水力机械冲吸法沉井下沉工艺研究

何 绘

（核工业井巷建设集团有限公司，浙江 湖州313000）

福建省平潭及闽江口水资源配置工程第三标段涉及金水湖输水管道、龙醒大顶山输水管道、球山隆鞋厂详谦农场城门水厂输水管道，共涉及17座沉井。本文根据部分沉井采用水力机械冲吸法成功终沉的经验，对其沉井下沉工艺进行分析。

1 工程概况

福建省平潭及闽江口水资源配置工程第三标段由核工业井巷建设集团有限公司和宏润建设集团股份有限公司组成的联合体承建。主要工作内容包括17座沉井，合同总价3.04亿元。该工程共分为3条支线：金水湖支线、城门支线、长乐支线。金水湖支线工作井、接收井各1座，地层环境为砂质泥土及全风化岩层；城门支线1#和3#为接收井、2#和5#为工作井、4#为工作井兼接收井，地层环境主要为砂土层和淤泥层；长乐支线1#、3#、5#、7#、9#为接收井，2#、4#、6#、8#、10#为工作井，地层环境主要为淤泥和黏土层。

2 水力机械冲吸法沉井下沉工艺

2.1 适用情况

水力机械冲吸法沉井下沉工艺适用于排水下沉和不排水下沉，需有必要的排泥场所和一定的水源，不适用于坚硬土质和岩石区的沉井下沉方式。

2.2 工作原理

水力机械的施工是利用高压射水，通过对土壤的切割及冲刷使其形成泥浆，再使用水力吸泥机将其排出井外的工作的全过程。

施工时，高压水泵的高压水流通过进水管路分送至沉井内水力冲泥机和水力吸泥机的喷嘴处，水力冲泥的收缩喷嘴将高水流的位能变成动能，使水流具有很快的速度和很大的破坏能力，用以冲刷、切割和运送土体，并使其形成相应稠度的泥浆，汇流向集水坑，再通过水力吸泥机排出井外。

2.3 机械设备

2.3.1 水泵

水泵的数量配置随工程量和工作面大小而定，当工作面和工程量大的时候可配置多台，反之，则可单用一台水泵。若水泵的流量或压力不符合施工设计要求，可用相同类型的水泵并联或串联以满足施工所需的条件。

水泵相连时，必须遵循以下原则：水泵并联，流量叠加而扬程不变；水泵串联，扬程叠加而流量不变。如果用不同类型的水泵并联，各水泵的扬程必须要相同；串联时，必须要求各水泵的流量相同。串联在后面的水泵，结构必须坚固，否则可能会遭到破坏。

2.3.2 水力机械

水力吸泥机。水力吸泥机主要是由喷嘴、混合管、喉管以及扩散管等组成，见第110页图1-a。吸泥机的喷嘴很容易磨损和堵塞，施工时要注意清理和排除杂物。吸龙头的结构必须保证在吸入泥浆的同时，防止大的石块、土块、碎木块及其他夹杂物堵塞影响吸泥，因此，在吸泥机龙头泥浆进口处装有网罩，见第110页图1-b。

水力冲泥机。采用水力冲泥机切割土体时，利用其射流冲刷切割土层并搅动土层，使之形成泥浆。将高压的水流供给水力冲泥机，使其在通过喷嘴时形成很快的速度，将土体冲破并搅动成泥浆，以便通过吸泥机吸走。水枪的水压力随下沉深度而定，一般平均下沉1 000 mm需1 kg的水头压力，水枪与供水管路用胶管连接，以便其在井内自由移动位置。

管路系统。管路系统包括供水及排泥管路。水力机械管路系统分为高压进水管路和低压排水管路。由于沉井逐渐下沉，要求在进水及排泥管中必须有软管，或者在高压进水管路中采用钢制活络接头，以适应沉井下沉及水位变化。

高压供水管路由钢管及耐高压的橡胶管组成。管与管之间用法兰盘连接或电焊连接，如用法兰连接，法兰之间常垫橡皮垫，橡皮垫的厚度一般为60 mm左右，橡胶管直径一般为150~200 mm，耐压强度应在800 kg/mm2以上，采购时要考虑其耐压强度[1]。

排泥管多采用无缝钢管，其具有一定的强度，并且管子本身阻力小，管径可根据泥浆的排出量和泥浆在管路中的经济流速（2~3 m/s）来确定。

2.4 水力机械冲吸法沉井下沉工艺

在井底开挖一个直径约为1 000~1 500 mm的集泥坑，再用水力冲泥机向集泥坑四周冲出几条水沟，然后可向四周开挖锅底。开挖锅底时，应逐步均匀地冲挖土堤，遵循先中后边、分层对称破土、先高后低、及时纠偏的原则，使沉井逐步下沉。水力机械冲吸法沉井下沉工艺流程见图2。

3 下沉施工操作要点

1）水力机械施工时，应保证设备正常运转，各设备均应经过检验合格后方可使用。

2）进行水力机械施工时，应清除井底垃圾杂物，防止吸泥泵堵塞导致设备出现故障。

3）在冲泥过程中，应在刃脚处保留800~1 500 mm左右的土堤，减少对井周围土体的扰动。

4）在施工过程中，应做好井体周围构筑物的沉降观测和现场监护工作，防止沉井过程中发生局部沉降或塌陷。

5）沉井锅底深度应控制在1 000~2 000 mm。因为锅底过深易产生突沉，使沉井下沉量和惯斜度无法控制，同时井外土体也易塑流入井，引起井周地面过多沉降。

6）吸泥机的吸水头应用绳子吊空，防止吸水头工作时被埋入集泥坑的浮泥内，从而导致土块堵塞吸水头的网罩，同时，要经常用水枪在吸水头处冲刷搅动，防止集泥坑中泥砂淤积，使排土畅通。

4 安全操作要点

1）沉井施工前应对临时用电施工进行检查，防止施工过程中发生触电事故。

2）沉井内各种设施均应架设牢固，井周边应设有防护栏杆，人员上下应装设防坠器及防护圈。

3）进行高压水枪冲土时，应时刻防止高压水伤人。

5 结论

水力机械冲吸法沉井下沉工艺在我国沉井工程中已得到了广泛的运用，也取得了很大的发展。采用这种方式能有效保证沉井下沉质量，因机械化程度较高，能大大提高排土效率，缩短工期。但由于场地局限性较大，坚实程度较大的土体不易形成泥浆，且随着下沉深度的增加，水力吸泥机施工效率降低，成本随之增高。