CN114351739A - 一种用于复杂溶洞地区保护地铁结构的降水回灌工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于复杂溶洞地区保护地铁结构的降水回灌工艺，包括如下步骤：布设地下水位观测孔，设置降水井和排水沟；设置回灌井、水位监测井以及集水供水沉淀系统，排水沟和回灌井连通集水供水沉淀系统；降水回灌工艺系统：降水井内水抽排至排水沟，排水沟内水抽排至集水供水沉淀系统，监测水位，地铁结构周边水位下降幅度超过2m，从集水供水沉淀系统抽水至回灌井内，直至水位恢复到2m的下降幅度内。通过对基坑、回灌井和地铁结构周边设置水位观测点，可及时的监测沉降动态。通过在降水过程中，监控水位下降和上升幅度，及时采取回灌施工，实现了有效防止或减少降水对周围环境的影响，避免产生过大的地面沉降和地铁结构变形的效果。

Description

一种用于复杂溶洞地区保护地铁结构的降水回灌工艺

技术领域

本发明涉及工程施工技术领域，特别是涉及一种用于复杂溶洞地区保护地铁结构的降水回灌工艺。

背景技术

在基坑施工中经常要采取降水措施，要把地下水将至基坑底以下，但是在基坑下方存在已经建成的地铁隧道和溶洞时，降水井需要具备回灌功能，合理的降水可以保证基坑正常施工，防止地铁隧道上浮，但是又不允许大面积降水，降水过大，会造成地铁隧道和基坑突沉和失稳，因此需要创新设计用于复杂溶洞地区保护地铁结构的降水回灌工艺系统，既有降水功能，同时又有回灌功能，确保水文的稳定性，基于大量的案例计算，水位突变不超过2米。

目前降水施工技术领域中，在降水过程中，由于随水流带出部分细微土粒，再加上降水后土体的含水量降低，使土壤产生固结，因而会引起周围地面的沉降或者施工引起下部溶洞变形开裂，造成地下水位急剧下降，在建筑物密集地区和地下由已经建成的地铁隧道进行降水施工，如因长时间降水引起过大的地面沉降。尤其是在地铁上方进行基坑开挖时，对地铁结构的影响更大，稳定水位在2米范围内变化是确保地铁的安全是必须解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，为此，本发明提出一种用于复杂溶洞地区保护地铁结构的降水回灌工艺，包括如下步骤：

1)在地铁结构周边布设多个地下水位观测孔，在基坑四周的围挡边设置截水沟，以拦截地表水；

2)在基坑四周的围挡边的外侧布设多个水位观测点，在基坑内设置降水井，在基坑外设置排水沟，降水井与排水沟之间通过第一水泵连通；

3)在地铁结构与基坑之间，沿地铁结构的隧道的延伸方向，设置多个回灌井以及布设多个用于监测回灌井水位的水位监测井；

4)基坑外设置集水供水沉淀系统，排水沟通过第二水泵连通集水供水沉淀系统，回灌井通过第三水泵连通集水供水沉淀系统；

5)进行降水回灌施工：启动第一水泵将降水井内的水抽排至排水沟，启动第二水泵将排水沟内的水抽排至集水供水沉淀系统中，进行储存和沉淀，通过水位观测点和地下水位观测孔对基坑内水位和地铁结构周边地下水位进行监测，控制地铁结构周边水位下降幅度在2m以内，警戒值为1.5m；

当地铁结构周边水位下降幅度超过2m时，启动第三水泵从集水供水沉淀系统抽水至回灌井内，直至地铁结构周边水位恢复到2m的下降幅度内后，停止第三水泵。

有益效果：通过对基坑、回灌井和地铁结构周边设置水位观测点，可及时的监测沉降动态，及时响应。通过在降水过程中，监控水位下降幅度，及时采取回灌施工，实现了有效防止或减少降水对周围环境的影响，避免产生过大的地面沉降的效果。

在本发明的一些实施例中，步骤2)中，降水井的深度设为进入基地土层5m；

或，降水井的深度设为进入中风化岩2m；

或，降水井的深度设为进入微风化岩2m。

在本发明的一些实施例中，步骤3)中，各回灌井之间的间距为20m。

在本发明的一些实施例中，步骤2)至3)中，回灌井与降水井的距离＞6m。

在本发明的一些实施例中，步骤3)中，回灌井与地铁结构的隧道的边线之间的距离为10m。

在本发明的一些实施例中，步骤3)中，回灌井的施工工艺为，利用地质钻钻孔，孔深至入岩0.5m位置，孔径300mm；

利用直径160mmPVC管制作花管深入孔内，孔口超出地面5cm；

在孔壁与管壁之间设置细石至路面；

在PVC管孔内接进水管洗管；

PCV管包括积水口管道，在积水口管道上连接水表、压力表，最后进行管头封堵。

在本发明的一些实施例中，步骤4)中，集水供水沉淀系统包括相互连通的沉淀池以及储水装置，沉淀池通过第二水泵与排水沟连通，储水装置通过第三水泵与回灌井连通。

在本发明的一些实施例中，步骤4)中，沉淀池为三级沉淀池。

在本发明的一些实施例中，步骤4)中，储水装置还接通有外部自来水管道。

在本发明的一些实施例中，步骤4)中，储水装置包括水位控制阀，集水供水沉淀系统还包括控制器，第一水泵、第二水泵、第三水泵以及水位控制阀均与控制器电连接。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的施工平面示意图；

图2是本发明实施例回灌施工的示意图；

图3是本发明实施例的施工剖面示意图。

附图标记：

10-地铁结构；

11-地下水位观测孔；

12-隧道；

20-基坑；

21-围挡边；

22-水位观测点；

23-排水沟；

24-泄水孔；

30-回灌井；

31-水位监测井；

40-集水供水沉淀系统；

41-第二水泵；

42-第三水泵；

43-沉淀池；

44-储水装置；

45-外部自来水管道；

46-恒压系统；

47-储水管。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

需要理解的是，本文中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“底”、“顶”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本文中，术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本文中，如果有描述到“若干”、“多个”，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

参照图1至图2，本发明实施例提出一种用于复杂溶洞地区保护地铁结构的降水回灌工艺，包括如下步骤：

1)在地铁结构10周边布设多个地下水位观测孔11，在基坑20四周的围挡边21设置截水沟，以拦截地表水，防止地表水流入基坑20内和冲刷边坡。基坑20的围挡边21范围内地面需进行硬化以防止地表水浸入。地表裂缝处应予以封堵，及时排走地势低凹处的积水。

2)在基坑20四周的围挡边21的外侧布设多个水位观测点22，在基坑20内设置降水井，在基坑20外设置排水沟23，降水井与排水沟23之间通过第一水泵连通，第一水泵的进水口和出水口分别通过管道连通至降水井和排水沟23。具体地，降水井的深度设为进入基地土层5m；或，降水井的深度设为进入中风化岩2m；或，降水井的深度设为进入微风化岩2m。

基坑20开挖前进行坑内排水疏干，在不透水层中应提前30天进行预降水，降水后基坑20内水位应在坑底以下0.5m。在基坑20的斜坡处设置泄水孔24，泄水孔24每约400平方米1个。主体结构需顶板覆土后，方可拆除降水井，进行底板降水井孔洞封堵。

3)在地铁结构10与基坑20之间，沿地铁结构10的隧道12的延伸方向，设置多个回灌井30以及布设多个用于监测回灌井30水位的水位监测井31。具体地，各回灌井30之间的间距为20m。回灌井30与地铁结构10的隧道12的边线之间的距离为10m。

在一些实施例中，回灌井30与降水井的距离＞6m。可以理解的是，回灌井30的间距可以根据降水井的间距以及地铁结构10的平面位置选择确定。回灌井30进入稳定降水曲面以下1m，且位于渗透性较好的土层中。回灌井30的滤管的长度大于降水井滤管的长度。回灌水量通过水位监测井31中水位变化进行控制和调节。回灌的水位不超过原水位标高。

具体地，回灌井30的施工工艺为，利用地质钻钻孔，孔深至入岩0.5m位置，孔径300mm；利用直径160mmPVC管制作花管深入孔内，孔口超出地面5cm；在孔壁与管壁之间设置细石至路面；在PVC管孔内接进水管洗管；PVC管包括积水口管道，在积水口管道上连接水表、压力表，最后进行管头封堵。

4)基坑20外设置集水供水沉淀系统40，排水沟23通过第二水泵41连通集水供水沉淀系统40，回灌井30通过第三水泵42连通集水供水沉淀系统40。第二水泵41的进水口和出水口分别通过管道连通排水沟23和集水供水过滤系统。第三水泵42的进水口和出水口分别通过管道连通集水供水沉淀系统40和回灌井30。具体地，集水供水沉淀系统40包括相互连通的沉淀池43以及储水装置44，储水装置44通过储水管47与沉淀池43连通。沉淀池43通过第二水泵41与排水沟23连通，储水装置44通过第三水泵42与回灌井30连通。在一些实施例中，沉淀池43为三级沉淀池43。在一些实施例中，储水装置44还接通有外部自来水管道45。在另一些实施例中，外部自来水管道45连通沉淀池43。如果沉淀池43及储水装置44供水量不足利用市政自来水管道补偿。

储水装置44包括水位控制阀。优选地，储水装置44为储水箱。储水箱采用2～3m³的不锈钢水箱，距离基坑20边距离不小于1倍基坑20开挖深度，按每2～3口井设置一个储水箱，共同做为回灌用的供水端。在一些实施例中，沉淀池43在靠近排水沟23的一端通过管道连通有恒压系统46，利用恒压系统46保证回灌井30供水压力达到0.3Mpa。在一些实施例中，回灌井30通过第二水泵41与恒压系统46连通，从而连通沉淀池43。恒压系统46通过三通阀与排水沟23和回灌井30连通。当需要将回灌井30中的水抽排出来时，转变三通阀，启动第二水泵41将回灌井30中的水抽入至沉淀池43中。

集水供水沉淀系统40还包括控制器，第一水泵、第二水泵41、第三水泵42以及水位控制阀均与控制器电连接。

降水前应先进行抽水试验，以监测降水井的降水能力。在施工过程中遇到降水设计与现场情况不符时，应先进行现场调查分析预测可能出现的问题，并提出修改设计方案，在设计人员同意后由施工人员实施。每个降水井、孔、排水设施调试合格后，方应进行降水检验。全部降水井、排水设施经过降水检验后，尚应做好降水监测与维护。

降水检验前应统测一次地下水位。抽水开始后，到达设计水位前，应每天观测三次水位、出水量；达到设计水位趋于稳定后，每天观测一次。

降水期间应对抽水设备和运行状况进行围护检查，每天检查不应少于3次，发现问题及时处理，使抽水设备始终处于正常运行状态。

降水施工中应配备双电源，抽水设备应进行定期保养，降水期间不得随意停抽。发生停电时，应及时更新电源，保证正常降水。

降水施工前应进行降水试验，以便施工过程中及时调整设计方案，满足工程施工要求和确保降水设计安全合理；同时降水井施工和运转应有专业队伍负责。垫层完成后利用降水井作泄水井，待主体结构完成并覆土，上部荷载足以承受地下水浮力后，方可拔除井点管、进行井点封堵。

管井抽水开泵后30min取水样测试，其含砂量应小于150000；长期运行的含砂量应小于100000，否则应停抽采取措施减少水中的含砂量。

施工期间应注意地面和基坑20内的引排水，在雨季施工时，应准备一定余量的抽水设备，及时排水，确保工程的安全和设备的正常运转，做到大雨后能立即复工。另外，基坑20内可根据实际情况设置临时排水沟和集水井。

5)进行降水回灌施工：启动第一水泵将降水井内的水抽排至排水沟23，启动第二水泵41将排水沟23内的水抽排至集水供水沉淀系统40中，进行储存和沉淀，通过水位观测点22和地下水位观测孔11对基坑20内水位和地铁结构10周边地下水位进行监测，控制地铁结构10周边水位下降幅度在2m以内，警戒值为1.5m；

当地铁结构10周边水位下降幅度超过2m时，启动第三水泵42从集水供水沉淀系统40抽水至回灌井30内。通过回灌水形成一道隔水帷幕，从而阻止或减少回灌井30外侧的地铁结构10地下水流失，从而使地下水位基本保持不变，这样就不会因降水使地基自重应力增加而引起地面沉降。回灌水直至地铁结构10周边水位恢复到2m的下降幅度内后，停止第三水泵42。可以理解的是，在实际施工过程中，回灌的水量要适当，过小无效，过大会从边坡或钢板桩缝隙流入基坑20。

可以理解的是，在实际施工过程中，可采用降低降水速度来防止或减少降水对周围环境的影响，避免产生过大的地面沉降。使降水速度减缓的方法有，可将降水井的管加长，减缓降水速度，防止产生过大的沉降。亦可在降水过程中，调小第一水泵，减缓抽水速度。还可在邻近地铁结构10的一侧，将降水井的管间距加大，需要时甚至暂停抽水。为防止抽水过程中将细微土粒带出，可根据土的粒径选择滤网。另外确保降水井管周围砂滤层的厚度和施工质量，亦能有效防止降水引起的地面沉降。在基坑20内部降水，掌握好滤管的埋设深度，如支护结构有可靠的隔水性能一方面能疏干土壤、降低地下水位，便于挖土施工，另一方面又不使降水影响到基坑20外面，造成基坑20周围产生沉降。

在降水过程中，由于随水流带出部分细微土粒，再加上降水后土体的含水量降低，使土壤产生固结，因而会引起周围地面的沉降，在建筑物密集地区进行降水施工，如因长时间降水引起过大的地面沉降。本发明用于复杂溶洞地区保护地铁结构的降水回灌工艺实现了，防止或减少降水对周围环境的影响，避免产生过大的地面沉降。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于复杂溶洞地区保护地铁结构的降水回灌工艺，其特征在于，包括如下步骤：

1)在地铁结构周边布设多个地下水位观测孔，在基坑四周的围挡边设置截水沟，以拦截地表水；

2)在基坑四周的围挡边的外侧布设多个水位观测点，在基坑内设置降水井，在基坑外设置排水沟，降水井与排水沟之间通过第一水泵连通；

3)在地铁结构与基坑之间，沿地铁结构的隧道的延伸方向，设置多个回灌井以及布设多个用于监测回灌井水位的水位监测井；

4)基坑外设置集水供水沉淀系统，排水沟通过第二水泵连通集水供水沉淀系统，回灌井通过第三水泵连通集水供水沉淀系统；

5)进行降水回灌施工：启动第一水泵将降水井内的水抽排至排水沟，启动第二水泵将排水沟内的水抽排至集水供水沉淀系统中，进行储存和沉淀，通过水位观测点和地下水位观测孔对基坑内水位和地铁结构周边地下水位进行监测，控制地铁结构周边水位下降幅度在2m以内，警戒值为1.5m；

当地铁结构周边水位下降幅度超过2m时，启动第三水泵从集水供水沉淀系统抽水至回灌井内，直至地铁结构周边水位恢复到2m的下降幅度内后，停止第三水泵。

2.根据权利要求1所述的用于复杂溶洞地区保护地铁结构的降水回灌工艺，其特征在于：步骤2)中，降水井的深度设为进入基地土层5m；

或，降水井的深度设为进入中风化岩2m；

或，降水井的深度设为进入微风化岩2m。

3.根据权利要求1所述的用于复杂溶洞地区保护地铁结构的降水回灌工艺，其特征在于：步骤3)中，各回灌井之间的间距为20m。

4.根据权利要求1所述的用于复杂溶洞地区保护地铁结构的降水回灌工艺，其特征在于：步骤2)至3)中，回灌井与降水井的距离＞6m。

5.根据权利要求1所述的用于复杂溶洞地区保护地铁结构的降水回灌工艺，其特征在于：步骤3)中，回灌井与地铁结构的隧道的边线之间的距离为10m。

6.根据权利要求1所述的用于复杂溶洞地区保护地铁结构的降水回灌工艺，其特征在于：步骤3)中，回灌井的施工工艺为，利用地质钻钻孔，孔深至入岩0.5m位置，孔径300mm；

利用直径160mmPVC管制作花管深入孔内，孔口超出地面5cm；

在孔壁与管壁之间设置细石至路面；

在PVC管孔内接进水管洗管；

PCV管包括积水口管道，在积水口管道上连接水表、压力表，最后进行管头封堵。

7.根据权利要求1所述的用于复杂溶洞地区保护地铁结构的降水回灌工艺，其特征在于：步骤4)中，集水供水沉淀系统包括相互连通的沉淀池以及储水装置，沉淀池通过第二水泵与排水沟连通，储水装置通过第三水泵与回灌井连通。

8.根据权利要求7所述的用于复杂溶洞地区保护地铁结构的降水回灌工艺，其特征在于：步骤4)中，沉淀池为三级沉淀池。

9.根据权利要求7所述的用于复杂溶洞地区保护地铁结构的降水回灌工艺，其特征在于：步骤4)中，储水装置还接通有外部自来水管道。

10.根据权利要求9所述的用于复杂溶洞地区保护地铁结构的降水回灌工艺，其特征在于：步骤4)中，储水装置包括水位控制阀，集水供水沉淀系统还包括控制器，第一水泵、第二水泵、第三水泵以及水位控制阀均与控制器电连接。

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