CN112709247A - 一种用于复杂地面下的地铁施工降水系统和降水方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通过降低地下水位线进行地下水的节制技术领域，公开了一种用于复杂地面下的地铁施工降水系统和降水方法。降水系统包括降水井、连通降水井与排放点的排水管、以及设置在排水管上的抽水泵，降水井包括开设在地下洞室内的暗井，以及设置在地下洞室周围无障碍物区域的明井；暗井的井口高于地下水位线设置。本发明中，通过将起主要作用而不能随意调整位置的降水井作为暗井设置在地下洞室内，周边起次要作用的降水井依然作为明井而从地面开挖，不需要大改原有的降水井分布情况，也不需要对地表建筑进行拆迁；通过在施工末期将暗井连同暗井中的抽水管一块封在底板下，从而确保了底板的完整性，使底板不会因降水井而留下孔洞。

Description

一种用于复杂地面下的地铁施工降水系统和降水方法

技术领域

本发明涉及通过降低地下水位线进行地下水的节制技术领域，特别是涉及一种用于复杂地面下的地铁施工降水系统和降水方法。

背景技术

地下洞室在修建过程中，不可避免地要经过含水地层。含水地层给地下洞室的施工带来困难，施工过程中，由于含水地层被切断，在压差作用下，地下水必然会不断地渗流入地下洞室，造成浸水，使现场施工条件变差，在动水压力作用下还可能引起流砂、管涌和边坡失稳等现象。因此，为确保地下洞室施工安全，必须将地下水的水位降低到待施工的地下洞室的底板以下。

最常见的降水方式为预先在施工现场的地面均匀开挖多个降水井，然后通过大量抽水来降低地下水位。最常用的降水井为钢管井，采用管壁开有渗水孔的钢管作为井管，管外填充有透水滤料，以防止泥沙进入。

但目前的降水井在使用过程中存在两方面的困难：

其一在于在施工现场往往会存在一些影响降水井开挖的障碍物，如地表的建筑物以及地下的市政管道，这个时候要么需要进行大规模的拆迁，但这样会明显提高成本，在诸如北京上海等拆迁费用较高的地方是不可接受的；要么在远离地下洞室开挖区域的地方多开挖几口降水井，但这样降水效果会变差。

其二在于降水井会穿透待开挖的地下洞室的底板，造成防水效果变差。由于通过降水井来降低地下水位是一个动态的过程，抽水的时候地下水位下降，停止抽水后地下水位很快就会涨回来，因此降水井在使用过程中需要持续进行抽水，而不是一次性把地下水位降低到地下洞室的底板下，之后停止抽水进行开挖。这就意味着降水井一直要使用到施工结束才能拆除，因此其在地下洞室的底板上会留下孔洞，对大部分的地下洞室而言，所需的降水井的数量通常会达到几十或上百个，这会带来大量的孔洞，对底板的防水十分不利。

发明内容

本发明提供一种用于复杂地面下的地铁施工降水系统和降水方法。

解决的技术问题是：现有的降水井在开挖过程中面临着两方面的困难，其一为施工现场存在影响降水井开挖的障碍物，其二为降水井会穿透待开挖的地下洞室的底板，造成防水效果变差。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种用于复杂地面下的地铁施工降水系统，包括降水井、连通降水井与排放点的排水管、以及设置在排水管上的抽水泵，所述地铁的地下洞室自上而下逐层采用暗挖法施工，且地下洞室上方存在影响降水井开挖的障碍物；所述降水井包括开设在地下洞室内的暗井，以及设置在地下洞室周围无障碍物区域的明井；

所述暗井的井口高于地下水位线设置。

进一步，所述排水管包括分别插设在各降水井中的抽水管，以及分别与各抽水管连通并通向排放点的排水主管，所述排水主管设置在所述地下洞室中。

进一步，所述降水系统还包括用于敷设明井的抽水管的汇水井与汇水导洞，所述明井的抽水管沿相邻的汇水井向下延伸进入地层，并沿汇水导洞通入排水主管。

进一步，所述地下洞室以横通道为开挖起点，所述排水主管垂直于横通道长度方向设置，靠近横通道的汇水井与横通道连通，与横通道连通的汇水井中的抽水管沿横通道通入排水主管。

进一步，在地下洞室的底板修建完成后，所述暗井的井口设置在底板下，所述暗井的抽水管沿底板下向横通道中延伸，并沿横通道向上延伸通入排水主管，所述抽水管位于底板下的部分捆扎成束设置，且成束的抽水管外包裹有用于防止抽水管被底板压坏的混凝土。

进一步，所述抽水管上设置有沉淀池以及单向阀，排水主管上间隔设置有排水泵。

进一步，所述降水系统还包括用于观察地下水位线的观测井。

一种用于复杂地面下的地铁施工降水方法，采用上述的一种用于复杂地面下的地铁施工降水系统来降低地下水位线，并包括以下步骤：

步骤一：开挖地下洞室位于地下水位线以上的部分，在地下洞室内开挖暗井，并同时开挖明井；

步骤二：敷设排水管并安装抽水泵；

步骤三：抽水降低地下水位线，继续向下开挖地下洞室；

步骤四：待地下洞室开挖到底部时，逐井改造暗井的抽水管至底板下敷设，然后修建地下洞室的底板。

进一步，步骤四具体如下：待地下洞室开挖到底部时，破拆掉暗井高于底板下表面的井管并连同抽水管一起封井，将暗井的抽水管整理成束后包裹上混凝土，并水平向外延伸到底板覆盖范围之外后向上接入排水主管，然后修建底板。

进一步，步骤四中，暗井封井的同时，明井中保持抽水。

本发明一种用于复杂地面下的地铁施工降水系统和降水方法与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明中，通过将起主要作用而不能随意调整位置的降水井作为暗井设置在地下洞室内，周边起次要作用的降水井依然作为明井而从地面开挖，不仅不需要大改原有的降水井分布情况，确保降水效果能够达到预计程度，而且不需要对地表建筑进行拆迁，消除施工对现有建筑以及市政管线的影响，同时也降低了施工成本；

本发明中，施工暗井时先开挖地下洞室位于地下水位线以上的部分，然后在地下洞室内开挖暗井，暗井的开挖充分利用了现有的施工空间，不需要额外开挖供设置暗井的洞室，不会增加工作量；

本发明中，通过将排水主管设置在地下洞室中，然后通过汇水井与汇水导洞将明井中的抽水管引入地下并与排水主管连通，克服了在存在障碍物的地面上铺设管道的困难；

本发明中，通过在施工末期将暗井的井管破拆到地下洞室的底板以下，将暗井中的抽水管延伸到底板外后通入排水主管，然后连同暗井带暗井中的抽水管一块封井，并在上面施工底板，从而确保了底板的完整性，使底板不会因为降水井的留下的洞而导致防水效果受到影响。同时由于底板保持完整，没有导致应力集中的孔，强度及可靠性更高，承受带压地下水及地层挤压的能力更强，寿命及安全性显著提升。

附图说明

图1是本发明一种用于复杂地面下的地铁施工降水系统的结构示意图；

图2是本发明中的暗井刚开挖完成时抽水管的排布示意图；

图3是本发明中的底板修建完成后暗井与抽水管的排布示意图；

图4是本发明中暗井中的抽水管在底板下的捆扎示意图；

图5是本发明一种用于复杂地面下的地铁施工降水方法的流程图；

其中，11-明井，12-暗井，21-抽水管，22-排水主管，31-汇水井，32-汇水导洞，4-横通道，5-底板，6-地下水位线。

具体实施方式

如图1所示，一种用于复杂地面下的地铁施工降水系统，包括降水井、连通降水井与排放点的排水管、以及设置在排水管上的抽水泵，地铁的地下洞室自上而下逐层采用暗挖法施工，且地下洞室上方存在影响降水井开挖的障碍物；降水井包括开设在地下洞室内的暗井12，以及设置在地下洞室周围无障碍物区域的明井11。

本实施例为北京地铁19号线北太平庄站的降水系统，施工区域存在地面建筑以及市政管线，能开挖的明井11无法满足《城市建设工程地下水控制技术规范》DB11/1115-2014要求，因而把位于地铁站正上方的降水井设置在了地铁站内。地铁站上方实际上存在部分允许开挖明井11的区域，但在施工中依然要把地铁站正上方所有的降水井都作为暗井12设置在地铁站内，这样做的目的是为了方便在施工末期把所有可能穿透底板5的降水井都埋在底板5下。除此之外，本实施例中，还有一些暗井12设置在地铁站的风道、横通道4、以及施工竖井中。

位于待开挖的地下洞室所在区域的降水井在降水过程中起主要作用，其分布不能轻易改动。但周围的降水井则受限较少，因而可根据实际情况调整位置，调整到无障碍物区域，并以明井11的形式开挖。本实施例中，车站内开挖暗井12107口，周边的明井11只需要开挖36口。

如图2所示，暗井12的井口高于地下水位线6设置，施工中挖到靠近地下水位线6的时候开始开挖暗井12。注意，地下洞室前期的开挖工作虽然高于地下水位线6，但地层中依然十分潮湿，因而在上层导洞开挖过程中要深孔注浆辅助真空降排水方式确保开挖施工安全，在二衬结构施工敷设防水板前采取注双液浆堵水措施确保防水板敷设要求。

排水管包括分别插设在各降水井中的抽水管21，以及分别与各抽水管21连通并通向排放点的排水主管22，排水主管22设置在地下洞室中，这样做是为了避免在地面敷设管道，同时也方便将暗井12中的抽水管21连到排水主管22上。排水主管22最好通向市政管线的下水管，但本实施例中，经对现场市政管线的调查，施工现场仅一条φ700雨水管线，远不能满足排水要求。为满足19号线车站降水的排水要求，又修建一条由车站北端至小月河的排水导洞，将排水主管22由排水导洞铺到小月河进行排水。

降水系统还包括用于敷设明井11的抽水管21的汇水井31与汇水导洞32，明井11的抽水管21沿相邻的汇水井31向下延伸进入地层，并沿汇水导洞32通入排水主管22。本实施例中的地铁站以横通道4为开挖起点，排水主管22垂直于横通道4长度方向设置，因而横通道4可代替部分汇水导洞32，靠近横通道4的汇水井31与横通道4连通，与横通道4连通的汇水井31中的抽水管21沿横通道4通入排水主管22。

如图3所示，在地下洞室的底板5修建完成后，暗井12的井口设置在底板5下，暗井12的抽水管21沿底板5下向横通道4中延伸，并沿横通道4向上延伸通入排水主管22，抽水管21位于底板5下的部分捆扎成束设置，如图4所示，成束的抽水管21外包裹有用于防止抽水管21被底板5压坏的混凝土。

抽水管21上设置有沉淀池，沉淀池排水口设工作井，并采用流量计、流速计等计量排水量。沉淀池采用砌砖池，池中间砌一道1.00m高的矮墙。水先排入一个半池中，水面高于1.00m后流入另一个半池。位于地面的沉淀池还可以起到蓄水用于清洗工程器械和车辆的作用。

抽水管21在出降水井井口位置设置有单向阀，以防止倒流；排水主管22上间隔设置有排水泵，以顺利进行排水。

降水系统还包括用于观察地下水位线6的观测井。

如图5所示，一种用于复杂地面下的地铁施工降水方法，采用上述的一种用于复杂地面下的地铁施工降水系统来降低地下水位线6，并包括以下步骤：

步骤一：开挖地下洞室位于地下水位线6以上的部分，在地下洞室内开挖暗井12，并同时开挖明井11；注意这里明井11暗井12的开挖工作互不影响，彼此没有先后顺序。对于暗井12，先人工开挖导坑，然后用钻井机械来钻孔，再安装井管，最后再洗井；

步骤二：敷设排水管并安装抽水泵；本实施例中的降水井普遍深度在40-50米，远超泵的允许吸上高度，如果把抽水泵安装在井口会无法工作，因而必须选用潜水泵；

步骤三：抽水降低地下水位线6到底板5以下1.0m。，继续向下开挖地下洞室；

步骤四：待地下洞室开挖到底部时，逐井改造暗井12的抽水管21至底板5下敷设，然后修建地下洞室的底板5。

如图3所示，步骤四具体如下：待地下洞室开挖到底部时，破拆掉暗井12高于底板5下表面的井管并连同抽水管一起封井，将暗井12的抽水管21整理成束后包裹上混凝土，并水平向外延伸到横通道4后向上接入排水主管22，然后修建底板5。这样可避免在底板5上留孔而影响防水。注意暗井12封井的同时，明井11中应保持抽水，以免封井时井内带压。

本实施例中，暗井12的井管、暗井12中的潜水泵、底板5下的抽水管21均无法回收，但能确保底板5为一个完整的板，而底板5是地下洞室中受地层挤压以及带压地下水的影响最大的一块板，底板5保持完整，没有导致应力集中的孔，强度及可靠性更高，承受带压地下水及地层挤压的能力更强，寿命及安全性显著提升。实际使用中，采用本发明修建的地铁站，也即地铁19号线北太平庄站，其在使用过程中底板5从未出现过漏水或开裂。而如果底板5有孔，不仅要花很大的代价进行封堵，而且其使用效果也不及采用本发明修建的地铁站。此外，由于此时暗井12相对于底板5的深度减小了很多，已经低于泵的允许吸上高度，也可以在横通道4内设置自吸泵来代替暗井12中的潜水泵，从而避免潜水泵的损失。

此外，降水过程中，有可能出现地层塌陷，因而需在降水影响范围以内呈放射状布置观测点以进行观察；观测孔包括墙上的点以及地面点，墙上的点采用以下方法修建：用冲击钻在墙上打孔，然后用手锤将观测点打入孔洞内并灌入高标号水泥，安好测点后，作好明显标志，并按顺序编号；地面点采用以下方法修建：用冲击钻在地面打入约30㎝左右，按设好点后灌入高标号水泥，使其和地面成为一体。

当通过沉降监测发现建筑物沉降已达到预警标准时，应及时查明引起沉降的具体原因，当确认降水形成的区域水位下降是造成建筑沉降的主因时，应立即采取回灌等相应措施。

注意本实施例中的技术方案用于地铁施工，但也可以用于别的地方的地下洞室施工，只需要满足地下洞室自上而下开挖即可。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于复杂地面下的地铁施工降水系统，包括降水井、连通降水井与排放点的排水管、以及设置在排水管上的抽水泵，所述地铁的地下洞室自上而下逐层采用暗挖法施工，且地下洞室上方存在影响降水井开挖的障碍物；其特征在于：所述降水井包括开设在地下洞室内的暗井（12），以及设置在地下洞室周围无障碍物区域的明井（11）；

所述暗井（12）的井口高于地下水位线（6）设置。

2.根据权利要求1所述的一种用于复杂地面下的地铁施工降水系统，其特征在于：所述排水管包括分别插设在各降水井中的抽水管（21），以及分别与各抽水管（21）连通并通向排放点的排水主管（22），所述排水主管（22）设置在所述地下洞室中。

3.根据权利要求2所述的一种用于复杂地面下的地铁施工降水系统，其特征在于：所述降水系统还包括用于敷设明井（11）的抽水管（21）的汇水井（31）与汇水导洞（32），所述明井（11）的抽水管（21）沿相邻的汇水井（31）向下延伸进入地层，并沿汇水导洞（32）通入排水主管（22）。

4.根据权利要求3所述的一种用于复杂地面下的地铁施工降水系统，其特征在于：所述地下洞室以横通道（4）为开挖起点，所述排水主管（22）垂直于横通道（4）长度方向设置，靠近横通道（4）的汇水井（31）与横通道（4）连通，与横通道（4）连通的汇水井（31）中的抽水管（21）沿横通道（4）通入排水主管（22）。

5.根据权利要求2所述的一种用于复杂地面下的地铁施工降水系统，其特征在于：在地下洞室的底板（5）修建完成后，所述暗井（12）的井口设置在底板（5）下，所述暗井（12）的抽水管（21）沿底板（5）下向横通道（4）中延伸，并沿横通道（4）向上延伸通入排水主管（22），所述抽水管（21）位于底板（5）下的部分捆扎成束设置，且成束的抽水管（21）外包裹有用于防止抽水管（21）被底板（5）压坏的混凝土。

6.根据权利要求2所述的一种用于复杂地面下的地铁施工降水系统，其特征在于：所述抽水管（21）上设置有沉淀池以及单向阀，排水主管（22）上间隔设置有排水泵。

7.根据权利要求1所述的一种用于复杂地面下的地铁施工降水系统，其特征在于：所述降水系统还包括用于观察地下水位线（6）的观测井。

8.一种用于复杂地面下的地铁施工降水方法，其特征在于：采用如权利要求2-7任一项所述的一种用于复杂地面下的地铁施工降水系统来降低地下水位线（6），并包括以下步骤：

步骤一：开挖地下洞室位于地下水位线（6）以上的部分，在地下洞室内开挖暗井（12），并同时开挖明井（11）；

步骤二：敷设排水管并安装抽水泵；

步骤三：抽水降低地下水位线（6），继续向下开挖地下洞室；

步骤四：待地下洞室开挖到底部时，逐井改造暗井（12）的抽水管（21）至底板（5）下敷设，然后修建地下洞室的底板（5）。

9.根据权利要求8所述的一种用于复杂地面下的地铁施工降水方法，其特征在于：

步骤四具体如下：待地下洞室开挖到底部时，破拆掉暗井（12）高于底板（5）下表面的井管并连同抽水管一起封井，将暗井（12）的抽水管（21）整理成束后包裹上混凝土，并水平向外延伸到底板（5）覆盖范围之外后向上接入排水主管（22），然后修建底板（5）。

10.根据权利要求9所述的一种用于复杂地面下的地铁施工降水方法，其特征在于：步骤四中，暗井（12）封井的同时，明井（11）中保持抽水。

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