第4章 沉井法課件

第4章沉井法第一節(jié)概述第二節(jié)沉井施工工藝第三節(jié)沉井的防偏與糾偏第四節(jié)沉井法的施工設計1/14/20231第一節(jié)概述

沉井法是屬于超前支護類的一種特殊施工方法。其實質是：在井筒設計位置上，預制好底部附有刃腳的一段井筒，在其掩護下，隨著井內的掘進出土，井筒靠其自重克服其外壁與土層間的摩擦阻力和刃腳下部的正面阻力而不斷下沉，隨著井筒下沉，在地面相應接長井壁，如此周而復始，直至沉到設計標高。這種鑿井方法稱為沉井法。1/14/20232

沉井法是由古老的掘井作業(yè)發(fā)展完善而來的施工技術。隨著現(xiàn)代化施工機械和施工工藝的不斷革新，沉井技術也日新月異，先后涌現(xiàn)出多種沉井方式：為增加打井深度，出現(xiàn)了多級沉井；為減小壁后側面阻力，曾用過河卵石沉井、震動沉井、泥漿沉井和氣囊(即壁后釋放壓氣)沉井；為防止涌砂冒泥，用過壓氣沉箱法和淹水沉井法，以平衡井內、外的水頭壓差；為加大下沉力還使用過各種加載方式的沉井，如假井壁加載、千斤頂加載、甚至壓水載重沉井。為解決水下掘進、出矸，還研制了各種抓斗、鉆機、水槍等破土設備和水力提升機、壓氣排液器等出土機具。上述沉井技術均以沉井施工中具有特色的某種措施或手段而命名。一般認為，以沉井淹水與否及采用減阻措施名稱進行分類和命名較為適宜。

1/14/20233第一節(jié)概述

沉井法施工工藝簡單，所需設備少，易于操作，井壁質量好，成本較低，淹水沉井時的勞動強度更低，操作也安全。出于具備這些優(yōu)點，國內外不僅礦山井筒施工采用，而且許多地下工程，如大型橋墩基礎、地下廠房、倉庫、車站等均廣泛選用。1/14/20234第一節(jié)概述

近幾十年，由于沉井施工技術的不斷發(fā)展，促使下沉深度不斷加大，我國用沉井法建成的煤礦立井數(shù)量也在增加，據(jù)統(tǒng)計，迄今僅煤礦建井使用的沉井已達156個井筒，其中淹水沉井占38個，累計下沉深度約5km。一次沉井下沉深度量達192.78m，井筒偏斜率僅為0.69％。日本用壁后噴射壓氣的淹水沉井創(chuàng)造的下沉深度記錄是200.3m，偏斜率為0.1％。1/14/20235第一節(jié)概述

沉井法施工目前存在的最大問題是井筒的偏斜和下沉速度不易控制，因而對垂直度要求較高的礦山立井工程來說，可靠性較差，下沉深度也受到一定限制。通常認為，在不含卵石、漂石，底部有隔水粘土層，總厚度在100m左右的不穩(wěn)定表土層中，選用沉井法施工是適宜的。若涌水量小于30m3/h，流砂層較薄(1m左右)，土層穩(wěn)定，深度較淺(＜30m)，可考慮用排水沉井的方法施工，若涌水量較大，表土層及流砂層較厚，就要用淹水沉井法施工。礦山立井幾乎都采用圓形斷面，又多采用淹水沉井的施工工藝，故本章主要介紹淹水沉井法。

1/14/20236第一節(jié)概述

淹水沉井法的實質就是：在沉井井筒內灌滿水，保持井內外的水壓平衡，防止從刃腳處涌砂冒泥及地表塌陷，以預先作好的套井為支撐圈以防止和糾正沉井過程中的偏斜；在井筒外壁的環(huán)形空間內灌注觸變泥漿或施放壓氣，以隔離井壁與土層，減少沉井側面阻力；靠井壁自重，使刃腳插入土層，經(jīng)水下破土、排矸克服正面阻力使井壁不斷下沉，邊下沉，邊糾偏，邊在井口接長井壁，直至井筒全部穿過沖積層，使沉井刃腳座落于基巖上，在封底、固井之后，轉入基巖段普通方法掘進。

1/14/202371/14/20238第二節(jié)沉井施工工藝

沉井法的施工內容包括：施工準備工作、水下掘進與出矸、井壁施工、封底與固井等項工作。一、施工準備從礦井建設的觀點看，沉井的施工準備就是井筒開工前的施工準備工作。它包括土建工程中修建各種工業(yè)廠房、行政福利建筑、道路、水源井、排水溝渠與設備基礎等；機電安裝工程中的各種機械、電氣、提升吊掛、掘進排矸、管線、照明與通訊等設備的安裝及試運轉，井巷工程中的施測定位、沉井與套井的施工設計、套井施工、刃腳加工組裝安放、套井內沉井井壁的澆筑、導向糾偏設施的安裝等等。施工準備工作應包括如下一些內容：1/14/20239第二節(jié)沉井施工工藝

(一)井筒檢查孔為了合理的確定套井與沉井的施工深度、結構形式和施工方案，選擇相宜的破土與排矸機具，制定有效的施工措施，使沉井能達到預期的施工效果，通常在井筒施工位置打一個井筒檢查孔，以探明沉井將穿過的巖層賦存情況，各土層的物理力學性質、傾斜方向，尤其要探清含水層的數(shù)量、埋藏深度、厚度、涌水量、流速、流向以及與地表水的關系等。檢查孔采用取芯鉆進，巖芯要妥善保存，以利沉井施工過程中隨時對比分析，制定相應措施，解決所遇到的問題。1/14/202310(二)沉井施工的地面布置

除應遵守建井期間工業(yè)場地布置的一般原則外，還要結合沉井施工工藝要求注意以下幾點：（1）沉井施工與基巖段井筒施工的設備、管線布置要統(tǒng)籌考慮，力求合理布局、使用方便、互不干擾、減少變更。（2）所有設備與建筑物，力求布置在距井筒中心20m以外，以免受地面塌陷的影響。必須置于井口附近的個別建筑物，應采用與鎖口連結或用管樁等方法加固其基礎。（3）淹水沉井時的泥漿沉淀池應布置在場地低洼處，用沉淀的泥砂填補廣場。沉淀池的溢流水應能經(jīng)水溝流回循環(huán)水池。（4）水源井位置應距沉井100m之外，以免沉井施工受降水漏斗的影響。

1/14/2023111/14/202312第二節(jié)沉井施工工藝

(三)套井施工

套井是在沉井外圍預先建造的直徑稍大于沉井的一段井筒。套井有三個作用：(1)防止沉井下沉過程中可能導致井壁四周的土層塌陷，保護井架和附近建筑物的地基基礎；(2)套井與沉井之間的環(huán)形空間可作為觸變泥漿的貯漿槽或沉井壁后壓氣的泄出通道。(3)在上述環(huán)形空間內，安設導向裝置或加載千斤頂，以便利用套井作支承，對下沉中的沉井井壁進行導向、糾偏或加大下沉力。1/14/202313第二節(jié)沉井施工工藝套井的深度一般取8－15m。通常套井應座落于穩(wěn)定的粘土層中，并與其下部的砂層保持3m以上的距離。套井與沉井的間隙取0.7－1m。套井的壁厚則取決于施工方法：短段掘砌時為0.4－0.6m；沉井法施工時則取0.6－0.8m。為便于導向和糾偏的操作，可在套井井口下1－2m處(在地下水位之上)設置0.5m寬的工作臺。1/14/202314第二節(jié)沉井施工工藝

套井的施工方法取決于土層的地質和水文條件：若地下水位低于套井深度，或涌水量小于15m3／h，可用短段掘砌方法或人工挖土的排水沉井法施工；當涌水量超過30m3／h，且套井穿過的砂層厚度大于1m時，則要采用淹水沉井法施工。用沉井法施工完的套井，要回填部分砂土作為封底，且壁后應注漿穩(wěn)固。1/14/202315第二節(jié)沉井施工工藝

套井上口要砌筑鎖口，以利井口表土的穩(wěn)定。套井鎖口的結構形式有法蘭盤式和六角盤式(圖4—5)：前者是在套井上口周圍1.2—2.0m范圍內，構筑形似法蘭盤的鋼筋混凝土圈梁，并與套井上口筑為一個整體，其結構簡單，適于套井座落于粘土層中，且壁后未發(fā)生塌陷的情況；后者則是向套井四周輻射4—8m的鋼筋混凝土六角形框架結構，它的覆蓋面積大，可增強套井的穩(wěn)定性，適用于不能座落在粘土層上的套井或套井施工中出現(xiàn)涌砂，壁后有塌陷的情況。因其結構復雜，耗材多，較少采用。套井及鎖口施工所用設備應與沉井施工選用設備統(tǒng)籌考慮。1/14/2023161/14/202317第二節(jié)沉井施工工藝

(四)刃腳制造與組裝刃腳是指沉井最下端的刀刃狀部分，其作用是：使沉井下沉時易切入土層，減少下沉的正面阻力；防止壁后的流砂或泥漿翻入井內。常用鋼軌、角鋼、圓鋼與鋼板等焊成骨架后充填混凝土的結構，以確保足夠的強度和剛度。刃腳外徑略大于沉井井壁外徑，以形成儲存泥漿或作為壓氣通道的臺階。用觸變泥漿減阻時的臺階寬度為0.2－0.3m，用壁后壓氣減阻時，則為0.1m左右，臺階上鑲有橡皮圍裙，防止減阻介質涌入井內。1/14/202318第二節(jié)沉井施工工藝根據(jù)刃腳穿過土層的性質，刃腳的夾角可選用鈍尖的(30°左右)或銳尖的(＜25°)，若遇不含卵石、礫石的松軟土層時，也可用帶有一定寬度踏面形式的刃腳。通常因煤礦沉井深度較大，穿過土層較復雜，多用外包鋼板的鋼結構刃腳，即所謂鋼靴刃腳，如圖4—6所示。1/14/2023191/14/202320第二節(jié)沉井施工工藝由于刃腳體積大又較重，其鋼結構部分大多按圖下料，加工后，在井口附近特備的工作臺上組裝焊接。加工時應確保整體的規(guī)格質量，尤其注意防止焊接變形和刃腳外壁形成倒錐現(xiàn)象。包刃腳的鋼板上應均布若干小孔，用以泄出混凝土的自由水。為適應施工后期封底固井的需要，刃腳內還應預埋若干注漿管路。1/14/202321第二節(jié)沉井施工工藝

焊好的鋼靴最好整體吊放到套井基底的設計位置上，只有在不具備提吊條件時，才采用分塊吊放、井底組焊的方法。鋼靴就位前，需在套井井底鋪設0.5m厚的碎石，分次夯實厲后鋪砂找平。鋼靴就位質量直接影響沉井的施工質量，為此要求：(1)鋼靴形心必須與井筒中心重合，誤差應小于2mm；(2)鋼靴尖的平面必須放置水平，水平高差應小于3mm，鋼靴外壁要保持鉛直，不得有倒錐現(xiàn)象。滿足上述就位質量后，于套井井壁和鋼靴之間用木柱與木楔等距離的對稱頂緊，防止變位。立模和澆注混凝土時還應隨時檢查校核。1/14/202322第二節(jié)沉井施工工藝

（五）套井內沉井井壁的制造

鋼靴就位穩(wěn)固后，即可綁扎、焊接鋼筋、立刃腳斜面模板、支撐排架，立井壁的內模和外模，并加鋼筋箍，穿以拉桿防止模板變位。在清除雜物后即可澆注混凝土，一般刃腳部分混凝土強度等級不低于C30。隨著井壁的接長，井壁重力增大，應特別注意沉井的下沉動向。一般拆模后要用砂土填塞刃腳斜面下部，以增加正面阻力，阻止沉井下沉。沉井井壁筑至套井上口標高并拆模后，要檢查套井內一段沉井井壁的中心線、圓度、外壁的垂直度以及各測量轉點的水平面，繪制套井與沉井相互位置測量圖，以便布置導向裝置。1/14/202323第二節(jié)沉井施工工藝(六)安裝導向糾偏裝置導向裝置是沉井防偏糾偏的重要手段，它既是沉井下沉過程中的導向軌道，又是糾正沉井偏斜時的施力支撐，故沉井下沉前必須安設好。通常采用八組楔形導向木或滾動式導向裝置均勻布置于沉井和套井之間，也可將兩種形式結合起來使用。導向裝置如圖4—7所示。導向裝置安裝好并清理完井內外的雜物后，即可向沉井內灌水、向壁后灌注泥漿、安裝破土與出矸機具等，經(jīng)試運轉后可正式下沉井筒與掘進。1/14/2023241/14/202325第二節(jié)沉井施工工藝二、水下掘進與出矸淹水沉井的掘進與出矸工作必須在水下靠機械完成。目前沉井施工所用水下掘進機具有抓斗、鉆機和水槍。除抓斗掘進可直接將土排至地面外，其它掘進方式，則多采用壓氣排液器出矸。1/14/202326第二節(jié)沉井施工工藝

(一)抓斗掘進

抓斗有單繩、雙繩，雙顎板、多顎板之分，都是靠自重向下的沖擊力來破壞土層結構，靠抓斗的提升閉合抓取泥土并將土提出井外。它既可作為掘進與出土的主要設備，也可專門用于抓取大塊卵石或礫石的輔助掘提設備。抓斗掘進工藝簡單、耗電小，在30m左右的淺井中可作為掘提的主要設備，但隨著深度加大，其效率將逐漸降低。為了避免提升時的旋轉纏繩，又易于抓取泥土，我國在淹水沉井施工時多選用單繩多顎板抓斗，如圖4—8所示。

1/14/2023271/14/202328第二節(jié)沉井施工工藝(二)鉆機掘進

用于淹水沉井掘進的鉆機有沖擊鉆和旋轉鉆兩種。沖擊鉆是靠鉆頭自重往復沖擊破壞巖土而完成掘進工作。由于是靠重力，其掘進方向是鉛直向下，有利于沉井的垂直下沉。我國曾用過簡易沖擊鉆逐步擴孔穿過風化基巖與較硬的粘土層。1/14/2023291/14/202330第二節(jié)沉井施工工藝

旋轉鉆機是靠鉆頭上的刀齒作圓周運動將土層擠切成泥砂或碎塊，用壓氣排液器將其排出井外。其設備組成與工藝過程類同于鉆井法鉆機，僅鉆機能力稍小而已。旋轉鉆機連續(xù)破土，效率高，適用于各種地層，是淹水沉井中使用較好、較廣泛的破土機具。

1/14/2023311/14/202332第二節(jié)沉井施工工藝

(三)水槍掘進

水槍掘進是目前我國沉井掘進的主要方式。它是利用高壓水射流沖刷切割工作面的土層，將其攪動成泥漿后，由壓氣排液器排出地面而完成掘進工作。設備少、工藝簡單、易于制作、操作和維護方便是這種掘進方式的主要優(yōu)點。水槍掘進系統(tǒng)包括高壓水泵、供水管路和水槍三部分，其中水槍是決定掘進效果的關鍵設備。水槍由噴嘴、直管、彎管和穩(wěn)流器組成。其結構的優(yōu)劣直接影響掘進效果。設計制造時要求水槍的水流阻力小、體積小、重量輕、效率高、結構簡單、操作方便。1/14/202333第二節(jié)沉井施工工藝

三、井壁施工

沉井井壁就是井筒的永久井壁，沉井下沉的動力主要靠其自重，故沉井井壁一般較厚，加之井壁內布置的鋼筋、管路較多，所以井壁施工質量須特別注意，使之不僅能承受永久地壓，還能承受沉井施工過程中的許多不均勻荷載。目前，沉井井壁多為鋼筋混凝土結構，接長井壁的施工都在井口進行。施土方法通常用以下兩種：1/14/202334第二節(jié)沉井施工工藝(一)預制鋼筋混凝土薄殼模板

用一面光滑一面粗糙的預制鋼筋混凝土模板作為井壁的內、外模板，與所澆注的混凝土一起構成井壁，如圖4—15所示。采用這種方法施工所需設備簡單，可節(jié)約木材或金屬板材，減少了拆模的工序，施工方法簡單，組裝、測量與調整均很方便，但模板制造的工程量較大，其尺寸受提吊能力的限制，因而使整體井壁接縫較多，易造成滲漏的隱患。

1/14/2023351/14/202336第二節(jié)沉井施工工藝

(二)金屬滑動模板澆注井壁

金屬滑動模板是用型鋼與鋼板焊成的兩個圓筒分別作為內、外模板，內、外圓筒的間距即為井壁厚度。每澆注完一次混凝土后，靠液壓或絲杠頂升金屬模板及與之相聯(lián)的特制工作臺，如圖4—16所示。該方法也簡化了拆模的工序，使勞動強度降低，生產(chǎn)效率提高，由于做到連續(xù)澆注，使井筒內、外壁光滑，接縫少，從而提高了井壁整體的抗?jié)B能力，只是設備稍復雜些，操作要求嚴格(必須同步上升)，當沉井偏斜較大時可能給升模帶來一定困難。1/14/2023371/14/202338第二節(jié)沉井施工工藝沉井下沉過程中，出于各種原因，難免會發(fā)生井筒偏斜。值得指出的是：接長井壁段中心線的方向原則上應與沉井井筒實際中心線方向一致，即模板立面不是鉛直的而是順著實際中心線架設。只有在沉井快結束前，井筒偏斜又較嚴重的情況下，才使井壁沿鉛直向上砌筑，以求獲得較大的井筒有效斷面。1/14/202339第二節(jié)沉井施工工藝

四、封底固井沉井下沉到設計深度，或雖未達別預計深度，因各種原因擬停止沉井法施工，不再使井筒繼續(xù)下沉時，需要進行封底固井的工作。封底固井之目的是穩(wěn)固井筒，避免井壁繼續(xù)下沉或出現(xiàn)位移及地表塌陷，確保下一段井筒掘進及井筒附近地面結構物的安全施工，確保井筒投入運營后的安全。封底固井的工程內容包括：水下封底，沉井與套井間的鎖閉；壁后充填注漿和砌筑刃腳基座。1/14/202340第二節(jié)沉井施工工藝

(一)水下封底

淹水沉井下沉深度超過50m時，應進行封底工程，主要目的是在排除井內淹水時，防止刃腳處發(fā)生涌砂冒泥事故，同時也為繼續(xù)掘進井筒創(chuàng)造工作面預注漿的條件。只有當沉井深度較淺，刃腳確已插入粘土層3—5m深(最好座落于風化基巖上)時，可在刃腳附近完成壁后注漿封水后，逐段(5—10m一段)進行排水觀察，如井內水位始終無異常變化，井筒也未發(fā)生明顯下沉、突沉或涌砂冒泥和地表塌陷等現(xiàn)象時，方可將井內淹水排干。此種情況下，密實的粘土層實際上已起到了封底止水墊的作用，可不再進行封底工作。若在試排水時發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，應立即停止排水，查明原因，不誤時機地實施封底工作。1/14/202341第二節(jié)沉井施工工藝封底層常用平頂圓錐形式，其混凝土墊層厚可取1.5—3m，或按工作面預注漿留“巖帽”的厚度計算方法求算。封底層頂面一般不超過刃腳根部標高。施工前先將工作面清理干凈，再用拋石注漿法或垂直導管下料法施工。1/14/202342第二節(jié)沉井施工工藝

1、拋石注漿法

將組裝好的注漿管下放到封底止水墊的位置后，按一定級配(最小粒徑不小于15mm，空隙率不大于40％)，將碎石拋入井內，填至設計高度后，通過預埋的注漿管進行注漿，將碎石膠結成一個整體的封底止水墊層，如圖4—17所示。該法較簡易，但漿液易稀釋而影響質量。應注意事先清洗拋石物料和漿液材料與配比的選擇。1/14/2023431/14/202344第二節(jié)沉井施工工藝2、垂直導管下料法該法施工所需機具，工藝操作及要求與帷幕施工法在泥漿中灌注混凝土相同。1/14/202345第二節(jié)沉井施工工藝

(二)沉井與套井間的鎖閉

在確認水下封底質量完好后，需將沉井與套井間的空隙充填，使之構成一個大型的整體鎖口盤，即所謂鎖閉工程。工程內容包括：清除環(huán)形空間內的泥漿與雜物；連接處混凝土表面打毛；沉井上口與套井鎖口處鋼筋的焊接及澆注混凝土，下部其余各處用毛石混凝土、三合土或粘土充填夯實。鎖閉工程應在測量出沉井實際中心線與偏斜值，并確定新的實際有效井筒中心線后進行。若發(fā)現(xiàn)井筒偏斜過大，則在封底和排水后，確定修正削鑿的井壁量，此時可考慮先壁后充填注漿，再進行鎖閉工程。1/14/202346第二節(jié)沉井施工工藝

(三)壁后充填注漿

壁后充填注漿是固井工程的重要部分，其目的是：填塞井壁與圍巖間的空隙，隔斷含水層間的水力聯(lián)系，恢復土壤對沉井井壁的固著力。其施工方法類同注漿法中的壁后注漿。一般用下行分段(每段4m左右)的注漿方式，通過井壁內預埋的注漿孔或臨時鑿孔注漿，同時要利用上一排的這些鉆孔排放壁后觸變泥漿和水。注漿時多用較低壓力(終壓為靜水壓力的2—2.5倍)，較大流量和充填量(一般充填量為壁后環(huán)形空間體積的2—3倍)，漿液凝結時間要短些（一般水泥漿的初凝時間為10min左右，水泥與水玻璃的雙液注漿約為2min）。1/14/202347第二節(jié)沉井施工工藝

(四)砌筑刃腳基座在完成上述工程后，先清底排水，按工作面預注漿的要求，先鉆若干檢查孔，了解墊層下部的工程地質和水文地質情況，然后再進行工作面預注漿。經(jīng)鉆孔檢查，確認刃腳附近膠結密實后，才能破底掘進。事先應掘砌刃腳基座，以補平刃腳，增加承托和穩(wěn)固井筒的能力，這是固井工程的最后一項內容。刃腳基座形式，有單錐和雙錐兩種，視巖層的穩(wěn)定性和涌水量選用(圖4—18)。雙錐形式較好，但工程量稍大，成本較高。無論選用哪種形式，均應以分區(qū)、分段、對稱的掘砌方法進行施工。刃腳基座完工后，沉井法施工方算結束，井筒才可轉入下一階段的普通施工方法。1/14/2023481/14/202349第三節(jié)沉井的防偏與糾偏

沉井施工中，不可避免的會出現(xiàn)井筒偏斜現(xiàn)象。一般，在施工初期深度較淺時，沉井井筒是在搖擺或晃動狀態(tài)下下沉的。沉至一定深度(約30-40m)后，整個沉井才逐漸變?yōu)橄鄬Ψ€(wěn)定地沿一定方向下沉，即沉井深度越大，井筒軸線方向越不易改變。人們正是從這個下沉規(guī)律中去探求偏斜原因和防偏、糾偏方法的。按國家有關驗收規(guī)范規(guī)定，在有提升設備的情況下，沉井允許偏斜率不得大于0.5％，在無提升設備裝備時，則不得大于0.8％。因此，沉井施工的防偏、測斜與糾偏始終是有關沉井質量甚至成敗的重要問題。1/14/202350第三節(jié)沉井的防偏與糾偏

一、偏斜的原因

沉井發(fā)生偏斜的原因有兩方面：一是地質方面的客觀原因，如：土層厚度不均，巖層傾斜，刃腳下土層軟硬不一，地下水流方向和流速都會對井壁施加不均勻的地壓等；二是施工質量和施工方法方面的主觀原因，如刃腳和井壁不圓、不直、不光滑、工作面破土不當，使正面阻力不均勻而下沉不穩(wěn)，導向裝置或壁后減阻管路局部失效，以至采取不適當?shù)慕邓瘸链胧┰斐捎可懊澳?、壁后塌陷等，使側阻增大且不對稱。

1/14/202351第三節(jié)沉井的防偏與糾偏

國內外大量沉井施工實踐證明，施工質量和施工方法等主觀因素常常是導致沉井偏斜的主要原因。居國內沉井施工先進水平的山東單家村礦主井下沉深度達192.78m，而偏斜率僅0.69％，日本施工的幾個深沉井，偏斜率均在0.1-0.3％范圍內。這說明精心組織、精心施工，嚴格質量管理，是可以將沉井偏斜率控制在一定范圍內的。1/14/202352第三節(jié)沉井的防偏與糾偏

二、防偏

防偏是立足于減少造成沉井偏斜隱患的最積極的指導思想和必須堅持的原則。下述技術管理措施是必要和有效的：

1、確保刃腳和井壁的施工質量。在刃腳制造以及澆筑混凝土井壁施工中，要使刃腳尖的錐度與水平度、刃腳與井壁的圓度、垂直度、光滑度及強度等均嚴格按照設計和質量規(guī)范的要求施工。1/14/202353第三節(jié)沉井的防偏與糾偏

2、控制好水下掘進方式。均勻對稱的破土，以使沉井正面阻力均勻解除，在沉井初期的20-30m深度內尤其要謹慎從事。待下沉一定的深度后，應視工作面土層狀況和沉井偏斜狀態(tài)決定掘進破土的部位和深度。一般認為若將沉井初期的偏斜率控制在很小(如0.1％或更小)的范圍內，則有利于防止沉井后期偏斜率的大幅度增加。

3、設置導向裝置。導向裝置是防止沉井偏斜的可靠支撐和重要手段，無論是固定的楔形導向木式的，還是滾動式的導向結構，或者兩種結構結合使用，都有一定的防偏效果。應力求導向結構設置的方便可靠，并適當加大導向結構的長度。1/14/202354第三節(jié)沉井的防偏與糾偏4、防止降水迫沉和突沉。有時淹水沉井通過排水降低井內水位，減少浮力，相對地增大下沉力，迫使沉井下沉。但是，這種降水迫沉措施會使井內外水壓一時失去平衡，引起壁后含水土層應力分布的變化，造成涌砂冒泥及壁后、地表塌陷等惡性事故，進而導致沉井更大的偏斜，甚至給沉井造成難以繼續(xù)施工的后果。

1/14/202355第三節(jié)沉井的防偏與糾偏

沉井突沉是指1、2s，甚至更短時間內下沉量很大的現(xiàn)象。它不僅容易毀壞刃腳和井壁，也往往是造成偏斜的重要原因。突然下沉多是由于土層結構因素或掘進操作不當所致，如沉井通過下部有流砂層的薄粘土層時，或超前掘進過多使正面阻力不均而突然減阻。突沉前，往往出現(xiàn)較長時間停沉現(xiàn)象，突沉后又容易出現(xiàn)刃腳或井壁損壞，甚至井壁脫離導向裝置而失控，造成嚴重偏斜的后果。因此必須重視土層結構的變化和掘進操作方式，尤其是刃腳下部的土層掘進的問題。1/14/202356第三節(jié)沉井的防偏與糾偏盡管目前由于淹水沉井的觀測儀表尚不完備，水下工作面的狀況與破土效果全靠測繩與標記進行判斷分析，掘進部位、深度與順序有一定程度的盲目性，但是只要遵照已有經(jīng)驗，結合實際進行精心管理與施工，是可使沉井偏斜率控制在一定范圍內的。1/14/202357第三節(jié)沉井的防偏與糾偏三、糾偏

所謂糾偏是在沉井下沉運動的同時，于沉井偏斜方向的上部持續(xù)施加一定的外力，用以糾正偏斜，扶正井筒。井筒沉到一定深度后，只有下沉運動過程才是糾偏的唯一時機，掌握這一有利時機糾偏的原則，可精練稱作“動中糾偏”。常用的糾偏方法有以下幾種：1/14/202358第三節(jié)沉井的防偏與糾偏1、頂柱法頂柱法是在沉井緩慢下沉過程中，用頂柱給井壁施加逐漸加大的水平推力。頂柱的結構簡單，又經(jīng)濟方便，若與楔形導向木配合使用，則效果更好。頂柱有硬質雜木和鋼質兩種，前者較常采用(圖4—28)。沉井較深或偏斜較大時，可采用所謂轉動糾偏的方式，即順序變換力的作用方向，使沉井在“晃動”中逐步糾偏，以減少阻力。若沉井下沉速度過快或發(fā)生突沉時，該法則難以實施。1/14/2023591/14/202360第三節(jié)沉井的防偏與糾偏2、液壓千斤頂法

在套井和沉井環(huán)形空間的上口內，均勻布置8個500－1000kN的液壓千斤頂，按糾偏需要選擇相鄰的2—3個千斤頂同時工作，在下沉過程中施力于井壁。千斤頂油缸為單向閉鎖的，即使推不動沉井，也本致被偏斜沉井的傾覆力壓回活塞。用液壓千斤頂糾偏，其糾偏力可調，適應動中糾偏的特點，該法與楔形導向木配合使用效果較好。1/14/202361第三節(jié)沉井的防偏與糾偏

3、偏挖土

不均勻的挖掘方式即是引起偏斜的原因之一，自然也可用來進行糾偏。沉井一旦偏斜后，靠近刃腳偏高一側的土不易挖掘，掘進工作面極易出現(xiàn)不均勻破土的狀況，使正面阻力更加不勻，這又促使沉井的不均勻下沉，加劇沉井偏斜。因此，掘進時要設法用人字形水槍或擴孔鉆頭進行偏挖土，解除不均勻的正面阻力。由于偏挖土方法本身不能產(chǎn)生抵抗已偏井筒傾覆力矩的反力矩，因此該法必須在有糾偏力的作用下(如用頂柱或千斤頂)，才能起到輔助糾偏的作用。1/14/202362第三節(jié)沉井的防偏與糾偏

4、掌握開閉壓氣管路閥門，控制壁后供氣量

當采用壁后壓氣減阻系統(tǒng)時，僅開啟井筒下沉較慢一側的供氣管路閥門，使該側側面阻力較小，有利于下沉過程的糾偏。上述幾種措施可同時采用，以增強糾偏效果。值得強調指出的是：在沉井深度超過一定值(如50m)后，用上述措施糾正淹水沉井井壁偏斜仍是很困難的，因此還應強調從沉井施工開始就應重視防偏。1/14/202363第三節(jié)沉井的防偏與糾偏

四、沉井施工的測量工作

主要是測量下沉深度、井筒偏斜值和方位角。測量目的在于隨時掌握沉井井筒狀態(tài)及刃腳穿過土層的情況，為繼續(xù)下沉施工方法的決策提供依據(jù)。目前，煤礦沉井大多采用淹水沉井法，水下測量有一定困難，深井困難更大，淹水沉井專用的測斜儀表均處于研制階段。我國先后試用過以燈光顯示、電感、超聲、激光等原理制造的測斜儀表，其中形成產(chǎn)品的僅有超聲波測井儀。此外，我國還經(jīng)常使用下述簡便易行的轉點測量方法。1/14/202364第三節(jié)沉井的防偏與糾偏

首先在沉井刃腳處設立基準水平面，即下沉前利用靜水位或水準儀在刃腳內壁四周標出四個或八個基準水平點，隨著井壁的接高，每間隔2m不斷地在井壁內向上轉引這些基準點，構成新的基準面，測量新的基準面上各轉點與水平面的高差，根據(jù)井筒內徑和下沉深度(這些轉點至刃腳的距離)，即可推算出此時井筒的偏斜狀況：利用東西方向轉點水平高差求出的偏斜率和偏斜值，與用南北方向轉點水平高差求出的值可以計算出最大偏斜值和偏斜方位角。1/14/202365第三節(jié)沉井的防偏與糾偏

求出井筒最大偏斜值和偏斜方位角后，假定沉井的下口井心不動，可以繪出沉井上口中心的位置。將每次求出的上口中心位置標注在同一坐標紙上，并按測量先后順序將這些點連接起來，就可清楚了解整個井筒的偏斜發(fā)展狀態(tài)(圖4—29)。一般認為，只要沉井上口中心位置的變化有形成閉合多邊形的趨勢，且不固定在某一方位上時，沉井下沉就屬基本正常。相反，若這些位置的軌跡固定在某一方位，說明井筒的偏斜傾向已明顯了，應采取糾偏措施。1/14/2023661/14/202367第三節(jié)沉井的防偏與糾偏轉點測量方法，隨著轉點次數(shù)的增加，累積誤差會增大。該法盡管有此缺點，但由于簡便易行，仍為現(xiàn)時最為普遍的測量方法。為消除累積誤差，可在井壁上固定四根通尺用以校正。也可采用數(shù)種方法同時測量，以便互相補充與校核。1/14/202368第三節(jié)沉井的防偏與糾偏

還應指出：除了測量井筒整體偏斜值外，還應注意測量井筒各段的偏斜值，二者比較方能反映沉井井筒的實際偏斜情況。當沉井施工結束，并已完成封底固井排水后，要根據(jù)地面的井筒十字線標樁，準確量測出沉井的實際狀態(tài)，即沉井的實際中心線、偏斜值及偏斜方位、位移值、有效斷面等。根據(jù)實際測得情況確定新的實際有效斷面的井筒中心線，必要時，可修改原設計的井筒坐標。1/14/202369第四節(jié)沉井法的施工設計

一、設計依據(jù)與方案選擇1、設計的依據(jù)：編制沉井施工設計時，必須具備下列資料：(1)礦井設計所確定的井筒位置、直徑、用途和井筒裝備布置圖；(2)礦井設計中確定的地面工業(yè)場地平面布置圖，包括管線設施布置圖；(3)完整的井筒地質檢查鉆孔柱狀圖；(4)礦井工程地質與水文地質報告，包括：井筒所穿過表土的物理力學性質、埋藏條件(各層位厚度、深度與傾斜狀況)、含水層的數(shù)量與埋藏條件、各含水層的水頭壓力與含水性質、流向與流速以及與地表水的關系、風化基巖的埋藏深度、厚度與傾斜狀況等；(5)井筒基巖段的施工方法，地面臨時建筑物和施工工藝系統(tǒng)布置圖，主要施工設備明細表等；(6)井筒所在地區(qū)的地震資料。

1/14/202370第四節(jié)沉井法的施工設計

2、沉井施工方案選擇內容。

確定采用沉井法后，還要依據(jù)上述資料和當?shù)氐木唧w條件，進一步比較分析，確定下述具體施工方案：

(1)套井施工方法及鎖口型式。在確保沉井施工期間不發(fā)生涌砂冒泥，確保地表土層穩(wěn)定完整的前提下，可選用短段掘砌或沉井法施工套井，鎖口型式一般選用法蘭盤型式。

(2)沉井方法。排水沉井法和淹水沉井法的選擇，要根據(jù)涌水量、下沉深度和土層賦存狀況而定。(3)減小側面阻力的方法。目前多采用觸變泥漿作為壁后減阻的材料，也可考慮選用壁后壓氣減阻或其它的減阻方法。

1/14/202371第四節(jié)沉井法的施工設計

(4)井壁結構與施工方法?？捎媒饘倩瑒幽０鍧沧⑹戒摻罨炷辆冢部捎么笮皖A制混凝土塊砌筑井壁，或預制鋼筋混凝土內、外模板，中間現(xiàn)澆混凝土的井壁結構。施工方法是根據(jù)結構形式的不同，而相應確定。

(5)掘進出土機具的確定。根據(jù)條件選定水槍掘進，抓斗或鉆機破土，通常均選用壓氣排液器配合出土。(6)防偏導向與糾偏方法?？蛇x擇固定楔形導向木式或滾動導向式的結構。糾偏方法可用頂柱法，液壓球頭千斤頂或