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。
责任编辑:Amanda
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