水力機(jī)械沖吸法沉井下沉工藝研究

何 繪

（核工業(yè)井巷建設(shè)集團(tuán)有限公司，浙江 湖州313000）

福建省平潭及閩江口水資源配置工程第三標(biāo)段涉及金水湖輸水管道、龍醒大頂山輸水管道、球山隆鞋廠詳謙農(nóng)場(chǎng)城門水廠輸水管道，共涉及17座沉井。本文根據(jù)部分沉井采用水力機(jī)械沖吸法成功終沉的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其沉井下沉工藝進(jìn)行分析。

1 工程概況

福建省平潭及閩江口水資源配置工程第三標(biāo)段由核工業(yè)井巷建設(shè)集團(tuán)有限公司和宏潤(rùn)建設(shè)集團(tuán)股份有限公司組成的聯(lián)合體承建。主要工作內(nèi)容包括17座沉井，合同總價(jià)3.04億元。該工程共分為3條支線：金水湖支線、城門支線、長(zhǎng)樂(lè)支線。金水湖支線工作井、接收井各1座，地層環(huán)境為砂質(zhì)泥土及全風(fēng)化巖層；城門支線1#和3#為接收井、2#和5#為工作井、4#為工作井兼接收井，地層環(huán)境主要為砂土層和淤泥層；長(zhǎng)樂(lè)支線1#、3#、5#、7#、9#為接收井，2#、4#、6#、8#、10#為工作井，地層環(huán)境主要為淤泥和黏土層。

2 水力機(jī)械沖吸法沉井下沉工藝

2.1 適用情況

水力機(jī)械沖吸法沉井下沉工藝適用于排水下沉和不排水下沉，需有必要的排泥場(chǎng)所和一定的水源，不適用于堅(jiān)硬土質(zhì)和巖石區(qū)的沉井下沉方式。

2.2 工作原理

水力機(jī)械的施工是利用高壓射水，通過(guò)對(duì)土壤的切割及沖刷使其形成泥漿，再使用水力吸泥機(jī)將其排出井外的工作的全過(guò)程。

施工時(shí)，高壓水泵的高壓水流通過(guò)進(jìn)水管路分送至沉井內(nèi)水力沖泥機(jī)和水力吸泥機(jī)的噴嘴處，水力沖泥的收縮噴嘴將高水流的位能變成動(dòng)能，使水流具有很快的速度和很大的破壞能力，用以沖刷、切割和運(yùn)送土體，并使其形成相應(yīng)稠度的泥漿，匯流向集水坑，再通過(guò)水力吸泥機(jī)排出井外。

2.3 機(jī)械設(shè)備

2.3.1 水泵

水泵的數(shù)量配置隨工程量和工作面大小而定，當(dāng)工作面和工程量大的時(shí)候可配置多臺(tái)，反之，則可單用一臺(tái)水泵。若水泵的流量或壓力不符合施工設(shè)計(jì)要求，可用相同類型的水泵并聯(lián)或串聯(lián)以滿足施工所需的條件。

水泵相連時(shí)，必須遵循以下原則：水泵并聯(lián)，流量疊加而揚(yáng)程不變；水泵串聯(lián)，揚(yáng)程疊加而流量不變。如果用不同類型的水泵并聯(lián)，各水泵的揚(yáng)程必須要相同；串聯(lián)時(shí)，必須要求各水泵的流量相同。串聯(lián)在后面的水泵，結(jié)構(gòu)必須堅(jiān)固，否則可能會(huì)遭到破壞。

2.3.2 水力機(jī)械

水力吸泥機(jī)。水力吸泥機(jī)主要是由噴嘴、混合管、喉管以及擴(kuò)散管等組成，見(jiàn)第110頁(yè)圖1-a。吸泥機(jī)的噴嘴很容易磨損和堵塞，施工時(shí)要注意清理和排除雜物。吸龍頭的結(jié)構(gòu)必須保證在吸入泥漿的同時(shí)，防止大的石塊、土塊、碎木塊及其他夾雜物堵塞影響吸泥，因此，在吸泥機(jī)龍頭泥漿進(jìn)口處裝有網(wǎng)罩，見(jiàn)第110頁(yè)圖1-b。

水力沖泥機(jī)。采用水力沖泥機(jī)切割土體時(shí)，利用其射流沖刷切割土層并攪動(dòng)土層，使之形成泥漿。將高壓的水流供給水力沖泥機(jī)，使其在通過(guò)噴嘴時(shí)形成很快的速度，將土體沖破并攪動(dòng)成泥漿，以便通過(guò)吸泥機(jī)吸走。水槍的水壓力隨下沉深度而定，一般平均下沉1 000 mm需1 kg的水頭壓力，水槍與供水管路用膠管連接，以便其在井內(nèi)自由移動(dòng)位置。

管路系統(tǒng)。管路系統(tǒng)包括供水及排泥管路。水力機(jī)械管路系統(tǒng)分為高壓進(jìn)水管路和低壓排水管路。由于沉井逐漸下沉，要求在進(jìn)水及排泥管中必須有軟管，或者在高壓進(jìn)水管路中采用鋼制活絡(luò)接頭，以適應(yīng)沉井下沉及水位變化。

高壓供水管路由鋼管及耐高壓的橡膠管組成。管與管之間用法蘭盤連接或電焊連接，如用法蘭連接，法蘭之間常墊橡皮墊，橡皮墊的厚度一般為60 mm左右，橡膠管直徑一般為150~200 mm，耐壓強(qiáng)度應(yīng)在800 kg/mm2以上，采購(gòu)時(shí)要考慮其耐壓強(qiáng)度[1]。

排泥管多采用無(wú)縫鋼管，其具有一定的強(qiáng)度，并且管子本身阻力小，管徑可根據(jù)泥漿的排出量和泥漿在管路中的經(jīng)濟(jì)流速（2~3 m/s）來(lái)確定。

2.4 水力機(jī)械沖吸法沉井下沉工藝

在井底開(kāi)挖一個(gè)直徑約為1 000~1 500 mm的集泥坑，再用水力沖泥機(jī)向集泥坑四周沖出幾條水溝，然后可向四周開(kāi)挖鍋底。開(kāi)挖鍋底時(shí)，應(yīng)逐步均勻地沖挖土堤，遵循先中后邊、分層對(duì)稱破土、先高后低、及時(shí)糾偏的原則，使沉井逐步下沉。水力機(jī)械沖吸法沉井下沉工藝流程見(jiàn)圖2。

3 下沉施工操作要點(diǎn)

1）水力機(jī)械施工時(shí)，應(yīng)保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，各設(shè)備均應(yīng)經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)合格后方可使用。

2）進(jìn)行水力機(jī)械施工時(shí)，應(yīng)清除井底垃圾雜物，防止吸泥泵堵塞導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障。

3）在沖泥過(guò)程中，應(yīng)在刃腳處保留800~1 500 mm左右的土堤，減少對(duì)井周圍土體的擾動(dòng)。

4）在施工過(guò)程中，應(yīng)做好井體周圍構(gòu)筑物的沉降觀測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)護(hù)工作，防止沉井過(guò)程中發(fā)生局部沉降或塌陷。

5）沉井鍋底深度應(yīng)控制在1 000~2 000 mm。因?yàn)殄伒走^(guò)深易產(chǎn)生突沉，使沉井下沉量和慣斜度無(wú)法控制，同時(shí)井外土體也易塑流入井，引起井周地面過(guò)多沉降。

6）吸泥機(jī)的吸水頭應(yīng)用繩子吊空，防止吸水頭工作時(shí)被埋入集泥坑的浮泥內(nèi)，從而導(dǎo)致土塊堵塞吸水頭的網(wǎng)罩，同時(shí)，要經(jīng)常用水槍在吸水頭處沖刷攪動(dòng)，防止集泥坑中泥砂淤積，使排土?xí)惩ā?/p>

4 安全操作要點(diǎn)

1）沉井施工前應(yīng)對(duì)臨時(shí)用電施工進(jìn)行檢查，防止施工過(guò)程中發(fā)生觸電事故。

2）沉井內(nèi)各種設(shè)施均應(yīng)架設(shè)牢固，井周邊應(yīng)設(shè)有防護(hù)欄桿，人員上下應(yīng)裝設(shè)防墜器及防護(hù)圈。

3）進(jìn)行高壓水槍沖土?xí)r，應(yīng)時(shí)刻防止高壓水傷人。

5 結(jié)論

水力機(jī)械沖吸法沉井下沉工藝在我國(guó)沉井工程中已得到了廣泛的運(yùn)用，也取得了很大的發(fā)展。采用這種方式能有效保證沉井下沉質(zhì)量，因機(jī)械化程度較高，能大大提高排土效率，縮短工期。但由于場(chǎng)地局限性較大，堅(jiān)實(shí)程度較大的土體不易形成泥漿，且隨著下沉深度的增加，水力吸泥機(jī)施工效率降低，成本隨之增高。