鉆吸排土沉井工法

鉆吸排土沉井施工技術是軟土地層中不排水下沉的新工藝，它通過特制的鉆吸機組，在水中進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設計標高。該工藝無振動、無噪聲、對環境影響小，具有技術先進、經濟合理、施工安全可靠、下沉質量保證等優點。隨著城市基礎工程建設的發展，沉井施工對相鄰環境的影響引起各方面的關注，為此本公司在1984年立題開發研究鉆吸排土下沉工藝，經過多年來的工程實踐，已取得較好的經濟效益和社會效益，并于1988年通過上海市政工程管理局組織專家鑒定，達到國內首創的先進技術水平。1989年榮獲上海市科學技術進步三等獎。這項新技術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、安全可靠等優點。由于鉆吸機具有切削破碎土體和高壓水擴孔造漿的雙重功能。加上潛水砂泵置于2臺鉆機中間連續不斷地抽吸較高濃度的泥漿，集破土排泥于一個組合機組，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，能適應各類土質的地層情況，并已得到廣泛的應用。特別是在有環境保護要求的條件下，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生的影響。

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

2 適用范圍

鉆吸法沉井經多年來的工程實踐，顯示了它對深大型沉井的優越性和對環境保護的特殊作用，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、塌方等現象，能有效控制沉井周圍環境的地表沉降。本工藝能廣泛適用于淤泥、淤泥質土、粘土、粉質粘土、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為主要動力，在水下對土體進行強制式的機械切削，并輔以高壓水槍將破碎土體搗成泥漿，然后由潛水砂泵進行反循環排泥。

沉井不排水下沉時，可由提升吊機將鉆吸機組作水平或垂直方向移動，合理地按下沉要求進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，使沉井按要求平穩地下沉到位。

4 工藝流程

4.1鉆吸機組操作工藝流程

4.2鉆吸排土沉井施工流程

5.施工操作要點

5.1鉆吸機組施工階段操作要點

5.1.1鉆吸機組制造完畢，應按機組設計要求檢查驗收，同時對潛水電機潛水砂泵、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做好鉆吸機組操作規程的技術交底工作，并按工種人員配備分工明確，各司其職，嚴格培訓和操作。
5.1.3機組上端的供水、排泥連接軟管和電纜，應在適當的位置上綁設一根附加吊索，井在鉆吸排土過程中按鉆機狀態作相應的吊放，以保持軟管較好的形態，防止軟管、電纜損壞而影響施工。

5.1.4按鉆吸機組的有效工作范圍，在沉井工作面上作出縱橫鉆吸定位標志，使機組吊放時不致進入結構區域，防止機組移位時同豎井結構碰撞。

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

5.1.6機組在不平坦基底或不均勻土層內鉆吸施工時，應防止機組自轉、傾斜等現象。

5.2鉆吸排土沉井操作要點

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

5.2.2鉆吸施工前應正確掌握井內水位和鍋底土面的標高，并認真控制好鉆吸過程中進排水量對井內水位的變化，井內水位不得低于允許水位標高。

5.2.3沉井鉆吸下沉時，應分層均勻、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、平穩下沉。

5.2.4鉆吸中應用測量和量測數據反饋指導下沉工作，并應合理配套使用助沉措施，使其形成一個完整的下沉程序。

6 質量標準

本工法施工的質量標準，可參照《上誨市地基基礎設計規范》DBJ08-11-89和國標《建筑工程質量檢驗標準》GBJ301-88等有關規定執行。

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

7 主要施工設備

7.1 鉆吸法沉井組成系統

鉆吸排土工藝中的工作主機是鉆吸機組，還應相應地配置供水、供電、吊機、輸送管路、排放泥漿管路、泥漿沉淀池和助沉設施等部分，有機地組合成一個系統。

7.2主要機具設備

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；

7.2.8鉆吸機；

7.2.9泥漿管；

7.2.10沉淀池；

7.2.11溢流槽；

7.3主要設備簡解

7.3.1鉆吸機組

由2臺GZ2-1250A潛水鉆機和1臺Q4PS潛水砂泵對稱組合而成。潛水鉆機設有φ1250籠式鉆頭，運轉時2臺鉆機呈相反方向旋轉，并在鉆頭上端的周圍方向設有旋轉式水力沖槍，擴大鉆吸破土范圍。槽水砂泵安裝在2臺鉆機中間。可直接將鉆機破土后的泥漿提升排出。

7.3.2供水

每臺鉆吸機組的工作水量約150m3／h，應視沉井所處的地質條件合理選用工作水的壓力，并按工程規模起用鉆吸機組的數量，再確定多級泵的設置臺數以滿足施工需要。

7.3.3供電

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

7.3.4提升設備

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

8 安全措施

應嚴格遵照國家頒發的《建筑安裝工程安全技術規程》和上海市建設委員會、上海市政工程管理局頒發的有關安全規定實施，并應在施工中特別注意：

8.1施工前必須對鉆吸機組進行絕緣電阻的測試，達不到額定數值不得使用。當鉆吸機在水中工作時，施工人員不得進入水域。

8.2鉆吸機組未進入水域作業前，一般不宜開啟高壓旋轉水槍，以防高壓水傷害情況的發生。

8.3當鉆吸機組不能按要求下鉆時，不得采取沖擊的鉆進方式，必須謹慎查明原因，排除障礙后方能繼續操作。

9 勞動力組織

鉆吸排土沉井施工必須連續作業，每班工作人員(按每臺機組的臺班人員)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濟效益和社會效益。

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、下沉質量好，更能顯示可觀的經濟效益。

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壁土壓力的跟蹤量測工作，并在沉井周壁設置了觸變泥漿套和在刃腳部位預留了高壓射水系統，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。終沉的各項指標均符合規范要求，工程質量達到優良。

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）