0 引言

　　随着房地产行业发展，我国建筑用地愈发紧张，工矿区成为重点改造对象。对于工矿区工程建造，处理矿坑积水是施工过程中面临的重大难题之一。目前，处理方式多种多样，如在采矿前通过计算涌水量，制定帷幕注浆的治水方案^[1];利用现有斜井作为排水主要通道，设置接力水池及接力泵站，建立分段接力式排水系统^[2];亦有采用机械排水与锚杆注浆封堵断裂带相结合的方法防治矿坑水体^[2]。本文依托长沙冰雪世界项目，探讨基坑排水相关技术。

　　1 工程概况

　　长沙冰雪世界项目位于采石形成的矿坑上。采石坑周边长直径约500m、短直径约400m，类椭圆形，经人工采石后深度约100m。上宽下窄，坡度较陡，坡角为80°～90°，其平面上口面积约为18万m²，下口面积约为2.7万m²。建筑物±0.000相当于绝对高程53.000m(黄海高程)。坑底最深处绝对标高为-42.000m，坑面处绝对标高为53.000m。

　　由于岩壁破碎带及溶洞裂隙水较丰富，距湘江水系较近，且坑底地势低洼，有大量渗水由岩壁流入坑底，周边施工用水及雨水也排向基坑，矿坑排水是本项目施工过程中遇到的重大难题之一。

　　2 机械排水施工技术

　　2.1 暴雨流量计算

　　计算依据为:(1)长沙市暴雨强度计算公式;(2)现场提供数据;(3)排污泵按功率110kW、扬程128m、流量200m³/h进行核算;(4)沉淀池调节容积约500m³，百年一遇时不予考虑，五十年一遇时应考虑调节容积。

　　根据暴雨程度，排干坑内降水所需时间如表1所示。因雨水百年一遇、持续1h情况较少，本工程考虑雨水百年一遇、持续0.5h情况下能10h抽干坑内降水，或雨水五十年一遇、持续0.5h情况下能8h抽干坑内降水，则每级排污泵均应有4台能在极端恶劣天气下同时抽排水。

　　表1 排干坑内降水所需时间 

　　表1 排干坑内降水所需时间

　　2.2 排污泵选择

　　施工时，坑底岩壁渗水、雨水汇聚至3号集水井，经沉淀后，抽排至1号集水井;2号集水井的水直接抽排至1号集水井。1号集水井中的水经沉淀后排至市政管网。1～3号集水井平面布置如图1所示。

　　图1 集水井平面位置  

　　2.2.1 1号集水井

　　按经济适用原则选用排污水泵，在矿坑1号集水井中安装6台扬程120m、流量200m³/h、电机功率110kW排污泵(见图2)。1号集水井位于矿坑西南角，深约4m，面积约150m²，井底绝对标高为-12.000m。其中1,2号排污泵为第1组;3,4号排污泵为第2组;5,6号排污泵为第3组。每组排污泵均为1用1备，但第3组5,6号排污泵在一般情况下只启动1台，在暴雨恶劣天气下可同时启动2台。1～3号排污泵为现已安装好的旧排污泵，其支管采用DN200焊接钢管;4～6号排污泵为新安装的300DFQJ-120/6-110型潜水深井泵，因排污泵出口口径为DN125，故支管采用DN125焊接钢管。1～4号排污泵合用1根DN200焊接钢管作为干管，5,6号排污泵合用1根DN200焊接钢管作为干管。

　　图2 1号集水井中排污泵安装  

　　所有排污泵均采用控制柜自动控制，控制原理如下。

　　1)1号集水井中6台排污泵启泵流程为:当水位高于A时，启动1,2号排污泵中的1台;当水位超过B时，启动3,4号排污泵中的1台;当水位超过C时，启动5,6号排污泵中的1台;当水位超过D时，启动5,6号排污泵中的另一台(见图3a)。

　　2)1号集水井中6台排污泵停泵流程为:当水位降至C时，停止5号或6号排污泵中的1台;当水位降至B时，停止正在运行的5,6号排污泵中的另一台;当水位降至A时，停止运行中的3号或4号排污泵;当水位降至O时停止运行中的1号或2号排污泵，此时1号集水井中所有排污泵均停止运行。O点死水位必须高于排污泵吸水口0.3m(见图3b)。

　　图3 1号集水井排污泵启泵、停泵流程  

　　1号集水井布置如图4所示。6台排污泵通过10钢筋卧式固定于└36×6井字操作平台上，角钢焊接于I16制成的钢框架上。钢框架悬吊葫芦吊，以平衡干管(DN200焊接钢管)自重。排污泵出水口距坑底0.3m。

　　图4 1号集水井布置  

　　2.2.2 2号集水井

　　2号集水井紧靠矿坑南侧挡土墙，长约11m、宽约5m、深约3.5m。在坑底2号集水井中安装3台55kW排污泵，设置4个水位自动启停点，使排污泵根据水位高低逐一启停。若旧排污泵损坏，则新增200WQ250-40-55型潜水排污泵。2号集水井面积为500m²，深约6m，位于矿坑最南侧，井底绝对标高为-42.000m。

　　2号集水井中3台排污泵启泵流程为:当水位高于A时，启动1台排污泵;当水位超过B时，再启动1台排污泵;当水位超过C时，启动第3台排污泵(见图5a)。

　　2号集水井中3台排污泵停泵流程为:当水位降至B时，停止1台排污泵;当水位降至A时，再停止运行中的1台排污泵;当水位降至O时，所有排污泵均停止运行(见图5b)。

　　图5 2号集水井排污泵启泵、停泵流程  

　　2号集水井布置如图6所示。3台排污泵悬浮于集水井中，距离坑底1m深，由不锈钢软管DN200×1 500引出，而后外接橡胶软管DN200×8 000。悬浮系统由浮筒、工字钢支架、工字钢吊架、葫芦吊组成。浮筒分3排布置，每排8个，每个浮筒直径为800mm、长1 200mm，由10钢筋固定于I16支架上。通过固定于I16吊架上的葫芦吊平衡3台排污泵自重。水泵出水口距坑底0.3m。

　　2.2.3 3号集水井

　　图6 2号集水井布置  

　　3号集水井在施工区坑底最低处，绝对标高为-42.000m，凿岩50m²、深2.5m。集水井采用烧结页岩普通砖，墙厚240mm。在该坑中采用[10支架固定2台55kW 200WQ250-40-55型潜水排污泵，支管采用DN200焊接钢管，干管采用DN300焊接钢管，干管沿挡土墙引至半山腰1号集水井沉淀池南端，一般情况下启动1台排污泵，在暴雨恶劣天气下同时启动2台排污泵。该组排污泵设置3个水位自动启停点，使排污泵根据水位高低逐一启停。水泵出水口距坑底0.3m。3号集水井排污泵启泵、停泵流程如图7所示。

　　图7 3号集水井排污泵启泵、停泵流程  

　　2.3 排水设施安装

　　经计算，从1号集水井110kW排污泵至市政雨水井排水管道需2道DN200焊接钢管，管道沿矿腰30°倾角向上铺设。矿坑腰部排水管道立面如图8所示，安装加固流程如下。

　　图8 矿坑腰部排水管道立面  

　　1)排水管道沿30°倾角岩壁敷设时，采用└36×6钢支架作为支撑，支架底部人工钻孔孔径为150mm，预埋直径32mm螺纹钢筋，并用超早强无收缩灌浆料填充，待强度达到要求后与槽钢支架满焊，经计算确保支撑体系能承受抽水时的冲击力。螺纹钢筋每排2根，每排间距2m，锚杆长6m，共250根。

　　2)焊接工字钢和角铁将管道加固。

　　3)人工回填部分被雨水冲洗的土，并夯实。

　　4)沿管道旁砌筑1条排水沟。排水沟采用240mm厚砖墙，沟底C15混凝土垫层沿明沟两边各扩100mm，内抹25mm厚M7.5水泥砂浆，沟宽400mm、深600mm。

　　5)在支架下方及四周采用M7.5水泥砂浆抹面，宽4m，厚度≥50mm。

　　6)以上施工程序完毕，观察停泵时水锤对支架产生的破坏，直至安全为止。

　　7)开凿1条从矿顶至矿坑底的人工通道，总长250m。人工通道采用石砌台阶，台阶踏步宽800mm、高150mm。砌筑前基底素土先夯实，中间铺1层240mm厚石灰、碎砖或碎石、砂拌合而成的1∶3∶6三合土垫层，采用先铺设碎料后灌砂浆的方法，碎料应分层铺设，并适当洒水湿润。每层虚铺厚度≤120mm，并应铺平拍实，然后灌以1∶(2～4)石灰砂浆，再夯实镶砌料石。

　　3 结语

　　本工程通过采取排污泵合理选型、多级集水井布设等措施，确保长沙夏季暴雨期间未对本工程坑底作业造成影响，成功解决了冰雪世界百米深矿坑施工过程中的排水问题。