地下承压水自动排除技术设计与应用实践

引言

在市政工程、道路工程、地铁隧道、房建工程、深基坑施工等地下工程建设中，地下承压水严重影响工程安全、质量、进度和工程造价。它常位于两个隔水层间，地下水压力的危害性不容小觑。当区域地下水压力处于高位时，其蕴含的巨大能量如同隐藏在地下的“ 无形推手” ，会对基础结构产生持续且强烈的顶托作用。若工程前期未采取有效应对措施，当工程施工破坏地下水压力平衡时，随着时间推移，易引发涌水、渗水、可能致使地基上浮、桩基与底板结构断开、基础底板开裂，地面开裂、坍塌甚至引发建筑物整体倾斜等连锁反应问题。这种破坏力不仅作用于结构本身，还会加速地下管道、防水层等设施的损坏，其破坏性强，威胁人员安全，造成工程质量隐患、损毁、施工成本增加与工期延误。对工程质量和使用安全造成毁灭性打击，后期维护难度大，修复成本大幅增加。

一、地下承压水自动排除技术设计原理

（一）监测系统设计

地下承压水自动排除技术的监测系统主要由压力传感器、水位传感器、数据采集器等组成。压力传感器被安装在地下含水层中，用于实时监测承压水的压力变化情况。其工作原理是通过感应压力变化，将压力信号转化为电信号，传输给数据采集器。水位传感器则安装在集水井、排水沟等位置，用于监测水位高度。数据采集器收集来自压力传感器和水位传感器的数据，并进行初步处理和存储。

（二）智能控制系统设计

智能控制系统是地下承压水自动排除技术的关键。它依据预设阈值与算法，分析处理监测系统传来的数据。一旦压力传感器测得的承压水压力，或水位传感器测得的水位超出设定值，系统便自动下达指令，启动排水设备，常见的有潜水泵、离心泵等。排水期间，系统持续监测压力与水位变化，动态调节排水设备运行参数，确保高效排水。当压力和水位回归安全范围，系统会自动关停设备，节省能源。

（三）通信与预警系统设计

通信系统承担着监测系统、智能控制系统与监控中心间的数据传输任务。可选用 4G、5G、Wi-Fi、蓝牙等无线通信技术，或光纤等有线通信技术。无线通信安装方便、灵活性好，适合复杂施工环境；有线通信传输稳定、抗干扰强。预警系统与智能控制系统相联，一旦监测到压力或水位骤变、排水设备故障等异常数据，就通过声光报警、短信、邮件等方式，迅速向相关人员发出预警，以便及时采取措施，保障工程安全。

二、常见地下承压水自动排除技术类型

（一）真空排水技术

真空排水技术是利用真空泵在排水系统内形成负压，加速地下承压水的排出。该技术首先在地下工程周边布置排水井，在井内安装滤水管。滤水管的作用是防止泥沙等杂质进入排水系统，影响排水效果。然后通过管道将排水井与真空泵相连。当启动真空泵后，排水系统内的空气被抽出，形成负压环境，地下承压水在压力差的作用下，通过滤水管进入排水井，然后被抽排至指定位置。

（二）电渗排水技术

电渗排水技术基于电渗原理，在地下工程周边埋设电极，通过施加直流电，使地下水流向阴极，从而实现排水。在施工时，将金属电极（如钢管、钢筋等）按照一定间距和深度埋入地下。当接通直流电后，土壤中的孔隙水在电场作用下，会向阴极移动，然后通过排水管道排出。电渗排水技术适用于渗透系数极小的淤泥、淤泥质土等软土地层。它具有排水效率高、对周边环境影响小等优点，但需要消耗大量电能，且电极在长时间使用后可能会发生腐蚀，影响排水效果，需要定期维护和更换。

（三）虹吸排水技术

虹吸排水技术利用虹吸原理，实现地下承压水的自动排放。该技术在地下工程合适位置设置集水井和高位排水井，并通过管道将两者连接。首先在管道内充满水，形成虹吸条件。当集水井内的水位上升到一定高度时，在虹吸作用下，水会自动流向高位排水井，然后排出工程区域。虹吸排水技术无需动力设备，运行成本低，结构简单，维护方便。

压力差排水技术利用地下水压力大于排水压力，实现地下水的自动排放。该技术在市政工程、道路工程、房屋工程、地下工程，在合适部位设置渗井，为避免地下水渗出影响结构安全、电气设备安全及引起的地表潮湿，渗水井上部5 米井段需设置为不透水结构。该不透水井段需严格施工，可采用 C30 防渗钢筋混凝土浇筑（严寒地区可采用冻循环混凝土浇筑），或在井壁内外侧涂抹聚合物水泥防水砂浆，确保井壁密实无缝隙，形成可靠的隔水屏障，使地下水无法通过此段渗出地表结构，从而保障地下结构物、设备及人身安全和实现压力差排水功能有效发挥。将排水管道一端连接渗井不透水段适当标高位置，另一端与雨水井相连接。当渗水井内的水位上升到一定高度或压力达到一定程度时，形成渗水井水压力大于雨水井压力差条件。水会自动流向排水井，最终通过排水井流入市政雨水井或者其他适当位置。

三、地下承压水自动排除技术应用实践案例分析

（一）工程概况

某城市商业中心深基坑工程，开挖深度达20 米，基坑周边环境复杂，临近既有建筑物和地下管线。施工区域地下水位较高，存在丰富的承压水层，给基坑施工带来极大风险。

（二）技术应用方案

采用真空排水技术与自动监测控制系统相结合的方式。在基坑周边布置了 20 个排水井，井深 25 米，井内安装滤水管。每个排水井通过管道与真空泵相连，真空泵设置在基坑边缘的设备房内。

（三）应用效果

通过该技术的应用，基坑内地下水位得到有效控制，始终保持在基坑底面以下1.5 米，保障了基坑边坡的稳定。整个施工过程中，未发生涌水、流砂等事故，基坑周边建筑物和地下管线未受到影响。同时，自动排除技术减少了人工排水的工作量，提高了施工效率，缩短了工期约24 天。

结束语

综上所述，地下承压水自动排除技术整合科学设计与多元技术，为地下工程承压水问题提供有效解决办法。监测、智能控制、通信预警系统相互协作，实现承压水高效自动排出，不同技术适配各异地质与工程场景。实践表明，该技术显著提升施工安全与效率，但存在能耗高、维护成本大等问题。未来需加强技术研发，优化参数，推动技术融合，制定更完善方案，为地下工程建设提供坚实技术保障。

参考文献

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