管井井点自动降水系统在南水北调工程中的应用

管井井点

根据类似工程经验、水文地质资料及降水实验成果，按常规配置管井的间距和数量可以满足要求。管井的间距布置为20 m，井深20 m，总井点系统（单期）的管井数量为24眼左右。井点布置在开挖后的基坑一级马道（EL113.35 m）上，组成封闭的矩形。管井井点布置如图1、图2所示。

图1 管井井点布置横断面示意图

图2 管井井点平面（单期）布置示意图

降水管井成井施工工艺流程如下：测放井位—钻机就位—钻孔—清孔换浆—井管安装—填砾—洗井—置泵试抽水—正常抽水试验。

井位测放 按照井位设计平面图，根据现场控制坐标测放井位。

钻机就位 要求平稳牢固，钻头、磨盘、孔位三对中。

钻孔 钻进过程中，垂直度控制在1%以内，钻进至设计深度后方可终孔。

清孔 终孔后及时进行清孔, 确保井管到预定位置。

井管安装 采用直径500 mm无砂水泥混凝土管，管底用井托密封；井管要求下在井孔中央，顶端外露出地面50 cm左右。

填砾料  成孔后填粒径3～7 mm砾料，井口下0.5 m范围内用黏土填充夯实，并设井盖防护；填砾时采用铁锹铲砾均匀撒在井管四周，保证填砾均匀、密实。

洗井 填砾和粘土封口结束后，立即进行洗井。采用大泵量的潜水泵进行洗井，要求破坏孔壁泥皮，洗通四周的渗透层。

置泵抽水 洗井抽出的水浑浊含砂，应沉淀排放，井出清水后进行抽水泵安装，以待抽水。

一级抽排

一级抽排（自动控制动力抽排）主要是从基坑内的降水管井抽至1号集水箱，在EL122平台根据实际地形设置一集水箱(一号集水箱)，集水箱采用钢板和角钢现场加工制作，集水箱的容积为2.5 m×2.5 m×6 m，箱底高程约为122.0 m。施工期基坑排水通过基坑马道上敷设的Φ100主集水管及配套水泵，将汇水抽排至设于EL122平台内的一号集水箱。

本级抽水在每口管井内安装一台5.5 kW潜水泵，流量15 m3/h，扬程65 m，潜水泵出水管为直径50 mm白色塑料饮用水管，出水管与基坑马道上的主集水管相连接，通过主集水管将基坑涌水汇集到1号集水箱。

传统的抽排水常采用不间歇抽排水，对于深基坑，长期的不间歇抽排水的缺点是：水泵无法根据水位的高低而抽停，一直处于运行状态，容易发生干抽现象，导致水泵烧坏。因水泵发生故障的机率较大，为保证水泵正常运行，必须增加人员看泵。

不间歇抽排水位下降急剧，且不易控制，既破坏基坑边坡的稳定性，又使周边地下水位过多下降，影响附近居民生活用水，而且易造成地下水文地质灾害，对建筑物建成后的稳定也将产生不利的影响，导致降水风险成本极大。

从降水用电成本来分析，本基坑单期降水井24眼，基坑内总抽排功率为：24眼×24h×180天×5.5 kW=57.024万 kW•h，按照目前的电价0.75元/kW•h，则总动力成本=57.024万 kW•h×0.75元/kW•h=42.768万元；从水泵的运行管理投入的人工来分析，每口降水井间距20 m，每6口降水井需派1名管理人员，24口井需派12名管理人员三班倒，人工费单价按70元/d，每天运行管理人工费就要投入840元，施工期运行管理人工费总额为840×180=15.12万元；此外，潜水泵容易发生干抽现象，导致水泵烧坏，增大维修成本。

为了解决以上所述问题，制定了以下自动控制系统：在井口处的控制配电箱内安装有漏电断路器、交流接触器，控制潜水泵的主回路，交流接触器由JD-5电动综合保护器和JYB714电子式液位继电器控制保护，当水泵叶轮被杂物卡死（或堵塞）和水泵电动机缺相时，水泵会自动断电，以免将电动机烧毁。每个井中放入红黄绿3根信号线，绿色信号线的探头控制最高水位，红色信号线的探头控制最低水位，黄色信号线是一条公共信号线。黄色信号线的探头一定要低于最低水位0.5 m，否则水泵不工作。

降水井每台水泵直径50 mm白色塑料出水管在井口与直径100 mm主集水管连接部位安装有压力表、逆止阀、排气阀和球阀等。降水井正常工作时直径50 mm球阀处于常开状态，水泵检修或遇紧急事故时球阀关闭，以免影响主集水管上的其他水泵正常工作。当水泵工作上水时，直径50 mm的逆止阀打开过水，直径25 mm的逆止阀闭合，这时压力表显示压力，可以从压力表中直观的看到水泵的运停状态。当水泵停止工作时，直径50 mm的逆止阀闭合，防止直径100 mm主集水管中的水回到管井中，直径25 mm的逆止阀打开进气，防止水泵出水塑料管回水吸瘪、压力表无压力现象。

本级管井降水抽排成功地实现了自动控制，这种方法控制水位准确，并且水泵运行有间歇。根据抽排记录得知，每口井的水量每抽6 min，就需要停6 min；再从降水用电成本来分析，本基坑单期降水井24眼，则基坑内总抽排动力成本为：24眼×12 h×180天×5.5 kW×0.75元/kW•h =21.384万元，每口井的降水自动控制设备费用约为350元，总降水自动控制设备费用=24眼×350元=8400元；从水泵的运行管理投入的人工费用来分析，24口降水井需派3名管理人员三班倒，每天运行管理人工费投入210元，施工期运行管理人工费总额=210×180=3.78万元。此外，潜水泵不会发生干抽现象，水泵发生故障的机率也大大降低。

二级抽排

二级抽排（自动控制动力抽排）主要是沿金水河左岸地面铺设钢管，钢管采用直径250 mm钢管，从一号集水箱（EL122平台）抽至二号集水箱（EL131平台），二号集水箱的容积为2.5 m×2.5 m×6 m ，箱底高程约为131.0 m。本级在EL122平台一号集水箱上开孔连接安装2台管道泵，一台正常运行工作，一台为检修或发生紧急事故备用。管道泵的功率为18.5 kW，流量150 m3/h，扬程26 m，管道泵电动机控制接有漏电断路器，并设有自动和手动装置，配电控制箱内安装有交流接触器、电动机保护器、电子式液位控制器以及手动自动转换开关等。

电动机保护器对电动机过流和缺相时动作；电子式液位控制器由在水箱内引的信号线自动控制高水位抽、低水位停，当其突然出现故障时，可由值班人员转换为手动，保证管道泵的正常运行。为保护管道泵抽排系统长期的安全运行，修建值班室一间，并增派2名专职人员进行昼夜值班，做好管道泵的运行记录。