(huán)境影響 比較大；2)通過開啟或關(guān)閉某個井點來控制降深，往往遇到少降或超降的情況，承壓水少降危及基坑安全，承壓水超降對周邊環(huán)境影響較大；3)承壓水水位恢 復極快(平均10分鐘恢復1米)，人工觀測頻率和精度不能滿足降深控制和預警 的要求；4)要觀測承壓水水位，必須打設(shè)深井，成本比較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供了一種高精度承壓水降深控制的方 法，先通過針對性補勘來準確計算承壓水降深，再通過自動水位監(jiān)測系統(tǒng)和變流 量抽水裝置相結(jié)合來控制降深，以減少抽水量，減少對周邊環(huán)境的影響。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的先針對地質(zhì)資料不詳或復雜區(qū)域進行施 工補勘，根據(jù)補勘資料計算承壓水的降深；然后施工承壓井井點，安裝變流量抽 水裝置；在基坑周邊或井點內(nèi)埋設(shè)水壓傳感器，通過采集器將頻率信號轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號，經(jīng)電腦處理后形成水位控制信息；開啟承壓水井點，同時觀測電腦形成 的實時降深曲線和數(shù)據(jù)，指導變流量調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)井點的出水量，來控制承壓水 的降深(承壓水的抽水量與抽水范圍內(nèi)的降深有一一對應關(guān)系)，最終達到控制 的降深值。
以下對本發(fā)明進一步描述，方法的具體步驟如下
1、 施工補勘確定降深進行降水區(qū)域內(nèi)的施工補勘，準確確認承壓水的埋 深和水頭，按施工規(guī)范要求的安全系數(shù)計算基坑開挖的不同深度工況下的承壓水 的不同降深Ln(n為不同的工況)。
2、 承壓井井點施工根據(jù)地質(zhì)水文情況，確定合理承壓井結(jié)構(gòu)，按相關(guān)規(guī)
范要求施工承壓井井點。
3、 變流量抽水裝置的安裝在井管內(nèi)放入變流量抽水泵，通過控制功率來 控制出水量，或者采用對固定流量泵進行限流的方式來控制出水量，進而控制其 降深。
4、 自動水位監(jiān)測系統(tǒng)在基坑內(nèi)離降水井最遠位置埋設(shè)傳感器，通過采集 器將頻率信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)電腦處理后形成水位控制信息。
5、 承壓水降深控制根據(jù)基坑的分層開挖深度，在開挖需要降承壓水的土 層時，開啟深井井點，同時通過自動監(jiān)測系統(tǒng)觀測承壓水的降深，待水位初步穩(wěn)
定后，將所測得的降深與所需要降深Ln相比較，如發(fā)現(xiàn)少降或超降，則開啟變
4流量抽水裝置，調(diào)整出水量，多次觀測和調(diào)節(jié)最終調(diào)節(jié)滿足降深要求。根據(jù)計算 的降深Ln設(shè)置報警值，數(shù)據(jù)超出報警值后自動報警。
數(shù)字信號經(jīng)電腦處理形成實時水位信息后，其頻率可以達到1次/秒。 該方法可以連續(xù)調(diào)節(jié)承壓水降深，達到精確控制降深的目的。 該方法可在深井井點內(nèi)埋設(shè)傳感器或在承壓水土層內(nèi)埋設(shè)傳感器，代替以往 的打設(shè)深井井點來進行人工水位觀測，根據(jù)需要設(shè)置觀測頻率。傳感器的埋設(shè)方 法采用鉆孔設(shè)備鉆至設(shè)計深度，將預先校正的傳感器埋設(shè)至此深度，在其上回填 粘土球，隔斷其它土層水壓對儀器的影響。
本發(fā)明具有突出的實質(zhì)性特點與顯著的進步，通過詳細補勘后減小安全系 數(shù)，減少承壓水降深，進而減少對周圍環(huán)境的影響；通過高精度水位控制，避免 了超降或少降，既保證基坑安全，又減少對環(huán)境的影響；水位的監(jiān)測精度高，并 可以及時報警，完全可以滿足基坑安全施工的要求；本發(fā)明避免打設(shè)井點，其成 本約為打井的15%。因而，本發(fā)明即保證基坑和環(huán)境的安全，又節(jié)省了成本。
具體實施例方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下 進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限 于下述的實施例。
上海某地鐵車站為地下四層結(jié)構(gòu)，圍護結(jié)構(gòu)深62m，進入含水層上部，基坑 開挖深度達29. 71m，設(shè)9道支撐。工程建址地層中⑥層土缺失，⑦層為承壓含 水層，⑤層微承壓含水層和⑦層承壓水層存在復雜的水力聯(lián)系，車站周邊除了 0.5倍基坑開挖深度范圍內(nèi)分布著1幢高層建筑、多幢多層建筑外，軌道交通高 架區(qū)間線路距基坑間距僅7m。根據(jù)要求，軌道的差異沉降要求2mm，控制要求非 常高。根據(jù)前期的抽水試驗，抽承壓水對周邊建筑、地表、輕軌的影響比較大， 因而，在其它條件限定的情況下，控制承壓水的降深是抽承壓水的關(guān)鍵。就車站 東端井的承壓水降深控制的施工工藝如下
1)施工補勘確定降深在東端井范圍內(nèi)進行鉆孔取土和靜力觸探方式的施 工補勘，根據(jù)地質(zhì)資料承壓水頂為-41m，實測原始水位為-9m。根據(jù)基坑底板的
穩(wěn)定條件基坑底板至承壓含水層頂板間的土壓力應大于承壓水的頂托力。艮P:
5HXYs^FsXY Xh (式中H —基坑底至承壓含水層頂板間距離(m); Ys — 基坑底至承壓含水層頂板間的土的重度(kN/m3);h —承壓水頭高度至承壓含 水層頂板的距離(m); Y,—水的重度(kN/m3)，取10kN/mS Fs _安全系數(shù)， 取1.05),根據(jù)開挖工況，基坑開挖第八、九、十層土方時，控制的降深分別為 Ll=6. 68ra、 L2=11.87m、 L3=15. 72m。
2) 承壓井井點施工根據(jù)地質(zhì)水文對井點結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，按規(guī)范要求施工， 其中包括①井點布置東端頭井基坑內(nèi)成布設(shè)3 口⑦層降壓井，井成三角形布置， 井深59m。②成孔工藝按成孔工藝要求測放井位、埋設(shè)護口管、安裝鉆機、鉆 進成孔、清孔換漿。③井點安裝管井深59m，井管直徑①273誦，壁厚6腿， 濾網(wǎng)總長8m，位于埋深50 58m;濾網(wǎng)以下lm為沉淀管，位于埋深58 59m; 濾網(wǎng)以上為井壁管，井管外40 59m處按《供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范》要求人工填 砂；35 40m處填粘土球；0 35m處填粘土。
洗井、安泵試抽，達到出水量約 50T的要求。
3) 變流量抽水裝置的安裝在每口井上安裝變流量抽水裝置在固定流量
泵的出水管口安裝三通回水裝置，分別接出至排水溝和接入至井管內(nèi)，在出水和 回水管上安裝閥門以控制流量，通過調(diào)節(jié)兩個閥門來控制出水量，進而控制其降 深。
4) 自動水位監(jiān)測系統(tǒng):在東端井兩個轉(zhuǎn)角處和封頭墻兩側(cè)總共埋設(shè)4個55m 深的孔隙水壓計，并在基坑內(nèi)一口備用井內(nèi)放置孔隙水壓計，位于地下30m處(保 證其位于水中)，孔隙水壓計的數(shù)據(jù)線接至數(shù)據(jù)中心，采集器將頻率信號轉(zhuǎn)換為 數(shù)字信號，經(jīng)電腦處理形成5條實時數(shù)據(jù)曲線均在零的位置，觀測頻率可設(shè)置為 1秒，但現(xiàn)場設(shè)置為10秒已經(jīng)可以滿足要求。
5) 承壓水降深控制先設(shè)置水位監(jiān)控系統(tǒng)的報警值為L^6.68m，基坑開挖 第八層土之時，開啟基坑的兩口井點，5分鐘后觀測其降深已超過要求的降深 Ll=6.68m，因而開啟變流量抽水裝置，減少出水量，以減小降深，再經(jīng)過2次(10 分鐘)的觀測，降深仍有偏差，再進行微量調(diào)節(jié)，以此類推，最終降深控制在 6.70m;在開挖第九層之間，設(shè)置報警值為L2=11.87m，在開啟兩口井點的前提 下，再通過調(diào)節(jié)變流量抽水裝置，增加抽水量，使水位控制11.90m;在開挖第 十層土之前，設(shè)置報警值為L3-15.72m，在開啟兩口井點的前提下，再通過調(diào)節(jié)變流量抽水裝置，增加抽水量，使水位控制在15. 75，嚴禁超降，每次降深控制 在士5cm之內(nèi)，在超過報警值時，系統(tǒng)會自動報警，再進行變流量抽水裝置調(diào)節(jié), 以滿足降深的要求。
通過控制承壓水降深，在滿足安全開挖要求的情況下，盡可能少降少抽承壓 水，即保證了基坑的安全開挖，又盡可能的減少了抽承壓水對周邊環(huán)境的影響， 保證了輕軌的安全正常運營。
權(quán)利要求
1、一種高精度承壓水降深控制施工方法，其特征在于主要施工步驟如下1)施工補勘確定降深進行降水區(qū)域內(nèi)的施工補勘，準確確認承壓水的埋深和水頭，按施工規(guī)范要求的安全系數(shù)計算基坑開挖的不同深度工況下的承壓水的不同降深Ln(n為不同的工況)；2)承壓井井點施工根據(jù)地質(zhì)水文情況，確定合理承壓井結(jié)構(gòu)，按相關(guān)規(guī)范要求施工承壓井井點；3)變流量抽水裝置的安裝在井管內(nèi)放入變流量抽水泵，通過控制功率來控制出水量，或者采用對固定流量泵進行限流的方式來控制出水量，進而控制其降深；4)自動水位監(jiān)測系統(tǒng)在基坑內(nèi)離降水井最遠位置埋設(shè)傳感器，通過采集器將頻率信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)電腦處理后形成水位控制信息；5)承壓水降深控制根據(jù)基坑的分層開挖深度，在開挖需要降承壓水的土層時，開啟深井井點，同時通過自動監(jiān)測系統(tǒng)觀測承壓水的降深，待水位初步穩(wěn)定后，將所測得的降深與所需要降深Ln相比較，如發(fā)現(xiàn)少降或超降，則開啟變流量抽水裝置，調(diào)整出水量，多次觀測和調(diào)節(jié)最終調(diào)節(jié)滿足降深要求；根據(jù)計算的降深Ln設(shè)置報警值，數(shù)據(jù)超出報警值后自動報警。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度承壓水降深控制施工方法，其特征在于 數(shù)字信號經(jīng)電腦處理形成實時水位信息后，其頻率可以達到1次/秒。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度承壓水降深控制施工方法，其特征在于 可以連續(xù)調(diào)節(jié)承壓水降深，達到精確控制降深的目的。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度承壓水降深控制施工方法，其特征在于可在深井井點內(nèi)埋設(shè)傳感器或在承壓水土層內(nèi)埋設(shè)傳感器，代替以往的打設(shè)深井 井點來進行人工水位觀測，根據(jù)需要設(shè)置觀測頻率。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的高精度承壓水降深控制施工方法，，其特征在于傳感器的埋設(shè)方法采用鉆孔設(shè)備鉆至設(shè)計深度，將預先校正的傳感器埋設(shè)至此深 度，在其上回填粘土球，隔斷其它土層水壓對儀器的影響。
全文摘要
一種通過自動信息化系統(tǒng)和變流量水量控制系統(tǒng)相結(jié)合來控制承壓水降深的施工方法，屬于建筑工程領(lǐng)域。本發(fā)明是施工詳勘基礎(chǔ)上，準確計算承壓水降深，采用自動信息化系統(tǒng)采集承壓水的降深和變流量抽水裝置相結(jié)合，通過監(jiān)測降深來調(diào)節(jié)出水量，最終達到承壓水降深控制，既保證基坑安全，又最大限度減少抽承壓水對周邊環(huán)境的影響，采用信息化、網(wǎng)絡(luò)化施工，自動化預警，降低施工成本，加強施工管理，尤其適用于地下工程需要抽承壓水而周邊環(huán)境保護要求較高的地區(qū)。
文檔編號E02D19/00GK101469544SQ200710173350
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者婁榮祥, 朱雁飛, 楊國祥, 尉 沈, 潘偉強 申請人:上海隧道工程股份有限公司