水力機械沖吸法沉井下沉工藝研究

何 繪

（核工業井巷建設集團有限公司，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、球山隆鞋廠詳謙農場城門水廠輸水管道，共涉及17座沉井。本文根據部分沉井采用水力機械沖吸法成功終沉的經驗，對其沉井下沉工藝進行分析。

1 工程概況

福建省平潭及閩江口水資源配置工程第三標段由核工業井巷建設集團有限公司和宏潤建設集團股份有限公司組成的聯合體承建。主要工作內容包括17座沉井，合同總價3.04億元。該工程共分為3條支線：金水湖支線、城門支線、長樂支線。金水湖支線工作井、接收井各1座，地層環境為砂質泥土及全風化巖層；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，地層環境主要為砂土層和淤泥層；長樂支線1#、3#、5#、7#、9#為接收井，2#、4#、6#、8#、10#為工作井，地層環境主要為淤泥和黏土層。

2 水力機械沖吸法沉井下沉工藝

2.1 適用情況

水力機械沖吸法沉井下沉工藝適用于排水下沉和不排水下沉，需有必要的排泥場所和一定的水源，不適用于堅硬土質和巖石區的沉井下沉方式。

2.2 工作原理

水力機械的施工是利用高壓射水，通過對土壤的切割及沖刷使其形成泥漿，再使用水力吸泥機將其排出井外的工作的全過程。

施工時，高壓水泵的高壓水流通過進水管路分送至沉井內水力沖泥機和水力吸泥機的噴嘴處，水力沖泥的收縮噴嘴將高水流的位能變成動能，使水流具有很快的速度和很大的破壞能力，用以沖刷、切割和運送土體，并使其形成相應稠度的泥漿，匯流向集水坑，再通過水力吸泥機排出井外。

2.3 機械設備

2.3.1 水泵

水泵的數量配置隨工程量和工作面大小而定，當工作面和工程量大的時候可配置多臺，反之，則可單用一臺水泵。若水泵的流量或壓力不符合施工設計要求，可用相同類型的水泵并聯或串聯以滿足施工所需的條件。

水泵相連時，必須遵循以下原則：水泵并聯，流量疊加而揚程不變；水泵串聯，揚程疊加而流量不變。如果用不同類型的水泵并聯，各水泵的揚程必須要相同；串聯時，必須要求各水泵的流量相同。串聯在后面的水泵，結構必須堅固，否則可能會遭到破壞。

2.3.2 水力機械

水力吸泥機。水力吸泥機主要是由噴嘴、混合管、喉管以及擴散管等組成，見第110頁圖1-a。吸泥機的噴嘴很容易磨損和堵塞，施工時要注意清理和排除雜物。吸龍頭的結構必須保證在吸入泥漿的同時，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，在吸泥機龍頭泥漿進口處裝有網罩，見第110頁圖1-b。

水力沖泥機。采用水力沖泥機切割土體時，利用其射流沖刷切割土層并攪動土層，使之形成泥漿。將高壓的水流供給水力沖泥機，使其在通過噴嘴時形成很快的速度，將土體沖破并攪動成泥漿，以便通過吸泥機吸走。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，以便其在井內自由移動位置。

管路系統。管路系統包括供水及排泥管路。水力機械管路系統分為高壓進水管路和低壓排水管路。由于沉井逐漸下沉，要求在進水及排泥管中必須有軟管，或者在高壓進水管路中采用鋼制活絡接頭，以適應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，耐壓強度應在800 kg/mm2以上，采購時要考慮其耐壓強度[1]。

排泥管多采用無縫鋼管，其具有一定的強度，并且管子本身阻力小，管徑可根據泥漿的排出量和泥漿在管路中的經濟流速（2~3 m/s）來確定。

2.4 水力機械沖吸法沉井下沉工藝

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

3 下沉施工操作要點

1）水力機械施工時，應保證設備正常運轉，各設備均應經過檢驗合格后方可使用。

2）進行水力機械施工時，應清除井底垃圾雜物，防止吸泥泵堵塞導致設備出現故障。

3）在沖泥過程中，應在刃腳處保留800~1 500 mm左右的土堤，減少對井周圍土體的擾動。

4）在施工過程中，應做好井體周圍構筑物的沉降觀測和現場監護工作，防止沉井過程中發生局部沉降或塌陷。

5）沉井鍋底深度應控制在1 000~2 000 mm。因為鍋底過深易產生突沉，使沉井下沉量和慣斜度無法控制，同時井外土體也易塑流入井，引起井周地面過多沉降。

6）吸泥機的吸水頭應用繩子吊空，防止吸水頭工作時被埋入集泥坑的浮泥內，從而導致土塊堵塞吸水頭的網罩，同時，要經常用水槍在吸水頭處沖刷攪動，防止集泥坑中泥砂淤積，使排土暢通。

4 安全操作要點

1）沉井施工前應對臨時用電施工進行檢查，防止施工過程中發生觸電事故。

2）沉井內各種設施均應架設牢固，井周邊應設有防護欄桿，人員上下應裝設防墜器及防護圈。

3）進行高壓水槍沖土時，應時刻防止高壓水傷人。

5 結論

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