地下水综合治理的实践

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,上海广联建设发展有限公司,上海广联建设发展有限公司,SHANGHAI GUANGLIAN CONSTRUCTION,DEVELOPMENT CO., LTD,地下水综合治理的实践,2013,年,4,月,1,1,、问题的提出,1.1,面临的工程问题,基坑规模：面积已达万平米，开挖深度已达米（坑底已到承压含水层）；,水文地质条件：含水层厚度达米，渗透系数达，多层含水层之间（由于天窗）水力联系紧密；,环境保护要求：运营地铁总的沉降控制标准：，对降水诱发的沉降要求更高；,1.2,问题的分析,降深要求,:,越来越大,;,降水时间,:,越来越长,;,每日抽水量：超过万,风险,:,越来越高,;,降水诱发的沉降大,;,水头恢复速率快,;,供电、排水等要求高。,城市中深基坑施工不仅要求将水头控制在安全线以下，以确保,基坑本体,的安全；而且对周围建构筑物有着严格的沉降控制要求，以确保,周边环境,的安全。,1.3,解决思路,地下水综合治理,工程实践迫切要求承压水控制思路从以往的单纯的“水位控制”转变为“综合治理”,即,从勘察、设计、施工全过程入手，建立“以水位控制为前提、以沉降控制为核心”,的承压水综合治理体系，以保证大规模地下空间开发过程中城市功能的正常运作和社会生活的安定。,、工程案例,6,宜山路,内环线高架,凯旋路,案例：工程概况,平面,位置,站长,285.80,米，标准段宽,21.2,米。,标准段基坑,开挖最深为,27.9m,，端头井最深为,30.6m,。,车站主体地下墙厚,1.2m,，原设计标准段地下墙深,48m,，端头井,51m,深。,工程简介,复杂的周边环境,由封堵墙分为,4,个基坑,施工流程,Z1-Z2-Z4+Z3,地质特点：,6,层缺失；,5,层粉,/,粘亚层交错沉积；微承压含水层复杂，、两个承压含水层相连。,复杂的地质条件,地质特点：,6,层缺失；,5,层粉,/,粘亚层交错沉积；微承压含水层复杂,复杂的地质条件,针对性的地质条件补勘,现有资料的局限性,Z3,基坑东端头井东侧,2-2,层尖灭点位置为推测尖灭点，无法确定基坑内,2-2,层分布，影响降水设计。,补勘点平面图,补勘点后地质剖面,针对性的地质条件补勘,以沉降控制为中心的现场降水试验,试验目的,参数反演,调查降水过程中的各土层之间的水力联系及固结沉降规律,通过不同滤管长度的降压井抽水能力对比，找出最优化的降压井结构。,现场降水试验井平面图,设施：,降压井群,观测井群,Y1,Y3:,滤管深入,7,层中，长度分别为,11m,，,9m,，,7m,。,以沉降控制为中心的现场降水试验,设施：,降压井群,观测井群,监测系统,以沉降控制为中心的现场降水试验,现场降水试验井平面图,现场降水试验成果,1,经三角堰水箱测量，三口滤管长度分别为,11m/9m/7m,的降压井，流量大致相当，水量与滤管长度并非直接相关，而与井点工艺和施工过程控制更为密切。,水量,水位,以沉降控制为中心的现场降水试验,2,经过数值拟合计算，求得场地的水文地质参数。可见含水层的垂直渗透系数与水平渗透系数是存在较大差异的。,参数计算方法,水平渗透系数,Kh,垂直渗透系数,Kv,导水系数,T,导压系数,A,越流因子,Br,影响半径,R,(md),(m,2,d),(m),Y1,3.8,1.3,228,66866,775,383,Y2,4.2,2.0,252,43533,720,713,Y3,3.8,1.7,228,53533,730,583,群井,3.6,1.8,216,56866,760,842,平均,3.85,1.7,231,55200,746,630,以沉降控制为中心的现场降水试验,现场降水试验成果,3,确认第层最下部的亚层（东部为,2-2,层，西部为,3-2,层）与,7,层存在一定的水力联系，但其水位的降低存在一定滞后性。,7-2,层,7-1,层,5-3-2,层,其他各层,现场降水试验成果,以沉降控制为中心的现场降水试验,4,80m,范围内地面沉降成明显的,“,盆形,”,沉降，且反应比较迅速，邻近建构筑物也有较为明显的反应。,现场降水试验成果,以沉降控制为中心的现场降水试验,“,降水最小化,”,的降水设计和施工,“,分层降压,”设计理念,根据前期降水试验，,3-2,层与下部层存在水力联系，但垂向补给较慢。,如果在此土层中布设井点，即使抽水量不大，也能够消除承压性，此时,3-2,层可视作有效的隔水层，从而大幅度减小降深。这一理念我们称之为,“,分层降压,”,。,不同设计理念最大设计降深,不分层降压,分层降压,Z1,17m,6m,Z2,16m,7.7m,Z4,20.4m,6.5m,“,分层降压，分层控制,”设计理念,“,降水最小化,”,的降水设计和施工,在,Z1,基坑内设置,3-2,层疏干兼降压井，基坑外设置层降压井，降压井最大设计降深由,17m,压缩到仅,6m,，开两口井就足以满足要求，大大减少了诱发的沉降。,“,分层降压,”设计理念,“,降水最小化,”,的降水设计和施工,严格按工况降水，制定降水工况表，按计算要求，逐根开启井点，仅提前,1,天降水。,“,按需降水,”,即根据深基坑实际开挖工况和回筑工况，动态地确定承压水降深，以减小周围地层沉降。,“按需降水”理念,“,降水最小化,”,的降水设计和施工,“按需降水”理念,“,降水最小化,”,的降水设计和施工,Z1,段基坑应用了分层降压与按需降水后，其降水仅持续,61,天，开挖阶段降水仅,17,天，其中最大降深持续的时间仅,9,天,回筑阶段降水,44,天。,Z1,段基坑施工对周围环境的影响是非常小的，地表最大沉降仅为,18.8mm,，西侧,25m,外内环线高架的沉降仅为,4.8mm,。,优化成果：,根据前期现场降水试验结果，表明在一定的滤管长度下，降压井出水量与滤管长度并非直接相关，而与井点工艺和施工过程控制更为密切。,根据场地的地质条件及施工因素综合考虑，降压井滤管长度优化至,8m,。,围护,-,降水一体化设计,优化降水井结构,优化围护深度,对,Z3,基坑围护深度制订了,7,个计算方案。其中原设计方案,地下墙均未插入含水层，称为方案,1,；仅加深端头井地下墙的方案成为方案,2,，其中地下墙深度分别取,60/61/62m,，称为方案,2-1,2-3,；端头井和标准段全部加深的方案称为方案,3,，其中地下墙深度分别取,60/61/62m,，称为方案,3-1,3-3,。,优化计算围护深度,图,5.4-4,方案,1,降深等势线,图,5.4-6,方案,3-3,降深等势线,方案,1,方案,1,降深等势线,坑内外最小水头差为,3.96,m,，,坑外最大水位降落达到,13.04m,。,围护,-,降水一体化设计,优化计算围护深度,图,5.4-4,方案,1,降深等势线,图,5.4-6,方案,3-3,降深等势线,方案,2-3,降深等势线,坑内外最小水头差为,7.06,m,，,坑外最大水位降落达到,9.91m,。,围护,-,降水一体化设计,优化计算围护深度,图,5.4-4,方案,1,降深等势线,图,5.4-6,方案,3-3,降深等势线,方案,3-3,降深等势线,围护,深度,坑外最大,降深,60,61,62,5.43,4.52,1.04,方,案,3-1,3-2,3-3,围护,-,降水一体化设计,井深：,优化计算围护深度,图,5.4-4,方案,1,降深等势线,图,5.4-6,方案,3-3,降深等势线,方案,3-3,降深等势线,在平衡各类因素后，端头井部位采用62m深地下墙，标准段部位采用61m地下墙的方案，能够满足环境保护要求，且造价相对低廉，易于被各方接受。,围护,-,降水一体化设计,围护加深后实施效果,Z4,基坑单独降水、,Z4,和,Z3,同时降水和,Z3,单独降水三种工况,两个基坑同时降水与,Z4,基坑单独降水差异不大，说明,Z3,基坑地下墙加深的阻隔作用非常明显，证明了三维渗流计算的准确性。,Z3,基坑面积达,1800m,2,，仅开启,1,口井，水量控制在,20T/hr,，就可达到设计降深,16m,，此时该井点仅启用了,50%,的降水能力。,围护,-,降水一体化设计,围护加深后实施效果,图,5.4-4,方案,1,降深等势线,图,5.4-6,方案,3-3,降深等势线,由于孔隙水压力变化很小，附近的地铁,3,号线在施工过程中沉降仅,6mm,。,围护,-,降水一体化设计,案例：,杭州地铁,1,号线江南风井承压水减压降水,33,附属结构,盾构区,江南风井平面图,江南风井剖面图,盾构区：,挖深：,29.271m,地墙深,：,48.00m,附属结构：,挖深：,14.871m,，,地墙深,26.50m,杭州地铁,1,号线江南风井承压水减压降水,35,工程特征,钱塘江南岸深层承压含水层主要分布于深部的层细砂、圆砾层中，水量丰富；,基坑面积小、深度大；地下连续墙进入承压含水层顶板以下约,4.00m,；,在地墙深度范围内，地墙对承压水渗流具有显著阻隔效应，即：连续墙底以上，基坑内、外侧的深层承压含水层呈半连通状态。,5,杭州地铁,1,号线江南风井承压水减压降水,36,承压水降水措施,针对本工程特征及围护结构与深层承压含水层的相对埋深关系、场地水文地质条件，采用坑内降水措施。,坑内减压井结构：过滤器长,4.00m,，底端埋深,48.00m,，不超过地墙底端埋深。,坑内减压井数量：布置,4,口井进行按需减压降水；布置,1,口观测兼备用井，用于监测承压水位控制效果、降水安全储备。,地层剖面、基坑剖面与减压降水井结构,盾构区深基坑减压降水井平面布置图,减压降水井,4,口,观测兼备用井,1,口,5,杭州地铁,1,号线江南风井承压水减压降水,39,群井抽水试验结果,坑内,4,口井（,Y1Y4,）连续抽水,8,小时后，坑内承压水位埋深趋于稳定。,坑内承压水位可降至地面下,27.24m,深度处，水头降深达到,17.44m,，满足基坑明挖所需的安全承压水位埋深控制要求。,坑外水位降深：距地墙,13.50m,处，坑外水位观测孔内的最大承压水位降深为,1.91m,。,5,杭州地铁,1,号线江南风井承压水减压降水,40,群井抽水试验结果,(,续,),群井抽水试验结果统计表,抽水试验,编 号,开启,抽水井编号,坑内观测井,(YG1),承压水位降深,(m),坑外观测井,(G1),承压水位降深,(m),1,Y2,3.80,0.66,2,Y2,、,Y3,7.07,1.05,3,Y2,、,Y3,、,Y4,15.17,1.69,4,Y2,、,Y3,、,Y4,、,Y1,17.44,1.91,备 注,1,、坑外观测井,(G1),与地墙水平距离为,13.50m,；,2,、初始承压水位埋深为,9.80m,。,杭州地铁,1,号线江南风井承压水减压降水,41,结论,基坑外侧的承压地下水位降深较小，证明了地下连续墙对地下水渗流的阻隔作用。,对于深基坑承压水降水，必须采取自动化风险预控措施：,采用双电源及断电自动应急措施，保证降水持续进行；,采取专门封井措施，确保主体结构的正常使用。,保证成井质量是该工程降水成功的重要前提。降水井过滤器较短，关键是要保证单井出水量。,承压水降水运行风险控制系统,承压水流量大、水位恢复速度快-要求持续抽水，避免长时间中断抽水,针对主要风险源，研制风险控制系统,42,承压水降水运行风险控制系统,针对主要风险源，研制风险控制系统；,采用自动控制系统，保证应急反应迅速,43,承压水降水运行风险控制系统,1,、智能化数据采集与远程实时监控系统,及时了解降水效果与掌控水位异常,44,承压水降水运行风险控制系统,2,、工程降水自动预警系统,保证应急反应迅速,45,承压水降水运行风险控制系统,3,、断电自动应急系统,-,保证电源中断不超过,100s,数分钟,电控中心，控制电源切换与延时启动抽水泵,市电,备用电源,46,承压水降水运行风险控制系统,4,、备用井自动启动系统,针对抽水设备异常、水位异常，确保控制安全水位埋深,自动控制箱，预设控制指令,水位自动采集,备用井内的抽水泵,47,案例：长江西路越江隧道浦西工作井,层降水,上海长江西路隧道是目前上海市内在建的特大交通配套工程之一。,拟建浦西工作井位于宝山段，基坑面积约,1800m2,基坑开挖深度,达到了,35.55m,，止水帷幕深度为,57.0m,未进入第二承压含水层。,本基坑距正在运行的轨道交通,3,号线离约为,29m,，距逸仙路高架约,50m,且工作井周边管线众多，环境要求高。,隔水层（层）,层含水层,初始水位,水文地质条件,周边环境,基坑抗突涌稳定性分析,工程位置,开挖标高,（,m,）,水压力,（,kpa,）,土压力,（,kpa,）,需降深（,m,）,控制水位,埋深（,m,）,浦西工作井,-29.65,556.50,437.21,11.36,16.46,工作井下翻梁,-31.55,401.39,14.77,19.87,PX29,-25.780,-25.156,506.82,518.99,3.57,4.73,8.67,9.83,PX28,-25.156,-24.757,518.99,525.93,2.91,3.57,8.01,8.67,专项水文地质抽水试验,a,回灌试验,b,降水,-,回灌一体化设计,c,降水试运行,降水试行,试验目的,测定第层承压含水层的水文地质参数,2,确定第层承压含水层试验井的单井出水量,3,分析第层承压含水层施工降水断电风险,4,测定第层承压含水层的初始水位,1,专项水文地质抽水试验,Y9-1,Y9-3,18.7m,4.5m,3m,26.8m,Y9-1,Y9-2,Y9-1,58m,深,1200mm,地下墙,D850,三轴搅拌加固深,35m,轻轨立柱承台,PFC,桩深,60m,9,层土降压试验井点,25m,20m,25m,23m,70m,试验布置,18.7m,33.5m,23m,Y9-3,Y9-1,Y9-2,50,吨水泵,65m,26.35m,3.94m,0.27m,5.1m,Y9-1,单井抽水,48,小时（,2011.4.18 9,：,354.20 9,：,35,）单井水量,45.7,方,/,小时,抽水井动水位降深,观测井水位降深,第,1,组单井试验,18.7m,33.5m,23m,100,吨水泵,65m,53.15m,3.24m,5.1m,6.46m,5.1m,6.46m,5.1m,53.15m,6.46m,5.1m,3.24m,53.15m,6.46m,5.1m,Y9-2,换,100,方大泵单井抽水,24,小时（,2011.4.25 12,：,004.26 12,：,00,）出水量,110,方,/,小时。,第,2,组单井试验,18.7m,33.5m,23m,26m,100,吨水泵,50,吨水泵,65m,65m,4.72m,53.75m,5.1m,29.65m,Y9-1 50,方泵,Y9-2 100,方大泵群井抽水,72,小时（,2011.4.26 16,：,004.29 16,：,30,）出水量，,Y9-1 45.7,方,/,小时，,Y9-2 110,方,/,小时。,第一组群井试验,Y9-2,停抽后初期观测井,Y9-1,、,Y9-3,均恢复很快，其中：,Y9-1,前,6,分钟内水位恢复了降深值的,62.36%,；,30,分钟内水位恢复恢复至初始水位,此后水位继续回升最终稳定至埋深,5.5m;,Y9-3,前,10,分钟内水位恢复了,1.0m,，恢复了降深值的,34.48%,；,15,分钟内水位恢复了,1.45m,，恢复了降深值的,50%,；,200,分钟内水位基本恢复至初始水位,水位恢复试验,试验结论,9,层承压含水层的初始水位埋深为,5.1m,与勘察时期所得差别大,;,9,层承压含水层试验井单井出水量约为,80,110m3/h;,9,层承压含水层的渗透系数大，约为,9.5m/d;,施工运行期间，断电，停泵后的降水风险巨大,。,试验目的,分析现有回灌井的回灌效果，进一步优化回灌井结构设计,2,分析回灌井单井回灌能力及回灌效率,1,回灌试验,试验布置,回灌试验,HG1,回灌试验,HG1,回灌试验,HG1,抽水，,-,、,3,降深,.,、,3.36,，,HG4,回灌,、,3,抬升,0.63M,、,2.2,1.,本次单井回灌试验中，采用定流量进行回灌，回灌井内压力前期增长迅速，后期将稳定在某一压力下。,回灌试验结论,2.,在单井回灌试验中，最近的观测井水位抬升了,3.66m,60m,外的观测井水位抬升了,0.63m,可见回灌是可以有效抬升地下水水位的。,3.,两口井无压回灌中，因回灌流量小，致使回灌影响的面积小，本次试验的影响半径约为,60m.,地下水控制难点,本地区,层含水层的渗透系数大，单井出水量，整个施工运行期间最大出水量预估达到了,500 m,3,/h,，因而对于排水系统的布设是本工程的难点；,本区含水层水位恢复迅速，如降水施工期间泵停止转动，则对施工存在巨大的安全风险；,降水施工期间，每口井均需采用,100 m,3,/h,的水泵抽水，高峰期将采用,6,口,100 m,3,/h,的水泵抽水，致使用电量大大增加；,本此降水中第,层含水层的最大水位降深达到,14.03m,，水位降深幅度大，而轻轨,3,号线离工作井只有,30m,间距，降水期间该处沉降控制是本工程的最大难点。,方案比选,方案一,方案二,方案三,方案四,方案四,最大降深约,5.0m,最大沉降约为,9.5mm,，最大沉降差,0.5mm/20m,。,方案选择,在满足基坑降水要求的前提下，方案四在降压井运行期间预计在轨道交通,3,号线所在位置环境影响相对最低，且通过多井小流量抽水可以大大提高降水运行的防风险能力，,因此最终选择了方案四为本工程的实际施工方案,降水,/,回灌工作量,试验目的,确定开挖至底板时降压井和回灌井的开启井位，验证降水效果,2,确定开挖至下翻梁时降压井和回灌井的开启井位，验证降水效果,3,实测回灌井的回灌效果和工程降水效果,4,依据单井出水量，判断降压井的成井质量,1,降水试运行,1,、水头，,2,、沉降,工况条件试运行的必要性,2,运行过程中的按需降水,3,工程降水风险控制系统的应用,4,专项水文地质试验的必要性,1,工程经验总结,1,、,目的：水位控制确保基坑安全，沉降控制确保环境安全。,2,、系统思维：从勘察、设计、施工、监测（水位和环境）全过程入手，解决问题。,3,、精心设计： 降水围护一体化设计,充份发挥帷幕的绕流作用,考虑地层渗透的各向异性,人工回灌,事先的数值模拟和成井后的现场试验相结合,4,、加强施工质量控制和验收，开挖前必须进行试运行,5,、采用自动化的风险控制系统,6,、重视环境监测。,3,、基坑地下水综合治理系统,感谢大家！,欢迎批评指正！,上海广联建设发展有限公司,Shanghai Guanglian Construction Development Co., Ltd.,77,