管井井点自动降水系统在南水北调工程中的应用

工程概况

金水河渠道倒虹吸工程位于郑州市二七区齐礼阎乡黄岗寺村西约300 m处，属沙河南—黄河南郑州2段设计单元中的河渠交叉工程。金水河渠道倒虹吸由进口渐变段、进口检修闸、倒虹吸管身段、出口节制闸和出口渐变段组成。倒虹吸进口渐变段起点桩号为总干渠SH(3)195+721.2，出口渐变段终点桩号为总干渠SH(3)196+085.2，建筑物总长364 m，其中管身水平投影总长195 m。倒虹吸设计流量295 m3/s，加大流量355 m3/s。倒虹吸管身横向为4孔箱形钢筋混凝土结构，单孔孔径7 m×6.75 m（宽×高）。

施工现场

水文气象及工程地质

本渠段多年平均降雨量632.3 mm，多年平均降水日数79.9d。降水年内分布很不均匀，70%～80%集中在汛期，夏季受东南季风影响，雨量集中，且多暴雨。

金水河上游称为芦村河，建有郭家嘴水库一座，经金水河倒虹吸（黄岗寺村西300 m）入整治后的金水河（起点位于航海西路），汇入东风渠。渠道倒虹吸以上流域面积25 400 m2，河道洪水受降雨影响较大，且洪水历时较短，在枯水期径流较小。

建筑物场区存在的工程问题是边坡稳定问题和基坑排水问题，地下水位高于建基面5～6 m。

施工期排水条件

场区条件

经现场查勘，建筑物场区具有以下2个明显的地形特征：

建筑物场区距周边建筑物距离较近，且为洼地，雨季、汛期降水汇集， 除主河道外，在场区的左右两侧各有径流支沟汇入。

金水河在本段以下至西三环基本缩窄为深沟或夷为平地，其后，西三环至航海西路段基本淤平，导致施工期降水排水无法排除。局部沟道底部高程已高于导流方案中设计的堰顶高程，自然明排需要对下游予以疏通，本段自航海西路金水河桥长度约2 km，短期无清挖疏通计划。

降水实验成果

降水系统施工之前，在建筑物场区进行了降水试验，经对试验结果初步分析表明：

场区地下水位高程在地表无水的情况下，观测时段稳定地下水位在112 m左右，高于建基面5 m左右。

在金水河地表无水的情况下，抽排为地下潜水，复合地层渗透系数为3.089 m/d，影响半径约为24.3 ～25.0 m左右，渗流坡降约为0.13。采用建筑施工手册第四版公式6-124进行计算，单期基坑涌水量为1 192.95 m3/d，约1 200 m3/d。

抽排水在河床处汇集，向下通过沙砾石层渗流，导致抽水井和观测井水位均有不同程度的上升，渗流过程呈非稳定流特征，形成地表水通过强透水砂砾石层向基坑的返渗模式。

根据原计划，抽排水通过金水河下泄已经不能实现，降水期间可能形成“抽排∽返渗∽抽排”的运行模式，易形成边坡管涌和渗流通道，对于边坡稳定极为不利，施工降排水安全风险较大。

降水系统设计思路

综上所述，金水河深基坑降水系统的设计思路为：将地下水位在施工期降至建基面以下0.5 m，保证干地施工；尽量减少地下水抽排量，减轻外排水压力。经多方案论证比选，最终明确了本工程施工排水方案为：管井降水+多级抽排。

在前期实地勘查、降水试验等细致工作的基础上，按照相关规程规范和设计技术要求，制定金水河倒虹吸深基坑降水系统施工方案。

方案概述

本降水施工方案采用管井降水+多级抽排。总体抽排分为四级，一级抽排（自动控制动力抽排）主要是从管井抽至一号集水箱（EL122平台），二级抽排（自动控制动力抽排）主要是从一号集水箱抽至二号集水箱（EL131平台），三级抽排（非动力抽排）主要是从二号集水箱到南三环附近的废弃鱼塘，四级抽排（自动控制动力抽排）主要是从废弃鱼塘抽至南三环路面的污水管道。