懸浮沉井簡介

懸浮沉井是指在豎井鉆井法掘進中將處于懸浮狀態(tài)的沉井井壁不斷接長，直至達到設(shè)計深度的作業(yè)，下沉井壁時，當(dāng)井筒鉆進達到設(shè)計直徑和深度，經(jīng)檢查質(zhì)量符合要求，泥漿參數(shù)也符合下沉井壁要求后即可進行漂浮下沉井壁。把在地面預(yù)制好的帶弧形底的井壁底座放入井筒使其在洗井液上面漂浮，然后在它上面一節(jié)節(jié)地將地面預(yù)制好的整體井壁連接。依靠自重和在井壁內(nèi)加水(平衡水)助其下沉。直至井壁底下沉到井底，再進行壁后充填水泥漿或水泥砂漿固井 。

中國礦山主要使用鋼筋混凝土預(yù)制筒形井壁。每節(jié)井壁的高度根據(jù)提吊設(shè)備能力、鉆塔允許的高度和罐道梁布置情況來確定，其值一般取6-8m。井壁底為預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高度為2.5-6m，底厚為400-600mm。

一般使用龍門吊車或封口平車等專門設(shè)備，先運一節(jié)井壁至井口，由大鉤提吊，再把井壁底移到井門與第一節(jié)井壁連接。為防止水滲漏。將聯(lián)接井壁的法蘭盤一側(cè)焊住。并在焊縫外涂以瀝青砂漿，然后用大鉤將帶井壁底的第一節(jié)井壁下放到洗井液中逐漸下沉。一邊下沉一邊注入平衡水，并及時排走因井壁下沉而從井壁外圍擠出的洗井液。當(dāng)井壁上端距井筒瑣口面1-1.5m時，便停止注水，使其停止下沉，并用木楔將井壁暫時固定。連接好下節(jié)井壁，再繼續(xù)下沉，依此循環(huán)至全部井壁下沉到設(shè)計深度為止 。

鋼沉井需分節(jié)制造。首節(jié)在工廠制造、拼裝成整體，下水浮運至墩位就位。因此首節(jié)鋼沉井的分節(jié)高度應(yīng)綜合考慮下列因素確定：

(1)制造鋼沉井的廠家的下河碼頭處水域深度。根據(jù)調(diào)查南通市長江沿岸造船廠或鋼結(jié)構(gòu)加工廠的下河碼頭處的水域深度一般在6.0-8.0m之間，因此鋼沉井首節(jié)自重吃水深度須控制在5.0m左右。

(2)首節(jié)沉井由制造廠浮拖至墩位處航運線路的水深，應(yīng)保證大于沉井自重吃水深度，以防擱淺。

(3)應(yīng)計算鋼沉井首節(jié)入水后浮心與重心的關(guān)系及穩(wěn)定性。

(4)鋼沉井浮拖時所需拖輪的能力。

(5)工廠制造鋼沉井時起吊設(shè)備的主要性能(包括吊重、吊高、水平吊幅)。

(6)鋼沉井首節(jié)入水后水面以上高度與導(dǎo)向船組聯(lián)結(jié)梁底凈空高度的匹配。

綜合上述因素，通過計算選擇鋼沉井首節(jié)制造、拼裝高度為12.0m時沉井吃水深度為4.16m較為合適，如經(jīng)過實測，浮拖線路水域深度較大，考慮鋼沉井首節(jié)高度為18.0 m(此時沉井自重吃水深度為5. 24m)也是可行的 。

鋼沉井為一巨型環(huán)狀鋼結(jié)構(gòu)，平面外形尺寸大，結(jié)構(gòu)重量重。須選擇距橋址處較近、生產(chǎn)制造能力強、焊接水平高、并有良好下水浮運條件的造船廠或鋼結(jié)構(gòu)加工廠進行制造，除此之外，制造鋼沉井的工廠還需有進行鋼沉井單元件成型的組拼場地、節(jié)段預(yù)拼場地及相適應(yīng)的起吊設(shè)備 。2100433B

按井內(nèi)淹水與否分為不淹水沉井和淹水沉井兩種。淹水沉井又分壁后泥漿淹水沉井和壁后施放壓氣淹水沉井。按井壁下沉動力可分為自重沉井和加載沉井。后者又分為震動沉井和壓水沉井。

不淹水沉井 在沉井內(nèi)排水，工人在井底工作面掘進。除井壁在地面澆筑、隨掘進隨下沉外，其他工序和普通鑿井法相同。由于排水造成井內(nèi)外壓力不平衡，下沉深度受到限制，本法不宜在涌水大、流砂層厚的表土層采用。

沉井法淹水沉井

特點是：井內(nèi)淹水，保持井內(nèi)外壓力平衡，可防止涌砂冒泥；壁后灌注減阻介質(zhì)；掘進與排渣均在水下完成；一般采用水槍或鉆機破土、壓氣排液器排渣。該法工藝較簡單，需用設(shè)備少,機械化程度高,工人不下井，作業(yè)條件好，成本較低，除礫卵石層外，一般均可采用。但由于量測和糾偏技術(shù)尚未完全解決，沉井下沉速度和偏斜程度較難掌握，往往影響工期。

壁后泥漿淹水沉井 在整個施工過程中保持井筒內(nèi)淹水水位高于地下水位 1～2m。在沉井壁后環(huán)形空間灌注觸變泥漿，它是以膨潤土為主要原料，加水和化學(xué)處理劑（堿、羧甲基纖維素）混合攪拌而成的一種液態(tài)減阻材料，其特性是靜止時為不易流動的凝膠狀態(tài)，攪動時變成易于流動的溶膠狀態(tài)。通過埋設(shè)在井壁內(nèi)的管路，將觸變泥漿灌注在沉井壁后的環(huán)形空間內(nèi)，把井壁和地層隔開，借助泥漿柱壓力，維護土層穩(wěn)定，防止塌陷并可在沉井下沉?xí)r減少沉井外壁的摩擦阻力。用觸變泥漿減阻，經(jīng)濟效益較好；但在恢復(fù)井壁與土層的固著力和保證泥漿護壁的可靠性方面，還有待研究改進。

壁后壓氣淹水沉井 在沉井外壁上，按壓縮空氣可能克服的作用面積，預(yù)留氣龕，在氣龕底部設(shè)噴氣小孔與井壁內(nèi)的壓氣管路相連，構(gòu)成施放壓氣的通道。沉井需下沉?xí)r，按施工的要求壓力依次打開管路閥門，壓氣由噴氣孔噴出,沿井壁外圍擴散上升,形成一個空氣帷幕，減少周邊的摩擦阻力，促使井筒下沉（見圖）。該法可控制施放壓氣的時間，有利于控制井筒偏斜。日本用本法施工，最深沉井達200.3m，偏斜僅為0.1%。 沉井法

沉井法震動沉井

在預(yù)制的薄壁長段井筒上部裝有井帽，在其上安置震動機，帶動井筒震動，加大井筒的下沉力，并促使井壁四周土壤液化,減少沉井周邊的摩擦阻力,加快下沉速度。本法由建橋工程使用的震動管柱法移植而來，自1958年起，在中國淮北礦區(qū)用該法相繼建成了十多個井筒，優(yōu)點是機械化程度高，成井速度快，成本低。由于震動機的加載有一定限度，在遇到礫卵石層時，井壁容易斷裂，且地面及井筒周圍受震動影響，適用條件受到限制。 壓水沉井 加載沉井的另一種形式，在沉井刃腳上增設(shè)傘形鋼結(jié)構(gòu)底罩,把井筒和刃腳隔開，傘上灌水,增加荷載。傘下作為破土排渣的空間，破土使用五組裝在刃腳四周斜面處和傘頂部的固定水槍，泥渣水自傘頂中心的排渣管排出。本法在中國開灤建井工程處首次試用，下沉深度達30.1m。

由套井、井壁和刃腳三部分組成。套井(即鎖口)是靠近地表預(yù)先作好的一段大于沉井外徑1.5m左右的井筒，用以保護井口，安設(shè)導(dǎo)向裝置和貯存減阻材料。沉井井壁就是井筒的永久井壁，應(yīng)有足夠的強度，并滿足下沉所需的重量。一般為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，壁厚1m左右，隨沉井下沉不斷在井口澆筑接長。刃腳位于沉井井壁最下端，多用鋼材制造，刃尖角通常為 30°，刃腳高3m，刃腳外半徑比井壁外半徑大100～300mm，以便下沉后在井壁四周形成一個環(huán)形空間。

施工時沉井利用鋼刃腳插入土層，工作面不斷破土排渣，依靠井壁自重不斷下沉，當(dāng)沉井刃腳達到基巖后，即行封底與壁后注漿固井。