水力排土沉井(排水)下沉工法
(上海隧道工程股份有限公司)
水力排土沉井(排水)下沉施工技术是在软土地层中较成熟的沉井施工工艺。通过简便的水力机械设施，就可完成将沉井内土体由高压水破碎混和成泥浆后吸排出沉井的各道工序。从而使沉井逐步下沉到位。该工艺无振动、无污染，对环境影响较小。具有技术先进、经济合理、操作简便，劳动强度低、施工安全可靠、下沉质量容易控制等优点。随着城市基础设施的发展，各类沉井工程相继实施，水力排土沉井是经常被采用的一种施工技术。经过多年来大量工程的施工实践证明该技术具有明显的经济效益和社会效益。
1 工法特点
1.1在软土地层中的排水下沉井施工中水力排土是既可靠又高效的出土方式，适用于任何平面尺寸的大中小型沉井工程。
1.2水力机械破土排泥的主要设施为水枪和水力吸泥机(也可用泥浆泵)。构造简单，不易损坏，容易修复。
1.3水力破土可适用于不同土层条件(粘性或砂性的软、硬土层)，并可有效控制破土程序和位置。能使沉井干稳下沉，便于控制沉井终沉标高。
1.4水力破土可避免挖深锅底，减少沉井突沉现象，易于保证沉井施工质量。
1.5水力排土沉井可省去大型挖土和起吊设施，节省设备使用费，降低工程成本。
2 适用范围
本工艺广泛适用于有合适的水、电源和泥浆沉淀出土或直接排放条件的各类软土地层(淤泥、淤泥质粘土、粘土、粉质粘土、粘质粉土、砂质粉土、粉砂、细砂等)中排水下沉的各类沉井工程。在地下水位较高的砂性土层中需配合井内外人工降水设施以防止流砂现象。在埋深大(17m左右以上)的粘性土层中，有时需配合井内外下部土层地基加固措施以防止大量涌土。
3 工艺原理
水力排土沉井下沉工艺系使用高压水(水泵出口压力宜大于1.2MPa)通过水枪将土体破碎并与水枪的出水混和成一定浓度的泥浆，然后由水力吸泥机或泥浆泵经由输泥管路吸排出沉井井送至泥浆沉淀池或直接排放至河道、湖、海等水体中。
4 工艺流程
水力排土沉井施工流程为：
5 主要施工设备
目前一般使用的水力排土沉井下沉施工设备有两种类型：
5.1一类为以往惯用的用大型高压水泵供水、水枪破土、水力吸泥机排土系统。主要设备为：高压水泵(扬程120m以上，单机流量130m3／h以上为宜)、水枪(喷嘴口径φ12～15mm为宜)，水力吸泥机(喷嘴口径φ22～30mm为宜)、高压输水管路和低压输泥浆管路及调节水箱。需要时还要配置低压取水泵。一般l台高压泵可带动1台水力吸泥机和1～2台水枪。高压泵和吸泥机的数量视沉井平面尺寸和井格数量而定，一般l个井格配置l套水力吸泥机，1套水力吸泥机配置2台水枪(不移动水枪位置可冲刷井格内各处土体)。高压泵每台功率为90kW～150kW，此系统用电量较大。
5.2另外，最近几年发展起来的小型水力机械设备系统。高压水泵扬程在l00m左右，单机流量为7～l0m3／h；小型水枪(有时利用消防用喷头)；可移动立式泥浆泵、输水和泥浆管路有时使用软管。当泥浆泵扬程达不到要求时则采用串联办法来解决。此类系统最大特点是设备功率小，适用于现场供电量较小的情况。同时由于水压较小，在砂性土层较适用，在粘性土层中冲土效果就较差。
6施工操作要点
6.1按照施工组织设计规定安装好水力机械设施：高压水泵、低压取水泵、调节水箱、 水力吸泥机或泥浆泵、水枪、井下及井上的高压进水管和低压排泥浆管路、水枪操作平台等。
6.2水力机械设施安装好后应进行负荷试运转，要保证设备能按施工组织设计要求正常运转，水力吸泥机及水枪均应经过水压检验，检验压力为工作压力的1.5倍。
6.3为保证水力破土效果和吸泥机的正常工作，必须将井底各类杂物垃圾清除干净。
6.4水力排土沉井下沉施工应按"先中后边、分层对称破土、先高后低、及时纠偏"的原则进行操作。
6.5沉井外刃脚边一般应保留lm宽左右的土堤，使沉井在外刃脚处挤土下沉，以减少对井周土体的扰动程度。只有当沉井中部土体全部冲除而还不下沉时或纠偏时才可适当冲除外刃脚处土体，但仍严禁用水枪掏刷外刃脚踏面外侧土体。
6.6当沉井倾斜很小时，各井格内土面高差应控制在1m以内为宜，使沉井保持均匀垂直下沉。
6.7沉井井格中部钻底探度，一般应控制在l～2m以内为宜。锅底过深则易产生突沉，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。
6.8当沉井底土质较硬时，在沉井下沉到位前，为减少井内回填砂石料数量，在井格内土面标高已到达封底要求时，可将内外刃脚处土体适当冲空使井下沉到位(形成反锅底)。
6.9用水力机械冲泥时，应在吸泥机吸水头处(一般位于井格中部)先冲出集泥坑，泥坑深0.5m左右，然后用水枪在各个方向冲土连步形成漏斗形土坑。使泥浆水不断汇集到集泥坑吸排出井外。
6.10吸泥机的吸水头应用绳子吊空，不应让吸水头埋在集泥坑的浮泥内导致土块堵塞吸水头的网罩。为防止集泥坑中泥砂淤泥，要经常用水枪在吸水头处冲刷搅动，使排土畅通。
6.1l在水枪冲泥时应注意控制好井格内泥水数量，水枪应直接冲刷土体。当泥水过度时则可调整水枪出水量或暂停冲土。要经常检查吸泥机工作是否正常。
6.12高压水泵停车时，水枪上的操纵阀门和吸泥机上的逆止阀均应关闭，防止调节水箱内水倒灌入井内。
6.13当采用泥浆泵排泥时，应做好泥浆泵接力串联技术措施。
6.14在施工过程中应及时做好各项施工监控工作，特别要注意在沉井下沉影响范围内的地面构筑物和地下管线的沉降观测和现场监护工作。
7 劳动组织
水力排土沉井下沉施工必须采用三班制连续作业。每个班次各工种配备情况如下
表1
8 质量标准
本工法施工可按照国标《建筑工程质量检验标准》CBJ301-88(一般沉井工程)或行业标准《给水排水构筑物施工及验收规范》GBJl41-90(给排水泵房沉井工程)、《市政排水渠工程质量检验评定标准》GＪＪ3-90(排水泵站沉井工程)等有关规定执行。
9 安全措施
9.1施工中应严格执行国家颁发的《建筑安装工程安全技术规程》和上海市建设委员会及上海市市政工程管理局有关安全的各项规定。
9.2在下沉施工开始前应对各项机电设施进行全面安全检查。
9.3沉井内应设置工人操作平台，其构造应考虑当沉井突沉时操作平台不被涌土盖没。
9.4沉井内各种设施均应架设牢固，井顶四周及大型孔洞均应设有防护栏杆，人员上下用爬梯应装设防护圈。
9.5在进行水枪冲土操作时严禁用水枪冲击井壁，栏杆、操作平台等，以防高压水反射伤人。
10 效益分析
水力排土沉井(排水)下沉施工法的社会和经济效益是明显的。
10.1水力排土沉井下沉施工出土效率高，施工速度快(一般1台吸泥机平均每昼夜排土150～300m3)。
10.2水力排土沉井下沉可避免采用大型挖土设备(即使采用，其出土效率也低，台班费用大)。尤其在大面积沉井施工中一般的挖土机械作业半径也达不到。
10.3当出土泥浆直接排放入水体后可避免采用大量出土运输车辆，节省大量运输费用和土方排放场地。
10.4由于水力排土沉井(排水)下沉施工井位偏差容易控制，工程质量也容易保证。
11工程实例
11.1上海石洞口电厂循环水泵房特大型沉井
该泵房沉井平面尺寸为52×40m(2080m2)，下沉前沉井分三节制作后高度达18m，刃脚底埋深为15.5m。沉井平面由纵横向隔墙分成32个井格。井底地质为淤泥质粘土。安装32套水力吸泥机及64支大水枪，高压泵采用150TSW×5型离心水泵(H=150m、Q=155m3／h、功率ll0kW)，共8台，其中2台备用。下沉时一般同时使用5～6台高压水泵。于1986年底下沉施工，扣除停泵时间后在44天内下沉13.36m到位，平均下沉量为30.4cm／d，相应的排土量为632m3／d。沉井封底完成后标高比设计值高6cm，沉井对角最大高差仅1.9cm。
11.2上海外高桥电厂循环水泵房沉井
该泵房沉井干面尺寸为45.8×43.5m(1992m2)，下沉前沉井分三节制作后高度为17.15m，刃脚底埋深15.2m．沉井平面由纵横向隔墙分成32个井格。井底地质为淤泥质砂质粉土。安装8套水力机械设施。每套组成为2台立式泥浆泵串联，其中井底1台带有钢浮筒，每台功率为13～24kW。小型手提式水枪一支。小型高压泵每台供2支小水枪用水(H＝120m，Q＝7m3/h、功率14kW)。于1993年10～11月下沉施工，在19天内下沉12m到位，平均下沉量为63cm／d，相应的排土量为1258m3／d。沉井封底完成后标高比设计值高8.5cm，沉井对角最大高差也仅2.4cm。
11.3采用水力排土沉井(排水)下沉其他主要工程实例如表2。
注：①排土效率取决于水力机械设备性能(主要是高压水的压力及流量)、质量，同时使用的数量，面且还同地质条件和施工操作的实际工效情况有关。
②实例中除宝钢电厂泵房井为上海市基础公司施工外，其余均由上海隧道工程股份有限公司施工。
12 施工布置示意图
