——访北京市地勘局地质工程勘察院副总工程师张志林于德福  段金平  崔文君●辐射井就是以一眼竖井为圆心,从竖井底部打辐射状的水平井,从而将旗工区域的地下水采集起来集中抽走●设计方案时,需弄清不同渗透系数地层水平井单井出水量的数据●竖井的深度达不到,施工降水效果差●辐射井降水引起的地面沉降一般小于3毫米目前,随着地下交通网建设的紧张进行,北京地下空间开发也逐渐进入高潮。而在这一过程中承担类似扫雷任务的降水工程,其难度也越来越大,采用新的降水技术就成为地下空间开发的客观要求。日前,北京地勘局地质工程勘察院在承担的北京地铁降水工程中首次成功应用了辐射井技术,为城市地下空间开发过程中尽量减少因建设而带来的经济社会生活的不稳定提供了可靠的技术保证。近日,记者就辐射井技术的有关话题,采访了北京地勘局地质工程勘察院副总工程师张志林。记者:张总,请给我们介绍一下辐射井是怎样的一项技术?张志林:辐射井此前一直用在供水工程中。过去,人们在以地下水为供水水源时,就会在地下水富集的河道附近打一眼竖井,然后再以竖井为圆心、从竖井底部向河道底部打呈放射状的水平井,通过水平井采集地下水实现供水的目的。因水平井是以竖井为圆心向河底辐射的,所以人们就将由一眼大口径竖井和由内向外敷设于含水层中、呈辐射状分布的水平井组成的系统井称为辐射井。辐射井由于其施工难度大,成本相对较高,因此很少用于工程降水尤其是地下隧道工程降水中。记者:在北京地铁降水中采用辐射井技术是基于何种考虑?张志林:辐射井的功能说到底就是采集地下水。用在供水上,是因为辐射井布设的位置富含地下水,采集的水量较大,能够满足供水的需求。用在降水工程中,用的其实还是它的这一功能,让它将地铁施工区域的地下水采集起来集中抽走,从而达到降水的目的。2002年4月,在进行北京地铁五号线降水设计时,北京地铁建设公司领导认为为了降水施工而进行大量拆迁难度较大而且不经济,并且在很多地段进行降水施工时对周边环境影响较大(比如影响交通、名胜古迹、河湖桥梁、既有地铁线等)。为此,我们提出采用辐射井技术降水,每隔100米拆迁100平方米。此前还没有人将辐射井技术用于隧道工程降水,因而这一建议也遭到部分专家的反对,但北京地铁建设公司领导认为引进新技术是可行的,但必须先做好试验。记者:试验的结果如何?张志林:我们在各种地层条件下试验了水平井施工,获得成功。在地铁五号线东四站进行了工程性试验,结果应该说基本难了辐射井降水方案的可行性。在试验过程中,我们按照降水施工手册上给出的有关参数进行水平井数量的设计,结果发现降水效果并不理想,原因就是手册上的参数是按照地下水富集区设计的参数,不适应其他地区。于是,我们在全面分析地层含水系数的基础上,逐步增加水平井的数量,弄清了不同渗透系数地层水平井单井出水量的经验数据这一数据既可算是一大创新,也为辐射井用于降水工程提供了科学的依据。记者:辐射井是由竖井和水平井组成的,100平方米的面积是否能够完成竖井的施工呢?张志林:这可以说是辐射井技术降水的第二个创新点。竖井的直径一般设计为3米,如以100平方米拆迁后的空地中心点为竖井的圆心,假设这块场地是正方形,其实在竖井外面每边就只有3.5米的距离,用大口径钻机钻井的方法,是无法完成竖井施工的,只能采取沉井法,也就是先浇灌好井筒,人工开挖井身后再一截一截地将井筒沉下去。过去采用沉井法施工,最大开挖深度只达到过20米,达不到这次地铁建设所要求的降水深度。为此,我们采取了在井筒上预留注浆孔、在沉井过程中通过注浆孔向井筒和井壁中间高压喷注膨润土以降低其摩擦力的措施,使沉井深度成功地达到了28米。这个深度很重要,因为水平井要施工在含水层的底部,如果竖井的深度达不到,水平井就算施工了也不可能达到需要的降水效果。记者:水平井施工采取什么工艺呢?张志林:水平井施工过去普遍采取的是水冲法,但因这种工艺的超径系数较难控制,所以引起的地面沉降也较大。为此,我们和国土资源部廊坊钻控技术研究所联合研制了双臂钻杆水力反循环钻机,使钻进过程所产生的泥砂屑从钻杆中冲出,而不是从钻杆的外部冲出,从而大大降低了钻进的超径系数。雍和宫的实战情况表明,采用这一新型设备后,降水工程所引起的地面沉降小于3毫米,效果非常理想。记者:北京地区的地层除有砂土型外,有的地方还含有较多的卵石,如遇到这种情况怎么办?张志林:对此我们也有所准备。在与钻探技术研究所研制成功双臂钻杆水力反循环钻机后,我们又联合研制成功了多级偏心潜孔锤跟进管钻机,并在卵石、漂石地层中进行了50米的水平井钻进试验。配套钻机的研制成功,可以说是我们的第三个创新点吧。有了这三个创新点吧。有了这三个创新点,可以说辐射井降水技术基本上能适用于北京所有地区的降水工程中,在全国也有较大的推广价值。记者:除了节省拆迁费用外,采用辐射井技术降水还有哪些好处?张志林:从采用辐射工艺降水以来,北京地勘局共在地铁4、5、10号线及奥运支线上成功设计施工80眼,现在正在施工的还有机场线的19眼。采用辐射井降水起码还有以下两个好处。一是减少甚至消除对地面既有交通设施或经济社会生活造成的影响。与过去不同的是,现在进行地下交通网的建设,面对的最大挑战是如何保持建设期间城市经济生活的持续性、交通的连续性及居民生活的正常性,以及在保持这“三性”时尽可能地降低建设成本。应对这一挑战,现在有了非开挖、盾构机掘进、高效支护等成熟技术,可以安全地实现地下工程施工。但是,为保证地下施工正常进行所需的地下水降水技术,有时却不得不从地面进行大面积开挖。如果地下交通线正好穿过既有地面交通线,降水工程所需的开挖工程要么无法进行,要么就得中断既有交通线、毁坏既有交通设施进行降水工程施工。在北京地铁线路施工中这类情况较多,其中既有环城公路也有国铁线路,还有立交桥等交通设施,有的还要从地面繁华地段下面穿越。如果采用常规降水技术,在这些地区根本无法进行降水工程施工。二是可以对既有建筑群下的地下空间开发工程进行降水,这在北京东直门地铁站最为典型。东直门立交桥,地下有环线地铁东直门站,现在要施工的东直门地下交通枢纽是在环线地铁东直门站的下部。如果采用常规降水技术来降水,就只能将全部既有设施全部拆除,从地面开挖很大的基坑然后统一重建。这显然是不现实的,但这种地方辐射井技术却可以大显身手。目前,我国许多大城市都面临交通繁忙和拥挤的情况,在土地资源日益紧张的情况下,建设地下交通网可能是最好的选择。但不能忽视的是,不管哪个城市在进行地下交通网的建设时,都不可避免地要遇到如何保证建设期间城市经济社会生活稳定性的问题。辐射井降水在北京的成功实践,可以说是我们地质工作者对我国未来城市地下空间开发的一点贡献吧!              (6-02093-DKDB)

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