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钻吸排土沉井工法 YJGF10-92 上海市隧道工程公司 钻吸排土沉井施工技术是软土地层中不排水下沉的新工艺，其通过特制的钻吸机组，在水中进行对土体的切削破碎以及同时完成排泥工作，从而使沉井下沉到达设计标高。该工艺无振动、无噪声、对环境影响小，具有技术先进、经济合理、施工安全可靠、下沉质量保证等优点。随着城市基础工程建设的发展，沉井施工对相邻环境的影响引起各方面的关注，为此上海市隧道工程公司在1984年立题开发研究钻吸排土下沉工艺，经过多年来的工程实践，已取得较好的经济效益和社会效益，并于1988年通过上海市政工程局组织专家鉴定，达到了国内首创的先进技术水平，1989年荣获上海市科学技术进步三等奖。这项新技术通过上海市延安东路二号竖井等工程的施工实践，得到专家和有关部门的好评。 一、工法原理 在软土地层中沉井采用不排水下沉施工，有多种不同方式的施工技术，但在水中破土排泥一直是难度较大的关键技术，而钻吸排土沉井是一项可靠、高效的不排水下沉新的手段。该工艺在水中破土是以潜水钻机为主要动力，在水下对土体进行强制式的机械切削，并辅以高压水枪将破碎土体捣成泥浆，然后由潜水砂泵进行反循环排泥。 沉井不排水下沉时，可由提升吊机将钻吸机组作水平或垂直方向移动，合理地按下沉要求进行有秩序的钻吸破土，还须配以必要的助沉措施，以提高下沉工效，使沉井按要求平稳地下沉到位。 二、主要施工设备 1.钻吸法沉井组成系统 钻吸排土工艺中的工作主机是钻吸机组，还应相应地配置供水、供电、吊机、输送管路、排放泥浆管路、泥浆沉淀池和助沉设施等部分有机地组合成一个系统。 2.主要机具设备图1 3.主要设备简解 1钻吸机组 由二台GZQ1250A潜水钻机和一台Q4PS潜水砂泵对称组合而成。潜水钻机设有φ1250笼式钻头，运转时二台钻机呈相反方向旋转，并在钻头上端的周圆方向设有旋转式水力冲枪，扩大钻吸破土范围。潜水砂泵安装在二台钻机中间，可直接将钻机破土后的泥浆提升排出。 2供水 每台钻吸机组的工作水量约150m3/h，应视沉井所处的地质条件合理选用工作水的压力，并按工程规模选用钻吸机组的数量，再确定多级泵的设置台数以满足施工需要。 图1 主要机具设备系统示意图 1取水泵；2增压泵；3高压水管；450t吊车；5电缆卷筒；6防水电缆；7浮标；8钻吸机；9泥浆管；10沉淀池；11溢流槽 3供电 钻吸机组功率为74kW/台，可由施工变电所送电到沉井现场，下沉作业面须设专用配电控制箱皮漏电保护装置，再经电缆转盘将防水电缆缓缓放入水中向钻吸机组供电，防水电缆应随着钻吸机组的工作位置而不断变化。配电箱应设有电压、电流等仪表，可直接反映钻机在水下的工作状况，以便有效地控制钻吸机组的工作速度。 4提升设备 有足以提升钻吸机的能力，并能有效地控制钻吸机组的垂直和水平向位置、下沉钻吸速度以及钻机作平面移动等能力。可选用移动式吊车，也可根据施工单位的实际情况选用必要的提升设备，但提升力必须大于钻吸机组自重的1.52倍为宜。 三、工法特点 1具有水中破土排泥效率高、劳动强度低、安全可靠等优点。由于钻吸机具有切削破碎土体和高压水扩孔造浆的双重功能，加上潜水砂泵置于二台钻机中间能连续不断地抽吸较高浓度的泥浆，集破土排泥于一组合机组，是不排水下沉施工中最为简练有效的施工工艺。 2在饱和含水的软土层中施工，能适应各类土质的地层情况，并已得到广泛的应用，特别是在有环境保护要求的条件下，本工法能成功地减少地表沉降量，并能有效地控制下沉对相邻建筑物产生的影响。 3能在作业面上直接控制水下破土工作，避免了水下作业的不足。施工中按顺序操作，可均匀有序地分层破土排泥，使沉井平稳下沉，可避免沉井施工中抓挖深锅底、突沉和超沉等现象，确保下沉施工质量。 4钻吸法沉井下沉机械化程度高，不需要潜水员水下作业，大大地减轻了施工人员的劳动强度，改善了劳动环境，提高了水下作业施工的安全度。 四、适用范围 钻吸法沉井经多年来的工程实践，显示了它对深大型沉井的优越性和对环境保护的特殊作用，为不排水沉井施工提供了一种工效高、速度快的新方法。在不排水条件下，避免了沉井开挖面与地下水位的水头差，防止了下沉过程中的流砂、涌土、塌方等现象，能有效控制沉井周围环境的地表沉降。本工艺能广泛适用于淤泥、淤泥质土、粘土、粉质粘土、粉土等软土地基中的不排水沉井施工，尤其适用于城市区域的深大型沉井工程。 五、工艺流程 1.钻吸机组操作工艺流程图2 六、施工操作要点 1.钻吸机组施工阶段操作要点 1钻吸机组制造完毕，应按机组设计要求检查验收，同时对潜水电机潜水砂泵、电缆接头等作好绝缘电阻的测试工作，验收合格后方能允许使用。 2做好钻吸机组操作规程的技术交底工作，并按工种人员的配备分工明确，各司其职，严格培训和操作。 3机组上端的供水、排泥连接软管和电缆，应在适当的位置上设绑一根附加吊索，并在钻吸排土过程中按钻机置态作相应的吊放，以保持软管较好的形态，防止软管、电缆损坏而影响施工。 4按钻吸机组的有效工作范围，在沉井工作面上作出纵横钻吸定位标志，使机组吊放时不致进入结构区域，防止机组移位时同竖井结构碰撞。 5机组就位正确后，启动钻机和砂泵，按钻进速度8cm/min缓慢吊放，待机组切入土层50cm后，打开高压水阀，并连续下放钻机，下放速度由电气控制装置的电流监测表控制，工作电不应大于额定值，但主吊钢索应始终处于受力状态，禁止在钻吸过程中放松主吊钢索。 6机组在不平坦基底或不均匀土层内钻吸施工时，应防止机组自转、倾斜等现象。 2.钻吸排土沉井操作要点 1钻吸下沉施工中，必须执行“定位正确、先中后边、对称钻吸、深度适当”的原则，操作中可按“沉多少钻、沉少多钻”规律来实施。 2钻吸施工前应正确掌握井内水位和锅底土面的标高，并认真控制好钻吸过程中进排水量对井内水位的变化，井内水位不得低于允许水位标高。 3沉井钻吸下沉时，应分层均匀、对称地钻吸，钻吸超前深度不宜大于2.5m。多格仓沉井施工时，相邻仓的锅底高差宜掌握在0.51m左右，使沉井保持均匀、平稳下沉。 4钻吸中应用测量和量测数据反馈指导下沉工作，并应合理配套使用助沉措施，使其形成一个完整的下沉程序。 七、劳动力组织 钻吸排土沉井施工必须连续作业，每班工种人员配备见表1按每台机组的台班人员。 表1 八、质量标准 本工法施工的质量标准，可参照上海市地基基础设计规范DBJ081189和国家标准建筑工程质量检验评定标准GBJ30188等有关规定执行。 施工过程中还须随时做好施工监测和记录工作，并加强施工期间对周围构筑物的沉降观测，把对地表沉降影响列入本工法的质量标准。 九、安全措施 应严格遵照国家颁发的建筑安装工程安全技术规程和上海市建设委员会、上海市政工程管理局颁发的有关安全规定实施，并应在施工中特别注意 1施工前必须对钻吸机组进行绝缘电阻的测试，达不到额定数值不得使用。当钻吸机在水中工作时，施工人员不得进入水域。 2钻吸机组未进入水域作业时，一般不宜开启高压旋转水枪，以防高压水伤害情况的发生。 3当钻吸机组不能按要求下钻时，不得采取冲击的钻进方式，必须谨慎查明原因，排除障碍后方能继续操作。 十、效益分析 在特定的施工环境条件下，既要把地表沉降影响控制在最小限度，又须采纳不排水下沉方式施工时，采用本工法能获得明显的经济效益和社会效益。 在深大型沉井的不排水下沉施工中，本工法出土效率高、施工速度快、下沉质量好，更能显示可观的经济效益。 十一、工程实例 上海市延安东路隧道的二号竖井工程是隧道施工的关键项目，其长28.2m、宽24.3m、地下埋深33.36m，竖井分五次制作、三次下沉的施工方案。第一次下沉9m深度采用轻型井点降水，水力机械化排水下沉。第二次下沉均采用钻吸法排土不排水下沉。 在采用钻吸法沉井新工艺的施工过程中，还辅以沉井刃脚踏面反力和侧壁土压力的跟踪量测工作，并在沉井周壁设置了触变泥浆套和在刃脚部位预留了高压射水系统，因此在整个沉井下沉过程中形成了“钻、吸、射、动”这四大工艺流程，下沉中四角高差均控制在20cm左右，确保了相邻建筑物的安全，经施工中累计测量的最大沉降量为6.2cm，最小沉降量为1.2cm。终沉的各项指标均符合规范要求，工程质量达到优良。 采用钻吸排土沉井工法施工的主要工程实例见表2。 表2 执笔 杨国祥
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