工作井排水下沉法与不排水真空吸泥下沉法相结合的施工技术探讨

1、内蒙古黄河镫口供水穿黄顶管工程工作井排水下沉法与不排水真空吸泥下沉法相结合的施工技术探讨摘 要：根据内蒙古黄河镫口供水工程穿黄顶管工作井具有紧邻黄河，平面尺寸小，地下水位高，土质为沙砾石夹有薄层砂壤土，下部为粘土及粉土等特点，采用不完全排水水枪冲土吸泥法下沉与不排水空气吸泥法下沉相结合的施工技术。关键词：沉井，黄河，砂砾石，地下水，不完全排水，粘土，粉土，不排水，空气吸泥法。一、工程概况黄河镫口供水工程位于内蒙古自治区包头市镫口扬水站管理区内，工程内容主要包括穿黄顶管、工作井、接收井及其临时工程。本文主要介绍工作井下沉的施工方法。工作井在黄河北岸，位于镫口扬水站西泵站与新建岸边泵站之间，平面尺

2、寸为12.8mx 9.8m，顶高程1002.5m,底板高程981.5m,韧脚高程977.568m。工作井位置 地面高程1001.8m,地下水位在997.25m。Il Izw 一 w-KK图1工作井位置示意图据钻孔揭露，工作井的地层上部0-1.2m为回填土，1.2-4.5m为旧建筑物浆砌石。再下层为新生界第四系全新统洪冲积层，岩性为级配不良砾，砂砾石为灰色、黄色，湿饱和，最大可见砾径 530mm 60mm以上占8% 20-60占26% 20mm以下占66% 厚度约为10m最下部为新生界第四系中更新统湖积层地层，岩性为黄色、灰绿色的壤土，厚度大于25mr i I；f-1.1.1厂i irhHl1J

3、1111 r. IT ,1 1 J iI n Hit h 口 广 Hl*1 irtUlfe 先l i- i IT卜肖箭監tr- j 1J ,1E? 二二141 U7rL-*i_询1图2工作井地质情况图二、施工方案工作井总高度为24.932m,分五步制作，两次下沉。第一步沉井制作高度4.8m,在基坑中进行。第一步制作完成后回填基坑，进行第二步与第三步沉井制作，第二步 与第三步制作高度为9.7m，制作完成后进行第一次下沉。第一次下沉到位后，制作第 四步与第五步沉井，然后进行第二次下沉。1、第一次下沉的方法选定沉井下沉的施工方法一般分为排水下沉与不排水下沉两种。（1）排水下沉在土层比较稳定，渗水量不

4、大时，可采用排水下沉的方法。本工程由于4.5m以下即有地下水，土层又为砂砾石地层，渗透系数达0.13cm/s,加之紧邻黄河，如果采用排水下沉法，可能形成管涌造成危险，并影响到黄河岸堤，存在一定风险。（2）不排水下沉不排水下沉的土方开挖有抓斗出土和水下吸泥出土两种方式。由于沉井较小，净 空尺寸只有9.8mx6.8m，中间有一道底梁，底板位置四周井壁与底梁两边还留有1m长的插筋，无法采用机械抓斗出土的方式开挖土方。另外，由于土层中大粒径石头含 量很高，采用不排水泥浆泵吸泥法或真空吸泥法，出土效率极低，而且还要配合潜水 员花大量时间清理石头，对工程的工期和成本都将造成影响。经过综合分析，我项目部决定

5、采用不完全排水的方法进行第一次下沉。即在进行下沉施工时，井底始终保持1m左右水位，用高压水枪对井底需要开挖的部位进行冲刷， 将土层冲为液化泥浆，再用泥浆泵排出井外。一般6cm以下粒径的卵石都能随泥浆一起排出。下沉过程中，根据井底土质情况，如果发现大粒径石块较多就暂停吸泥，只 抽清水，人工将石块装袋。考虑一次吊运重量不大，吊运作业时间又不确定，沉井工 期比较长，租用吊车费用较高的因素，我项目部在沉井顶部安装了一台小型卷扬机， 采用小卷扬机将装袋的石块吊出井外。下沉施工时如果渗水量很大，或发现渗水量发生突然变化，立即暂停施工，人员 撤离井底。待渗水情况稳定，确保安全后再进行施工。2、第二次下沉由于

6、第一次下沉达到深度988.0m,已穿过沙砾石层，为了避免长期渗水与黄河河 底形成管涌的风险，确保工程安全施工，第二次下沉采用不排水空气吸泥法。（1）空气吸泥的原理 空气吸泥下沉法的主要设备是空气吸泥机，空气吸泥机包括空气箱、吸泥管、排泥管、风管及其它配件。当空气吸泥机工作的时候，压缩空气沿着进气管路进入空气 箱，通过吸泥管管壁上的小孔进入吸泥管，与管内泥水混合，形成比重小于 1 的气水 混合物。当送入的压缩空气充足时，吸泥管中气水混合物的比重将远小于 1，而空气 吸泥机在水下又有足够的深度时，在管外水头压力的作用下，气水混合物顺着排泥管 上升而排出井外。与此同时，开动固定在吸泥管管口处的高压水

7、枪，将管口处土层冲 散形成泥浆，随着气水混合物上升而被吸入排泥管，在排泥管内与压缩空气混合后排 到井外，完成空气吸泥工作。随着吸泥机在沉井四周调整位置冲吸，刃脚便慢慢切土 下沉。（2）主要设备空气吸泥下沉法需要配备的设备包括：空气吸泥机空气吸泥机的型号一般以吸泥管的内径 d 的大小来确定，常用型号分为 d100、d150、d200、d300等，本项目选用一套吸泥管内径为 d200的空气吸泥机。供风设备及供风管路供风设备采用1台9mVmin的空气压缩机, 配备3m3储气罐一个，由风管将储气罐中压缩空 气送至吸泥机的空气箱。高压水枪采用125D5型高压水泵提供高压射水，确 保将管口处土层冲刷成泥浆

8、，高压水泵从蓄水 池抽取清水。排泥管路排泥管路采用焊管，通过法兰与空气吸泥 机的排泥管相连。排出的泥水混合物进入沉淀 池，清水流入蓄水池循环使用。沉井补水设备在沉井吸泥下沉的过程中，必须不断地往井内补水，保持井内水位比井外地下水 位高出2米以上，保证空气吸泥机的水头高度，并避免井底翻砂。（3）吸泥下沉的操作要点按规定安装好各种机械设备：空气压缩机、储气罐、送风管路、空气吸泥机、 排水管路、高压水泵及射水管、补水水泵及管路、操作平台。经过试运行正常运转后 方可施工。沉井施工应按照“先中后边，先高后低，分层对称，即时纠偏”的原则进行操 作。吸泥机尽量保持在井中心位置吸泥， 使沉井在刃脚处挤土下沉，

9、只有当中间土 体全部吸出形成锅底还不下沉时才适当冲吸刃脚周围土体，严禁直接冲刃脚底部。吸泥机吸泥管口要勤运动，保持出泥率，防止吸清水。吸泥过程中始终保持井内水位高出井外水位 2m左右。3、终沉前的操作地勘资料显示，沉井刃脚设计标高处地层仍为粉土，容易造成扰动，为了保证沉井稳定到达设计高程，应该在距离设计高程2m时减缓吸泥下沉的速度，并减少用高压 水枪冲刷井底，尽量只吸不冲，避免扰动基底土层。终沉到位后 24小时内下沉量不大 于10mm即可认为沉井已稳定。三、纠偏措施针对沉井过程中经常出现的井体倾斜、偏移、扭转现象，应采取有效的预防控制 措施，一旦发生偏斜，应及时米取措施进行处理1沉井倾斜在沉井

10、过程中因为局部超挖过深，局部翻砂，或者遇到软硬不均匀地层，都容易 造成沉井倾斜。在下沉过程中出现倾斜时，应立即停止下沉，分析查明倾斜原因。纠 偏时应开挖顶面较高的一侧刃脚处土方（如果采用空气吸泥法下沉，则应保持井内水 头，在顶面较高的一侧刃脚处进行吸泥），减小刃脚高的一侧正面阻力，并尽量不要扰 动低的一侧土层，随着顶面高的一侧下沉，倾斜即可纠正。2、沉井位移和扭转沉井下沉过程中，一个方向的轴线发生了偏移，称为位移；两个方向的轴线都发 生了偏移，称为扭转。位移大多是因为倾斜和沉井外侧土的偏压引起的，当倾斜方向 不平行于轴线时，纠正后则会产生扭转。位移纠正的方法，可以有意识地使沉井向位移方向倾斜，然后沿倾斜方向下沉， 直到刃脚中心线与设计位置一致或接近时，再纠正倾斜，位移相应会得到纠正。发生 扭转时可先纠正一个方向的倾斜、位移，然后再纠正另一个方向的倾斜、位移，经过 几次纠正后，轴线可回到原来的位置。四、施工测量在沉井纵横方向的轴线上各设四个控制点，测量其平面坐标与高程，用以推算沉 井的顶、底及中心坐标，指导沉井下沉与纠偏。并随时对周边建筑物进行沉降观测