深厚淤泥地层深基坑管井多功能辅助降水装置的制作方法

1.本实用新型涉及地铁基坑工程相关领域，特别是涉及一种深厚淤泥地层深基坑管井多功能辅助降水装置。


背景技术：

2.随着国民经济的迅速发展，城市的规模和人口在不断增长，为缓解随之而来的交通压力，满足更多的活动空间需要，越来越多的城市选择修建地铁等等下空间，因此基坑工程施工尤为重要。基坑降水是地铁修建过程中非常重要的一环，影响基坑自身和周边建筑的安全，但在深厚淤泥质土层中，由于土层渗透系数低，导致传统的管井降水效果差强人意，但是我国东南沿海地区又分步大面该土质地层。现有的方法为利用重力进行排水的自流管井存在排水时间长和土体中留存积水的问题；真空管井降水利用压力差来加快排水，提高了疏干效果，但在降水后期由于压力流失和滤管口阻塞严重等问题，效果依然难以令人满意。因此，如何快速、安全地进行深厚淤泥地层降水是一个需要认真研究解决的突出难题。


技术实现要素：

3.为了克服施工过程中降水慢和土体疏干难的问题，本实用新型提供了一种深厚淤泥地层深基坑管井多功能辅助降水装置，能有效的降水效率，缩短降水时间。
4.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
5.一种深厚淤泥地层深基坑管井多功能辅助降水装置，包括超声波降水管、超声波震动装置、电机、水泵、电源控制器和计算机控制中心，超声波降水管井位于土体中，管井外壁为填料和滤料；管身中段均布管井滤口、外包滤料，超声波震动装置与超声波震动装置牵引绳连接，然后绕过滚轮后绕在电机上，超声波震动装置通过超声波电缆线绕过滚轮后与超声波控制器连接；水泵与水泵牵引绳和水泵电源线连接，绕过滚轮后绕在另一侧的电机上；电源控制器与水泵、电机和计算机控制中心连接，电源控制器通过电源控制器来控制水泵开关和电机开关及转向，计算机控制中心与电源控制器、超声波控制器和电流表连接，计算机控制中心通过超声波控制器控制超声波震动装置的开关和震动频率。
6.进一步，所述装置还包括环形支架，所述环形支架包括滚轮、水位计、强化构件和凹槽，滚轮和强化构件对称分布，强化构件穿过滚轮，凹槽与管井井口匹配；水位计包括椭球型浮球、金属棒、电流表、内置电源、线圈转轴和滑块，各构件且依次连接，其中电流表、内置电源和线圈转轴位于环形支架中，金属棒一端位于环形支架中，另外一端成倒t型位于设计水位以下，金属棒穿过椭圆型浮球，滑块位于椭圆型浮球中，椭圆型浮球随管井中水位线波动而沿着金属棒上下浮动，过程中滑块始终与金属棒接触并可以来回滑动；线圈转轴上的线长固定，且大于井深。金属棒的倒t是为了防止水位下降过度而导致椭圆型浮球滑出金属棒。
7.再进一步，计算机控制中心可以显示管井水位、超声波震动装置的频率、震动时
间、高度、回流时间和降水时间。
8.所述电机用于控制超声波震动装置和水泵的上下移动，水泵牵引绳和超声波震动装置牵引绳为受力构件，线圈上带有刻度，刻度精度为10cm。
9.所述凹槽宽度大于超声波降水管井的井壁厚度，其中水泵电源线和水泵牵引绳位于同一侧，超声波电缆线和超声波震动装置牵引绳位于另外一侧，彼此错开。
10.本实用新型的有益效果主要表现在：
11.1)降水装置辅助。深厚淤泥土层地质中管井降水往往并非只有单一的水泵装置，还有许多其余增强降水效果的装置。通过环形支架来提供支撑和牵引，实现了各装置之间有序布置和独立升降，避免混乱，有效铺助了降水装置的下降和回收。
12.2)多功能技术支持。通过椭圆型浮球在管井中随水位上下移动，来换算出管井中水位变化，为降水提供参数依据。同时本装置给降水装置提供支撑和有序布置、实现降水装置的下降和回收的数字化定位，为降水提供技术支持。
13.3)施工费用低、适应范围广。该方法所涉及装置均可回收再利用，可以结合场地选用不同形式的布置方式，降低了施工费用，缩短了施工工期。在管井降水中有着良好的应用，推广范围广。
附图说明
14.图1是超声波震动降水示意图。
15.图2是第一轮降水完成后示意图。
16.图3是静置回流完成示意图。
17.图4是震动棒下降图。
18.图5是降水和疏干完成后效果图。
19.图6是中心布置平面示意图。
20.图7是支架剖面图。
21.图8是支架平面示意图。
22.图9是支架与管井之间的连接示意图。
23.其中，1.超声波降水管井；2.超声波震动装置；3.水泵；4.环形支架；5.滚轮；6.电机；7.水位计；8.填料；9.滤料；10.初始水位线；11.微小气泡；12.超声波；13.超声波有效辐射边界线；14.管井滤口；15.水泵电源线；16.超声波电缆线；17.设计水位线；18.强化构件；19.水泵牵引绳；20.超声波震动装置牵引绳；21.普通管井；22.基坑开挖范围线；23.凹槽；24.电源控制器；25.计算机控制中心；26.超声波控制器；27.椭圆型浮球；28.金属棒；29.电流表；30.内置电源；31.线圈转轴；32.滑块。
具体实施方式
24.下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
25.参照图1～图9，一种深厚淤泥地层深基坑管井多功能辅助降水装置，包括超声波降水管1、超声波震动装置2、电机6、水泵3、电源控制器24和计算机控制中心25，超声波降水管井1位于土体中，管井外壁为填料和滤料9；管身中段均布管井滤口14，外包滤料9，超声波震动装置2与超声波震动装置牵引绳20连接，然后绕过滚轮5后绕在电机6上，超声波震动装
置2通过超声波电缆线16绕过滚轮5后与超声波控制器26连接，超声波震动装置2产生超声波12，在水位线10以下的土体中产生微小气泡11，在土体中存在影响范围，为辐射半径r的球形区域，有效范围为超声波辐射边界线13内部区域，水泵3与水泵牵引绳19和水泵电源线15连接，皆绕过滚轮5后绕在另一侧的电机6上。
26.环形支架4由滚轮5、水位计7、强化构件18和凹槽23组成，滚轮5和强化构件18对称分布，强化构件18穿过滚轮5，凹槽23与管井井口匹配。水位计7包括椭球型浮球27、金属棒28、电流表29、内置电源30、线圈转轴31和滑块32，各构件且依次连接，其中电流表29、内置电源30和线圈转轴31位于环形支架4中，金属棒28一端位于环形支架4中，另外一端成倒t型位于设计水位17以下，金属棒28穿过椭圆型浮球27，滑块32位于椭圆型浮球27中，椭圆型浮球27随管井中水位线10波动而沿着金属棒28上下浮动，过程中滑块32始终与金属棒28接触并可以来回滑动。线圈转轴31上的线长固定，且大于井深。金属棒28的倒t是为了防止水位下降过度而导致椭圆型浮球27滑出金属棒28。
27.电源控制器24与水泵3、电机6和计算机控制中心25连接，电源控制器24通过电源控制器24来控制水泵开关和电机开关及转向，计算机控制中心25与电源控制器24连接、超声波控制器26和电流表29连接，计算机控制中心25通过超声波控制器26控制超声波震动装置2的开关和震动频率。
28.计算机控制中心25可以显示管井水位、超声波震动装置的频率、震动时间、高度、回流时间和降水时间等参数。
29.电机6主要控制超声波震动装置2和水泵的上下移动。水泵牵引绳19和超声波震动装置牵引绳20为主要受力构件，线圈上带有刻度，刻度精度为10cm。
30.凹槽23宽度略大于超声波降水管井1的井壁厚度，其中水泵电源线15和水泵牵引绳19位于同一侧，超声波电缆线16和超声波震动装置牵引绳20位于另外一侧，彼此错开。
31.回流时间为降水后在水力梯度和超声波联合作用下发生流动直至管井中水位稳定后所需的时间，降水时间为水泵开始降水到水位到目标位置的时间。超声波有效辐射半径r为提高渗透性的土体范围，该值与机器性能(功率、hz)和土体有关，超出范围外的土体影响较小。管井组合方式可以采用满布、中心布置和隔一设一布置，但布置上超声波影响范围需覆盖开挖土体范围。
32.超声波管井中滤口段的长度大于初始水位线和设计水位线之差，其位置处于疏干土体中。超声波震动装置2能够产生多向超声波，从而形成球形影响范围。超声波震动装置2震动时需始终位于水面以下。开挖过程中参考水位高度以超声波降水管井1中水位为准。
33.线圈转轴31中线路长度固定且大于管井长度。椭圆型浮球27内部空心充填氢气，在自重状态下始终一半浮在水上。
34.某市城市轨道交通2号线一期工程越王路站为地下两层岛式车站，主体结构为地下两层钢筋混凝土箱型结构；越王路站车站基坑长为242m，宽22m，坑底主要位于
③
1-2淤泥质粘土，地连墙底处于
⑥
1粘土层、
⑥
2粘土层。区间长度为736.472m。开挖深度范围内为层厚19.2m的灰色淤泥质粘土，常年水位深度为-2m。越王路站23m深的疏干井，4口28.5m深的降压井，灰色淤泥质黏土和黏土层均采用滤管，采用流水施工，超声波震动装置采用超声波震动棒，仪器功率为2kw，滤料采用砂砾，填料采用黏土。
35.本实用新型的实施方案如下：
36.1、确定初始参数。
37.为了制定更好的降水方案，需要通过降水试验并结合地勘数据确定相关初始参数，作为后期降水参数。主要参数包括：超声波有效辐射半径r、超声波频率、降水时间、回流时间、管井间距、初始和设计水位高度，金属棒长度。本次降水半径r为4m，震动时间为10min，超声波频率25khz，降水时间12min，回流时间20min，管井间距8m，初始水位高度-2m，设计水位为-20m，金属棒长度为22m。
38.2、超声波降水管井布置
39.根据场地面积和预期疏干效果，确定超声波降水管井1的数量及管井组合方式。由于管井间距小于超声波有效辐射半径r且案例中场地采用止水帷幕，因此仅对开挖范围内土体疏干和降水即可。本案例采用中心超声波降水的方式，沿宽度方向布置超声波管井3个，长度方向上为33个，可以覆盖基坑开挖范围。
40.3、管井施工
41.根据设计要求确定超声波降水管井长度，对于超声波降水管井1要求在疏干土体范围内采用设有管井滤口14。本案例中管井滤口14高度为18m，在管井与钻孔之间的环形空隙内用砂砾回填，用黏土将井口端分层密封，最后进行洗井和抽井施工，疏通管井与土体的渗流路径。
42.4、支架安装
43.将环形支架4的凹槽23对准超声波降水管井1的井口然后旋转固定，环形支架4会在水泵2等装置的重力作用下牢牢固定在管井口处。椭圆型浮球27在自重和浮力作用下漂浮在水位线10处。
44.5、设备下放和调试
45.将超声波震动装置2和水泵3上的连接线圈(水泵电源线15、超声波电缆线16、水泵牵引绳19和超声波震动装置牵引绳20)通过环形支架上4的滚轮5先后在电机6的带动下缓缓到达相应的设计位置。水泵3要求在设计水位线17以下，超声波震动装置2下降到初始水位线10以下r/2处，即-4m。下降过程中根据线圈上的刻度确定下降深度。将各装置构件进行连接并接通电源并完成调试。
46.6、启动震动超声波震动装置
47.采用步骤1中降水试验获得的初始参数作为装置的设定参数，启动超声波震动装置2，设定震动时间为10min，超声波频率25khz。在震动过程中超声波震动棒会向周边发射超声12，超声波12从管井中不断向外扩散，并在水中产生微小气泡11，随着震动时间增加，地下水中的空化作用逐渐增强，从而不断提高土体渗透性直至稳定。
48.7、水泵降水
49.当超声波震动10min后，启动水泵3进行降水，同时通过水位计7观测水位变化，首次降水深度为r/2，即2m，此时水位线为-4m。记录降水时间，为15min，超声波震动棒持续工作，保持淤泥质黏土的渗透性。地下水在水力坡度作用下从土体中不断流向管井并被水泵3排出井外，椭圆型浮球27随水位同步下降，导致电阻变大，电流表29中电流减小，计算机控制中心25根据电流变化量换算并显示实时水位。
50.8、停止降水
51.当水位下降r/2时(此时水位到超声波震动装置2的位置)停止降水。超声波震动装
置2继续工作，周边土体中未及时排出的地下水会继续流向管井中直至管井内外水位基本相平，观测并回流时间，为15min。回流完成后水位变化稳定且会略高于超声波震动装置2。
52.9、数据对比和调整
53.考虑管井的差异性，首轮回流完成后，将降水时间、回流时间与初始参数进行对比，如果回流时间与初始数据不同时，为保证疏干效果，后续循环中步骤7静置过程的震动时间取用二者较大值，即15min在计算机控制中心25上重新设立该过程的震动时间。后续步骤的降水时间取用降水时间和初始数据的较小值，即10min。
54.10、超声波震动装置下降和复震
55.为了提前提高下方土体的渗透性，提高降水效果，缩短降水时间。关闭超声波震动装置2，启动电机6将超声波震动装置2缓缓下降r高度，即4m，标高为-6m。到达位置后启动超声波震动装置并震动时间为10min。
56.11、超声波震动装置上升和降水震动
57.震动完成后关闭超声波震动装置2，将超声波震动装置缓缓上升r/2高度，即2m，标高为-4m。到达位置后进行启动超声波震动装置2，震动时间为10min。完成后启动水泵3降水，降水高度为r/2高度，即2m，降水完成水位线标高为-6m。同时将超声波震动装置缓慢下降r/2，即2m，下降时间小于在步骤(9)中重新确定降水时间。
58.12、完成超声波管井降水
59.重复步骤(8)、(10)和(11)，可以自上而下逐步疏干管井周边土体和降低管井中水位高度，直至回流后超声波降水管井1中水位低于设计水位线17时才认定完成降水。
60.13、降压井水位复降
61.在基坑开挖过程中，由于降压井有水源供应，管井中水位线10在静置一段时间后逐步回升且高于设计水位线17时，可以通过重复步骤(6)和(7)使水位恢复到设计水位线17。
62.14、群井降水施工
63.基坑中各管井成梅花布置，井间距小于等于r。降水时周边普通管井21先行降水，然后中心位置的超声波管井2进行降水，保证了土体中疏干效果。降水先于土方开挖，随降随挖，所参考水位高度以超声波管井中水位为准。
64.本说明书的实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本实用新型构思所能想到的等同技术手段。