鉆吸排土沉井工法

鉆吸排土沉井施工技術(shù)是軟土地層中不排水下沉的新工藝，它通過特制的鉆吸機(jī)組，在水中進(jìn)行對土體的切削破碎以及同時完成排泥工作，從而使沉井下沉到達(dá)設(shè)計標(biāo)高。該工藝無振動、無噪聲、對環(huán)境影響小，具有技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、施工安全可靠、下沉質(zhì)量保證等優(yōu)點。隨著城市基礎(chǔ)工程建設(shè)的發(fā)展，沉井施工對相鄰環(huán)境的影響引起各方面的關(guān)注，為此本公司在1984年立題開發(fā)研究鉆吸排土下沉工藝，經(jīng)過多年來的工程實踐，已取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，并于1988年通過上海市政工程管理局組織專家鑒定，達(dá)到國內(nèi)首創(chuàng)的先進(jìn)技術(shù)水平。1989年榮獲上海市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步三等獎。這項新技術(shù)通過上海市延安東路隧道二號豎井等工程的施工實踐。得到專家和有關(guān)部門的好評。

1 特點

1.1具有水中破土排泥效率高、勞動強度低、安全可靠等優(yōu)點。由于鉆吸機(jī)具有切削破碎土體和高壓水?dāng)U孔造漿的雙重功能。加上潛水砂泵置于2臺鉆機(jī)中間連續(xù)不斷地抽吸較高濃度的泥漿，集破土排泥于一個組合機(jī)組，是不排水下沉施工中最為簡練有效的施工工藝。

1.2在飽和含水的軟土層中施工，能適應(yīng)各類土質(zhì)的地層情況，并已得到廣泛的應(yīng)用。特別是在有環(huán)境保護(hù)要求的條件下，本工法能成功地減少地表沉降量，并能有效地控制下沉對相鄰建筑物產(chǎn)生的影響。

1.3能在作業(yè)面上直接控制水下破土工作，避免了水下作業(yè)的不足。施工中按順序操作，可均勻有序地分層破土排泥，使沉井平穩(wěn)下沉，可避免沉井施工中抓挖深鍋底、突沉和超挖等現(xiàn)象，確保下沉施工質(zhì)量。
1.4吸法沉井下沉機(jī)械化程度高，不需要潛水員水下作業(yè)的勞動強度，改善了勞動環(huán)境，提高了水下作業(yè)施工的安全度。

2 適用范圍

鉆吸法沉井經(jīng)多年來的工程實踐，顯示了它對深大型沉井的優(yōu)越性和對環(huán)境保護(hù)的特殊作用，為不排水沉井施工提供了一種工效高、速度快的新方法。在不排水條件下，避免了沉井開挖面與地下水位的水頭差，防止了下沉過程中的流砂、涌土、塌方等現(xiàn)象，能有效控制沉井周圍環(huán)境的地表沉降。本工藝能廣泛適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、粘土、粉質(zhì)粘土、粉土等軟土地基中的不排水沉井施工，尤其適用于城市區(qū)域的深大型沉井工程。

3 工藝原理

鉆吸排土沉井是一項可靠的、高效的不排水下沉新手段。該工藝在水中破土是以潛水鉆機(jī)為主要動力，在水下對土體進(jìn)行強制式的機(jī)械切削，并輔以高壓水槍將破碎土體搗成泥漿，然后由潛水砂泵進(jìn)行反循環(huán)排泥。

沉井不排水下沉?xí)r，可由提升吊機(jī)將鉆吸機(jī)組作水平或垂直方向移動，合理地按下沉要求進(jìn)行有秩序的鉆吸破土，還須配以必要的助沉措施，以提高下沉工效，使沉井按要求平穩(wěn)地下沉到位。

4 工藝流程

4.1鉆吸機(jī)組操作工藝流程

4.2鉆吸排土沉井施工流程

5.施工操作要點

5.1鉆吸機(jī)組施工階段操作要點

5.1.1鉆吸機(jī)組制造完畢，應(yīng)按機(jī)組設(shè)計要求檢查驗收，同時對潛水電機(jī)潛水砂泵、電纜接頭等作好絕緣電阻的測試工作，驗收合格后方能允許使用。

5.1.2做好鉆吸機(jī)組操作規(guī)程的技術(shù)交底工作，并按工種人員配備分工明確，各司其職，嚴(yán)格培訓(xùn)和操作。
5.1.3機(jī)組上端的供水、排泥連接軟管和電纜，應(yīng)在適當(dāng)?shù)奈恢蒙辖壴O(shè)一根附加吊索，井在鉆吸排土過程中按鉆機(jī)狀態(tài)作相應(yīng)的吊放，以保持軟管較好的形態(tài)，防止軟管、電纜損壞而影響施工。

5.1.4按鉆吸機(jī)組的有效工作范圍，在沉井工作面上作出縱橫鉆吸定位標(biāo)志，使機(jī)組吊放時不致進(jìn)入結(jié)構(gòu)區(qū)域，防止機(jī)組移位時同豎井結(jié)構(gòu)碰撞。

5.1.5機(jī)組就位正確后，啟動鉆機(jī)和砂泵，按鉆進(jìn)速度8cm／min緩慢吊放，待機(jī)組切入土層50cm后，打開高壓水閥，并連續(xù)下放鉆機(jī)，下放速度由電氣控制裝置的電流監(jiān)測表控制，不應(yīng)大于額定值，但主吊鋼索應(yīng)始終處于受力狀態(tài)，禁止在鉆吸過程中放松主吊鋼索。

5.1.6機(jī)組在不平坦基底或不均勻土層內(nèi)鉆吸施工時，應(yīng)防止機(jī)組自轉(zhuǎn)、傾斜等現(xiàn)象。

5.2鉆吸排土沉井操作要點

5.2.1鉆吸下沉施工中，必須執(zhí)行“定位正確、先中后邊、對稱鉆吸，深度適當(dāng)”的原則，操作中可按“沉多少鉆、沉少多鉆”規(guī)律來實施。

5.2.2鉆吸施工前應(yīng)正確掌握井內(nèi)水位和鍋底土面的標(biāo)高，并認(rèn)真控制好鉆吸過程中進(jìn)排水量對井內(nèi)水位的變化，井內(nèi)水位不得低于允許水位標(biāo)高。

5.2.3沉井鉆吸下沉?xí)r，應(yīng)分層均勻、對稱地鉆吸，鉆吸超前深度不宜大于2.5m.。多格倉沉井施工時，相鄰倉的鍋底高差宜掌握在0.5～1m左右，使沉井保持均勻、平穩(wěn)下沉。

5.2.4鉆吸中應(yīng)用測量和量測數(shù)據(jù)反饋指導(dǎo)下沉工作，并應(yīng)合理配套使用助沉措施，使其形成一個完整的下沉程序。

6 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

本工法施工的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，可參照《上誨市地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》DBJ08-11-89和國標(biāo)《建筑工程質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)》GBJ301-88等有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

施工過程中還須隨時做好施工監(jiān)測和記錄工作，井加強施工期間對周圍構(gòu)筑物的沉降觀測，把對地表沉降影響列入本工法的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

7 主要施工設(shè)備

7.1 鉆吸法沉井組成系統(tǒng)

鉆吸排土工藝中的工作主機(jī)是鉆吸機(jī)組，還應(yīng)相應(yīng)地配置供水、供電、吊機(jī)、輸送管路、排放泥漿管路、泥漿沉淀池和助沉設(shè)施等部分，有機(jī)地組合成一個系統(tǒng)。

7.2主要機(jī)具設(shè)備

7.2.1取水泵；

7.2.2增壓泵；

7.2.3高壓水管；

7.2.4 50t吊車；

7.2.5電纜卷筒；

7.2.6防水電纜；

7.2.7浮標(biāo)；

7.2.8鉆吸機(jī)；

7.2.9泥漿管；

7.2.10沉淀池；

7.2.11溢流槽；

7.3主要設(shè)備簡解

7.3.1鉆吸機(jī)組

由2臺GZ2-1250A潛水鉆機(jī)和1臺Q4PS潛水砂泵對稱組合而成。潛水鉆機(jī)設(shè)有φ1250籠式鉆頭，運轉(zhuǎn)時2臺鉆機(jī)呈相反方向旋轉(zhuǎn)，并在鉆頭上端的周圍方向設(shè)有旋轉(zhuǎn)式水力沖槍，擴(kuò)大鉆吸破土范圍。槽水砂泵安裝在2臺鉆機(jī)中間?？芍苯訉@機(jī)破土后的泥漿提升排出。

7.3.2供水

每臺鉆吸機(jī)組的工作水量約150m3／h，應(yīng)視沉井所處的地質(zhì)條件合理選用工作水的壓力，并按工程規(guī)模起用鉆吸機(jī)組的數(shù)量，再確定多級泵的設(shè)置臺數(shù)以滿足施工需要。

7.3.3供電

鉆吸機(jī)組功率為74kW／臺，可由施工變電所送電到沉井現(xiàn)場，下沉作業(yè)面須設(shè)專用配電控制箱反漏電保護(hù)裝置，再經(jīng)電纜轉(zhuǎn)盤將防水電纜緩緩放入水中向鉆吸機(jī)組供電。防水電纜應(yīng)隨著鉆吸機(jī)組的工作位置而不斷變化。配電箱應(yīng)設(shè)有電壓、電流等儀表，可直接反映鉆機(jī)在水下的工作狀況。以便有效地控制鉆吸機(jī)組的工作速度。

7.3.4提升設(shè)備

有足以提升鉆吸機(jī)的能力，并能有效地控制鉆吸機(jī)組的垂直和水平向位置、下沉鉆吸速度以及鉆機(jī)作平面移動等能力。可選用移動式吊車，也可根據(jù)施工單位的實際情況選用必要的提升設(shè)備，但提升力必須大于鉆吸機(jī)組自重的1.5～2倍為宜。

8 安全措施

應(yīng)嚴(yán)格遵照國家頒發(fā)的《建筑安裝工程安全技術(shù)規(guī)程》和上海市建設(shè)委員會、上海市政工程管理局頒發(fā)的有關(guān)安全規(guī)定實施，并應(yīng)在施工中特別注意：

8.1施工前必須對鉆吸機(jī)組進(jìn)行絕緣電阻的測試，達(dá)不到額定數(shù)值不得使用。當(dāng)鉆吸機(jī)在水中工作時，施工人員不得進(jìn)入水域。

8.2鉆吸機(jī)組未進(jìn)入水域作業(yè)前，一般不宜開啟高壓旋轉(zhuǎn)水槍，以防高壓水傷害情況的發(fā)生。

8.3當(dāng)鉆吸機(jī)組不能按要求下鉆時，不得采取沖擊的鉆進(jìn)方式，必須謹(jǐn)慎查明原因，排除障礙后方能繼續(xù)操作。

9 勞動力組織

鉆吸排土沉井施工必須連續(xù)作業(yè)，每班工作人員(按每臺機(jī)組的臺班人員)配備見表1。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1

10 效益分析

在特定的施工環(huán)境條件下，既要把地表沉降影響控制在最小限度，又須采納不排水下沉方式施工時，采用本工法能獲得明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

在深大型沉井的不排水下沉施工中，本工法出土效率高、施工速度快、下沉質(zhì)量好，更能顯示可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

11 工程實例

上海市延安東路隧道的二號豎井工程是隧道施工的關(guān)鍵項目，其長28.2m，寬24.3m、地下埋深33.36m，豎井分五次制作、三次下沉的施工方案，第一次下沉9m深度采用輕型井點降水，水力機(jī)械化排水下沉，后兩次下沉均采用鉆吸法排土不排水下沉。

在采用鉆吸法沉井新工藝的施工過程中，還輔以沉井刃腳踏面反力和側(cè)壁土壓力的跟蹤量測工作，并在沉井周壁設(shè)置了觸變泥漿套和在刃腳部位預(yù)留了高壓射水系統(tǒng)，因此在整個沉井下沉過程中形成了“鉆、吸、射、動”這四大工藝流程，下沉中四角高差均控制在20cm左右，確保了相鄰建筑物的安全，經(jīng)施工中累計測量的最大沉降量為6.2cm，最小沉降量為1.2cm。終沉的各項指標(biāo)均符合規(guī)范要求，工程質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良。

采用鉆吸排土沉井工法施工的主要工程見表2。

表2 采用鋁吸排土沉井法施工的工程

（上海隧道工程股份有限公司）