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摘要：本文介绍了一种在大型超深沉井中运用高压水冲洗结合空气吸泥机沉井的技术，解决了超深沉井机械占位困难、下沉速度慢的施工难题，对陆上大型超深沉井施工个有一定的启发借鉴意义。
关键词：空气吸泥;沉井;高压水冲洗;
1.序言
沉井是井筒状的结构物，它是以井内挖土，依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，然后经过混凝土封底并填塞井孔，使其成为桥梁墩台或其它结构物的基础。沉井施工是―种特殊施工方法，一般用于建造深基础和地下构筑物等工程，它具有施工设备简单、操作方便、容易保证施工质量、对周围环境影响小等优点。
随着现代冶炼及交通、水务、石油等行业科学技术快速发展、环保理念的不断变化，各行业与之配套的沉井平面尺寸及下沉深度不断扩大，所遇地质条件等更加复杂，施工难度亦在加大。尤其是在强透水的粉细砂层﹐砂夹卵石等地层采用普通的不排水下沉工法效率较低，且很难下沉至设计标高。本文以XX大口径顶管工程中Y-7末端泵站沉井为例，详细介绍了大型超深沉井在强透水砂层条件下，应用高压水泵反冲洗加空气吸泥下沉施工技术，高效完成了下沉施工。总结出一套施工质量高、整体效果好的施工技术。该项技术具有下沉速度快，所需设备简单、下沉易控制的特点，节省下沉施工时间，具有明显的社会经济效益。
2.工程概况
2.1工程简介
XX工程Y-7末端泵站沉井，为矩形井，长31.8m，宽27.5m，壁厚1.25-2.5m，井体高度37.1m，下沉深度36.9m。内设纵向2道隔墙、横向3道隔墙，将沉井分为12个隔仓。沉井刃脚设计基于地质报告显示有软土，为防止沉井在承载力低的软土中突沉、超沉，井壁刃脚设计宽2.5m，踏面宽达2m;内隔墙宽2.4m，踏面宽达1.8m。沉井主要难点有三：一是高，沉井高度高，不能一次浇筑成型，需分节制作，分节下沉，Y7井分7次制作，5次下沉;二是下沉深度深，深度深了，所穿越的地层就多，下沉取土困难;三是刃脚踏面宽，下沉端阻大，刃脚不能插入地层，不能有效阻隔沉井周边土体滑塌入井。
2.2地质条件及周边情况
本工程位于位于长江边，地面高程6.0-6.5m，地形平坦，地下水位于地下3.0-4.0m，自上而下各地层如下：杂填土、素填土、粉质粘土夹粉士、粉士夹粉砂、粉砂。场地地下水类型主要为潜水、微承压水。微承压水位于粉土夹粉砂层下部，标高-8.92m
Y-7沉井平面、立面图
即原地面下15.4m，地下水主要接受大气降水渗透补给，沿岸的地下水与长江有水力联系。Y-7井边距长江堤（京江路）96m。沉井西侧为临时道路，可通往京江路与外部相通，交通条件较好;东侧、南侧各有水塘，取水、做临时沉淀池条件较好;Y-7井有容量为800KVA变压器一个。
3、沉井下沉方案概述
3.1下沉方式比选
沉井为重型沉井，主要靠自重G克服阻力下沉，其所受的阻力有水的浮力F、刃脚及隔墙底的正面反力R1和沉井的侧壁摩阻力R2，其下沉系数K值为：
K=（G-F）/（ R1+R2）
根据计算结果可知：
在全刃脚支承的工况下下沉系数均满足下沉要求。但在全截面工况下，下沉系数均不满足下沉要求。因此，沉井下沉均需要掏空所有隔墙下的土。
沉井下沉深度深，影响面积大，控制不好将会引起土体沉降，对周边道路、堤坝、门卫房、地下管线造成威胁。若沉井全部采用不排水下沉方式，出土效率低、姿态难以控制、下沉速度慢等问题。根据沉井所处地质条件和周边环境，沉井上部20.9m采用排水下沉法，下部16m采用不排水下沉法。
4、沉井下沉
4.1上部排水下沉
根據设计情况，上部沉井四周施打Φ850@600止水帷幕水泥搅拌桩止水帷幕，桩长16m，桩深18.5m，一方面截断地下水渗流，另一方面在沉井下沉过程中，降低周边土体沉降，减少周边土体破坏，保护建（构）筑及周边环境的安全。主要不透水的淤泥质粉质粘土地层，采用的沉井下沉方式为排水下沉法，沉井第一节，第二节共12.2m采用小型挖掘机挖土+推土机井下送土+电动八瓣抓斗提土的方式进行沉井开挖施工。这种开挖具有施工速度快，成本低的优点。
但挖至第三节时，微承压水顶破不透水层，有地下水涌出，下部地层为透水的粉砂层，为防止下沉开挖时涌水涌砂产生，增加了井点降水措施。排水下沉到20.9m。
4.2下部不排水抓斗取土下沉
沉井第四次下沉，即从地下20.9-25.4m段采用履带吊配双瓣抓斗取土下沉。沉井每边布置一台抓斗。本节下沉出现塌方量小，沉井下沉平均速度每天20cm。
沉井第五次下沉时，即25.4-30.44m段，最后一节预制完成后，下沉仍采用履带吊挖土下沉，沉井深度大，取一斗土需要用时3-5min，因两瓣抓斗合拢时有缝隙，砂土在上提过程中，会漏掉一半甚至三分之二的泥砂，实际上挖出的土方很少效率极低。按每天工作12小时计，四台履带吊每天抓出土约432方，经常挖7-8天不能下沉，即使下沉，基本也在5-20cm，因为刃脚下部土体不挖，沉井就不能下沉，一挖空，沉井外的土体就会滑坍进入井内，造成大塌方，形成循环挖土，实际有效挖土量很低。采用履带抓斗取土下沉阶段，共计47天，累计下沉了3.581m，平均下沉速度7.62cm/d。采用这种取土办法，履带吊必须在沉井四边中间站位，井周土体不定时的滑塌，严重影响了履带吊的站位安全，存在较大的安全隐患。
4.3下部末节不排水下沉方式的选择
空气吸泥下沉与抓斗取土下沉方式对比详见下表
抓斗取土下沉 基本可行，但效率低，不能挖到隔梁下的土，正常每天工作12小时，每天出土约432方，平均每天7.62cm，后期会更慢，机械有时出故障，不能满负荷正常运行。 需使用4台履带吊，占沉井四边中间部分，易因塌方影响吊车占位安全 每月机械租赁费+燃油费约50万元，总费用约200万元 余7米，下沉需要100天以上 空气吸泥下沉 可行，能在高压反冲洗配合下，清空隔梁下的土，正常每天可工作12小时，必要时可24小时运转，正常每天出土677方，按2支管计，每天可吸泥1354方。正常每天可下沉0.774m。易堵管。 使用2台履带吊，吊车可占位于沉井对角线位置，井周塌方对履带吊安全影响大大减轻 需2台履带吊，总费用约129万元。 余7米，下沉按每天15cm计，需要47天
通过以上技术可行性、安全、工期、成本四个方面进行对比，显然，空气吸泥法更适宜Y-7沉井后续下沉作业。
4.4下部空气吸泥法下沉
4.4.1空气吸泥原理
空气吸泥下沉法是通过自制空气吸泥装置，然后通过空压机输送足够风量，进入吸泥器的管道内，并向吸泥管内喷射，形成圆锥形高速气流，向排泥管出口排放，从而带走吸泥管和排泥管中的泥水和空气，而在吸泥管下部形成负压产生吸力，将泥块、砂石连同水吸入吸泥管，随高压气流排出排泥管外，达到沉井内出土的目的，使沉井下沉。
空气吸泥装置是由吸泥器、吸泥管、排泥管、高压风管组成。动力是空压机。吸泥器是采用在吸泥管下部 距底部1m内位置挖孔，焊接两根DN63的高压风管弯头，并延长与空压机连接。吸泥管与排泥管直径相同。吸泥管是DN300钢管制成的，排泥管是DN300钢管，钢管均采用法兰连接，高压风管是DN63的无缝钢管制成的。DN315的吸泥管流量为705m3/h。
空气吸泥管是需要在各个仓内移动的，这就需要垂直起吊设备。一般使用桁车，但Y-7井前期采用了履带吊抓斗取土下沉了一部分，若再次安装桁车吊，需要约30天时间，且需要质量站检测通过后方可使用，工期来不及，因此，本工程利用前期两台履带吊（100t一台，150t一台）作为提升辅助设备。
排泥池、沉淀池在沉井东侧、南侧，总库容7000方。
4.4.2空气吸泥装置的操作
（1）本工程2台供气24m3/h螺杆式空压机供一支DN300的吸泥管，共配置2根吸泥管，每根管同一台履带吊吊着在仓内游走吸砂下沉，履带吊一台100t座落于西北角，一台150t座落于西南角，个别仓较远，可适当移动履带吊位置。
（2）使用空气吸泥装置排水量较大，为保持井内外水位平衡，防止由于井内水位降低而井内外压差较大，可能产生井内刃脚处大量翻砂现象，应配备充足的水源向井内供水。本工程吸泥管每支需配备2台回水泵，备用1台，共采用3台DN200的污水泵进行回灌，水量每台泵400m3/h，确保吸泥期间井内水位高出地下水位3-5m，且要确保井内水面至排泥口垂直距离小于10m，才能保证空气吸泥机有效运行。
（3）沉井使用吸泥装置取土时，通常使用吊车等起重设备维持其悬吊状态，管身保持垂直并能在井内移动。吸泥时，吸泥管口离开泥面的高度一般以0.2m～0.5m为宜。为了保证沉井刃脚下泥土吸泥效果，加快沉井的下沉速度，对沉井刃角、隔梁下部和倾斜吸泥装置无法吸到的地方，采用高压水枪冲散刃脚下基土，高压水枪由110kw绞吸泵连接DN300的反冲洗管，喷口变径为DN100mm，变径后产生高压高流速水流，向下、侧方冲击破碎泥土，形成高浓度泥浆，由四周向锅底中央驱赶，起到清空沉井两纵三横隔梁下土方和纠偏作用。然后由吸泥机吸排出井。
5.设备配置
6.施工总结
大型超深沉井下沉施工，可以采用的下沉方法有很多，本工程先后采用了抓斗、空气吸泥法下沉。本工程地下21m以下部以粉细砂土为主，事实证明，选择冲吸结合的空气吸泥下沉法是正确的，光吸不冲，因为隔梁下部土体不能清空，沉井一样难以下沉。下沉中，吸出了沉井外周塌入的大量砖、砼块，如果采用绞吸泵等其它吸泥下沉取土方法，也不会很顺利的下沉;过程中遇到大量的井周塌方，因空气吸泥法出砂量大，连续施工1天左右就能再次形成锅底，正常下沉。反冲洗空气吸泥下沉法在X工程Y-7末端泵站沉井下沉中的运用，创造了一天下沉55.9cm的下沉速度，极大的提高了这座大型超深沉井下沉效率。节省工期同时，采用的履带吊仅在沉井一侧的角落位置站位，地基土不易沉降，提高了履带吊抗倾覆的能力。空气吸泥器制作简单，安全可靠，在施工现场就可制作，具有成本低廉、操作简单、人工使用少的的经济优势。
参考文献
[1]吴松.工地现场自制空气动力吸泥机[J].科技信息，2018.
[2]廖瀟，寇宝庆，陈锁等.沉井空气吸泥下沉技术研究[M].2012.20.
关键词：空气吸泥;沉井;高压水冲洗;
1.序言
沉井是井筒状的结构物，它是以井内挖土，依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，然后经过混凝土封底并填塞井孔，使其成为桥梁墩台或其它结构物的基础。沉井施工是―种特殊施工方法，一般用于建造深基础和地下构筑物等工程，它具有施工设备简单、操作方便、容易保证施工质量、对周围环境影响小等优点。
随着现代冶炼及交通、水务、石油等行业科学技术快速发展、环保理念的不断变化，各行业与之配套的沉井平面尺寸及下沉深度不断扩大，所遇地质条件等更加复杂，施工难度亦在加大。尤其是在强透水的粉细砂层﹐砂夹卵石等地层采用普通的不排水下沉工法效率较低，且很难下沉至设计标高。本文以XX大口径顶管工程中Y-7末端泵站沉井为例，详细介绍了大型超深沉井在强透水砂层条件下，应用高压水泵反冲洗加空气吸泥下沉施工技术，高效完成了下沉施工。总结出一套施工质量高、整体效果好的施工技术。该项技术具有下沉速度快，所需设备简单、下沉易控制的特点，节省下沉施工时间，具有明显的社会经济效益。
2.工程概况
2.1工程简介
XX工程Y-7末端泵站沉井，为矩形井，长31.8m，宽27.5m，壁厚1.25-2.5m，井体高度37.1m，下沉深度36.9m。内设纵向2道隔墙、横向3道隔墙，将沉井分为12个隔仓。沉井刃脚设计基于地质报告显示有软土，为防止沉井在承载力低的软土中突沉、超沉，井壁刃脚设计宽2.5m，踏面宽达2m;内隔墙宽2.4m，踏面宽达1.8m。沉井主要难点有三：一是高，沉井高度高，不能一次浇筑成型，需分节制作，分节下沉，Y7井分7次制作，5次下沉;二是下沉深度深，深度深了，所穿越的地层就多，下沉取土困难;三是刃脚踏面宽，下沉端阻大，刃脚不能插入地层，不能有效阻隔沉井周边土体滑塌入井。
2.2地质条件及周边情况
本工程位于位于长江边，地面高程6.0-6.5m，地形平坦，地下水位于地下3.0-4.0m，自上而下各地层如下：杂填土、素填土、粉质粘土夹粉士、粉士夹粉砂、粉砂。场地地下水类型主要为潜水、微承压水。微承压水位于粉土夹粉砂层下部，标高-8.92m
Y-7沉井平面、立面图
即原地面下15.4m，地下水主要接受大气降水渗透补给，沿岸的地下水与长江有水力联系。Y-7井边距长江堤（京江路）96m。沉井西侧为临时道路，可通往京江路与外部相通，交通条件较好;东侧、南侧各有水塘，取水、做临时沉淀池条件较好;Y-7井有容量为800KVA变压器一个。
3、沉井下沉方案概述
3.1下沉方式比选
沉井为重型沉井，主要靠自重G克服阻力下沉，其所受的阻力有水的浮力F、刃脚及隔墙底的正面反力R1和沉井的侧壁摩阻力R2，其下沉系数K值为：
K=（G-F）/（ R1+R2）
根据计算结果可知：
在全刃脚支承的工况下下沉系数均满足下沉要求。但在全截面工况下，下沉系数均不满足下沉要求。因此，沉井下沉均需要掏空所有隔墙下的土。
沉井下沉深度深，影响面积大，控制不好将会引起土体沉降，对周边道路、堤坝、门卫房、地下管线造成威胁。若沉井全部采用不排水下沉方式，出土效率低、姿态难以控制、下沉速度慢等问题。根据沉井所处地质条件和周边环境，沉井上部20.9m采用排水下沉法，下部16m采用不排水下沉法。
4、沉井下沉
4.1上部排水下沉
根據设计情况，上部沉井四周施打Φ850@600止水帷幕水泥搅拌桩止水帷幕，桩长16m，桩深18.5m，一方面截断地下水渗流，另一方面在沉井下沉过程中，降低周边土体沉降，减少周边土体破坏，保护建（构）筑及周边环境的安全。主要不透水的淤泥质粉质粘土地层，采用的沉井下沉方式为排水下沉法，沉井第一节，第二节共12.2m采用小型挖掘机挖土+推土机井下送土+电动八瓣抓斗提土的方式进行沉井开挖施工。这种开挖具有施工速度快，成本低的优点。
但挖至第三节时，微承压水顶破不透水层，有地下水涌出，下部地层为透水的粉砂层，为防止下沉开挖时涌水涌砂产生，增加了井点降水措施。排水下沉到20.9m。
4.2下部不排水抓斗取土下沉
沉井第四次下沉，即从地下20.9-25.4m段采用履带吊配双瓣抓斗取土下沉。沉井每边布置一台抓斗。本节下沉出现塌方量小，沉井下沉平均速度每天20cm。
沉井第五次下沉时，即25.4-30.44m段，最后一节预制完成后，下沉仍采用履带吊挖土下沉，沉井深度大，取一斗土需要用时3-5min，因两瓣抓斗合拢时有缝隙，砂土在上提过程中，会漏掉一半甚至三分之二的泥砂，实际上挖出的土方很少效率极低。按每天工作12小时计，四台履带吊每天抓出土约432方，经常挖7-8天不能下沉，即使下沉，基本也在5-20cm，因为刃脚下部土体不挖，沉井就不能下沉，一挖空，沉井外的土体就会滑坍进入井内，造成大塌方，形成循环挖土，实际有效挖土量很低。采用履带抓斗取土下沉阶段，共计47天，累计下沉了3.581m，平均下沉速度7.62cm/d。采用这种取土办法，履带吊必须在沉井四边中间站位，井周土体不定时的滑塌，严重影响了履带吊的站位安全，存在较大的安全隐患。
4.3下部末节不排水下沉方式的选择
空气吸泥下沉与抓斗取土下沉方式对比详见下表
抓斗取土下沉 基本可行，但效率低，不能挖到隔梁下的土，正常每天工作12小时，每天出土约432方，平均每天7.62cm，后期会更慢，机械有时出故障，不能满负荷正常运行。 需使用4台履带吊，占沉井四边中间部分，易因塌方影响吊车占位安全 每月机械租赁费+燃油费约50万元，总费用约200万元 余7米，下沉需要100天以上 空气吸泥下沉 可行，能在高压反冲洗配合下，清空隔梁下的土，正常每天可工作12小时，必要时可24小时运转，正常每天出土677方，按2支管计，每天可吸泥1354方。正常每天可下沉0.774m。易堵管。 使用2台履带吊，吊车可占位于沉井对角线位置，井周塌方对履带吊安全影响大大减轻 需2台履带吊，总费用约129万元。 余7米，下沉按每天15cm计，需要47天
通过以上技术可行性、安全、工期、成本四个方面进行对比，显然，空气吸泥法更适宜Y-7沉井后续下沉作业。
4.4下部空气吸泥法下沉
4.4.1空气吸泥原理
空气吸泥下沉法是通过自制空气吸泥装置，然后通过空压机输送足够风量，进入吸泥器的管道内，并向吸泥管内喷射，形成圆锥形高速气流，向排泥管出口排放，从而带走吸泥管和排泥管中的泥水和空气，而在吸泥管下部形成负压产生吸力，将泥块、砂石连同水吸入吸泥管，随高压气流排出排泥管外，达到沉井内出土的目的，使沉井下沉。
空气吸泥装置是由吸泥器、吸泥管、排泥管、高压风管组成。动力是空压机。吸泥器是采用在吸泥管下部 距底部1m内位置挖孔，焊接两根DN63的高压风管弯头，并延长与空压机连接。吸泥管与排泥管直径相同。吸泥管是DN300钢管制成的，排泥管是DN300钢管，钢管均采用法兰连接，高压风管是DN63的无缝钢管制成的。DN315的吸泥管流量为705m3/h。
空气吸泥管是需要在各个仓内移动的，这就需要垂直起吊设备。一般使用桁车，但Y-7井前期采用了履带吊抓斗取土下沉了一部分，若再次安装桁车吊，需要约30天时间，且需要质量站检测通过后方可使用，工期来不及，因此，本工程利用前期两台履带吊（100t一台，150t一台）作为提升辅助设备。
排泥池、沉淀池在沉井东侧、南侧，总库容7000方。
4.4.2空气吸泥装置的操作
（1）本工程2台供气24m3/h螺杆式空压机供一支DN300的吸泥管，共配置2根吸泥管，每根管同一台履带吊吊着在仓内游走吸砂下沉，履带吊一台100t座落于西北角，一台150t座落于西南角，个别仓较远，可适当移动履带吊位置。
（2）使用空气吸泥装置排水量较大，为保持井内外水位平衡，防止由于井内水位降低而井内外压差较大，可能产生井内刃脚处大量翻砂现象，应配备充足的水源向井内供水。本工程吸泥管每支需配备2台回水泵，备用1台，共采用3台DN200的污水泵进行回灌，水量每台泵400m3/h，确保吸泥期间井内水位高出地下水位3-5m，且要确保井内水面至排泥口垂直距离小于10m，才能保证空气吸泥机有效运行。
（3）沉井使用吸泥装置取土时，通常使用吊车等起重设备维持其悬吊状态，管身保持垂直并能在井内移动。吸泥时，吸泥管口离开泥面的高度一般以0.2m～0.5m为宜。为了保证沉井刃脚下泥土吸泥效果，加快沉井的下沉速度，对沉井刃角、隔梁下部和倾斜吸泥装置无法吸到的地方，采用高压水枪冲散刃脚下基土，高压水枪由110kw绞吸泵连接DN300的反冲洗管，喷口变径为DN100mm，变径后产生高压高流速水流，向下、侧方冲击破碎泥土，形成高浓度泥浆，由四周向锅底中央驱赶，起到清空沉井两纵三横隔梁下土方和纠偏作用。然后由吸泥机吸排出井。
5.设备配置
6.施工总结
大型超深沉井下沉施工，可以采用的下沉方法有很多，本工程先后采用了抓斗、空气吸泥法下沉。本工程地下21m以下部以粉细砂土为主，事实证明，选择冲吸结合的空气吸泥下沉法是正确的，光吸不冲，因为隔梁下部土体不能清空，沉井一样难以下沉。下沉中，吸出了沉井外周塌入的大量砖、砼块，如果采用绞吸泵等其它吸泥下沉取土方法，也不会很顺利的下沉;过程中遇到大量的井周塌方，因空气吸泥法出砂量大，连续施工1天左右就能再次形成锅底，正常下沉。反冲洗空气吸泥下沉法在X工程Y-7末端泵站沉井下沉中的运用，创造了一天下沉55.9cm的下沉速度，极大的提高了这座大型超深沉井下沉效率。节省工期同时，采用的履带吊仅在沉井一侧的角落位置站位，地基土不易沉降，提高了履带吊抗倾覆的能力。空气吸泥器制作简单，安全可靠，在施工现场就可制作，具有成本低廉、操作简单、人工使用少的的经济优势。
参考文献
[1]吴松.工地现场自制空气动力吸泥机[J].科技信息，2018.
[2]廖瀟，寇宝庆，陈锁等.沉井空气吸泥下沉技术研究[M].2012.20.