第三、第四章：鉆井、沉井法

1、第三章 鉆井法施工鉆井法是鉆頭刀具破碎巖石，用泥漿技能型洗井護(hù)壁和排渣，當(dāng)井筒鉆至設(shè)計(jì)直徑和深度后，再進(jìn)行永久支護(hù)的一種機(jī)械化鑿井方法。我國(guó)第一口煤礦鉆井是69年元旦開始在淮北礦物局朔里南風(fēng)井，（4.3m，H90m）1984年在濟(jì)西西風(fēng)井鉆井直徑9,深度508.2m井筒。鉆井法所用機(jī)械鉆機(jī)：國(guó)產(chǎn)：AS9/500，洛陽礦山機(jī)械廠生產(chǎn)國(guó)外：西德維爾特公司L40/80型，4m，8m，1000m，美國(guó)休斯公司生產(chǎn)鉆頭一、工藝流程立井鉆機(jī)鑿井的施工液分為三個(gè)基本工藝流程，即鉆進(jìn)，洗井，和支護(hù)。1、鉆進(jìn)鉆機(jī)以鉆頭刀具連續(xù)破碎巖石，鉆成井筒空間的工藝過程，大直徑井筒鉆進(jìn)，因受鉆機(jī)設(shè)備能力的限制，多采用分級(jí)擴(kuò)

2、孔方式，即先鉆進(jìn)一個(gè)直徑較少的超前鉆孔至設(shè)計(jì)深度，然后再分?jǐn)?shù)次逐級(jí)擴(kuò)孔鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)直徑，3.0m，5.5m，9.0m。2、洗井泥漿 鉆井過程中破碎下來的巖渣，用循環(huán)泥漿 壓入地面洗井，因泥漿充填整個(gè)井筒，還起到維護(hù)井幫的穩(wěn)定作用，還可以冷卻鉆頭的作用。3、支護(hù)當(dāng)井筒鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)直徑和深度，完成全部鉆井工作之后，將地面預(yù)制好的井筒移至井口，在泥漿中漂浮下沉井壁，最后再進(jìn)行壁后注漿充填等工作。二、鉆井設(shè)備以鉆機(jī)為主體，分刀具，旋轉(zhuǎn)，提吊，和洗井四大功能系統(tǒng)。1、鉆具系統(tǒng)鉆頭，鉆桿鉆頭由刀具，刀盤，中心管，加重塊，穩(wěn)定器等部分組成。鉆桿用以提吊鉆頭，傳遞扭矩作為輸送壓氣，循環(huán)泥漿和排出巖渣的通道。2、旋

3、轉(zhuǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生和傳遞扭矩，使鉆具旋轉(zhuǎn)，鉆頭破巖的系統(tǒng)。由轉(zhuǎn)盤，主動(dòng)鉆桿組成。轉(zhuǎn)盤在直流電機(jī)或液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)生扭距，使鉆頭旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)鉆桿稱為鉆桿，安裝在鉆具的最上部，上與水龍頭連接，下與一般鉆桿連接，將轉(zhuǎn)盤產(chǎn)生扭矩傳遞給鉆桿。3、提吊系統(tǒng)由鉆塔，絞車，復(fù)滑輪組，大鉤等組成。用于提吊起升和下下放鉆具，支護(hù)時(shí)用于提吊下放井壁。4、洗井系統(tǒng)洗井系統(tǒng)，在鉆井過程中，起到循環(huán)泥漿，沖洗井底和排除巖渣的作用，主要用水龍頭，壓氣排液器等組成。三、幾點(diǎn)提示1、泥包鉆頭粘土層中鉆進(jìn)，切削下來的土石體及時(shí)排除，黏糊在鉆頭，刀具，刀盤上的現(xiàn)象，處理很麻煩，一般提鉆到地面，由高壓水沖洗。2、減壓鉆進(jìn)為保證鉆井的垂直度，

4、使鉆頭處于半懸吊狀態(tài)鉆進(jìn)，只有部分重量作用于工作面巖石上，這一鉆進(jìn)成減壓鉆進(jìn)。鉆頭重量的4060作用于巖石上。4、井內(nèi)落物鉆進(jìn)過程刀具脫落，鉆桿折斷，鉆頭及風(fēng)管等落井事故時(shí)有發(fā)生，應(yīng)根據(jù)故障狀況，選用夾具打撈工具及時(shí)打撈清除。84年謝橋東2風(fēng)井，鉆桿折斷，鉆頭調(diào)入井內(nèi)，打撈6個(gè)月。5、井壁預(yù)制鉆進(jìn)同時(shí)在地面進(jìn)行，量很大，井壁安裝在井口進(jìn)行，井壁為圓柱形鋼筋混凝土或鋼板鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。6、下沉井壁壁后注漿固井。反井鉆井LM200鉆機(jī)第四章 沉井法施工§1、概述沉井法是屬于超前支護(hù)類的一種特殊施工方法，其實(shí)質(zhì)是在井筒設(shè)計(jì)位置上，預(yù)制好底部附有刃腳的一段井壁，在其掩護(hù)下，隨著開挖井內(nèi)的掘進(jìn)

5、出土，井筒靠自重克服外壁與土層間的摩擦阻力和刃腳下的正面阻力而不斷下沉，隨著井筒下沉，在地面相應(yīng)接長(zhǎng)井壁，如此周而復(fù)始，直到沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高。 在地面上已澆沉井法 下沉?xí)r的沉井 沉井下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高 封底后的沉井沉井是修筑地下工程和深埋基礎(chǔ)時(shí)，由古老的掘井作業(yè)發(fā)展而成的一種施工方法，隨著現(xiàn)代化施工機(jī)械和施工工藝的不斷革新，沉井已逐步發(fā)展成為各類土層內(nèi)，各種深埋地下工程構(gòu)筑物維護(hù)結(jié)構(gòu)的常用形式。為增加建井深度，出現(xiàn)了多級(jí)沉井，為減少壁后側(cè)面阻力，曾用過河卵石沉井震動(dòng)沉井，泥漿沉井，為防止涌砂冒泥，用過淹水沉井。近幾年來，由于沉井施工技術(shù)的不斷發(fā)展，使沉井深度不斷加大，煤礦沉井深度已達(dá)192.78m，曲

6、阜單家村煤礦，沉井直徑不斷擴(kuò)大，圓形沉井直徑已達(dá)68m，平均面積約3600余m2，方形沉井為40×40m，面積約1600 m2。一、沉井分類（一）按平面形狀劃分：沉井基本的平面形狀為圓形或矩形兩類。1、圓形沉井圓形沉井分單孔沉井，雙壁沉井，及多孔沉井。 單孔沉井 雙壁沉井 多孔沉井這種沉井的受力情況好。2、矩形沉井矩形沉井又分為單孔、雙孔及多孔沉井， 單孔沉井 雙孔沉井 多孔格沉井受力差，單建筑面積較圓形沉井更能得到合理利用。（二）按豎直剖面劃分柱形，外壁階梯形，內(nèi)壁階梯形。 柱形沉井 外壁單階梯形沉井 外壁多階梯形 內(nèi)壁多階梯形1、柱形沉井沉井井筒上下尺寸相同，優(yōu)點(diǎn)：沉井下沉過程中

7、，對(duì)沉井周圍的土體擾動(dòng)小，可較少沉井周圍土方的坍塌，缺點(diǎn)：深度很深時(shí)，需把井壁做的很后，已增加重量助沉，不經(jīng)濟(jì)。2、外壁階梯形沉井優(yōu)點(diǎn)：可減少井壁與土之間的摩阻力，并可向臺(tái)階以上形成的空間內(nèi)壓送觸變泥漿，缺點(diǎn)：不壓送觸變泥漿，沉井下沉?xí)r，對(duì)周圍土體的擾動(dòng)大。因越接近地面，作用在井壁上的水，土水壓力越小，為節(jié)省材料，井壁可逐段減荷。3、內(nèi)壁階梯形沉井當(dāng)沉井附近有永久性建筑物時(shí)，為了減少沉井四周土體的擾動(dòng)和坍塌，或因土質(zhì)較軟和沉井井壁自重較大，為了保持井壁與土之間的摩阻力，避免下沉速度過快，同時(shí)為了節(jié)省材料，需逐段減薄井壁，將階梯設(shè)于井壁內(nèi)側(cè)。二、沉井的一般結(jié)構(gòu)沉井的構(gòu)造主要有：刃腳，井壁等組成。

8、1、刃腳沉井井壁最下端作為刀刃狀，故稱作刃腳，其功用在于使沉井下沉?xí)r，建超土的阻力。刃腳下面有一水平的支承面，稱為刃腳踏面，踏面寬為b2030cm，刃腳的側(cè)面輪廓呈直角梯形，其傾斜角45°，全平面高度h視井壁厚度而定。一般采用角鋼刃腳結(jié)構(gòu)。2、井壁井壁厚度除考慮沉井結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度需要外，應(yīng)根據(jù)沉井能在足夠的自重下順利下沉的條件確定，一般先假設(shè)井壁厚度，然后進(jìn)行配筋計(jì)算。3、隔墻根據(jù)使用和結(jié)構(gòu)上的需要，在沉井井筒內(nèi)可設(shè)置隔墻。大型沉井往往不僅設(shè)置多道橫向隔墻，同時(shí)液設(shè)置縱向隔墻，隔墻可以減少外井壁的受力計(jì)算跨度，增加下沉?xí)r的剛度。4、井孔沉井內(nèi)設(shè)置了隔墻或豎向框架形成的柱子稱為井孔，井

9、孔尺寸除根據(jù)工藝要求外，從施工需要其寬度一般不宜小于3m。§2、沉井制作一、筑島在實(shí)際施工中，除在陸地上施工沉井外，還有在崖邊或江心修建的泵房，橋梁墩臺(tái)等沉井，在岸邊或水深較淺時(shí)多采用人工筑島，然后在島面上制作沉井。人工筑島宜采用中砂，粗砂或砂夾礫石。1、筑島的高度H筑島的島面高度，應(yīng)從沉井開始制作到沉井開始下沉，這段施工期內(nèi)可能出現(xiàn)的最高水位，高出0.5m以上，式中：H土島總高度,m，H土島的實(shí)際填筑高度，m G沉井下沉前的自重，t，A筑島頂面的面積，m2 q單位面積上施工活荷載，t/m2(堆放機(jī)械設(shè)備工具和人員的活荷載)， 1.7土的容重，t/m32、島面的護(hù)道寬度b其中：水中填

10、土的內(nèi)摩擦角。有圍堰時(shí)，b>1.50m,無圍堰時(shí)，b>2.0m。 圍堰筑島 無圍堰筑島3、筑島分類土島，草袋圍堰筑島，板樁圍堰筑島等土島一般宜在水深較淺且流速不大時(shí)采用，水中邊坡的坡度不應(yīng)陡于1：2。草袋圍堰筑島用草袋填裝砂或土先堆圍堰，然后再在圍堰內(nèi)填砂筑島。粘土心強(qiáng)的厚度一般為0.51.0m，堰頂寬度一般為22.5m。水深<3.5m，流速在12m/s時(shí)采用。板樁圍堰筑島在水深流急的河道中，因直接填筑土島或草袋圍堰困難時(shí)，可用板樁圍堰筑島。板樁多為鋼板樁，板樁一般在水上用打樁船施打。二、基坑及砂墊層1、基坑陸地沉井時(shí)，應(yīng)首先根據(jù)圖紙技能型定位放線工作，并在沉井前開挖基坑，使

11、沉井第一節(jié)井壁在基坑內(nèi)制作?；拥撞康钠矫娉叽?，一般比沉井的平面尺寸大一些，即在沿井四周各加寬一根墊木長(zhǎng)度以上，以保證墊木在必要時(shí)，能向外抽出，基坑開挖深度，視水文地質(zhì)條件而定，一般12m。2、砂墊層當(dāng)沉井第一節(jié)制作高度較大時(shí)，因重量大，故常沿井壁四周邊刃腳下鋪設(shè)承墊木，以加大支承面積，當(dāng)采用承墊木施工時(shí)，為了便于整平，支撐及下沉?xí)r抽出承墊木的需要，需在承墊下分鋪設(shè)砂墊層。砂墊層的厚度計(jì)算砂墊層厚度，視沉井的重量和地基土的承載力而定：式中：砂墊層厚度，m 沉井單位長(zhǎng)度重量，t/m P地基土承載力，t/m2 承墊木長(zhǎng)度，m砂墊層寬度寬度應(yīng)不小于井壁內(nèi)外側(cè)各有一根承墊木長(zhǎng)度，Bb+2式中：b刃腳踏

12、面寬度，m，b2030cm 承墊木長(zhǎng)度，m三、鋪承墊木或無承墊木施工沿井制作時(shí)是否需要鋪設(shè)承墊木，應(yīng)根據(jù)有關(guān)地基土的允許承載力和沉井第一次澆灌混凝土?xí)r凍結(jié)構(gòu)重量確定。1、有承墊木施工當(dāng)沿井制作高度較高，結(jié)構(gòu)自重較大，而地基土又很差時(shí)，為了使沉井自重?cái)U(kuò)散道砂墊層及地基土上時(shí)，可考慮使用承墊木，以較少沉井對(duì)砂墊層及下臥層單位面積上的壓力。承墊木常用鐵路上的標(biāo)準(zhǔn)枕木，規(guī)格16×22×250（厚×寬×長(zhǎng)）。 2、無承墊木施工為節(jié)約木料，并加快工程進(jìn)度，特殊時(shí)，對(duì)于分節(jié)制作，一次下沉的沉井。由于沉井自重較大，承墊木的材料強(qiáng)度，往往不能滿足，這時(shí)多采用無承墊木沉井，

13、而在砂墊層或地基上，先鋪一層素混凝土墊層，其厚度一般為515cm，因太薄，容易壓碎，太厚對(duì)沉井下沉不利。式中：h混凝土墊層厚度，m 沉井第一節(jié)單位長(zhǎng)度重量，t/m R砂墊層的允許承載力，10t/m2 b刃腳踏面的寬度，m§3、沉井下沉沉井下沉主要是通過從沉井內(nèi)用機(jī)械或人工方法均勻除土，消除或減少沉井刃腳下的正面阻力，有時(shí)也同時(shí)采用減少井壁外側(cè)的摩阻力的辦法，使沉井依靠自身重量逐漸低從地面沉入地下。沉井下沉的施工方法有：機(jī)械抓土人工配合或人工挖土的排水明挖法下沉。一、抽除承墊木抽除承墊木是沉井下沉施工中關(guān)鍵的工序之一，此項(xiàng)工作突擊性大，勞動(dòng)強(qiáng)度高，不論沉井大小，一般均要求在24小時(shí)內(nèi)全

14、部抽除。抽除承墊木時(shí)，應(yīng)保證沉井下沉的均勻性，并使其下沉量最小，一般采用間隔抽除法，先抽沉井四角，再抽跨中，應(yīng)向沉井外側(cè)抽除為宜，并在抽除同時(shí)，向井內(nèi)回填砂土，使沉井穩(wěn)定。二、沉井排水及人工挖土下沉當(dāng)沉井所穿過的土層透水性較差，滲水量不大，或雖然沉井所穿過的土層透水性強(qiáng)，滲水量大，但排水不致產(chǎn)生流砂現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)采用將沉井內(nèi)積水排干，采用明挖法下沉。勞動(dòng)條件好，挖土準(zhǔn)確，下沉速度均衡，若土層中有障礙物易于發(fā)現(xiàn)和清除，沉井發(fā)生偏斜也易于糾偏， 應(yīng)盡量采用此法。沉井排水，分井內(nèi)排水和井外降水，井內(nèi)排水是用各種類型水泵從井內(nèi)抽水，井外降水主要采用井點(diǎn)降水以降低附近區(qū)域的地下水位，使沉井鍋底無水。1、井外

15、降水在井外四周開挖小型水井，以降低地下水位的方法。2、井內(nèi)排水當(dāng)含水層為均質(zhì)土層時(shí)，沉井內(nèi)深水量計(jì)算QkHvq式中：Q沉井井內(nèi)深水量，m3/h K滲透系數(shù)， m/h,粘土K<0.1，含粘土細(xì)砂，K1015含粘土中砂，K2025含粘土粗砂，K2550純粗砂，K6075 H地下水位在沉井底的深度，m V刃腳周長(zhǎng) q單位滲流量當(dāng)含水層為非均質(zhì)土層時(shí)，仍用上式，但K值應(yīng)為各土層滲透系數(shù)的加權(quán)平均值。式中：、各層土的滲透系數(shù)與厚度。選排水設(shè)備時(shí)，宜選用1.5Q排水能力，Q<20m3/h 手壓或潛水泵Q2060m3/h 潛水泵或離心泵Q>60m3/h 多臺(tái)潛水泵或離心泵 3、人工挖土當(dāng)承

16、墊木抽除后，即可準(zhǔn)備下沉沉井，這時(shí)沉井井壁四周無序受力，沉井的下沉系數(shù)很大，刃腳下面回填砂一旦挖除，沉井立即下沉。下沉中隨側(cè)面摩擦力的增加，下沉速度越來越慢，需挖土來促使下沉，挖土應(yīng)采用對(duì)稱分層下挖。 在軟土中下沉 較堅(jiān)硬的土層中下沉 堅(jiān)硬土層中下沉三、機(jī)械挖土下沉沉井機(jī)械挖土下沉，多采用履帶吊車和抓鏟。1、抓鏟機(jī)械W1100型；W150型；抓斗容積分別為1.0 、0.5 m3四、水力機(jī)械下沉在沉井下沉施工中，實(shí)現(xiàn)水力機(jī)械化，即用高壓射水沖碎土層后，用水力吸泥機(jī)將泥漿及土的碎塊排出井外，使沉井下沉。§4、沉井封底當(dāng)沉井下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高，待其基本穩(wěn)定以后，即可進(jìn)行沉井的封底工作。封底分干封底和水下封底兩種。1、排水施工時(shí)的干封底當(dāng)采