介紹基坑降水系統(tǒng)及其應(yīng)用

1、一基坑降水工程進(jìn)展簡(jiǎn)述國(guó)外第一個(gè)有記錄的降水實(shí)例，是1830年倫敦伯明翰鐵路的Kilsby隧道工程，在豎井 中將水抽去以保證隧道的順利施工，這些沿線布置的豎井抽水總量為430m3/h.1896年，在 建造柏林地下鐵道時(shí)采用深井降水。1907年在尼羅河上建造Esna堰時(shí)曾采用了底部開口的 有套管的深井。1856年法國(guó)水利工程師達(dá)西（HenryDarcy）通過水在砂柱中的滲透試驗(yàn)，建立了滲透 速度和水力坡度的線性關(guān)系式一達(dá)西定律；隨著地下水開采規(guī)模加大，1863年J.Dupuit提 出了河床地下水流和軸對(duì)稱的井流公式；1935年C.V.Theis根據(jù)熱傳導(dǎo)理論，用類比法提出 了承壓水完整井的非穩(wěn)定

2、流理論；之后由JacobBoultonNeuman等研究了有越流補(bǔ)給的承壓 完整井流，考慮滯后的無壓完整井流以及非完整井流理論。國(guó)內(nèi)較早進(jìn)行的基坑降水，是上世紀(jì)六七十年代輕型井點(diǎn)降水的使用。上海于上世紀(jì) 80年代初嫩江路煤氣管頂管降水，隨后有南市和楊樹浦水廠沉井降水。1990年人民廣場(chǎng)地 下變電站基坑，降水工程讓基坑降水模式、解析解算法和最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法得到成功應(yīng)用，使 基坑降水理論與實(shí)踐達(dá)到一個(gè)較成熟的水平。進(jìn)入新世紀(jì)以來，隨著各類深大基坑的不斷增 加，降水工藝得到前所未有的發(fā)展。2004年上海地鐵四號(hào)線董家渡段修復(fù)降水工程，應(yīng)用 降水開放應(yīng)急系統(tǒng)模式，采用三維滲流和土體變形耦合模型，成功預(yù)測(cè)

3、基坑內(nèi)降水水位及基 坑周邊地面沉降變化。2006年上海地鐵宜山路車站基坑降水，以地面沉降環(huán)境控制為中心 作降水設(shè)計(jì)施工取得了良好效果。進(jìn)入21世紀(jì)，基于環(huán)境控制目標(biāo)的基坑降水系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而 生。二基坑降水系統(tǒng)所謂基坑降水系統(tǒng)是指為減少或消除地下水對(duì)建構(gòu)筑物施工造成危害而采取降低地下 水水位且將降水對(duì)環(huán)境影響降到最低程度的信息化、自動(dòng)化和智能化地下水控制系統(tǒng)。1系統(tǒng)主要特點(diǎn)1.1信息化（1）靜態(tài)信息化靜態(tài)信息化是降水設(shè)計(jì)的依據(jù)，包括工程概況，工程地質(zhì)水文地質(zhì)條 件，尤其是抽水試驗(yàn)報(bào)告；基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和計(jì)算報(bào)告；基坑周邊環(huán)境信息，確定保護(hù)對(duì) 象；施工工況，挖土方式，挖土順序，支撐施工，深坑位置及集水

4、井深度等。（2）動(dòng)態(tài)信息化及其集成動(dòng)態(tài)信息化是降水過程中各種動(dòng)態(tài)信息的集成，包括視頻， 水位、流量和沉降，還包括成井過程中成井材料，泥漿比重、粘度和含砂量控制，水泵質(zhì)量 控制信息等。視頻、水位、流量和沉降可實(shí)施自動(dòng)采集并上網(wǎng)集成。視頻與水位集成使降水技術(shù)實(shí)現(xiàn) 動(dòng)態(tài)信息化采集。水位可通過孔隙水壓力計(jì)由數(shù)據(jù)自動(dòng)采集儀DT系列現(xiàn)場(chǎng)采錄，或采用高 性能無線傳感器通過GPRS模塊和設(shè)備做成設(shè)備管理、地圖信息和數(shù)據(jù)分析處理等地下水遠(yuǎn) 程監(jiān)控系統(tǒng)。電磁液體流量計(jì)和超聲波流量計(jì)也可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集。采用傳統(tǒng)方式無法得到連續(xù)數(shù)據(jù)為同時(shí)連續(xù)掌握水位和地表沉降變化情況，可布設(shè)水位 觀測(cè)孔和地表沉降點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連續(xù)自動(dòng)觀

5、測(cè)。降水或抽水試驗(yàn)期間水位和沉降自動(dòng)化監(jiān)測(cè) 由傳感器及其自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完成，遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由水位計(jì)、土體沉降計(jì)、數(shù)據(jù)采 集與存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)傳輸與處理軟件系統(tǒng)四部分組成。1.2自動(dòng)化基坑降水自動(dòng)化分二部分，一部分是疏干井自動(dòng)降水系統(tǒng)，通過真空泵或空壓機(jī)將各疏 干井串聯(lián)起來，將開挖層含水量降低到可順利開挖的程度。另一部分是減壓井降水，要求有 雙電源自動(dòng)切換系統(tǒng)和水泵交叉連接、錯(cuò)時(shí)應(yīng)急自動(dòng)開啟系統(tǒng)。1.3智能化基坑降水智能化系統(tǒng)的核心是要處理和應(yīng)對(duì)基坑如何降水、怎樣優(yōu)化、降水處理中的處 治等關(guān)鍵技術(shù)。信息化和自動(dòng)化相輔相成，為智能化服務(wù)。對(duì)降水工程進(jìn)行智能設(shè)計(jì)、施工 和運(yùn)行，對(duì)水位和沉降進(jìn)行智能預(yù)

6、測(cè)和預(yù)報(bào)，藉此調(diào)整降水工程諸施工參數(shù)，降水工程中水 位和沉降的有效控制，以達(dá)到既降低開挖區(qū)域水位又保護(hù)周邊環(huán)境免受危害的目的，是智能 化基坑降水的主旨。2系統(tǒng)主要構(gòu)件2.1自動(dòng)監(jiān)測(cè)水位計(jì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)水位計(jì)采用無線遠(yuǎn)程方式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地下水水位情況，3001型LeveloggerJunior 水位計(jì)包含一個(gè)數(shù)據(jù)記錄器、溫度傳感器、壓力傳感器和五年壽命的電池，安裝在一個(gè)體積 小，免維護(hù)、盛水的不銹鋼外罩中。永久性存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)32000組溫度和水位數(shù)據(jù)，用戶 可以在0.5秒至99小時(shí)之間選擇時(shí)間間隔來進(jìn)行線性讀數(shù)，精度為 0.1%FS.水位計(jì)與 LeveloggerGold軟件與附件兼容，同時(shí)也與SDI-

7、12協(xié)議兼容，能夠與LeveloggerGold數(shù)據(jù) 傳輸單元進(jìn)行通訊，也能夠與Solinst自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行整合。2.2自動(dòng)監(jiān)測(cè)土體沉降計(jì)系統(tǒng)由土體沉降計(jì)、測(cè)控終端、系統(tǒng)服務(wù)器及監(jiān)測(cè)軟件組成。測(cè)控終端主要包括信號(hào)采 集器、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊（GPRS）、供電系統(tǒng)以及設(shè)備機(jī)箱。系統(tǒng)服務(wù)器及監(jiān)測(cè)軟件實(shí)時(shí)接 收遠(yuǎn)端沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)顯示結(jié)果。根據(jù)需求軟件可升級(jí)，為多用戶提供WEB瀏覽 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降情況等特定服務(wù)。地面沉降無線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在上海中心基坑降水工程得到成功應(yīng)用。土體沉降儀埋 設(shè)安裝在在觀測(cè)井G9上，用來測(cè)量傳感器和儲(chǔ)液罐之間的微小垂直位移。選用土體沉降儀 技術(shù)規(guī)格為：量程0.15m

8、；壓電式傳感器精度0.1%F.S，最小分辨率0.025%F.S，熱漂移 0.1%F.S/C；儲(chǔ)液罐為PVC和人8$，脫氣水防凍液，通氣電纜IRC-41A，IRC-390，CFO-3STD， CFO-9RF.GPRS無線通訊模塊采用DTCL-GPRS/CDMADTU無線數(shù)據(jù)傳輸終端。利用手機(jī) GPRS網(wǎng)絡(luò)或CDMA網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的透明傳輸。支持根據(jù)域名和IP地址訪問中心 多種工作模式選擇，支持串口軟件升級(jí)和遠(yuǎn)程維護(hù)。GPRS/CDMA利用現(xiàn)有GSM/CDMA網(wǎng) 進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)無線上網(wǎng)，無線接入。GPRS/CDMA允許在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下 發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)保證穩(wěn)定在23

9、KBPS左右的傳輸速度。軟件系統(tǒng)在web客戶端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)瀏覽及操作；數(shù)據(jù)發(fā)布網(wǎng)站，將采集的數(shù)據(jù)在Internet 上對(duì)外發(fā)布，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢、工程管理，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集、顯示和控制，實(shí)現(xiàn)工程、權(quán) 限、數(shù)據(jù)發(fā)布管理。三基坑降水系統(tǒng)在上海中心工程中的應(yīng)用3.1工程概況上海中心大廈位于上海浦東新區(qū)陸家嘴中心區(qū)Z3-1地塊。場(chǎng)地位于東泰路、陸家嘴環(huán) 路、銀城中路、花園石橋路四條道路所組成的范圍，整個(gè)基地面積約30368m2,總建筑面積 約為520000m2，其中地上建筑面積約380000m2.本工程由1幢122層塔樓（結(jié)構(gòu)高度 565.60m，建筑頂高度632.00m）和1個(gè)5層商業(yè)裙房（高度35m）

10、組成，整個(gè)場(chǎng)地下設(shè)5 層地下室，基礎(chǔ)埋深為26.3031.10m.本基坑工程采用“分區(qū)施工，順逆結(jié)合”方法施工，塔 樓先順作，裙樓后逆作，以保證塔樓工期、施工場(chǎng)地回轉(zhuǎn)以及周邊環(huán)境安全。地下第1層砂質(zhì)粉土夾粉細(xì)砂層厚10.5014.70m，層底標(biāo)高-34.95-38.82m，容重 19.10kN/m3，含水量30.0%，水平向滲透系數(shù) Kv3.90E-04cm/s，垂直向滲透系數(shù) Kh為 5.36E-04cm/s.本工程塔樓區(qū)開挖面已接近第2層承壓含水層，裙房區(qū)開挖面已近第1層承 壓水面。該區(qū)域承壓含水層為第一、第二和第三承壓含水層連通區(qū)域?；訃o(hù)為地下連續(xù) 墻，深度4850m.復(fù)合承壓含水層

11、組頂面埋深為地面下28.00m，厚度117.00m基坑底板抗 突涌穩(wěn)定條件為在基坑底板至承壓含水層頂板之間，土的自重壓力應(yīng)大于承壓水含水層頂板 處的承壓水頂托力。本基坑當(dāng)開挖深度大于27.00m時(shí)，承壓水位始終控制在開挖面以下 1.00m；當(dāng)基坑開挖深度小于27.00m時(shí)按下式進(jìn)行承壓水位埋深控制：承壓水降水井共布置67 口。其中塔樓區(qū)降壓井坑外28 口，間隔深度為65m和55m； 坑內(nèi)12 口，深度55m，觀測(cè)井3 口 45m深。裙樓區(qū)降壓井坑內(nèi)17 口 45m深，觀測(cè)井4 口 45m深，坑外觀測(cè)井3 口 45m深。開挖過程中持續(xù)穩(wěn)定按需降低承壓水頭，是基坑降深安全順利實(shí)施的關(guān)鍵。開始挖土施

12、 工時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)預(yù)備了 2臺(tái)250kW備用發(fā)電機(jī)，保證可能因突發(fā)事件停電時(shí)在10分鐘內(nèi)切換供 電，確保承壓水抽水的不間斷進(jìn)行。3.2應(yīng)用實(shí)效本工程塔樓基坑的安全及工期節(jié)點(diǎn)至關(guān)重要，為防止地墻可能出現(xiàn)的滲漏水影響基坑安 全及施工進(jìn)度，在塔樓圓形基坑外15m范圍預(yù)設(shè)了 28 口降壓井。2010年3月26日主樓大底板開始澆注，2010年3月29日完成，6月開啟短期降水， 以作止水堵漏和坑內(nèi)封井等所需應(yīng)急措施。裙房基坑開挖時(shí)，塔樓圓形基坑外預(yù)設(shè)的降水井 作裙房基坑降水井用。上海中心基坑降水運(yùn)行監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)如圖5.自2009年11月22日至2010 年4月4日降水運(yùn)行正常，基坑周邊地面沉降極值3340mm，確保了塔樓基坑工程圓滿竣 工。四結(jié)語(yǔ)基坑降水系統(tǒng)是將基坑降水過程中為抑制基坑降水對(duì)環(huán)境負(fù)面影響而采取的信息化、自 動(dòng)化和智能化地下水控制系統(tǒng)，是應(yīng)用國(guó)內(nèi)外基坑降水先進(jìn)理念、技術(shù)和設(shè)備的開放式可持 續(xù)發(fā)展管理系統(tǒng)。三維滲流場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)耦合的成功開發(fā)和應(yīng)用、采用無線遠(yuǎn)程方