专利名称：高精度承压水降深控制施工方法
技术领域：
本发明涉及一种工程降水的施工方法，尤其涉及一种高精度承压水降深控制 的施工方法，是保证基坑工程安全开挖和保护周边环境的有效措施，属于建筑工 程领域。
背景技术：
在地下空间开发的过程中，基坑开挖深度越来越深。很多深基坑由于基坑开 挖卸载后，坑底覆土厚度不足以抵抗承压水突涌和坑底隆起的作用力，需要抽降 地下承压水以保证基坑的安全。 一直以来，人们对抽條承压水的水位控制的认识 存在偏差，认为只要打设足够多的井点，将承压水抽到安全值以下即可，因而， 常常存在着较大的超降，对周边环境影响比较大，建筑和地表均产生较大沉降。 而随着工程周边环境保护要求越来越高，大规模、大降深、长时间的抽承压水对 周边环境的影响已是工程施工面临的难点，在满足基坑开挖安全的前提下，如何 最大限度减少承压水的降深和出水量是对周边环境保护的关键技术d
经对现有技术的文献检索发现《中国科技信息》2005年16期《大型地铁站 深基坑降水施工技术研究》中提到"由基坑底板的稳定条件基坑底板至承压含 水层顶板间的土压力应大于承压水的顶托力，计算得基坑开挖阶段承压水位需降 低值根据计算，在基坑的不同部位开挖到危险深度时，应开启相应部位的降压井 进行抽水，并及时观测相邻部位停抽井的实测水位深度(即需降承压水的水头高 度)来调整是否需增开相邻部位的降压井"。可见，目前现有承压水降深控制方法 是根据施工规范要求考虑足够的安全系数，由基坑底的覆土厚度计算出保证基坑 安全的承压水降深，通过打设并开启足够的深井井点，通过人工观测承压水的降 深达到计算值以下，通过增开或关闭井点来调节降深，以满足基坑开挖的要求。
现有承压水降深控制技术存在着几方面的问题1)按常规地质勘测资料， 考虑最不利的情况下，计算承压水的降深，可保证基坑安全，但对周边环境影响 比较大；2)通过开启或关闭某个井点来控制降深，往往遇到少降或超降的情况，承压水少降危及基坑安全，承压水超降对周边环境影响较大；3)承压水水位恢 复极快(平均10分钟恢复1米)，人工观测频率和精度不能满足降深控制和预警 的要求；4)要观测承压水水位，必须打设深井，成本比较高。
发明内容
本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供了一种高精度承压水降深控制的方 法，先通过针对性补勘来准确计算承压水降深，再通过自动水位监测系统和变流 量抽水装置相结合来控制降深，以减少抽水量，减少对周边环境的影响。
本发明是通过以下技术方案实现的先针对地质资料不详或复杂区域进行施 工补勘，根据补勘资料计算承压水的降深；然后施工承压井井点，安装变流量抽 水装置；在基坑周边或井点内埋设水压传感器，通过采集器将频率信号转换为数 字信号，经电脑处理后形成水位控制信息；开启承压水井点，同时观测电脑形成 的实时降深曲线和数据，指导变流量调节装置调节井点的出水量，来控制承压水 的降深(承压水的抽水量与抽水范围内的降深有一一对应关系)，最终达到控制 的降深值。
以下对本发明进一步描述，方法的具体步骤如下
1、 施工补勘确定降深进行降水区域内的施工补勘，准确确认承压水的埋 深和水头，按施工规范要求的安全系数计算基坑开挖的不同深度工况下的承压水 的不同降深Ln(n为不同的工况)。
2、 承压井井点施工根据地质水文情况，确定合理承压井结构，按相关规
范要求施工承压井井点。
3、 变流量抽水装置的安装在井管内放入变流量抽水泵，通过控制功率来 控制出水量，或者采用对固定流量泵进行限流的方式来控制出水量，进而控制其 降深。
4、 自动水位监测系统在基坑内离降水井最远位置埋设传感器，通过采集 器将频率信号转换为数字信号，经电脑处理后形成水位控制信息。
5、 承压水降深控制根据基坑的分层开挖深度，在开挖需要降承压水的土 层时，开启深井井点，同时通过自动监测系统观测承压水的降深，待水位初步稳
定后，将所测得的降深与所需要降深Ln相比较，如发现少降或超降，则开启变
4流量抽水装置，调整出水量，多次观测和调节最终调节满足降深要求。根据计算 的降深Ln设置报警值，数据超出报警值后自动报警。
数字信号经电脑处理形成实时水位信息后，其频率可以达到1次/秒。 该方法可以连续调节承压水降深，达到精确控制降深的目的。 该方法可在深井井点内埋设传感器或在承压水土层内埋设传感器，代替以往 的打设深井井点来进行人工水位观测，根据需要设置观测频率。传感器的埋设方 法采用钻孔设备钻至设计深度，将预先校正的传感器埋设至此深度，在其上回填 粘土球，隔断其它土层水压对仪器的影响。
本发明具有突出的实质性特点与显著的进步，通过详细补勘后减小安全系 数，减少承压水降深，进而减少对周围环境的影响；通过高精度水位控制，避免 了超降或少降，既保证基坑安全，又减少对环境的影响；水位的监测精度高，并 可以及时报警，完全可以满足基坑安全施工的要求；本发明避免打设井点，其成 本约为打井的15%。因而，本发明即保证基坑和环境的安全，又节省了成本。
具体实施例方式
下面对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下 进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限 于下述的实施例。
上海某地铁车站为地下四层结构，围护结构深62m，进入含水层上部，基坑 开挖深度达29. 71m，设9道支撑。工程建址地层中⑥层土缺失，⑦层为承压含 水层，⑤层微承压含水层和⑦层承压水层存在复杂的水力联系，车站周边除了 0.5倍基坑开挖深度范围内分布着1幢高层建筑、多幢多层建筑外，轨道交通高 架区间线路距基坑间距仅7m。根据要求，轨道的差异沉降要求2mm，控制要求非 常高。根据前期的抽水试验，抽承压水对周边建筑、地表、轻轨的影响比较大， 因而，在其它条件限定的情况下，控制承压水的降深是抽承压水的关键。就车站 东端井的承压水降深控制的施工工艺如下
1)施工补勘确定降深在东端井范围内进行钻孔取土和静力触探方式的施 工补勘，根据地质资料承压水顶为-41m，实测原始水位为-9m。根据基坑底板的
稳定条件基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于承压水的顶托力。艮P:
5HXYs^FsXY Xh (式中H —基坑底至承压含水层顶板间距离(m); Ys — 基坑底至承压含水层顶板间的土的重度(kN/m3);h —承压水头高度至承压含 水层顶板的距离(m); Y,—水的重度(kN/m3)，取10kN/mS Fs _安全系数， 取1.05),根据开挖工况，基坑开挖第八、九、十层土方时，控制的降深分别为 Ll=6. 68ra、 L2=11.87m、 L3=15. 72m。
2) 承压井井点施工根据地质水文对井点结构进行设计，按规范要求施工， 其中包括①井点布置东端头井基坑内成布设3 口⑦层降压井，井成三角形布置， 井深59m。②成孔工艺按成孔工艺要求测放井位、埋设护口管、安装钻机、钻 进成孔、清孔换浆。③井点安装管井深59m，井管直径①273誦，壁厚6腿， 滤网总长8m，位于埋深50 58m;滤网以下lm为沉淀管，位于埋深58 59m; 滤网以上为井壁管，井管外40 59m处按《供水水文地质勘察规范》要求人工填 砂；35 40m处填粘土球；0 35m处填粘土。
洗井、安泵试抽，达到出水量约 50T的要求。
3) 变流量抽水装置的安装在每口井上安装变流量抽水装置在固定流量
泵的出水管口安装三通回水装置，分别接出至排水沟和接入至井管内，在出水和 回水管上安装阀门以控制流量，通过调节两个阀门来控制出水量，进而控制其降 深。
4) 自动水位监测系统:在东端井两个转角处和封头墙两侧总共埋设4个55m 深的孔隙水压计，并在基坑内一口备用井内放置孔隙水压计，位于地下30m处(保 证其位于水中)，孔隙水压计的数据线接至数据中心，采集器将频率信号转换为 数字信号，经电脑处理形成5条实时数据曲线均在零的位置，观测频率可设置为 1秒，但现场设置为10秒已经可以满足要求。
5) 承压水降深控制先设置水位监控系统的报警值为L^6.68m，基坑开挖 第八层土之时，开启基坑的两口井点，5分钟后观测其降深已超过要求的降深 Ll=6.68m，因而开启变流量抽水装置，减少出水量，以减小降深，再经过2次(10 分钟)的观测，降深仍有偏差，再进行微量调节，以此类推，最终降深控制在 6.70m;在开挖第九层之间，设置报警值为L2=11.87m，在开启两口井点的前提 下，再通过调节变流量抽水装置，增加抽水量，使水位控制11.90m;在开挖第 十层土之前，设置报警值为L3-15.72m，在开启两口井点的前提下，再通过调节变流量抽水装置，增加抽水量，使水位控制在15. 75，严禁超降，每次降深控制 在士5cm之内，在超过报警值时，系统会自动报警，再进行变流量抽水装置调节, 以满足降深的要求。
通过控制承压水降深，在满足安全开挖要求的情况下，尽可能少降少抽承压 水，即保证了基坑的安全开挖，又尽可能的减少了抽承压水对周边环境的影响， 保证了轻轨的安全正常运营。
权利要求
1、一种高精度承压水降深控制施工方法，其特征在于主要施工步骤如下1)施工补勘确定降深进行降水区域内的施工补勘，准确确认承压水的埋深和水头，按施工规范要求的安全系数计算基坑开挖的不同深度工况下的承压水的不同降深Ln(n为不同的工况)；2)承压井井点施工根据地质水文情况，确定合理承压井结构，按相关规范要求施工承压井井点；3)变流量抽水装置的安装在井管内放入变流量抽水泵，通过控制功率来控制出水量，或者采用对固定流量泵进行限流的方式来控制出水量，进而控制其降深；4)自动水位监测系统在基坑内离降水井最远位置埋设传感器，通过采集器将频率信号转换为数字信号，经电脑处理后形成水位控制信息；5)承压水降深控制根据基坑的分层开挖深度，在开挖需要降承压水的土层时，开启深井井点，同时通过自动监测系统观测承压水的降深，待水位初步稳定后，将所测得的降深与所需要降深Ln相比较，如发现少降或超降，则开启变流量抽水装置，调整出水量，多次观测和调节最终调节满足降深要求；根据计算的降深Ln设置报警值，数据超出报警值后自动报警。
2、 根据权利要求1所述的高精度承压水降深控制施工方法，其特征在于 数字信号经电脑处理形成实时水位信息后，其频率可以达到1次/秒。
3、 根据权利要求1所述的高精度承压水降深控制施工方法，其特征在于 可以连续调节承压水降深，达到精确控制降深的目的。
4、 根据权利要求1所述的高精度承压水降深控制施工方法，其特征在于可在深井井点内埋设传感器或在承压水土层内埋设传感器，代替以往的打设深井 井点来进行人工水位观测，根据需要设置观测频率。
5、 根据权利要求4所述的高精度承压水降深控制施工方法，，其特征在于传感器的埋设方法采用钻孔设备钻至设计深度，将预先校正的传感器埋设至此深 度，在其上回填粘土球，隔断其它土层水压对仪器的影响。
全文摘要
一种通过自动信息化系统和变流量水量控制系统相结合来控制承压水降深的施工方法，属于建筑工程领域。本发明是施工详勘基础上，准确计算承压水降深，采用自动信息化系统采集承压水的降深和变流量抽水装置相结合，通过监测降深来调节出水量，最终达到承压水降深控制，既保证基坑安全，又最大限度减少抽承压水对周边环境的影响，采用信息化、网络化施工，自动化预警，降低施工成本，加强施工管理，尤其适用于地下工程需要抽承压水而周边环境保护要求较高的地区。
文档编号E02D19/00GK101469544SQ200710173350
公开日2009年7月1日 申请日期2007年12月27日 优先权日2007年12月27日
发明者娄荣祥, 朱雁飞, 杨国祥, 尉 沈, 潘伟强 申请人:上海隧道工程股份有限公司