辐射井破解地铁施工降水难题
——以北京地铁五号线为例
发表日期：2006年2月16日 出处：地质勘查导报 作者：何运晏 张志林 夏 孟
辐射井占地面积小、降水控制范围大、疏干效果好
地铁施工在穿越铁路、高速公路、护城河、立交桥等路段时，辐射井降水技术成为必要的选择
水平井数量选择要因地制宜
中心水力反循环工艺施工水平井可防止地下空洞和地面沉降
在流砂地层施工水平井使用高压水冲法需慎重
北京市地处由多层砂砾、卵石及黏性土互层的第四系冲洪积平原上，地下水丰富，因此在地铁施工时必须采取降水措施。但地铁施工时必须采取降水措施。但地铁施工在穿越铁路、高速公路、护城河、立交桥等路段时，无法在地面应用常规管井井点方法进行降水，因此辐射井降水技术成为必要的选择。
辐射井降水技术具有占地面积小、单井控制范围大及能有效解决“潜水残留水”降水难题等优点，更重要的是可解决城市地铁施工遇到地面有重要建筑物、河流、铁路、立交桥等情况时无法应用管井降水施工的难题。北京市地质工程勘察院承接了北京地铁五号、四号、十号线降水施工后，引进、攻克和掌握了辐射井降水施工技术，从工程情况看，辐射井降水基本满足了土建施工的要求，为国家节约了上亿元的投资。
辐射井降水五大优势
辐射井是由一口大直径的钢筋混凝土管竖井和自竖井内的任一高程和水平方向向含水层打进具有一定长度的多层、数根至数十根水平辐射管所组成。竖井是水平辐射管施工、集水和安装抽水泵将水排至井外的场所，水平辐射管是用来汇集含水层地下水致竖井内的通道。
竖井直径设计为2.7～3.1米，深度低于结构槽底1.5～2.5米。水平井直径为114～121毫米，长度为30～50米。水平井数量选择依据综合经验系数、基坑涌水量、单管出水量而确定。
国内辐射竖井主要施工方法为钻机反循环成孔漂浮法下管，井径为2.7～3米，厚度为0.15～0.25米，深度大于40米；水平井应用高压水冲顶进法，适用于细颗粒软土地层，长度可达60米，滤水管采用直径为60毫米波纹管。此工艺在城市供水、农田灌溉等领域有广泛的应用，在基坑降水方面也取得了成功经验。但北京地铁降水施工中，此工艺还存在以下问题：
一是辐射井施工场地小。地铁区间沿线每隔80～100米需拆迁100～150平方米场地作为辐射井施工场，如应用机械成孔漂浮法下管方法，施工场地至少需要300平方米。二是水冲顶进法施工水平井遇砂层使涌砂大，孔壁扩径大，塌陷严重，将引起较大地面沉降，不适合建筑密集地段大范围降水。三是水冲顶进法施工水平井遇砾石地层时，成孔困难。
北京地铁五号线全长27.6公里，其中地下线16.9公里。因线路途径繁华闹市区及部分立交桥时，地面没有管井降水的施工条件，所以就要全部设计为辐射井降水。到目前为止，已完成地铁五号线全部设计37眼辐射井。针对过去辐射井施工中的问题，我们对辐射井施工工艺进行了改进，辐射井降水控制范围内隧道降水效果达到设计要求。我们在施工实践中总结出了辐射井降水技术的五大优势。
——辐射井可以很好地解决地铁施工中地面没有施工条件的降水难题。
——辐射井具有占地面积小，降水控制范围大，疏干效果好等优点。
——施工难度大，施工成本高，但后期降水维护相对较简单。
——利用中心水力反循环工艺施工水平井，如果施工中使用较合理的钻进参数，可防止形成大的地下空洞，从而避免引起地面沉降等地质灾害。
——沉井法、锚喷法、机械成孔法施工辐射井竖井能满足北京地区各种复杂施工条件。
竖井施工的两大方法
为解决辐射井竖井施工场地狭小的问题，引进沉井和锚喷倒挂壁两种施工方法可取得良好效果。
——沉井法。沉井法施工具有安全性高、场地占用小、施工场地整洁等优点，适合于各类地层。但井壁管在下沉过程中，地层摩擦力较大，所以施工深度较小。北京地区所施工沉井都在20米以内，而辐射井竖井一般都在20米以上，最深的达到30米，为此在施工工艺方面做了较大改进，现已成功施工辐射井竖井28.5米。
——锚喷倒挂壁法。采用人工挖土，机械吊运渣土，由上至下边开挖边支护的施工方法。开挖每循环进尺的标准是，10米以上为0.8米，10米以下为0.6米。
水平井施工注意事项
水平井无论是采取国外直接顶进法，还是国内高压水冲正循环钻进法施工，都不能满足北京地铁降水的要求。为此引进了双壁反循环，同时对配套水平钻钻机进行设计和生产，经过多次试验和改进后，在流砂地层和卵砾石地层中施工水平井取得了较好的效果，最长的水平井施工取得了细颗粒地层达到70米。针对卵砾石地层水平井的施工难题，试验了偏心潜孔锤跟管工艺，并在卵砾石地层施工水平井达到50米，但施工难度较大、施工成本较高。其中，双壁反循环水平井施工工艺适宜黏土、粉土、砂层和粒径小于50毫米的卵石地层的水平井施工，反循环排渣干净，施工效率高，下管方便。另外，对地层没有冲刷或干扰，施工避免了形成地下空洞。
正确处理施工中的问题
辐射井降水技术首次在地铁施工中应用，在具体的工程施工中也出现过许多问题。下面就这些问题的处理措施及取得的经验做简单的分析。
——玉蜒桥和崇文门辐射井应用高压水冲法施工水平井，相继出现地面塌陷和地下空洞。虽采取回填或加固措施，避免了造成工程事故，但对社会及工程造成一定影响。后经专家分析，辐射井降水方案是可行的，但在实际施工时要根据不同地层采取不同的工艺方法，特别是在流砂地层施工水平井使用高压水冲法需慎重。
——雍和宫西墙辐射井设计26米，采用沉井法施工竖井，当施工到11米时沉井遇阻施工困难，后采取加重助沉加压至60吨也只能沉至15.4米，最后采用在上部沉井管周围注浆加固，剩下部分采锚喷倒挂壁的方法施工至26米。事故原因主要是上10米地层主要为杂填土层，而护壁及润滑泥浆套黏度小，漏失严重且补充不及时，造成地层塌陷抱死沉井管造成的。
——双壁反循环工艺施工水平井对地层冲刷、扰动小，但在流砂地层施工时要采取小流量、快进尺、快下管的措施，防止地层中砂大量沿钻杆中流出，影响滤水管安放或形成地下空洞。我们对已施工1万多米的水平井进行地质雷达探测表明，地层中没有形成空洞，施工结束一年多也没有发现一处地面塌陷或沉降超标的现象。
——在水头压力较高的砂卵石地层施工，可以采用从上到下分层施工水平井逐渐卸压的施工方法，能有效地控制水压力对施工造成的影响。
（作者单位：北京市地质工程勘察院）
